2025年中考物理复习压轴题专项练习--力学在生活中的应用（含解析）

力学在生活中的应用 讲方法 随着中考政策的不断改革，考纲中对“考查学生解决处理实际问题的能力”这一要求不断提升，随之而来的 就是与生活相结合的题型不断增多，分值不断加重 对于这种类型的题目，我们一般会采用以下的思路解题： 第一步：通读题面并分析 在读题的过程中，我们要抓住两点，一点是要理解题目中涉及的器材、现象与我们 学习过的哪些物理模型相类似或相关联，可以将其简化为我们熟知的物理模型；另一点是要抓住题目中提到的条 件，尤其是要分析隐含条件、图表等信息，将其转化为物理模型中所涉及的物理量和物理关系； 第二步：根据分析出来的物理模型进行受力分析，并由受力分析、物理关系列出一些物理方程，并将对应的 物理量带入； 第三步：运用数学知识求解物理方程 学思路 铺垫1 如图3-6-1 甲所示为市民在公锻炼上肢力量的画面该器材相当于一根杠杆①(杠杆自重不计)，图3-6-1 乙为其简 化图，锻炼时手在B 点用力向上举手柄将 点的配重抬高，达到锻炼上肢的目的 请在图 3-6-1 乙中画出动力臂 L₁、阻力 F ₂及力臂 L₂ 铺垫2 电梯是高层住宅必备的交通工具 如图3-6-2 甲所示是某种升降电梯工作原理图，它由轿厢、对重、电动机、 钢丝绳、滑轮等部件连接组成 电动机和对重通过钢丝绳分别给轿厢施加拉力，连接轿厢的两根钢丝绳非常靠近， 轿厢与对重的运动方向始终 相 反 对重的质量为400kg，空轿厢的质量是500kg，额定载重量是 1000kg，某次电梯 满载上升时的v-t 图象如图3-6-2 乙所示 不计钢丝绳重力和一切摩擦, g= 10/kg (1)电梯匀速上升的高度是多少? (2)电梯匀速运动阶段， 对重的重力做的功是多少? (3)电梯匀速运动时， 电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率是多少? (4)简述对重的作用 (至少两条) 压轴题 (湖北武汉中考)如图3-6-3 甲是中国自主研制的首列永磁动力单轨列车，其亮点是列车可以小角度转弯，安装 有高压细水雾灭火系统和制动发电装置 (1)当列车转弯时，水平轮胎发生形变，起到导向和稳定作用如图3–6–3 乙是轮胎与接触面的平面图，请在图 3-6-3 乙中画出轮胎对接触面压力的示意图 (2)当高压细水雾系统中水枪工作时，水对喷孔的压强 p=10 MPa,，水雾喷出的速度 v ≥10m/s,若喷孔的总 面积 S=5×10⁻⁵m² ,则水枪的功率至少为多少瓦?(不计大气压强) (3)列车制动减速的过程中，机械能转化为电能和内能 当列车在平直轨道上制动减速时，电能与内能 ₁ W ₂之比 为9：16，如图3-6-3 丙是机械能的变化量， △W 与速度变化量 △v的关系图象若列车从72km/开始减速，转化的 电能可供总功率为 1000 的照明灯正当发光1，则列车的速度将会减小到多少千米/时? 提能力 1 厦门城市名片筼筜湖 (如图3-6-4 所示)原称赏筜港本是一处避风坞，素有“筼筜渔火”盛誉海堤围筑后筼筜 港由海湾变为内湖，海水交换的天然通道被切断筼筜湖的水位大部分时间低于外海水位， 目前主要利用西堤进水 闸门、 出水闸门实施进水纳潮和排放潮水，实现潮水与海水交换，从而改善湖水水质和生态环境 (1)请结合物理知识简述利用闸门纳潮或排水的过程 (纳潮或排水任选其一作答) (2)有人建议可利用纳潮或排水两个时段进行潮汐发电，请指出哪个时段更适合，并说明判断依据 2 “低头族”正成为现代社会的一个流行词 (如图3-6-5 甲)，有报道说，低头时，能让颈椎多约270 的拉力，为 此，小明与课外小组的同学们制作了一个头颅模型进行模拟实验，如图3-6-5 乙，把人的颈椎成支点，头颅模型的 重量为G，头颅模型与重力作用下可绕支点转动，点为头颅模型的重心，B 