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(共21张PPT)
专题八　综合应用题

1.(2022·贵阳28题,9分)《天工开物》中记录了古代劳动者煮海水制盐的方法,如图甲所示。用于制盐的海水密度有严格要求,在《西溪丛语》中谈到了用莲子选定海水的方法:采用多粒莲子投入盛有海水的容器中,若所有莲子均浮,则海水含盐重;若所有莲子均沉,则这样的海水就毫无制盐价值。
后来《熬波图咏》中谈到,将莲子分别浸入不同密度等级的海水中(一等海水密度最大,二、三、四等依次次之),充分浸泡后制备成不同测定标准的“浮子”。将“浮子”放入盛有待测海水的竹管内,如图乙所示,根据浮起的“浮子”数即可判断待测海水的密度范围。
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请回答下列问题:
(1)煮海水制盐过程中,水发生的物态变化是　　　　　　。
(2)若一粒浸泡后的莲子质量是3×10-3 kg,其受到的重力是多少 (g取10 N/kg)
汽化
解:若一粒浸泡后的莲子质量是3×10-3 kg,
其受到的重力G=mg=3×10-3 kg×10 N/kg=3×10-2 N。
(3)《西溪丛语》谈到:无制盐价值的海水,莲子放入后会全部沉入水底。莲子沉入水底的原因是什么
答:无制盐价值的海水,其中的含盐量少,则这种海水的密度会较小;而莲子的密度大于这种海水的密度,所以莲子沉入水底。
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(4)将四粒不同测定标准的“浮子”放入盛有待测海水的竹管内。请跟进图乙中“浮子”静止时的情况判断:2号“浮子”制备时是浸泡在哪一等级的海水中 写出你判断的理由。(设各“浮子”的体积均相同,其密度与对应等级的海水密度相等)
答:由图乙可知,V排1>V排2>V排3>V排4,
待测海水密度一定,根据阿基米德原理可知,浮力F1>F2>F3>F4,
1号“浮子”沉底,其浮力小于重力,2、3、4号“浮子”漂浮,它们的浮力均等于重力,所以G1>G2>G3>G4,
根据G=mg可知,“浮子”的质量m1>m2>m3>m4,
又因各“浮子”体积相同,根据ρ=可知,“浮子”的密度ρ1>ρ2>ρ3>ρ4,所以,2号“浮子”制备时浸泡在二等海水中。
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2.(2021·贵阳28题,9分)我国第一高楼“上海中心大厦”的建筑高度是632米,为了避免台风来临时大厦上部剧烈晃动,大厦上部第125层安装了总质量上千吨的阻尼器系统,如图甲所示。阻尼器系统的钢索悬挂在大厦顶端,阻尼器类似一个智力巨大的金属摆,其简化模型如图乙所示。台风来临迫使大厦晃动,触发阻尼器产生与大厦晃动方向相反的摆动(如图丙所示)。阻尼器不停地往复摆动,使大厦上部晃动逐渐减弱,这样就不断吸收大厦晃动的能量。请回答下列问题:
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解:电梯的平均速度v===10 m/s。
(2)若阻尼器系统的质量是106 kg,则它受到的重力是多少 (g取
10 N/kg)
(1)若阻尼器所在楼层距大厦底层高580 m,乘坐高速电梯从底层到125层用时58 s,则这一过程电梯的平均速度是多少
解:阻尼器系统的重力G=mg=106 kg×10 N/kg=107 N。
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(3)图丙中,大厦刚开始向左晃动时,内部的阻尼器为什么会相对向右摆动
答:大厦刚开始向左晃动时,阻尼器由于惯性要保持原来的运动状态,因此会相对大厦向右摆动。
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答:闭合线圈切割磁感线,将机械能转化为电能,机械能减小,因此需将闭合线圈置于磁场中,故还需磁铁。闭合线圈切割磁感线,将机械能转化为电能,机械能减小,势能不变,则动能减小,即质量一定时,阻尼器速度减小。
(4)阻尼器吸收的能量不断增加,从安全角度考虑,设计时应使其摆动到最低点时速度不能过大,若在阻尼器下方加装铜质闭合线圈,结合电磁感应知识,你认为还缺少的器件是什么 请从能量转化的角度写出这一新增装置能减小摆动速度的原因。
