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階段檢測(四)　功與能　簡單機(jī)械　物態(tài)變化 內(nèi)能與熱機(jī)　材料、信息、能源與可持續(xù)性發(fā)展 (考試時(shí)間:70分鐘　滿分90分) 一、填空題(每空2分,共26分) 1. (xx安徽合肥廬陽區(qū)校級三模)如圖所示,小明同學(xué)嘗試“蠟燭重燃”的趣味實(shí)驗(yàn),當(dāng)蠟燭熄滅的時(shí)候,上方會(huì)出現(xiàn)一縷白煙,用明火靠近白煙時(shí),可以重新點(diǎn)燃蠟燭。蠟燭上方的白煙是蠟蒸氣　　　　　(填寫一種物態(tài)變化)形成的蠟顆粒。 答案:凝華 解析:當(dāng)蠟燭熄滅的時(shí)候,上方會(huì)出現(xiàn)一縷白煙,是蠟蒸氣遇冷凝華成蠟顆粒,是凝華現(xiàn)象。 2. (xx安徽霍邱二模)如圖所示,OB為一輕質(zhì)杠桿,O為支點(diǎn),OA=0.3 m,AB=0.2 m,將重30 N的物體懸掛在B點(diǎn),當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí),在A點(diǎn)至少需加　　　　 N的拉力。 答案:50 解析:由圖可知,O為支點(diǎn),阻力大小等于所掛物體的重力,OB為阻力臂,在A點(diǎn)的拉力為動(dòng)力,OB=OA+OB=0.3m+0.2m=0.5m。 要在A點(diǎn)施加最小的拉力,則拉力F的最大力臂為OA(即豎直向上拉),根據(jù)杠桿的條件可得:F1OA=GOB,所以,最小拉力:F1=GOBOA=30N0.5m0.3m=50N。 3.(xx湖南邵陽模擬)用2.5 N的拉力將重為5 N的物體沿著長1 m、高0.4 m的斜面從底部勻速拉到頂端,該斜面的機(jī)械效率是　　　　。 答案:80% 解析:由題可得,有用功:W有=Gh=5N0.4m=2J,拉力做的總功:W總=Fs=2.5N1m=2.5J。 該斜面的機(jī)械效率:η=W有W總100%=2J2.5J100%=80%。 4.(xx北京海淀區(qū)校級期末)小劉提著重50 N的物體,沿著10 m長的斜坡登到5 m的高處,在上坡過程中,小劉對物體做的功是　　　　　 J。 答案:250 解析:小劉對物體做功:W=Gh=50N5m=250J。 5.(xx安徽合肥模擬)如圖是人造地球衛(wèi)星的軌道示意圖。衛(wèi)星在大氣外層運(yùn)行,不受空氣阻力,只有動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化,因此機(jī)械能守恒,從遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),它的勢能減小、　　　　　能增大,速度也就增大。 答案:動(dòng) 解析:衛(wèi)星在大氣外層運(yùn)行,不受空氣阻力,只有動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化,因此機(jī)械能守恒,從遠(yuǎn)地點(diǎn)向近地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),它的勢能減小,機(jī)械能等于動(dòng)能和勢能之和,所以,動(dòng)能增大,速度也就增大。 6.(xx安徽模擬)植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。資料顯示,在地球上陽光充足的地方,1 m2的面積每年獲得的太陽能可達(dá)4.2109 J。這些能量相當(dāng)于　　　　 kg焦炭完全燃燒放出的熱量(焦炭的熱值為3.0107 J/kg)。 答案:140 解析:由Q=mq可得,焦炭的質(zhì)量m=Qq=4.2109J3.0107J/kg=140kg。 7.(xx湖南懷化中考)如圖,在斜面上將一個(gè)重5 N的物體勻速拉到頂端。沿斜面向上的拉力為2 N,斜面長4 m,高1 m。則拉力做的有用功為　　　　 J,斜面的機(jī)械效率為　　　　。 答案:5　62.5% 解析:(1)拉力做的有用功:W有用=Gh=5N1m=5J; (2)拉力F對物體做的總功:W總=Fs=2N4m=8J, 斜面的機(jī)械效率:η=W有用W總=5J8J100%=62.5%。 8.(xx天津中考)利用圖甲中的撬棒撬石塊時(shí),撬棒相當(dāng)于　　　　　(選填“省力”或“費(fèi)力”)杠桿:利用圖乙中的滑輪組勻速提升900 N的重物時(shí),若忽略滑輪自重、繩重及摩擦,人對繩的最小拉力為　　　　 N。 