阶段检测(四) 功与能 简单机械 物态变化
内能与热机 材料、信息、能源与可持续性发展
(考试时间:70分钟 满分90分)
一、填空题(每空2分,共26分)
1.
(2018·安徽合肥庐阳区校级三模)如图所示,小明同学尝试“蜡烛重燃”的趣味实验,当蜡烛熄灭的时候,上方会出现一缕白烟,用明火靠近白烟时,可以重新点燃蜡烛。蜡烛上方的白烟是蜡蒸气 (填写一种物态变化)形成的蜡颗粒。
答案:凝华
解析:当蜡烛熄灭的时候,上方会出现一缕白烟,是蜡蒸气遇冷凝华成蜡颗粒,是凝华现象。
2.
(2018·安徽霍邱二模)如图所示,OB为一轻质杠杆,O为支点,OA=0.3 m,AB=0.2 m,将重30 N的物体悬挂在B点,当杠杆在水平位置平衡时,在A点至少需加 N的拉力。
答案:50
解析:由图可知,O为支点,阻力大小等于所挂物体的重力,OB为阻力臂,在A点的拉力为动力,OB=OA+OB=0.3m+0.2m=0.5m。
要在A点施加最小的拉力,则拉力F的最大力臂为OA(即竖直向上拉),根据杠杆的条件可得:F1×OA=G×OB,所以,最小拉力:F1=G×OBOA=30N×0.5m0.3m=50N。
3.(2018·湖南邵阳模拟)用2.5 N的拉力将重为5 N的物体沿着长1 m、高0.4 m的斜面从底部匀速拉到顶端,该斜面的机械效率是 。
答案:80%
解析:由题可得,有用功:W有=Gh=5N×0.4m=2J,拉力做的总功:W总=Fs=2.5N×1m=2.5J。
该斜面的机械效率:η=W有W总×100%=2J2.5J×100%=80%。
4.(2018·北京海淀区校级期末)小刘提着重50 N的物体,沿着10 m长的斜坡登到5 m的高处,在上坡过程中,小刘对物体做的功是 J。
答案:250
解析:小刘对物体做功:W=Gh=50N×5m=250J。
10
5.(2018·安徽合肥模拟)如图是人造地球卫星的轨道示意图。卫星在大气外层运行,不受空气阻力,只有动能和势能的转化,因此机械能守恒,从远地点向近地点运动时,它的势能减小、 能增大,速度也就增大。
答案:动
解析:卫星在大气外层运行,不受空气阻力,只有动能和势能的转化,因此机械能守恒,从远地点向近地点运动时,它的势能减小,机械能等于动能和势能之和,所以,动能增大,速度也就增大。
6.(2018·安徽模拟)植物通过光合作用将太阳能转化为化学能。资料显示,在地球上阳光充足的地方,1 m2的面积每年获得的太阳能可达4.2×109 J。这些能量相当于 kg焦炭完全燃烧放出的热量(焦炭的热值为3.0×107 J/kg)。
答案:140
解析:由Q=mq可得,焦炭的质量m=Qq=4.2×109J3.0×107J/kg=140kg。
7.(2018·湖南怀化中考)如图,在斜面上将一个重5 N的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为2 N,斜面长4 m,高1 m。则拉力做的有用功为 J,斜面的机械效率为 。
答案:5 62.5%
解析:(1)拉力做的有用功:W有用=Gh=5N×1m=5J;
(2)拉力F对物体做的总功:W总=Fs=2N×4m=8J,
斜面的机械效率:η=W有用W总=5J8J×100%=62.5%。
8.(2018·天津中考)利用图甲中的撬棒撬石块时,撬棒相当于 (选填“省力”或“费力”)杠杆:利用图乙中的滑轮组匀速提升900 N的重物时,若忽略滑轮自重、绳重及摩擦,人对绳的最小拉力为 N。
答案:省力 300
解析:(1)用撬棒撬石头时,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;
10
(2)由乙图可知绳子的有效股数n=3,拉力F=1nG物=13×900N=300N。
9.(2018·安徽合肥庐阳区二模)小明在参观科技馆时,发现一个有趣的器材,如图甲所示,当把椎体放在斜面底部时,发现椎体开始自己往上“爬”,该装置可简化成乙图,则椎体“爬坡”过程中,重力势能 。(选填“一直增加”“一直减小”或“一直不变”)
答案:一直减小
解析:据图乙可知,在椎体开始自己往上“爬”的过程中,质量不变,其重心的位置不断降低,所以高度降低,所以重力势能一直减小。
10.(2018·云南曲靖中考)如图所示,体重为500 N的小强站在水平地面上,竖直向下拉动绳子使600 N的物体匀速上升2 m,绳端向下移动的距离为 m;若不计绳重,滑轮重及摩擦,小强对地面的压力是 N。
答案:4 200
解析:由图知,有2段绳子承担物重,则绳端向下移动的距离:s=nh=2×2m=4m;
