综合应用题·满分特训（三）

一、综合题

1. 难度：中等

在一处建筑工地上，工人师傅用如图所示的滑轮组匀速提升一个正方体物体，物体的质量为200 kg，物体上升的速度为1 m/s，高度为6 m，动滑轮重100 N，不计摩擦和绳重．(g取10 N/kg)试问：

(1)物体匀速上升时动能______，机械能______；(均选填“变大”“变小”或“不变”)

(2)已知正方体物体的边长为0.2 m，则未提升物体时物体对水平地面的压强是______？

(3)提升物体时拉力的功率是______？

(4)提升物体时滑轮组的机械效率是______？(结果保留一位小数)

二、填空题

2. 难度：中等

如图所示为汽车升降机的示意图，其中AB、CD为两条相同的升降臂，均可绕其中点O自由转动，A、C两点固定在升降平台底端滑槽上，B、D两点与地面的滑道相连．控制B、D两点沿滑道相互靠近或远离，升降平台即可上升或下降．已知AB、CD的长度为4 m，开始提升汽车时∠B′D′C′＝30°，经过10 s，汽车被匀速提升至预定高度，此时∠BDC＝60°.已知汽车质量为1 800 kg，g取10 N/kg。试问：

(1)升降机匀速提升汽车的过程中，汽车的动能______，机械能______ (均选填“变大”“变小”或“不变”)；

(2)汽车车轮与升降平台的总接触面积为0.2 m²，汽车对升降平台的压强是______？

(3)升降机提升汽车的平均速度是______？(结果保留两位小数)

(4)升降机提升汽车过程中克服汽车重力做功的功率是______？

三、综合题

3. 难度：困难

某公园开展基础建设时，需要将由轻钢材料制成的路灯杆AB竖立起来，已知路灯杆粗细、厚度均匀，长为15 m，质量为100 kg.作业时起重机沿A点将路灯杆逐渐提起，所用时间为30 s，此过程中路灯杆B端始终与地面接触，如图所示．g取10 N/kg，试问：

(1)路灯杆采用轻钢材料不仅保证较大的强度，而且显著减轻了路灯杆的质量，这是因为与普通钢材相比，轻钢材料具有______的特点；

(2)要将放在水平地面上的路灯杆A端拉离地面，求所需的最小动力______；

(3)竖立路灯杆的过程中，求克服路灯杆重力做功的功率______。

4. 难度：困难

如图是我国古代劳动人民发明的“舂米”工具的结构示意图，杆AB可绕O点转动，脚在B端的踏板上竖直向下踩，可以使固定在A端下的石球升高，然后抬起脚，石球会落下击打稻谷，重复多次，即可将稻米与外壳分离．已知石球的重力为50 N，使用时在1 min内将石球踩起20次，石球每次上升的高度均为30 cm.忽略杆AB自重和摩擦．试问：

(1)使用“舂米”时，该工具是一个______杠杆；石球从最高处下落到接触稻米前，其机械能的转化情况是______ (不计空气阻力)；

(2)作用在B端的力F₁是______？

(3)求使用“舂米”工具在1 min内所做的有用功______；

(4)求F₁做功的功率______。

5. 难度：困难

某汽车制造厂对研发的某款四轮燃油汽车进行测试，车和乘客的总质量为1 800 kg，每个车轮与地面的接触面积为0.03 m²，汽车以90 km/h的速度沿水平道路匀速行驶3 km，汽车发动机的输出功率恒为40 kW。(g取10 N/kg，燃油的密度为0.8×10³ kg/m³，热值为4.5×10⁷ J/kg)试问：

(1)汽车车轮上有很多花纹，是为了增大______；

(2)汽车测试时行驶的时间是______？

(3)汽车行驶时牵引力是______？

(4)若汽车发动机能量转化效率为30%，则测试过程中消耗燃油______升？(结果保留两位小数)

6. 难度：困难

如图所示为一款专用校车，其总质量为6.9 t，轮子跟地面的总接触面积为0.24 m²，柴油的热值为3.3×10⁷ J/kg，柴油的密度0.85×10³ kg/m³，取g＝10 N/kg。求：

(1)为了安全，校车儿童座位必须配安全带，而且校车行驶过程中不允许乘客站立，这是为了防止由于______发生危险．校车正常行驶时，以乘客为参照物，校车是______ (选填“运动”或“静止”)的；