答案:省力　300 解析:(1)用撬棒撬石頭時(shí),動(dòng)力臂大于阻力臂,是省力杠桿; (2)由乙圖可知繩子的有效股數(shù)n=3,拉力F=1nG物=13900N=300N。 9.(xx安徽合肥廬陽區(qū)二模)小明在參觀科技館時(shí),發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的器材,如圖甲所示,當(dāng)把椎體放在斜面底部時(shí),發(fā)現(xiàn)椎體開始自己往上“爬”,該裝置可簡化成乙圖,則椎體“爬坡”過程中,重力勢能　　　　　　。(選填“一直增加”“一直減小”或“一直不變”) 答案:一直減小 解析:據(jù)圖乙可知,在椎體開始自己往上“爬”的過程中,質(zhì)量不變,其重心的位置不斷降低,所以高度降低,所以重力勢能一直減小。 10.(xx云南曲靖中考)如圖所示,體重為500 N的小強(qiáng)站在水平地面上,豎直向下拉動(dòng)繩子使600 N的物體勻速上升2 m,繩端向下移動(dòng)的距離為　　　　 m;若不計(jì)繩重,滑輪重及摩擦,小強(qiáng)對地面的壓力是　　　　 N。 答案:4　200 解析:由圖知,有2段繩子承擔(dān)物重,則繩端向下移動(dòng)的距離:s=nh=22m=4m; 若不計(jì)繩重,滑輪重及摩擦,則繩子的拉力:F=1nG=12600N=300N,人拉繩的力和繩子拉人的力是一對相互作用的力,大小相等,人受到繩子豎直向上的拉力、地面向上的支持力和向下的重力而靜止。 所以F支+F=G人,則F支=G人-F=500N-300N=200N,因支持力與壓力是一對相互作用力,大小相等,所以,小強(qiáng)對地面的壓力: F壓=F支=200N。 二、選擇題(每題3分,共21分) 11.(xx安徽黃山三模)關(guān)于能源、信息和材料,下列說法正確的是(　　) A.太陽能是不可再生能源 B.光電池和VCD光碟都應(yīng)用了磁性材料 C.光導(dǎo)纖維利用超聲波傳遞信息 D.電磁波頻率越高波長越短 答案:D 解析:太陽能是可再生能源,故A錯(cuò)誤;光電池利用的是光電效應(yīng),沒有用到磁性材料。VCD光碟用激光在盤上燒刻出一道道的凹痕,凹進(jìn)去的地方對光的反射和凸的地方對光的反射是不一樣的,沒有用到磁性材料,故B錯(cuò)誤;光導(dǎo)纖維是利用激光來傳遞信息的,故C錯(cuò)誤;根據(jù)波速、波長、頻率三者之間的關(guān)系可知,波速=波長頻率。由于光在真空中的傳播速度一定,電磁波的頻率越高時(shí),電磁波的波長越短,故D正確。 12.(xx黑龍江齊齊哈爾中考)如圖所示的用具,在正常使用的過程中,屬于費(fèi)力杠桿的是(　　) 答案:C 解析:圖示剪刀,在使用過程中,動(dòng)力臂大于阻力臂,A是省力杠桿;鋼絲鉗在使用過程中,動(dòng)力臂大于阻力臂,B是省力杠桿;圖示剪刀,動(dòng)力臂小于阻力臂,C是費(fèi)力杠桿;獨(dú)輪車在使用過程中,動(dòng)力臂大于阻力臂,D是省力杠桿。 13.(xx江蘇常州金壇區(qū)模擬)如圖所示,原長為l的橡皮筋一端固定在O點(diǎn),另一端懸掛一個(gè)小鋼球,將鋼球從O點(diǎn)自由釋放,鋼球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)后開始向上返回,不計(jì)空氣阻力,O、A兩點(diǎn)間距離為2l。則能反映鋼球從O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)的過程中,其動(dòng)能Ek隨運(yùn)動(dòng)距離s變化的關(guān)系圖象可能是(　　) 答案:D 解析:橡皮筋原長為l,小球從初始狀態(tài)下降至l過程中,重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,小球做加速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能逐漸變大;小球從l繼續(xù)下降至2l過程中,受到橡皮筋向上的拉力作用;當(dāng)拉力小于重力時(shí),合力向下,小球仍加速,動(dòng)能仍然增大;當(dāng)拉力大于重力時(shí),合力向上,小球做減速運(yùn)動(dòng),動(dòng)能逐漸減小,最后變?yōu)榱?。對照選項(xiàng)中的圖象可知,只有D選項(xiàng)符合題意。 14.(xx四川達(dá)州中考)對于圖中所示的四幅圖,下列說法中正確的是(　　) A.甲圖中軟木塞飛出時(shí),管內(nèi)水蒸氣的內(nèi)能增加 B.乙圖中兩個(gè)壓緊的鉛塊能吊起鉤碼,主要是因?yàn)榉肿娱g存在引力 C.