点为肌肉拉力的作用点将细线的一端固 定在B 点，用测力计拉着细线模拟测量肌肉的拉力，头颅模型在转动过程中，细线拉力的方向始终垂直于B，如 图3-6-5 丙，让头颅模型从竖直状态开始转动，通过实验完成相关记录，根据上面提供的信息，请你提出一个该课 外小组探究的问题 (或猜想) ，并根据客观事实，提出一条关于“预防和延缓颈部肌肉损伤”的合理化 建议： 3 如图3-6-6 是某品牌自动咖啡机及其结构示意图，其工作原理为：当盛水器内的水温升高至一定温度时，水 沿导管进入盛有咖啡粉的玻璃杯中，在平衡球作用下，原来水平的平衡杆绕点转动，盛水器抬升冷却一段时间 后，玻璃杯中的咖啡液体又倒吸进入盛水器，咖啡冲泡完成 (1)当密封的盛水器内水温升高到一定程度时，其内部的热水开始自动沿导管进入玻璃杯，则此时盛水器内的 压强 p肉与外接大气压 p₀ 的大小关系为：p 内 p₀ (2)该咖啡机的平衡球重24，盛水器自重5，以为支点，平衡球与盛水器重力的力臂之比为5：2 当盛水器内的 水为多少牛时，盛水器开始抬升?(写出计算过程，平衡杆和导管的质量不计) (3)打开出水开关，使02kg 的咖啡流入重为1 的水杯中，若水杯底部与水平桌面的接触面积 为 20cm² ,则水杯对桌面的压强是多少P?(写出计算过程，g 取 10/kg) 4 在建的杨泗港长江大桥是武汉市第十座长江大桥，大桥的两个桥塔均为钢沉井基础，其中2 号桥塔的钢沉井 在距桥位上游20 公里的工厂拼装完成后，采用气囊法整体下水，是世界上同类方法下水质量最大的钢沉井 (1)如图3-6-7 甲所示，在钢沉井的底部两侧塞满气囊，松开固定的钢沉井的钢索后，钢沉井便顺着倾斜的江滩 滑入水中钢沉井入水后能自己滑行数百米，这是由于 托在钢沉井底部的气囊充气成圆筒状是为了 (2)钢沉井下水后，依靠拖船将其拖行至指定位置 当拖船对钢沉井输出的总功率为 5000k 时，1m 内将钢沉井 匀速拖行了 120m，试估算这段时间内江水对钢沉井的阻力 (3)工人们将钢板焊接成有 18 个大小相同的方形孔的钢沉井，其俯视图如图3-6-7 乙所示钢沉井的长、宽和高 分别为77m、40m 和23m，质量为6225t 经测算，这样的钢沉井自行滑入江中稳定后，水面下的高度会达到75m 为 了让钢沉井在江中被拖行时能顺利通过一些浅滩，下水前用质量为31t 的钢板在钢沉井底部将一些方形孔密封起 来，使钢沉井水面下的高度降到了32m 请求出钢沉井底部被密封的方形孔的个数 5 (江苏无锡中考)图3-6-8 甲是某型号的抽水马桶水箱进水控制装置的示意图，浮子是有上底无下底的圆柱形 容器，中间有圆柱形的孔 (图3-6-8 乙是浮子的放大示意图)，壁的厚度忽略不计，浮子通过孔套在直杆上，并与调 节螺母紧密相连，手动上下移动调节螺母，可以使浮子的位置随之上下移动，轻质细杆B 可绕点旋转，端与直杆 底端相连，B 端装有塞子，当水箱的 进水孔进水，水面接触到浮子下端后，浮子内的空气开始被封闭压缩，随着水位继续上升，浮子上升带动直 杆向上运动， 当水位上升到一定高度，B 杆处于水平位置时， 塞子压住进水孔，进水孔停止进水 (1)为测出浮子上底面的面积，给你刻度尺、量筒和水，请完成实验 ①将浮子倒置后，用刻度尺测出浮子内的深度； ②将浮子装满水， ； ③浮子上底面的面积表达式：(用所测量物理量的符号表示) (2)若浮子上升的过程中内部被封闭的空气不泄露，用上述方法测得的浮子上底面的面积为外界大气压为浮 子、直杆、细杆B、塞子的重力及所受浮力均不计，忽略所有摩擦，当进水孔停止进水时，浮子内的气体压强为 外界大气压强的12 倍，求此时：①浮子上底面所受内外气体压力差为多大? ②长6m, B 长4m, 塞子受到水的压力为多大? (3)科学研究表明，一定质量的气体，在温度不变时，其压强与体积成反比， 当进水孔的水压过大时，塞子被 