(2)校车空载时停放在水平地面上，此时校车对地面的压强是______？

(3)这辆校车在某段平直公路上用时20 min匀速行驶16 km，消耗柴油4 L，受到的阻力为1.8×10³ N，求该段路程内发动机的效率______。(计算结果保留一位小数)

7. 难度：中等

一辆燃油汽车的总质量为1.8 t(包括车、车上的人和物品等)，汽车以90 km/h的速度匀速行驶15 km，汽车受到的阻力为总重的0.05倍。(g取10 N/kg)试问：

(1)出于安全考虑，该汽车尾部装有如图所示的“汽车扰流板”，当汽车高速行驶时，扰流板上表面的空气流速______ (选填“大于”“小于”或“等于”)下表面的空气流速；

(2)求此过程中汽车牵引力的功率______；

(3)小明想知道这辆汽车的效率，结合本题已知的或求出的物理量，请你说明还要测量的物理量，并推导出汽车效率的表达式．若汽车油箱的容积为V，则汽车以当前速度行驶的最大距离是______？(燃油的密度为ρ)

8. 难度：困难

如图甲是一款装有USB发电机的单车，可以在行驶过程中产生电能，为电池充电；电池可以通过USB输电线为手机等小电器充电。USB发电机的主体部分为一个黑色盒子，内置电池及发电装置，电池充电、放电电压均为5 V，充电电流与单车行驶速度的关系如图乙所示，电池放电时的电流恒为1 A。已知单车的质量为10 kg，骑行过程中受到的阻力为总重的0.05倍。某次一位质量为60 kg的骑手以22 km/h的速度沿水平道路边骑单车边给手机充电(假如电池存储的电能全部用于手机充电)。g取10 N/kg，试问：

(1)当骑行单车给内置电池充电的过程中，电池相当于电路中的______ (选填“电源”或“用电器”)；

(2)骑行过程电池充电功率是______？

(3)骑手骑车时牵引力做功的功率是______？(结果保留一位小数)

9. 难度：简单

如图甲为集自动清扫技术和人工智能设计于一体的地面清扫机器人，它可以通过红外线传感器不断发射和接收红外线，从而自动获知房间布局．机器人充电时的电压为36 V，充电电流为2 A，充满电需要2 h。工作时电动机旋转产生高速气流，将灰尘、杂物吸入集尘盒．机器人扫地时所受阻力与速度的关系图像如图乙，若该机器人在1 min内沿直线匀速清扫地面的距离为12 m。试问：

(1)扫地机器人将灰尘、杂物吸入集尘盒利用的物理原理是______。机器人利用______波实现定位功能；

(2)机器人在1 min内动力所做的功是______？

(3)假如机器人清扫地面时能量利用效率为90%，则此过程中机器人电动机工作时的电功率是______？(保留一位小数)

(4)若机器人始终以当前速度匀速清扫地面，则两次自动充电的最短时间间隔是______小时？

10. 难度：困难

科学兴趣小组设计一款集水位测量、自动注水和贮满报警等功能为一体的蓄水装置，工作原理如图甲所示，电源电压15 V保持不变，R₀是阻值为10 Ω的定值电阻，R₁是长20 cm、阻值为20 Ω的电阻丝，滑片P把电阻丝与轻质弹簧的指针连在一起．重200 N的圆柱体金属块M高为80 cm、底面积为200 cm²，并悬挂在阻值忽略不计的轻质弹簧下端．闭合开关S后，当水箱中水位下降至最低警戒线A处时，M的下表面刚好与水面齐平，开始注水；当水箱中水位升高至最高警戒线B处时，M刚好浸没在水中，此时滑片P恰在R₁最上端，水泵自动停止注水，同时电铃发出响声报警．已知弹簧所受拉力F与其伸长量ΔL的关系如图乙所示．(注：电磁铁线圈的电阻忽略不计，ρ_水＝1.0×10³ kg/m³，g取10 N/kg)试问：

(1)闭合开关S，电磁铁的上端是______ (选填“N”或“S”)极；当水位上升时，电压表的示数______ (选填“变大”“变小”或“不变”)；

(2)当水位处于最高处时，电阻R₀消耗的电功率是______？

(3)水箱中水位处于A点时，开始给水箱蓄水，水位上升，当圆柱体露出水面部分的长度为30 cm时，电压表示数为______？

(4)若要将该自动蓄水装置最高警戒水位适当调低，可采取的措拖是______。(答出一点即可)

11. 难度：困难

图甲所示为一款电子秤的工作原理图，R₁为压敏电阻，允许通过的最大电流为0.4 A，其阻值与受到的压力F的关系如图乙所示．R₂为定值电阻，阻值为24 Ω.已知电源电压U＝16 V，秤盘和压杆质量忽略不计。试问：