丙圖中活塞向上運(yùn)動(dòng)是內(nèi)燃機(jī)的做功沖程 D.丁圖中小朋友下滑時(shí),內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 答案:B 解析:甲圖中軟木塞飛出時(shí),管內(nèi)水蒸氣的內(nèi)能減少,故A錯(cuò)誤;乙圖中兩個(gè)壓緊的鉛塊能吊起鉤碼,主要是因?yàn)榉肿娱g存在引力,故B正確;丙圖中活塞向上運(yùn)動(dòng)時(shí),進(jìn)氣門、排氣門都關(guān)閉,是內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程,故C錯(cuò)誤;丁圖中小朋友下滑時(shí),機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,故D錯(cuò)誤。 15. (xx江蘇無錫中考)用如圖所示的滑輪組勻速提升200 N的重物G,豎直向上的拉力F為100 N,重物被提升1 m,不計(jì)繩重和滑輪的摩擦,下列說法正確的是(　　) A.拉力做的額外功是100 J B.動(dòng)滑輪的重力為50 N C.拉力做的總功是200 J D.繩子末端移動(dòng)的距離是2 m 答案:A 解析:有用功:W有用=Gh=200N1m=200J,由圖知n=3,則繩子末端移動(dòng)的距離:s=3h=31m=3m,故D錯(cuò)誤;拉力做的總功:W總=Fs=100N3m=300J,故C錯(cuò)誤;拉力做的額外功:W額=W總-W有用=300J-200J=100J,故A正確;不計(jì)繩重和滑輪的摩擦,由W額=G動(dòng)h可得,動(dòng)滑輪的重力:G動(dòng)=W額h=100J1m=100N,故B錯(cuò)誤。 16.(xx山東東營中考)對物理概念的理解是學(xué)好物理的關(guān)鍵。關(guān)于功、功率和機(jī)械效率,下列說法正確的是(　　) A.通過改進(jìn)機(jī)械的性能可以使機(jī)械效率達(dá)到100% B.做功多的機(jī)械,功率一定大 C.功率大的機(jī)械,做功一定快 D.做功快的機(jī)械,機(jī)械效率一定高 答案:C 解析:使用任何機(jī)械都要做額外功,所以總功一定大于有用功,即有用功與總功的比值一定小于1,也就是機(jī)械效率小于100%。故A錯(cuò)誤;功率是做功多少與所用時(shí)間的比值。做功多,時(shí)間不確定,功率大小不能確定。故B錯(cuò)誤;功率反映做功的快慢,功率大則做功快,功率小,則做功慢。故C正確;機(jī)械效率與做功快慢沒有關(guān)系。故D錯(cuò)誤。 17. (xx甘肅蘭州中考)如圖所示,一物體放在同一水平面上,第一次在拉力F1的作用下,以速度v1勻速運(yùn)動(dòng)了距離s,第二次在拉力F2的作用下,以速度v2勻速運(yùn)動(dòng)了同樣的距離,已知v2>v1。比較前后兩次拉力做的功及其功率的大小關(guān)系,正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　 A.W1=W2 B.W1P2 答案:A 解析:一物體放在同一水平面上在拉力的作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng),此時(shí)拉力等于摩擦力;由于壓力和接觸面的粗糙程度不變,故拉力不變,即F1=F2,由于通過的路程相同,根據(jù)W=Fs可知,所做的功是相同的,即W1=W2,故A正確,B錯(cuò)誤;拉力相同,v2>v1,則根據(jù)P=Fv可知,第二次的功率大,即P1”“=”或“<”)。 答案:(1)1　(2)C　(3)> 解析:(1)設(shè)杠桿的分度值為L,一個(gè)鉤碼的重為G,根據(jù)杠桿平衡條件F1L1=F2L2得,2G2L=nG4L,n=1(個(gè)); (2)“動(dòng)力支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離=阻力支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離”,是在杠桿在水平位置平衡且動(dòng)力和阻力的方向都是豎直向下的條件下得出的,也就是實(shí)驗(yàn)過程中沒有改變動(dòng)力或阻力的方向。故C正確。 (3)圖乙中,杠桿的重心不在支點(diǎn)上,杠桿自身的重力對杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生了影響,導(dǎo)致拉力F的大小比由杠桿平衡條件計(jì)算出來的數(shù)值偏大,FBLOB>FALOA。 四、計(jì)算題(共23分) 21.