若不计绳重,滑轮重及摩擦,则绳子的拉力:F=1nG=12×600N=300N,人拉绳的力和绳子拉人的力是一对相互作用的力,大小相等,人受到绳子竖直向上的拉力、地面向上的支持力和向下的重力而静止。
所以F支+F=G人,则F支=G人-F=500N-300N=200N,因支持力与压力是一对相互作用力,大小相等,所以,小强对地面的压力:
F压=F支=200N。
二、选择题(每题3分,共21分)
11.(2018·安徽黄山三模)关于能源、信息和材料,下列说法正确的是( )
A.太阳能是不可再生能源
B.光电池和VCD光碟都应用了磁性材料
C.光导纤维利用超声波传递信息
D.电磁波频率越高波长越短
答案:D
10
解析:太阳能是可再生能源,故A错误;光电池利用的是光电效应,没有用到磁性材料。VCD光碟用激光在盘上烧刻出一道道的凹痕,凹进去的地方对光的反射和凸的地方对光的反射是不一样的,没有用到磁性材料,故B错误;光导纤维是利用激光来传递信息的,故C错误;根据波速、波长、频率三者之间的关系可知,波速=波长×频率。由于光在真空中的传播速度一定,电磁波的频率越高时,电磁波的波长越短,故D正确。
12.(2018·黑龙江齐齐哈尔中考)如图所示的用具,在正常使用的过程中,属于费力杠杆的是( )
答案:C
解析:图示剪刀,在使用过程中,动力臂大于阻力臂,A是省力杠杆;钢丝钳在使用过程中,动力臂大于阻力臂,B是省力杠杆;图示剪刀,动力臂小于阻力臂,C是费力杠杆;独轮车在使用过程中,动力臂大于阻力臂,D是省力杠杆。
13.(2018·江苏常州金坛区模拟)如图所示,原长为l的橡皮筋一端固定在O点,另一端悬挂一个小钢球,将钢球从O点自由释放,钢球运动到A点后开始向上返回,不计空气阻力,O、A两点间距离为2l。则能反映钢球从O点运动到A点的过程中,其动能Ek随运动距离s变化的关系图象可能是( )
答案:D
解析:橡皮筋原长为l,小球从初始状态下降至l过程中,重力势能转化为动能,小球做加速运动,动能逐渐变大;小球从l继续下降至2l过程中,受到橡皮筋向上的拉力作用;当拉力小于重力时,合力
10
向下,小球仍加速,动能仍然增大;当拉力大于重力时,合力向上,小球做减速运动,动能逐渐减小,最后变为零。对照选项中的图象可知,只有D选项符合题意。
14.(2018·四川达州中考)对于图中所示的四幅图,下列说法中正确的是( )
A.甲图中软木塞飞出时,管内水蒸气的内能增加
B.乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码,主要是因为分子间存在引力
C.丙图中活塞向上运动是内燃机的做功冲程
D.丁图中小朋友下滑时,内能转化为机械能
答案:B
解析:甲图中软木塞飞出时,管内水蒸气的内能减少,故A错误;乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码,主要是因为分子间存在引力,故B正确;丙图中活塞向上运动时,进气门、排气门都关闭,是内燃机的压缩冲程,故C错误;丁图中小朋友下滑时,机械能转化为内能,故D错误。
15.
(2018·江苏无锡中考)用如图所示的滑轮组匀速提升200 N的重物G,竖直向上的拉力F为100 N,重物被提升1 m,不计绳重和滑轮的摩擦,下列说法正确的是( )
A.拉力做的额外功是100 J
B.动滑轮的重力为50 N
C.拉力做的总功是200 J
D.绳子末端移动的距离是2 m
答案:A
解析:有用功:W有用=Gh=200N×1m=200J,由图知n=3,则绳子末端移动的距离:s=3h=3×1m=3m,故D错误;拉力做的总功:W总=Fs=100N×3m=300J,故C错误;拉力做的额外功:W额=W总-W有用=300J-200J=100J,故A正确;不计绳重和滑轮的摩擦,由W额=G动h可得,动滑轮的重力:G动=W额h=100J1m=100N,故B错误。
16.(2018·山东东营中考)对物理概念的理解是学好物理的关键。关于功、功率和机械效率,下列说法正确的是( )
A.通过改进机械的性能可以使机械效率达到100%
B.做功多的机械,功率一定大
C.功率大的机械,做功一定快
10
D.做功快的机械,机械效率一定高
答案:C
解析:使用任何机械都要做额外功,所以总功一定大于有用功,即有用功与总功的比值一定小于1,也就是机械效率小于100%。故A错误;功率是做功多少与所用时间的比值。做功多,时间不确定,功率大小不能确定。故B错误;功率反映做功的快慢,功率大则做功快,功率小,则做功慢。故C正确;机械效率与做功快慢没有关系。故D错误。
17.