冲开，水箱内的水位超过一定高度，会使水溢出，若通过移动调节螺母的方法保证马桶正常使用，应如何移动调 节螺母 6 rg 浮标广泛应用于台风预测、海洋资源开发等领域，浮标结构如图3-6-9 所示，坚硬壳体外下方装有可伸缩 油囊，当液压式柱塞泵将壳体内的油注入油囊时，油囊排开水的体积等于注入油的体积，当油囊中的油全部被抽 回壳内时，油囊体积忽略不计，已知浮标总质量为 55kg，其中含油20kg, 浮标壳体体积油的密度为海水密度取g 取 10/kg 求: (1)该浮标下沉20m，浮标总重力做的功； (2)液压式柱塞泵将壳体中的油全部注入油囊时，浮标最终露出水面的体积 7 三峡升船机是目前世界上技术最难、规模最大的升船机过往船只驶入升船机中装满水的船厢后，可以竖直升 降，大大缩短船只过坝的时间，为了确保运行的安全性，工程师们建造三峡升船机前设计、比对了多种升降船厢 的方式“水力浮筒式”也是其中一种受到广泛关注的升降船厢方式，图3-6-10 是它的工作原理图 当进水阀关闭、 排水阀打开时，竖井中水位下降，两个相同的浮筒也随之下降，船厢就会上升；反之船厢就会下降 已知船厢装满 水后船厢和水的总质量为每个浮筒的质量为求: (1)若升船机承载着装满水的船厢匀速竖直下行100m，则重力对船厢和船厢里的水做的功； (2)当质量为的船只驶入装满水的船厢，船厢上升到与上游水位相平时 (即图中所示位置)，进水阀、排水阀都 关闭，此时每个浮筒排开水的体积 (不计钢绳和滑轮的重力及摩擦) 学思路 铺垫 1 答如下图所示： 解析 由题意可知，锻炼时手在 B 点用力向上举手柄将 点的配重抬高，手柄上的力的方向向上，可知阻力的作 用点在 点，方向是向下的，按照力的示意图的画法画出阻力的示意图；从支点分别向力的作用线作垂线，垂线段 即为力臂 铺垫2 答 解: (1) 由图象可知v=2m/s, 匀速运动的时间t=6s, 电梯匀速上升的高度：=vt=2m/s×6s=12m; (2)对重的重力 G球=m M 对g=400kg×10 N /kg=¿4×10³, 对重下降高度= 12m, 对重的重力做的功 W 球逆=G球ℎ=4×10 3 N ×12m ¿4.8×10⁴ J ; (3) 由平衡条件知， G球+F=G稀锥侧+G圆锥侧,故电动机钢丝绳对轿厢的拉力： ¿G有用+G侧高温−G可逆=(1000+500−400)kg×10/kg=11×10⁴; 电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率： P=W t = Fs t =Fv=1.1×10 4 N ×2m/s=2.2×10⁴; (4)对重的作用：以其自身重力去平衡轿厢侧所悬挂的重力，减小电动机轮与钢丝绳之间的摩擦力，减小电动 机的功率，延长钢丝绳寿命等 答: (1) 电梯匀速上升的高度是 12m; (2)电梯匀速运动阶段，对重的重力做的功是48×10⁴; (3)电梯匀速运动时，电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率是22×10⁴; (4)对重的作用：以其自身重力去平衡轿厢侧所悬挂的重力，减小电动机轮与钢丝绳之间的摩擦力，减小电动 机的功率，延长钢丝绳寿命等 压轴题 答解：(1)压力的作用点在轮胎接触面的中点上，过作用点作垂直于地面，并指向水平面的力；如图所示； (2) 根据 p= F S 可得，水对喷孔的压力： F E=pS=1×10 7 Pa×5×10 −5m 2=500 N ,水枪的功率： P=W t = Fs t =Fv=500 N ×10m/s=5000W ; (3) 由 P=W t 可得，转化的电能₁= Pt=1k×1=1k·, 由 W 1 W 2 = 9 16 ,可得，转化的内能 W 2= 9 16 kW ⋅ℎ,则减小的机械能： W =1kW ⋅ℎ+ 9 