力學綜合計算題分類例析

綜觀歷年各省市中考題，不難發現，力學計算大多以綜合題的形式出現，單獨用一個知識點只對某一個物理量（如密度、壓強等）進行求解的力學計算題已很少見了，絕大部分力學的計算題都有一定的綜合性。綜合題的優點是：一方面能考查學生分析、理解和推理的思維能力，另一方面考查學生綜合運用知識的能力和知識遷移能力。這完全符合新課程標準的要求和目標，所以這種題型在今后的中考中仍將占有很重要的位置。本專題從以下幾個方面對這類計算題進行分析探究。以指導同學們解題時抓住要點，一舉突破。

一.思路和方法

1.讀懂題意或圖示，明確已知量和所求量。

有些新題型會出現一些新名詞或概念，有的已知條件比較隱蔽，應該努力挖掘出對解題有用的信息。

2.分析研究對象所處的狀態或物理過程，找出已知量和未知量之間的聯系。

為了幫助分析，通常對研究對象進行受力分析并畫出受力圖，確定哪些力構成平衡力，根據平衡條件建立平衡方程式，這是很關鍵的一步。

3.明確題目所描述的對象和過程涉及到哪些知識點，選擇適當的公式或規律進行計算。

①求壓強時可用，兩個公式進行求解。但后一個公式一般用來求解液體壓強，只有豎直放置的柱體對支承面產生壓強，才能用來解。

②計算浮力的方法有很多：（1）阿基米德原理；（2）彈簧測力計測浮力（G與F分別為物體在空氣中稱和在液體中稱時彈簧測力計的示數）；（3）平衡法：物體處于漂浮或懸浮；（4）壓力差法：。根據已知條件和研究對象所處的狀態選擇適當的公式求浮力。

③求滑輪組的機械效率也有兩個公式：和。當滑輪組豎直提升物體時就用前者，當滑輪組水平拉物體時就用后者。

4.驗證計算結果

對答案進行檢驗，看過程有無錯誤，看結果是否符合實際。

二.熱點問題歸類

熱點一：密度、壓強和浮力的綜合。

例1.某電梯公寓樓約40m，完成此建筑物需要澆鑄鋼筋混凝土，還需要使用其他建筑材料，混凝土密度為，取。求：（1）已知自來水的密度為，若要從地面向樓頂提供自來水，加壓設備至少需要給施加多大的壓強？（不考慮大氣壓強）

（2）測量表明，該樓的地基所承受的壓強不得超過，若地基與地面的接觸面積為，則此大樓另外添加的裝飾材料、各種設備等物資及進入大樓的人員的總質量不得超過多少？

解析：這是一道密度和壓強的綜合題，根據公式。（1）小題立即解決。（2）小題中要求質量，則可以先求出最大重力，然后求出最大質量，最后減去已有的質量即可，具體解法如下：

（1）

（2）設混凝土、其他建筑材料和其余部分的質量分別為m1、m2和m3，總重量為G

當m3最大時，G最大，大樓對地基的壓力F最大，地基所承受的壓強達到最大值。

所以

所以

例2.去年南京市對大明湖進行了首次換水清淤，換水后大明湖水清澈見底，魚兒歡暢。愛湖小分隊的同學準備利用自己掌握的科學知識對湖水水質進行監測。他們通過調查，了解到大明湖周邊主要污染源很容易導致湖水密度變大，而密度達到的水域就不適宜湖里魚類生存，他們就想到做一個簡易的密度計來監控湖水密度。為此找來一根長為1.2m粗細均勻的木條，在底端嵌入適量重物，使其能直立漂浮水中，做好相應的標記后就可以監測湖水的密度了，測量得該簡易密度計的總質量為0.5kg。（g取10N/kg）

（1）先將該木條放入足夠深的清水中，測得木條露出水面0.2m，在水面處畫上白線，請計算此時木條底端受到的水的壓強及木條受到的浮力。

（2）請通過計算說明應在木條的什么位置畫上表示污水密度達到時的紅線，以監測湖水密度是否超標。

解析：此題是一道運用知識解決實際問題的好題，綜合的知識有壓強、浮力和二力平衡等。（1）木條底端受到水的壓強可直接用來求；又因木條處于漂浮狀態，故可用二力平衡法求浮力。