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3.(2020·贵阳29题,8分)2020年6月23日,第55颗“北斗”卫星成功发射,自此“北斗”卫星导航系统组网成功,这标志着我国从航天大国迈向航天强国。承担此次“北斗”卫星运载任务的是长征三号乙三级运载火箭。如图所示是三级运载火箭的结构示意图,三级火箭内都满载燃料。火箭发射升空时,先点燃第一级火箭,它的燃料用完后空壳自动脱离,这时第二级火箭开始工作,继续推动火箭加速运动。第二级火箭在燃料用完后空壳也自动脱离,接着第三级火箭开始工作,再次加速将卫星送至预定轨道,最终完成“星箭分离”。卫星到达预定轨道展开太阳能电池帆板,以一定的速度绕地球飞行。
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请回答下列问题:
(1)火箭升空的动力来源于燃料燃烧释放的　　　能;卫星与地面设备通过　　　波传递信息。
解:G=mg=2×105 kg×10 N/kg=2×106 N。
内
电磁
(2)若满载燃料的火箭质量为2×105 kg,则受到的重力是多少 (取g=
10 N/kg)
(3)火箭在某阶段以7.42 km/s的速度匀速飞行100 s,则这段时间内火箭飞行的路程是多少
解:s=vt=7.42 km/s×100 s=742 km。
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(4)火箭能达到额定速度主要与燃料燃烧的喷射速度、火箭的“质量比”有关,若燃料的喷射速度一定,提高“质量比”,可提高火箭飞行速度。人们把火箭初始起飞时的总质量m0与燃料耗尽时的火箭结构质量m1之比称为“质量比”(即 )。请根据以上信息分析说明采用多级火箭为什么能提高火箭飞行速度。
答:多级火箭工作过程中,每一级火箭在燃料耗尽后空壳自动脱离,使得火箭的自身结构质量m1变小,m0不变,火箭的“质量比”变大,当燃料燃烧喷射速度一定时,火箭的飞行速度得以提高。
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4.(2019·贵阳29题,8分)体育课上,小明在同位置用相同的力多次将足球踢出,发现足球斜向上飞出的角度越大,球运动得越高,但并不能运动得越远,这是什么原因呢
小明向老师请教,老师说:这是常见的一种抛体运动,将足球以一定的速度向斜上方踢出,足球所做的运动叫做斜抛运动,其运动轨迹如图甲所示。足球起始运动方向与水平方向的夹角叫做抛射角,抛出点到落地点的水平距离叫做射程,射程与抛出速度和抛射角的大小有关。
若不计空气阻力,请回答下列问题:
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解:足球的质量是0.4 kg,它受到的重力G=mg=0.4×10 N/kg=4 N。
(2)若足球从地面踢出时具有的动能是120 J,踢出后能达到的最大高度是5 m,足球在最高点时具有的动能是多少
(1)足球的质量是0.4 kg,它受到的重力是多少 (取g=10 N/kg)
解:若足球从地面踢出时具有的动能是120 J,踢出后能达到的最大高度是5 m,足球在最高点时具有的重力势能Ep=mgh=4 N×5m=
20 J;则动能Ek=120 J-20 J=100 J。
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(3)若足球的射程X与抛出速度v、抛射角θ之间满足公式X= ,当足球以20 m/s的速度且与水平方向成45°角踢出,足球的射程是多少 (取g=10 m/s2)
解:当足球以20 m/s的速度且与水平方向成45°角踢出时,则足球的射程X===40 m。
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(4)足球以30°抛射角踢出,其动能Ek随水平位置s变化关系的图象如图乙所示。若该球在同位置以60°抛射角且与前次大小相等的速度踢出,请你在图中画出此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图象。
根据数学知识,sin 60°×cos 60°=sin 30°×cos 30°,因两次速度大小相等,由X=,两种情况下射程相同,因足球斜向上飞出的角度越大, 球运动得越高,故第二种情况下的高度越大,动能较小,据此画出此次足球的动能随水平位置变化关系的大致图象,如图所示。
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5.(2018·贵阳29题,8分)如图甲所示是我们经常看到的场景,满载木材的货车,车厢尾部没有任何遮挡,一旦货车突然向前加速,木材就可能向后滑出,对后面的车辆造成严重伤害。这引起了小光的思考:只要货车加速,木材就都会滑出吗
