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1、用心 爱心 专心 1初中应用物理知识竞赛辅导讲座十一功和机械能【重点知识解读】1. 物体由于运动而具有的能量叫做动能；物体由于举高而具有的能量叫做重力势能；物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。2. 如果只有动能和势能的相互转化，那么总的机械能保持不变。都是由物质组成，物体所含物质的多少叫做质量。质量是物体的一种属性，它不随物体的温度、形状、状态和位置的变化而变化。用天平测量物体的质量。3. 功的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。做功的实质是一种能量转化或转移的过程。功 W=Fs。4. 单位时间内做的功叫做功率，P=W/t。5. 当物体在力 F作用下以
2、速度 v运动时，其功率 P=Fv。6. 机械效率 = 100%。机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，W有总机械的性能越好。7. 功的原理：使用任何机械都不省功。【竞赛知识拓展】1. 人造地球卫星由远地点向近地点运动，重力势能逐渐减小，动能逐渐增大，重力势能转化为动能。2. 物体克服摩擦力运动产生热。3. 机器以恒定功率 P做功，t 时间内做功 W=Pt。4. 电器的额定功率 P=UI。电动机输入功率等于输出的机械功率与电阻发热功率之和，即UI=P 机 +I2r。【经典竞赛题分析】例 1(2010全国初中应用物理知识竞赛题)“手拉葫芦”(如图 15所示)是一种携带方便、使用简易
3、的手动起重机械，广泛用于工厂、工地、矿山、农业生产等环境，用来完成起吊货物等任务。其中 HCB30型“手拉葫芦”的技术数据如下表：用心 爱心 专心 2型号 HCB30 承载链条股数 （股） 2最大承载质量 (t) 3 链条直径 (mm) 8一次起升高度 (mm) 3 手拉轮直径 (mm) 150测试载荷 (kN) 37.5 承载轮直径 (mm) 50最小净空高度 （mm） 470 净重 （kg） 21.7最大载荷所需拉力 (N) 360 毛重 （kg） 22.3注：“一次起升高度”是指，成年人在站立状态，用左、右两手交替拉动手拉链条进行正常起重操作的过程中，左手或右手下拉一次（按 30cm计）
4、 ，所吊重物上升的高度。承载轮上所缠的承载链条较粗且两端固定，而手拉轮上所缠的手拉链条较细且构成一个完整的环。工作过程中，手拉链条、承载链条在轮上都不打滑。其缠绕情况如图 16示。(取 g=10N/kg)1根据题目中提供的相关信息，通过计算， 析判断HCB30型“手拉葫芦”的手拉轮与承载轮是否是一个共轴的轮轴？2.计算该型“手拉葫芦”在满载的情况下正常工作时的机械效率。解析：1.设手拉轮与承载轮是一个共轴的轮轴，则用手拉动手拉链条一次，链条移动的距离 H与承载轮收回链条的长度 h应满足 =HDhd此过程中重物上升的高度 s= h2= =5cm12因重物实际一次起升高度为 s0=3mm，即 s
5、s0，所以此“手拉葫芦”的手拉轮与承载轮不是一个共轴的轮轴。2.该型号“手拉葫芦”在满载的情况下正常工作时，用手下拉一次手拉链条的过程中，人对“手拉葫芦”做功： W 人 =FH=3603010-2J=108J,“手拉葫芦”对重物做功： W 机 =Gs0=310310310-3J=90J，图 1 甲 图 1 乙用心 爱心 专心 3“手拉葫芦”的机械效率：= 100%= 100%=83.3%。W机人 9018【竞赛实战训练】1.(2007上海初中物理知识竞赛题)如图所示，在河中间固定一个细长圆管，管内有一轻质活塞，活塞下端位于水面，面积为 1厘米 2，质量不计，大气压强为10105 帕。现将活塞缓