(1)当秤盘上所放物体的重力增加时，压敏电阻R₁的阻值______，电流表的示数______；(均选填“变大”“变小”或“不变”)

(2)秤盘上不放重物时，电流表示数是多大？R₂消耗的电功率是______？

(3)秤盘上物体的重力不能超过______？

(4)如果使电子秤所能称量的最大物重增加100 N，在不改变电源电压和R₁的前提下，试通过计算说明应如何改变______？

12. 难度：困难

小明去洛阳市白云山游玩时，对景区中的玻璃栈道十分感兴趣，查找资料得知玻璃栈道的“超重检测报警系统”原理电路如图甲所示，当玻璃栈道承受的压力小于安全值时，绿灯亮、红灯灭，行人可以通过；当玻璃栈道所受压力大于或等于安全值时，红灯亮、绿灯灭，此时禁止行人继续进入栈道．控制电路中电池组的电压为6 V，压敏电阻R_x安装在玻璃表面，它的阻值随所受压力F变化的图像如图乙所示，定值电阻R₀的阻值为80 Ω，电磁继电器线圈的阻值为20 Ω。当流过线圈的电流大于或等于30 mA时，衔铁被吸下。g取10 N/kg，试问：

(1)当玻璃栈道上的行人总重变大时，压敏电阻R_x的阻值将______ (选填“变大”“变小”或“不变”)；“超重检测报警系统”中______ (选填“A”或“B”)灯为红灯；

(2)当玻璃栈道上没有行人和物品时，通过压敏电阻R_x的电流是多少？此时控制电路消耗的功率是______？

(3)“超重检测报警系统”报警时，玻璃栈道上的人员总质量最少为______吨？

(4)若该报警系统使用一段时间后控制电路电池组的电压略有降低，请你分析该“超重检测报警系统”恰好报警时玻璃栈道上人员的总质量与原来相比将如何变化______。(简要说明分析过程)

13. 难度：中等

某科技兴趣小组制作了一艘小潜水艇．为了测量该潜水艇的下潜深度，他们设计了如图甲所示的电路，其中电源电压U＝12 V，R₀是阻值为20 Ω的定值电阻；为深度表，其实质是一只量程为0～100 mA的电流表，R是一种压力传感器，它用于感应压力，其受力面积为60 cm²(假设R所能承受的压力足够大)，其阻值R随压力F变化的关系如图乙所示．已知水的密度为1.0×10³ kg/m³，g取10 N/kg，试问：

(1)潜水艇通过改变自身重力实现浮沉，在水下潜行的潜水艇若要上浮，应该______ (选填“向水仓注水”或“从水仓排水”)，潜水艇上浮未露出水面的过程中，其受到的浮力______ (选填“变大”“变小”或“不变”)；

(2)当该潜水艇浮在水面(压力传感器未浸入水中)时，电路中的电流______？

(3)图甲电路能测量的最大深度是______米？

(4)在不更换压力传感器的情况下，为了增大图甲电路所能测量的最大深度，应对该电路怎样进行改进？______ (写出一种方法即可)

14. 难度：困难

如图所示是小丽家安装的一个小厨宝．小厨宝利用水箱储水，加热一段时间后，拧开水龙头就会有热水流出．其相关参数如下表所示．小丽某次关闭家中其他用电器，让小厨宝装满水单独正常工作一段时间，观察到水箱中的水从15 ℃升高为45 ℃，家中标有“3 000 r/(kW·h)”字样电能表的表盘转动了750 r。[ρ_水＝1.0×10³ kg/m³，c_水＝4.2×10³ J/(kg·℃)]

产品 名称	储水式小厨宝
额定 电压	220 V	额定 功率	1 200 W
最高 温度	75 ℃	容量	6.0 L

(1)小厨宝加热过程中将电能转化为______能；

(2)小厨宝正常工作时的电阻是______？(结果保留一位小数)

(3)水吸收的热量是______？

(4)请你计算小厨宝的工作时间和加热时的效率分别是______？

15. 难度：困难

如图甲为面包房和面和制作奶昔的双向双动式和面机，主要结构为一个带动搅拌器的电动机和一个带动料桶的电动机，在和面过程中二者交替工作，搅拌器正反搅拌．该和面机的铭牌如下，和面机正常工作时搅拌电机和料桶电机交替工作的“P－t”图像如图乙所示．某次单独使用和面机正常工作12 min，标有“3 000 r/(kW·h)”字样的电能表转盘转过了480转。求：