16 kW ⋅ℎ=25 9 kW ⋅ℎ=25 9 ×3.6×10 6 J=1×10 7 J , 由图象丙可知，列车减小的速度为 10m/s= 10×36km/=36km/, 则列车的速度将会 减小到 72km/ - 36km/ =36km/ 答：(1)轮胎对接触面压力的示意图见上图 (2) 水枪的功率至少为 5000; (3) 列车的速度将会减小到 36km/ 提能力 1 答 (1)涨潮时，外海水位高于内湖，此时开启进水闸门，关闭出水闸门，外海与内湖构成连通器，根据连通 器原理， 两处水位相平，海水流入内湖；退潮时，外海水位低于内湖，此时开启出水闸门，关闭进水闸门，外海 与内湖构成连通器，根据连通器原理，两处水位相平，湖水流进外海； (2)进水纳潮时段发电更适合， 因为贫笃湖的水位大部分时间低于外海水位，进水纳潮时段发电可获得更多的 电能 2 答 颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系?(或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力?)； 适当抬高手机屏幕 (或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低头时间久了应适当做仰头运动缓解颈 椎承受的压力等) 解析 在图乙中，F 的力臂为LB，作出头颅的重力G 的力臂L₀，如图所示： 由图知, 在 Rt△中, L₀=sθ,根据杠杆的平衡条件 F ₁ L₁=F ₂ L₂可得, GL。= FLB, 则颈部肌肉的拉力 F=G Lc LOB =G×OA ×sinθ LOi ,可见，人低头的角度越大，sθ 越大， 则头颅的重力的力臂越 大； 在头颅重力和肌肉拉力的力臂不变的条件下，头颅的重力的力臂越大，颈部肌肉的拉力就越大 针对上面得出 的结论提出探究的问题 (或猜想)是: 颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系?(或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力?)由于人低头的角度 越大，G 的力臂越大，在头颅重力和肌肉拉力的力臂不变的条件下，则颈部肌肉的拉力就越大；所以要预防和延 缓颈部肌肉损伤提出的合理化建议是：可适当抬高手机屏幕 (或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低 头时间久了应适当做仰头运动缓解颈椎承受的压力等) 3 答 解： (1)当密封的盛水器内水温升高到一定程度时，盛水器内水的上方空气受热膨胀，且水蒸气逐渐增 多，内部气压增大，大于外界大气压，在内部气压作用下水流入玻璃杯中； (2)由杠杆平衡条件得： G球× L1=G圆锥侧× L2, 则盛水器的总重： G紫水锥侧=G球× L1 L2 =2.4 N ×5 2 =6 N , 所以，盛水器内水的重： G水=G棱锥侧−G汤8=6 N −5 N=1 N ; (3)咖啡的重: G加水=m梯形g=0.2kg×10 N /kg=2 N , 整个水杯对桌面压力： F=G圆锥侧+G稀=2 N +1 N=3 N , 受力面积： S=20cm²=2×10⁻³ m² , 水杯对桌面的压强： p= F S = 3 N 2×10 −3m 2=1.5×10 3 Pa. 