6、慢提高 15米，则在该过程中外力对活塞做功为(A)50焦 (B)100焦 (C)150焦 (D)200焦1.答案：B解析：在提高前 10米过程中克服大气压做功等于提起的 10米水柱的重力势能W1=10110-4103105J=50J，提高后 5米的过程中需克服大气压做功，外力对活塞做功 W2=p0s5=1.0105110-45J=50J，外力对活塞做功 W= W1+ W2=100J，选项 B正确。2 （2007 青岛竞赛题）飞机、轮船运动时，受到的阻力并不固定，当速度很大时，阻力和速度的平方成正比，如果要把飞机、轮船的速度增大到 2倍，发动机的输出功率要增大到原来的（ ）A2 倍 B4 倍C6
7、 倍 D8 倍2. .答案：D 解析：由 f=kv2，P=Fv，F=f 可得 P=kv3.。当速度增大到 2倍，发动机的输出功率 P要增大到原来的 23=8倍，选项 D正确。3 （2007 青岛竞赛题）一辆娱乐电瓶车，工作电压为 24V，工作电流为 10A，效率为 80%。电瓶车及人总重为 2000N，行驶时阻力是总重的 0.1倍，则此电瓶车水平匀速行驶 100m所用的时间约为（ ）A83s B833s C104s D以上都不对3. .答案：C 解析：由 UI=fv 得匀速行驶的速度 v=UI/f =24V10A80%/(0.12000N)=0.96m/s，水平匀速行驶 100m所用的时间约为
8、 t=s/v=104s，选项 C正确。用心 爱心 专心 4二综合应用题1. (2011全国初中应用物理知识竞赛题)警用弓弩因其发射时无光、声音小等特点，被广泛应用于反恐，如图 7甲所示。图 7乙和丙为两种配有不同瞄准装置的弩，它们可用来发射箭和钢珠，并配有手柄、肩托等辅助设备弩弦的拴绕使用了滑轮可有效地减小体积。请观察它的结构，并分析它的使用过程，其中用到了哪些物理知识?1.答案：手柄上有花纹，表面粗糙增大摩擦。箭身细长，减小空气阻力。弓箭或钢珠离开弩弦后能继续运动，物体具有惯性。箭头尖锐，减小受力面积，增大压强。利用弩的弹力发射弓箭，将弹性势能转化为动能。肩托，增大受力面积，减小压强。瞄具，
9、光的直线传播。光学瞄准镜，光的折射。滑轮组，放箭时省力。滑轮组，放箭时省距离。2.(2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题)小胖同学在暑假期间参加了农村电网改造的社会实践活动，其中电工所挖的埋水泥电线杆的坑引起了小胖的兴趣。坑的形状如图 5所示，从地面上看，坑基本上是一个长方形，其宽度仅比电线杆的粗端直径稍大一点，坑中沿长方形的长边方向有一从地面直达坑底的斜坡。请你回答：（1）为什么要挖成图 5所示的深坑，而不挖成图 6甲所示的仅比电线杆略粗一点的圆筒状深坑，或者如图 6乙、丙所示的那种大口径的方形或圆形的深坑?这样做有什么好处?用心 爱心 专心 5（2）通过计算对比分析：如果将这种水泥电线杆
10、分别埋入图 5、图 6甲所示的坑中。则把水泥电线杆放到坑口适当位置后，在竖起水泥电线杆的过程中，抬起水泥电线杆的细端至少分别需要多大的力?已知这种坑深 2.0m，宽 0.3m，地面处坑口长 2.3m，坑底长03m。水泥电线杆的质量为 600kg，长 10.0m，粗端直径 0.25m，其重心距粗端4.0m。(取 g =10N/kg) （3）在上述两种情况下，竖起水泥电线杆的过程中，人们对水泥电线杆至少分别要做多少功?2解析：（1）挖成图 5所示的深坑好处如下：少挖土方：挖成图 5所示的深坑要比挖成图 6乙、丙所示的深坑少挖土方，这样可以少做功，避免人力浪费，提高劳动效率。便于施工：施工人员更易于
11、从图 5所示的坑里向外取土。省力省功：用图 5所示的深坑埋水泥电线杆，与用图 6甲所示的深坑埋水泥电线杆相比，不必将电线杆沿竖直方向直立在地面上，重心上升高度小，施工时即省力又省功。施工安全：用图 5所示的深坑埋水泥电线杆，施工人员只需从有斜坡的方向扶住水泥电线杆就行了，水泥电线杆不会向其它方向倾倒，施工比较安全。说明：每答对一种理由给 1分，本小问最多得 2分。答案合理即给分。（2）若将这种电线杆埋入图 5所示的坑中，电线杆就位后的情况如图答 1所示。设竖起电线杆的过程中，在细端所用拉力为 F1。在图答 1中，电线杆粗端伸入坑口的距离为 2.3 m -0.3 m =2.0m进而： O1A1=