由于木條處于漂浮狀態，所以：

（2）此題實際上是求木條浸入污水的深度h，要求深度必先求，因為，可通過浮力算出。又因木條的橫截面積S未知，深度h似乎無法求出，但我們要善于利用（1）小題的條件，找到兩者的相同之處，即在清水中和污水中都處于漂浮狀態，兩者受到的浮力相等，所以

，即，所以：

熱點二：速度、功率和效率的綜合

例3.如圖1所示，物體重20N，在拉力F的作用下，以0.5m/s的速度沿水平方向勻速運動，物體與地面的摩擦力是物重的0.2倍，求：

（1）不記滑輪、繩重和滑輪組的摩擦，拉力的大小及拉力的功率。

（2）若拉力為2.5N，該滑輪組的機械效率。

圖1

解析：在不計摩擦的情況下，可直接用滑輪組省力公式求拉力，不過不是，而應該是（是物體A與地面的摩擦）。因為對物體的拉力不是等于物體的重量，而是等于地面對物體的摩擦力。相應地，求這種水平裝置的滑輪組的機械效率的計算公式也應該是，而不是。拉力的功率可進行如下推導：

（1）拉力的大小：

拉力的功率：

（2）

熱點三：壓強或浮力與杠桿類相結合的綜合題

例4.圖2是小明設計的一個用水槽來儲存二次用水的沖廁裝置。帶有浮球的橫桿AB（B為浮球的中心）能繞O點轉動，倒“T”形閥門C底部為厚度不計的橡膠片，上部為不計粗細的直桿，進水口的橫截面積為4cm2，浮球的體積為100cm3，OB是OA長度的6倍，AB桿左端壓在閥門C上，閥門C堵住進水口時，AB桿水平，浮球頂部和溢水口相平，不考慮閥門C、橫桿AB及浮球受到的重力。（）求：

（1）浮球浸沒時，浮球受到的浮力多大？A端受力多大？

（2）為了防止水從溢水口溢出，水槽中的水面與溢水口的高度差不能超過多少？

圖2

解析：本題又是一道力學綜合題，描述的物理情境較為復雜，所以分析審題是關鍵，尤其是要把這個裝置的結構示意圖看懂，搞清楚它的工作過程和原理，解題過程如下：

（1）當球全部浸沒水中時：

橫桿B端受力等于浮球所受浮力，即：

運用杠桿平衡條件：

，因為

所以A端受力為：

（2）水恰能從溢水口流出時水槽中的水面距溢水口的高度差是允許的最大值。此時，浮球全部浸沒，閥門C受到水槽中的水向上的壓力和水箱中水向下的壓力及浮球浸沒時杠桿A端對閥門C向下的壓力相互平衡，即：

                                         ①

設水槽中的水面距閥門C底部橡膠片的高度為H，溢水口到閥門C底部橡膠片的高度為h，則：

                                             ②

                                              ③

把②③式代入①中，有

整理得：

人教版第十五章   功和機械能 復習提綱  

　　一、功

 　1．力學里的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離。

 　　2．不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、力和距離垂直。

 　　鞏固：☆某同學踢足球，球離腳后飛出10m遠，足球飛出10m的過程中人不做功。（原因是足球靠慣性飛出）。

 　　3．力學里規定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=FS。

 　　4．功的單位：焦耳，1J=1N·m。把一個雞蛋舉高1m，做的功大約是0．5J。

 　　5．應用功的公式注意：①分清哪個力對物體做功，計算時F就是這個力；②公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強調對應。③功的單位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘積（牛·米，不能寫成“焦”）單位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．內容：使用機械時，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功；即：使用任何機械都不省功。

 　　2．說明：（請注意理想情況功的原理可以如何表述？）

 　　①功的原理是一個普遍的結論，對于任何機械都適用。

 　　②功的原理告訴我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。

 　　③使用機械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。

 　　④我們做題遇到的多是理想機械（忽略摩擦和機械本身的重力）理想機械：使用機械時，人們所做的功（FS）=直接用手對重物所做的功（Gh）。

 　　3．應用：斜面

 　　①理想斜面：斜面光滑；

 　　②理想斜面遵從功的原理；

 　　③理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面長；G：物重；h：斜面高度。

 　　如果斜面與物體間的摩擦為f，則：FL=fL+Gh；這樣F做功就大于直接對物體做功Gh。

 　　三、機械效率

 　　1．有用功：定義：對人們有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_總－W_額=ηW_總         斜面：W_有用=Gh

 　　2．額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_額=W_總－W_有用=G_動h（忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組） 　　斜面：W_額=fL