答：(1)盛水器内的压强 p 内与外接大气压 p₀ 的大小关系为： p肉> p0; (2)当盛水器内的水为 1 时，盛水器开始抬升； (3)水杯对桌面的压强是:15×10³P 4 答 解： (1)钢沉井便顺着倾斜的江滩滑入水中后，由于具有惯性，会继续向下运动；托在钢沉井底部的气囊 充气成圆筒状，用利用滚动代替滑动以减小摩擦； (2)拖船将钢沉井匀速拖行，受到的拉力与阻力是一对平衡力， 即F=f， 拖行速度： v= s t =120m 60 s =2m/s,由 P=W t = Fs t =Fv=fv , 得: f = P v =¿ 5×10 6W 2m/s =2.5×10 6 N ; (3)设每一个方形孔的面积为S，第二次密封的孔有个， 钢沉井自行滑入江中稳定后，第一次钢沉井平衡时， F 动=G侧, F 丙=ρ水gV 和, 所以： ρ底g (S吸−Sn)ℎ=mg,Sπ=18 S , 1.0×10³ kg/m³×10 N /kg×(77m×40m− 18 S)×7.5m=6225×10³ kg×10 N /kg, 解得： S=125m²; 钢板在钢沉井底部将一些方形孔密封起来，第二次平衡时， F 浮 '=G侧+G侧, 即: ρ底g (S吸−S∗∗)ℎ '=mg+m底g, 10× 10³kg/m³ × 10/kg× [77m×40m -(18-) S] ×32m = (6225 +31) ×10³kg×10/kg, 解得: =9 答:(1)惯性;减小摩擦; (2) 江水对钢沉井的阻力为25×10⁶; (3)钢沉井底部被密封的方形孔的个数为9 个 5 答 解：(1)测浮子上底面的面积的步骤： ①将浮子倒置后，用刻度尺测出浮子内的深度; ②将浮子装满水，利用量筒测出浮子里面水的体积V; ③根据V=S 可得，浮子上底面的面积表达式 Sk=V ℎ. (2)①已知浮子内的气体压强p=12p₀,则浮子内外气体压强差： △p=p−p₀=1.2 p₀ −p₀=0.2 p₀=0.2×1.0×10⁵ Pa=2×10⁴ Pa,浮子上底面所受内外气体压力差：△F= pS △ ¿2×10⁴ Pa×10×10⁻⁴m²=20 N ,方向向上； ②浮子上底面所受内外气体压力差△F=20，由于浮子通过孔套在直杆上，则浮子对直杆端向上的作用力为 F A=F=20 N , 以细杆B 为研究对象，B 处于水平位置时，其两端受力情况如图所示： 根据杠杆的平衡条件可得： F A⋅OA=FB⋅OB , 所以，塞子受到水的压力： FB= F A⋅OA OB =20 N ×6cm 4 cm =30 N ; (3)当进水孔的水压过大时，应适当向下移动螺母，减小浮子内部气体的体积，使浮子内部的压强变大，则 端 受到的向上的拉力就变大，根据杠杆的平衡条件可知塞子对水的压力就变大，则塞子就不容易冲开 答： (1)②利用量筒测出浮子里面水的体积v; V// ③ (2) 20; 30; (3)当进水孔的水压过大时，应适当向下移动螺母，使浮子内部的压强变大，受到的向上的拉力就变大，根据 杠杆的平衡条件可知塞子受到的压力就变大，则塞子就不容易冲开 6 答 解: (1) 已知浮标总质量m=55kg,浮标总重力: G=mg=55kg×10/kg=550;该浮标下沉20m, 浮标总重力做功: = G=550×20m=11×10⁴; (2)浮标最终处于漂浮状态，所以 F肉=G肉= 550, 由阿基米德原理 F 丙=ρ浓gV 和可得，整个浮标排开水的体积： V 和= F 汤 ρ水g= 550 N 1.0×10 3kg/m 3×10 N /kg =¿ 0.055m³; 由 ρ=m V 可得，油囊的体积： V 动=V 动=m动 ρ动 = 20kg 0.8×10 3kg/m 3=0.025m 3,由于油 囊 是 浸没在水中的， 则 V 和=V 动+ V 亮漫 ,所以外 壳浸入水中的体积： V 差锥侧=V 和−V . ¿0.055m³−0.025m³=0.03m³ , 则浮标最终露出水面的体积： V m=V 浓−V 排浮=0.04 m 3−0.03m 3=0.0↑m 3答：(1)浮标总重力做功 1.1×10⁴ J ; (2) 浮标最终露出水面的体积为001m³ 7 答 解: (1)装满水的船厢的重力:G= mg=1.55×10⁷kg×10 N /kg=