12、10.0 m -2.0 m =8.0m O1B1=4.0 m -2.0 m =2.0m电线杆重： G=mg=60010 N =6000N 根据杠杆平衡条件，有： F1O1A1=GO1B1解得： F1= = N=1500N 1GBOA602.8A2F2B2O2G图答 2A1F1B1O1G图答 1用心 爱心 专心 6若将这种电线杆埋入图 6甲所示的坑中。电线杆就位后的情况如图答 2所示。设竖起电线杆的过程中，在细端所用拉力为 F2。在图答 2中： O2A2=10.0m O2B2=4.0m 根据杠杆平衡条件，有： F2O2A2=GO2B2解得： N 。22604.01GBF（3）在图答 1中，电线杆
13、重心升高： h1=4.0 m -2.0 m =2.0m 人们对电线杆做功： W1=Gh1=60002.0 J =12000J 在图答 2中，电线杆重心升高： h2=4.0m 人们对电线杆做功： W2=Gh2=60004.0 J =24000J 。3. (2008年全国初中应用物理知识竞赛复赛题）晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、 “1.6”、 “1.8”或“2.0”等字样，他上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值。所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和。一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大。汽车发动机每一个工作循环要经历四
14、个冲程，带动曲轴转动 2周。现有一辆小轿车发动机排气量为 1.8L，最大功率为 74kW，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为 5200r/min。汽油机工作时的最佳空燃比（即空气和燃油的质量比）为 14:1，压缩比是 10（即气缸总容积与燃烧室容积的比值） ，若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为 1.35kg/m3,汽油的热值为4.6107J/kg、密度为 0.71103kg/m3。请计算：（1）.这台发动机在最大功率时的热机效率。（2）.发动机在最大功率时，汽车的最高时速为 175km/h，计算在此情况下汽车每百公里油耗为多少升。【解析】 （1） 这台发动机在最大功率时 1min
15、内发动机做的有用功W 有 =74103W60s=4.44106J.。在 1min内转动 5200r，吸入汽油和空气的混合气 2600次。 1min内发动机消耗汽油的质量为： m= V =1.35kg/m31.810-3 m32600 =0.47 kg。 1min内汽油完全燃烧放出的热量 W 总 =0.47kg4.6107J/ kg=2.16107J。这台发动机在最大功率时的热机效率 =W 有 /W 总 100%=21%用心 爱心 专心 7（2） 汽车以最高时速 175km/h前进 100km所用时间： t=s/v=100km/175km/h =34.3min。 汽车每行使 100km的耗油质量为： m= 0.47 kg/min34.3min=16.1kg 。 汽车每行使 100km的耗油体积为 V= m/ =16.1kg/0.71kg/L=22.7L 。【点评】此题以汽车发动机“排气量”切入，意在考查功和功率、热机、机械效率及其相关计算和综合运用知识的能力。4.（2011 全国初中物理应用物理知识竞赛试题，第六题，15 分)随着新能源、低碳等理念的普及，小明设想出了一种完全以太阳能电池为能源的汽车，以下是他查到的一些数据：太阳辐射的总功率 P 总 =3.91026w，太阳到地球的距离 r=1.51011m，阳光穿过太空和地球周围的大气层到达地面的过程中的
