计算题专题
1. 如图T3-1所示,一个质量为5 kg的物体放在水平地面上,在水平向右的拉力F=10 N作用下,沿水平面向右做匀速直线运动. (g取10 N/kg)求:
(1)物体所受的重力.
(2)运动过程中物体受到滑动摩擦力f的大小.
(3)我们知道,滑动摩擦力f的大小是由物体接触面间的压力F和接触面的粗糙程度决定的. 物理学中用动摩擦因数μ表示接触面的粗糙程度,则有关系式f=μF成立. 求图中物体与地面间的动摩擦因数μ.
解:(1)该物体受到的重力G=mg=5 kg×10 N/kg=50 N.
(2)因为物体沿水平面向右做匀速直线运动,
根据二力平衡条件可知,物体受到滑动摩擦力f=F=10 N.
(3)物体对水平地面的压力FN=G=50 N,
由f=μFN得,物体与地面间的动摩擦因数
答:(略)
2. 用一只杯子盛某种液体,测得液体体积V和液体与杯子的总质量m的关系如图T3-2中的图线AB所示. 求:
(1)空杯子的质量是多少克?
(2)如果在这只杯子里装60 cm3的这种液体,液体与杯子的总重力为多少?(g取10 N/kg)
解:(1)由图象可知,当液体体积为0时,质量为40 g,即空杯子的质量m0=40 g.
(2)由图象可知,当体积为50 cm3时,液体质量为100 g-40 g=60 g,
液体的密度
液体的体积为60 cm3时,
液体的质量m′=ρV′=1.2 g/cm3×60 cm3=72 g,
液体与杯子的总质量m总=m′+m0=72 g+40 g=112 g=0.112 kg,
液体与杯子的总重力G=m总g=0.112 kg×10 N/kg=1.12 N.
答:(略)
3. 如图T3-3所示,杆秤可视为杠杆,提钮处为支点O,若不计其自重,当在挂钩悬挂被称物体后处于平衡状态,已知CO=4 cm,OD=40 cm,秤砣的重力为10 N,求:
(1)被称物体的重力.
(2)若这杆秤所能测物体的最大
重力为200 N,求OB的长度.
解:(1)由杠杆平衡条件得G物体OC=G秤砣OD,
即G物体×4 cm=10 N×40 cm,
解得G物体=100 N.
(2)由杠杆平衡条件得G最大OC=G秤砣OB,
即200 N×4 cm=10 N×OB,
解得OB=80 cm.
答:(略)
4. 图T3-4甲所示是一种塔式起重机的简图,为了保证起重机起重时不会翻倒,在起重机右边配有一个重物m0,已知OA=12 m,OB=4 m,配重的质量为6×103 kg,用它把一定质量的货物G匀速提起. 求:
(1)若起重机自重不计,吊起货物为使起重机不翻倒,左边货物G的最大质量为多少?
(2)如果起重机吊臂前端是由如图T3-4乙所示的
滑轮组组成,每个滑轮质量100 kg,绳重和摩擦
不计,匀速提起第(1)问中的货物G,拉力F的
大小是多少?如果把货物G以0.1 m/s的速度匀速
提升,用时5 min,绳子自由端运动的距离是多少?
解:(1)由杠杆平衡条件得G×OA=G0×OB,
即mg×OA=m0g×OB,
左边货物G的最大质量
(2)由图知,绳子的有效段数n=3,绳重和摩擦不计,
拉力F的大小
货物G以0.1 m/s的速度匀速提升,用时5 min,
货物升高的高度h=vt=0.1 m/s×5×60 s=30 m,
绳子自由端运动的距离s=3h=3×30 m=90 m.
答:(略)
5. 如图T3-5所示,一个足够长的刚性轻板(不易弯曲,且不计本身重量),A端用绳系住,并将绳的另一端固定在地面上,绳能承受的最大拉力为F绳=1 500 N,用一个支架将轻板支撑在O处,板刚好水平,设OA=0.5 m,有一个重为250 N的小孩,从O点开始出发,以v=0.5 m/s的速度向另一端缓慢行走.求:
(1)行走2秒后绳的拉力.
(2)行走多长时间,刚好绳被拉断.
解:(1)行走2 s后,人行走的距离L1=s=vt=0.5 m/s×2 s=1 m.
根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2, 可得250 N×1 m=F2×0.5 m,
解得F2=500 N.
(2)绳刚好被拉断时,绳子A端的拉力为 Fmax=1 500 N,
根据杠杆平衡条件F1L′1=FmaxL2,可得250 N×L′1=1 500 N×0.5 m,
解得L′1=3 m,
人行走的时间
答:(略)
6. 某司机驾车前行,突然发现前方85 m处有一障碍物. 司机从发现障碍物到踩刹车制动需要的反应时间为0.75 s,这段时间内汽车保持原速前进了15 m. 汽车制动后还要继续向前滑行30 m才能停下来. 求:
(1)汽车制动前的速度是多少?
(2)若司机酒后驾车依然以原来的速度运动,但反应时间是平时的4倍,请通过计算判断汽车是否撞上障碍物?
解:(1)汽车制动前的速度
(2)反应时间t′=4t=4×0.75 s=3 s,
匀速运动阶段距离s′=vt′=20 m/s×3 s=60 m,
汽车运动的总距离s总=s′+s滑行=60 m+30 m=90 m,
所以s总>85 m,汽车将撞上障碍物.
答:(略)
7. 人快步行走时的速度大约是2 m/s,汽车在一般道路上的行驶速度大约10 m/s,人要安全横穿16 m宽的马路,并且要求预留10 s的安全时间.求:
(1)人快步穿过马路所需的时间是多少?
(2)人至少要离行驶的汽车多远时横穿马路才能保证安全?