(2018·甘肃兰州中考)如图所示,一物体放在同一水平面上,第一次在拉力F1的作用下,以速度v1匀速运动了距离s,第二次在拉力F2的作用下,以速度v2匀速运动了同样的距离,已知v2>v1。比较前后两次拉力做的功及其功率的大小关系,正确的是( )
A.W1=W2 B.W1P2
答案:A
解析:一物体放在同一水平面上在拉力的作用下做匀速直线运动,此时拉力等于摩擦力;由于压力和接触面的粗糙程度不变,故拉力不变,即F1=F2,由于通过的路程相同,根据W=Fs可知,所做的功是相同的,即W1=W2,故A正确,B错误;拉力相同,v2>v1,则根据P=Fv可知,第二次的功率大,即P1”“=”或“
解析:(1)设杠杆的分度值为L,一个钩码的重为G,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得,2G×2L=nG×4L,n=1(个);
(2)“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”,是在杠杆在水平位置平衡且动力和阻力的方向都是竖直向下的条件下得出的,也就是实验过程中没有改变动力或阻力的方向。故C正确。
(3)图乙中,杠杆的重心不在支点上,杠杆自身的重力对杠杆转动产生了影响,导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大,FB·LOB>FA·LOA。
四、计算题(共23分)
21.(6分)(2018·山东聊城中考)在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中,用酒精灯给烧杯中的水加热,烧杯中盛有20 ℃、质量为100 g的水,在一个标准大气压下加热至沸腾,假如完全燃烧酒精3 g。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3.0×107 J/kg]求:
(1)水吸收的热量是多少?
(2)此过程中酒精灯烧水的热效率。
(3)科学研究表明:质量为1 g、温度为100 ℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收2.26×103 J的热量。水开始沸腾后持续观察沸腾现象,同时发现水的质量减少了5 g,求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。
答案:(1)3.36×104 J (2)37.3% (3)1.13×104 J
解析:(1)一个标准大气压下水的沸点为100℃,即需将水加热至100℃。
水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J;
(2)3g酒精完全燃烧释放的热量:Q放=mq=3×10-3kg×3.0×107J/kg=9×104J;
酒精灯烧水的热效率:η=Q吸Q放×100%=3.36×104J9×104J×100%≈37.3%;
(3)5g100℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收的热量:Q=5g×2.26×103J/g=1.13×104J。
22.
10
(8分)(2018·安徽合肥模拟)如图所示,工人师傅用动滑轮把重物匀速提升到一定高度,重物的重力为G物,动滑轮的重力为G动,此装置的机械效率为η,工人的拉力为F,不计绳重和摩擦。
(1)请推导:F=G动2(1-η);
(2)如果动滑轮的自重为3 N,该装置的机械效率为80%,工人的拉力所做的功为45 J,求重物上升的高度。
答案:(1)见解析 (2)3 m
解析:(1)用动滑轮提升物体,则s=2h,拉力做的总功:W总=Fs。
不计摩擦和绳重,使用动滑轮做的额外功W额=G动h,有用功:W有=W总-W额=Fs-G动h,
则动滑轮的机械效率:η=W有W总=Fs-G动hFs=1-G动hFs=1-G动h2Fh=1-G动2F。
变形可得拉力的大小:F=G动2(1-η);
(2)由η=W有W总=80%得有用功:W有用=η×W总=80%×45J=36J,W额=W总-W有用=45J-36J=9J。
不计摩擦和绳重,使用动滑轮做的额外功W额=G动h,则动滑轮上升高度:h=W额G动=9J3N=3m。
因为使用滑轮组时,动滑轮和物体一起运动,所以重物上升的高度为3m。
23.(9分)(2018·安徽池州贵池区二模)小陈开着一辆质量为M小车从水平路面驶入西湖大道,再从高架入口驶入引桥。引桥长度为L,高为h。
(1)当汽车在水平路面行驶时,发动机输出功率恒为P1,此时汽车以v的最大速度匀速行驶,求汽车受到的阻力多大?
(2)当汽车驶入高架引桥,发动机输出功率恒定为P2,已知汽车从引桥底部行驶到顶部所用时间为t,那么在引桥上行驶时汽车做的(输出)总功是多少?
(3)在第(2)问的基础上,试推导汽车在引桥上受到的阻力是水平路面受到阻力的k倍,证明:k=(P2t-Mgh)vLP1。
答案:(1)P1v (2)P2t (3)见解析
10
解析:(1)由P=Wt=Fst=Fv得,汽车在水平路面匀速行驶时受到的牵引力:F1=P1v,因为汽车在水平面匀速行驶,根据二力平衡条件可知,汽车受到的阻力:f1=F1=P1v;
(2)由P=Wt得,在引桥上行驶时汽车做的(输出)总功:W总=P2t;
(3)汽车做的有用功:W有用=Gh=Mgh;汽车克服阻力做功:W额=W总-W有用=P2t-Mgh。
由W额=f2L得,汽车在引桥上受到的阻力:f2=W额L=P2t-MghL。
由题意知,f2=kf1=kP1v。
由以上两式可解得:k=(P2t-Mgh)vLP1。
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