额定电压	220 V
额定频率	50 Hz
搅拌电机功率	900 W
料桶电机功率

(1)要改变电动机的转向可以改变______方向或磁场方向来实现；

(2)0～4 min搅拌器的电动机工作，此时和面机的工作电流是______？(结果保留两位小数)和面机正常工作，0～12 min消耗的电能是______？

(3)此和面机的料桶电动机的功率是______？

16. 难度：中等

烘鞋器具有烘干、杀菌和除臭等功能。某烘鞋器的原理如图所示，R₁、R₂均为电热丝，工作时先进入加热状态，当加热到设定温度时，自动切换为保温状态。该烘鞋器的部分参数如下表所示。

　　

额定电压	220 V
加热功率	10 W
保温功率	4 W

(1)该烘鞋器的外壳是利用______ (选填“导体”或“绝缘体”)材料制成的，当开关S₁、S₂闭合，烘鞋器处于______挡；

(2)求R₁、R₂的阻值______；

(3)若烘鞋器的效率为80%，利用烘鞋器给鞋加热10分钟，求鞋吸收的热量______；

(4)烘鞋器消耗的电能如果用燃烧木材来提供，至少需要______木材？(q_木材＝1.2×10⁷J/kg)

17. 难度：困难

现有一个有加热和保温两种状态的微型电热水器，其内部简化电路如图甲所示．该热水器由控制电路和工作电路两部分组成．开关S₀和S均闭合时，电热水器开始加热．当水温达到50 ℃时，衔铁会被吸下．R₀为热敏电阻，其阻值随温度的变化图像如图乙所示．已知：R₁＝44 Ω，R₂＝2 156 Ω.[c_水＝4.2×10³ J/(kg·℃)]求：

(1)闭合开关 S₀和 S，当水温达到50 ℃时，电热水器处于______ (选填“加热挡”或“保温挡”)．由图乙可知，热敏电阻的阻值随温度的升高而______ (选填“增大”或“减小”)；

(2)电热水器正常工作5 min，将水箱中 2.2 kg的水从 15 ℃加热到 45 ℃，此过程中水吸收的热量是______？

(3)电热水器的加热效率是______？

(4)电热水器处于保温状态时工作电路的功率是______？

18. 难度：中等

小力想利用所学知识对蔬菜大棚进行节能改造，评估利用太阳能和电能为大棚提供能源的可行性．查询资料可知，本地区冬季太阳能集热管每平方米面积上每天可接收的太阳能为1.68×10⁷ J．[水的比热容为4.2×10³ J/(kg·℃)，煤的热值为3×10⁷ J/kg]求：

(1)若太阳能供能装置的能量有90%被水吸收，则每天每平方米集热管接收的太阳能可使______千克的水温度从20 ℃升高到70 ℃？

(2)如果用3 kW的电热器代替太阳能供热装置，电热器至少需要工作______时间？(假设电热器产生的电能全部被水吸收)

(3)用集热管每平方米每天接收的太阳能替代煤，可节约煤______千克？(假设煤完全燃烧)

四、计算题

19. 难度：困难

如图所示，人在A点拉着绳子通过一个定滑轮吊起质量m＝20 kg的物体，开始时绳与水平方向夹角为60°，人始终沿水平方向用250 N的力提起重物，经过5 s，人由A点沿水平方向运动s＝2 m 而到达B点，此时绳与水平方向成30°角。g取10 N/kg，求：

(1)重物放在水平地面上时，与地面的接触面积为0.4 m²，求重物对地面的压强；

(2)人对绳的拉力做功的功率是多少？

(3)人提升重物时的机械效率是多大？

20. 难度：困难

图甲为研究匀速直线运动的实验装置，一个半径为2 cm的球由于磁铁的吸引静止在盛水的底面积为50 cm²的薄壁玻璃桶的底部，薄壁玻璃桶的质量0.1 kg，水深1 m．移除磁铁后，球在玻璃管中直线上升，图乙为球在露出水面前运动速度与时间的关系图像，其中v₀＝0.05 m/s，求：

(1)球在玻璃管上升过程中前4 s的平均速度；

(2)球漂浮在水面时，水深为98 cm，此时桶对地面的压强(忽略小球的重力)；

(3)已知球上升时受到水的阻力与其速度的关系为f＝kv²，球的体积用V，水的密度用ρ₀表示，请推导球的密度表达式(用字母表示)。