(6分)(xx山東聊城中考)在“探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中,用酒精燈給燒杯中的水加熱,燒杯中盛有20 ℃、質(zhì)量為100 g的水,在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下加熱至沸騰,假如完全燃燒酒精3 g。[水的比熱容為4.2103 J/(kg℃),酒精的熱值為3.0107 J/kg]求: (1)水吸收的熱量是多少? (2)此過程中酒精燈燒水的熱效率。 (3)科學(xué)研究表明:質(zhì)量為1 g、溫度為100 ℃的水汽化成同溫度的水蒸氣需要吸收2.26103 J的熱量。水開始沸騰后持續(xù)觀察沸騰現(xiàn)象,同時(shí)發(fā)現(xiàn)水的質(zhì)量減少了5 g,求此過程水汽化成水蒸氣所吸收的熱量。 答案:(1)3.36104 J　(2)37.3%　(3)1.13104 J 解析:(1)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃,即需將水加熱至100℃。 水吸收的熱量:Q吸=cm(t-t0)=4.2103J/(kg℃)0.1kg(100℃-20℃)=3.36104J; (2)3g酒精完全燃燒釋放的熱量:Q放=mq=310-3kg3.0107J/kg=9104J; 酒精燈燒水的熱效率:η=Q吸Q放100%=3.36104J9104J100%≈37.3%; (3)5g100℃的水汽化成同溫度的水蒸氣需要吸收的熱量:Q=5g2.26103J/g=1.13104J。 22. (8分)(xx安徽合肥模擬)如圖所示,工人師傅用動(dòng)滑輪把重物勻速提升到一定高度,重物的重力為G物,動(dòng)滑輪的重力為G動(dòng),此裝置的機(jī)械效率為η,工人的拉力為F,不計(jì)繩重和摩擦。 (1)請推導(dǎo):F=G動(dòng)2(1-η); (2)如果動(dòng)滑輪的自重為3 N,該裝置的機(jī)械效率為80%,工人的拉力所做的功為45 J,求重物上升的高度。 答案:(1)見解析　(2)3 m 解析:(1)用動(dòng)滑輪提升物體,則s=2h,拉力做的總功:W總=Fs。 不計(jì)摩擦和繩重,使用動(dòng)滑輪做的額外功W額=G動(dòng)h,有用功:W有=W總-W額=Fs-G動(dòng)h, 則動(dòng)滑輪的機(jī)械效率:η=W有W總=Fs-G動(dòng)hFs=1-G動(dòng)hFs=1-G動(dòng)h2Fh=1-G動(dòng)2F。 變形可得拉力的大小:F=G動(dòng)2(1-η); (2)由η=W有W總=80%得有用功:W有用=ηW總=80%45J=36J,W額=W總-W有用=45J-36J=9J。 不計(jì)摩擦和繩重,使用動(dòng)滑輪做的額外功W額=G動(dòng)h,則動(dòng)滑輪上升高度:h=W額G動(dòng)=9J3N=3m。 因?yàn)槭褂没喗M時(shí),動(dòng)滑輪和物體一起運(yùn)動(dòng),所以重物上升的高度為3m。 23.(9分)(xx安徽池州貴池區(qū)二模)小陳開著一輛質(zhì)量為M小車從水平路面駛?cè)胛骱蟮?再從高架入口駛?cè)胍龢?。引橋長度為L,高為h。 (1)當(dāng)汽車在水平路面行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率恒為P1,此時(shí)汽車以v的最大速度勻速行駛,求汽車受到的阻力多大? (2)當(dāng)汽車駛?cè)敫呒芤龢?發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率恒定為P2,已知汽車從引橋底部行駛到頂部所用時(shí)間為t,那么在引橋上行駛時(shí)汽車做的(輸出)總功是多少? (3)在第(2)問的基礎(chǔ)上,試推導(dǎo)汽車在引橋上受到的阻力是水平路面受到阻力的k倍,證明:k=(P2t-Mgh)vLP1。 答案:(1)P1v　(2)P2t　(3)見解析 解析:(1)由P=Wt=Fst=Fv得,汽車在水平路面勻速行駛時(shí)受到的牽引力:F1=P1v,因?yàn)槠囋谒矫鎰蛩傩旭?根據(jù)二力平衡條件可知,汽車受到的阻力:f1=F1=P1v; (2)由P=Wt得,在引橋上行駛時(shí)汽車做的(輸出)總功:W總=P2t; (3)汽車做的有用功:W有用=Gh=Mgh;汽車克服阻力做功:W額=W總-W有用=P2t-Mgh。 由W額=f2L得,汽車在引橋上受到的阻力:f2=W額L=P2t-MghL。 由題意知,f2=kf1=kP1v。 由以上兩式可解得:k=(P2t-Mgh)vLP1。