为此他请教了老师,老师解释道:这要看车加速的程度,物理学中用“加速度”这个物理量来描述物体加速的快慢程度,要让物体加速运动,就需要有外力对它作用。要使木材不滑落,必须有其他物体对它施加摩擦力,使它产生和车相同大小的加速度,与车保持相对静止,一起向前运动。
小光将以上情景简化成了如图乙所示的模型,水平车厢中有一根质量分布均匀的木头。
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解:木头的重力G=mg=100 kg×10 N/kg=1 000 N。
(2)若车厢长3 m,木头长4 m,在木头从车厢滑出的过程中,车厢对木头的摩擦力为100 N,则这一过程中摩擦力至少对木头做了多少功 (提示:木头重心O在其中心点处,当重心滑过车厢尾部,木头会倾倒)
(1)若木头的质量为100 kg,它的重力是多大 (取g=10 N/kg)
解:由图可知,木头只在车厢上滑动了1 m,
因此摩擦力做的功W=fs=100 N×1 m=100 J。
请你根据以上信息解答下列问题:
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答:上部分木材容易滑落;因为下部分木材与周围木材间产生的压力较大,导致受到的摩擦力较大,能够产生与车相同的加速度,而上部分木材产生的压力小,上部分木材的加速度小于车的加速度,因此上部分木材容易滑落。
思路指

答:木头的加速度a====1 m/s2<1.5 m/s2;因为木头的加速度小于货车的加速度,所以木头会滑落。
(4)在甲图场景中,若货车在水平路面上沿直线加速行驶,请指出车厢哪一部分木材最易滑落 并解释为什么另一部分不易滑落
(3)小光查阅资料得知:物体运动时加速度与外力的合力大小关系为a= ,a表示加速度,其单位是m/s2。若货车加速度为1.5 m/s2,请结合上述数据计算说明这根木头是否会滑落。
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思路指

6.(2017·贵阳29题,8分)小安和小锋检修自行车时观察到:摇动自行车脚踏板时,大齿轮转动并通过链条带动小齿轮一起转动。小锋认为两齿轮转动一样快,小安则认为小齿轮比大齿轮快,两人带着不同的观点请教老师。
老师解释道:你们说得都有些道理,齿轮转动时,其周边的轮齿绕轴心做轨迹为圆的运动——圆周运动,可以通过齿轮的运动来研究齿轮的转动,比较物体做圆周运动的快慢有两种方法:①比较单位时间内物体通过的圆弧长,物理学中称为线速度,计算公式v=(v:线速度、s:圆弧长、t:时间);②比较单位时间内物体与圆心连线(半径)扫过的角度(如图甲所示),物理学中称为角速度,用字母ω表示,国际单位是弧度/秒(rad/s)。二者之间的关系满足公式:v=ωr,r表示圆的半径,要比较齿轮转动的快慢,就需要判断大、小齿轮上的轮齿在运动过程中各物理量的大小。
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解:根据v=ωr可得,角速度ω===1.6 rad/s。
(2)若轮齿a到轴心的距离r0=0.1 m,其角速度是多大
(1)如图乙所示,匀速摇动脚踏板时,大齿轮上某个轮齿(标记为a)在1 s内从A点运动到A'点,弧长AA'=0.16 m,则轮齿a的线速度v是多大
解:轮齿a的线速度v===0.16 m/s。
根据老师的解释,请你回答下列问题:
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解:由题意知,在相同时间内a、b转过的弧长相同,因此它们的线速度相等,所以小锋同学从两者的线速度来看认为两轮的轮齿运动一样快是有道理的;但又因为大小齿轮的半径不相同,根据v=ωr可得b的角速度大于a的角速度,所以小安同学从两者的角速度来看认为小齿轮转动比大齿轮快是有道理的。
(4)小齿轮上的某个轮齿(标记为b),在轮齿a由A点运动到A'点的同时从B点运动到B'点,弧长为BB',测量发现BB'=AA'。请你结合上述材料分别解释两位同学的观点。(链条长度固定且运动过程中与齿轮不打滑)
(3) A点与轴心的连线上有一点C,请你根据角速度的定义判断齿轮转动过程中A、C两点角速度的大小关系,并说明理由。
解:轮齿a的线速度v===0.16 m/s。
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