解:(1)人快步穿过马路所需的时间
(2)汽车安全行驶时间t车=t人+10 s=8 s+10 s=18 s,
安全距离s=v车t车=10 m/s×18 s=180 m.
答:(略)
8. 家住禅城的小明一家在国庆假期自驾车外出旅游,返程时发现一个交通指示牌,如图T3-6所示. 求:
(1)在遵守交通规则的前提下,从交通指示牌到禅城最快需要多少分钟?
(2)若小明爸爸驾车从交通指示牌处以规定的最大车速匀速行驶了0.5 h,余下路程由于堵车用了1 h才到达禅城,则在余下路程中汽车的平均速度为多少千米每小时?
解:(1)由图可知:速度不能超过80 km/h;从标志牌到禅城的路程s=60 km;
从交通指示牌到禅城最快需要的时间
(2)最大车速匀速行驶0.5 h所走路程s1=vt1=80 km/h×0.5 h=40 km,
余下路程s2=s-s1=60 km-40 km=20 km,
余下路程的平均速度
答:(略)
9. 跳伞是一项极具挑战的运动. 一位运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下,经15 s下落210 m后,再匀速直线下落15 s,其速度与时间的关系如图T3-7所示. 求:
(1)该运动员在30 s内下落的总高度.
(2)该运动员在30 s内下落的平均速度.
解:(1)由图象可知,15 s后运动员以6 m/s的速度做匀速直线运动,
运动员在15~30 s通过的路程s后=v后t后=6 m/s×15 s=90 m,
运动员在30 s内下落的总高度s=s前+s后=210 m+90 m=300 m.
(2)整个过程中运动员下落的平均速度
答:(略)
10. 在寒冷的冬天,某封冻的江河冰面能承受的最大压强是2×104 Pa,在冰面上行驶的雪橇质量是200 kg,它与冰面的接触面积是0.5 m2. (g取10 N/kg)求:
(1)雪橇受到的重力是多少?
(2)雪橇对冰面的压强是多少?
(3)在保证安全的情况下,雪橇上最多能装多少千克的物体?
解:(1)雪橇受到的重力G=mg=200 kg×10 N/kg=2×103 N.
(2)雪橇对冰面的压力F=G=2×103 N,
雪橇对冰面的压强
(3)冰面所能承受的最大压力F大=p大S=2×104 Pa×0.5 m2=1×104 N,
雪橇与所载货物的总重力G总=F大=1×104 N,
最多能载货物的重力G货=G总-G=1×104 N-2×103 N=8×103 N,
雪橇最多能装载货物的质量
答:(略)
11. 如图T3-8甲所示,一个空心小铁球在空气中称得F1=7.8 N,如果把它浸入水中静止如图T3-8乙所示,称得F2=6.2 N. (ρ铁=7.8×103 kg/m3,g取10 N/kg) 求:
(1)空心小铁球的质量.
(2)空心小铁球在水中受到的浮力.
(3)空心小铁球的体积.
解:(1)
(2)F浮=G-F=7.8 N-6.2 N=1.6 N.
(3)
答:(略)
12. “远望六号”航天远洋测量船满载时排开水的质量25 000 t,它采用当今航天、航海气象、电子、机械、光学、通信、计算机等领域最新技术,“远望号”是中国航天活动的护航使者. 求:
(1)满载时,“远望六号”受到的浮力有多大?
(2)若船底某处的声纳系统探头距海面的深度为8 m,则该声纳系统探头受到海水的压强是多少?(g取10 N/kg,海水的密度取1.03×103 kg/m3)
解:(1)“远望六号”受到的浮力F浮=G排=mg=25 000×103 kg×10 N/kg=2.5×108 N.
(2)声纳系统探头受到海水的压强p=ρgh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×8 m=8.24×104 Pa.
答:(略)
13. 如图T3-9所示,水平桌面上有一个薄壁溢水杯,底面积是8×10-3 m2,装满水后水深0.1 m,总质量是0.95 kg. 把一个木块(不吸水)轻轻放入水中,待木块静止时,从杯中溢出水的质量是0.1 kg. 求:(水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)水对溢水杯底的压力.
(2)木块受到的浮力.
(3)溢水杯对桌面的压力.
解:(1)水对溢水杯底的压强p=ρgh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.1 m=1 000 Pa,
水对溢水杯底的压力F=pS=1 000 Pa×8×10-3 m2=8 N.
(2)木块所受的浮力F浮=G排=m排g=m溢g=0.1 kg×10 N/kg=1 N.
(3)木块漂浮在水面上,所以F浮=G排=G木,
溢水杯对桌面的压力F=G+G木-G排=G=mg=0.95 kg×10 N/kg=9.5 N.
答:(略)
14. 如图T3-10所示,某施工队利用滑轮组从水中提取物体,上升过程中物体始终不接触水底. 已知物体质量为4 t,体积为1 m3. (g取10 N/kg) 求:
(1)物体完全浸没在水中时,物体所受浮力的大小.
(2)物体下表面与水面距离为3 m时,物体下表面所
受水的压强.
(3)若不计动滑轮的自重、绳重和摩擦,当浸没在水
中的物体被匀速提升时,电动机对绳子的拉力. )
解:(1)物体完全浸没V排=V=1 m3,
浮力F浮=G排=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1 m3=1×104 N.
(2)下表面所受的压强p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×3 m=3×104 Pa.
(3)物体的质量m=4 t=4×103 kg,
物体的重力G=mg=4×103 kg×10 N/kg=4×104 N,
浸没在水中,滑轮组对物体的拉力F拉=G-F浮=4×104 N-1×104 N=3×104 N,
由图可知,n=3,
电动机对绳子的拉力
答:(略)