 　　3．總功：定義：有用功加額外功或動力所做的功

 　　公式：W_總=W_有用＋W_額=FS= W_有用／η       斜面：W_總= fL+Gh=FL

 　　4．機械效率：①定義：有用功跟總功的比值。

 　　②公式： 

 　　斜 面：                     定滑輪：

 　　動滑輪：        滑輪組：

 　　③有用功總小于總功，所以機械效率總小于1。通常用百分數表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功占總功的60%。

 　　④提高機械效率的方法：減小機械自重、減小機件間的摩擦。

 　　5．機械效率的測量：

 　　①原理：

 　　②應測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S。

 　　③器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。

 　　④步驟：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的：保證測力計示數大小不變。

 　　⑤結論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有：

 　　A、動滑輪越重，個數越多則額外功相對就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相對就多。

 　　C、摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。

 　　繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機械效率。

 　　四、功率

 　　1．定義：單位時間里完成的功。

 　　2．物理意義：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．單位：主單位W；常用單位kW mW 馬力。

 　　換算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1馬力=735W。

 　　某小轎車功率66kW，它表示：小轎車1s內做功66000J。

 　　5．機械效率和功率的區別：

 　　功率和機械效率是兩個不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時間內完成的功；機械效率表示機械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。

 　　五、機械能

 　　（一）動能和勢能

 　　1．能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能。

 　　理解：①能量表示物體做功本領大小的物理量；能量可以用能夠做功的多少來衡量。

 　　②一個物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。

 　　2．知識結構：

 　　3．探究決定動能大小的因素：

 　　①猜想：動能大小與物體質量和速度有關。

 　　實驗研究：研究對象：小鋼球  方法：控制變量。

 　　·如何判斷動能大小：看小鋼球能推動木塊做功的多少。

 　　·如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同。

 　　·如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。

 　　③分析歸納：保持鋼球質量不變時結論：運動物體質量相同時；速度越大動能越大。

 　　保持鋼球速度不變時結論：運動物體速度相同時；質量越大動能越大；

 　　④得出結論：物體動能與質量和速度有關；速度越大動能越大，質量越大動能也越大。

 　　練習：☆上表中給出了一頭牛漫步行走和一名中學生百米賽跑時的一些數據：分析數據，可以看出對物體動能大小影響較大的是速度。你判斷的依據：人的質量約為牛的1/12，而速度約為牛的12倍，此時動能為牛的12倍，說明速度對動能影響大。

4．機械能：動能和勢能統稱為機械能。

　　理解：①有動能的物體具有機械能；②有勢能的物體具有機械能；③同時具有動能和勢能的物體具有機械能。

　　（二）動能和勢能的轉化

　　1．知識結構：

　　2．動能和重力勢能間的轉化規律：

　　①質量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉化為動能。

　　②質量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。

　　3．動能與彈性勢能間的轉化規律：

 　　①如果一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉化為彈性勢能。

 　　②如果一個物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉化為動能。

 　　4．動能與勢能轉化問題的分析：

 　　⑴首先分析決定動能大小的因素，決定重力勢能（或彈性勢能）大小的因素──看動能和重力勢能（或彈性勢能）如何變化。

 　　⑵還要注意動能和勢能相互轉化過程中的能量損失和增大──如果除重力和彈力外沒有其他外力做功（即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失），則動能勢能轉化過程中機械能不變。

 　　⑶題中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失──機械能守恒；“斜面上勻速下滑”表示有能量損失──機械能不守恒。

　　（三）水能和風能的利用

 　　1．知識結構：

 　　2．水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉化為動能，水的一部分動能轉移到水輪機，利用水輪機帶動發電機把機械能轉化為電能。

 　　練習：☆水電站修筑攔河大壩的目的是什么？大壩為什么要設計成上窄下寬？

 　　答：水電站修筑攔河大壩是為了提高水位，增大水的重力勢能，水下落時能轉化為更多的動能，通過發電機就能轉化為更多的電能。

人教版第十五章   功和機械能 復習提綱  

　　一、功

 　1．力學里的功包括兩個必要因素：一是作用在物體上的力；二是物體在力的方向上通過的距離。

 　　2．不做功的三種情況：有力無距離、有距離無力、力和距離垂直。

 　　鞏固：☆某同學踢足球，球離腳后飛出10m遠，足球飛出10m的過程中人不做功。（原因是足球靠慣性飛出）。

 　　3．力學里規定：功等于力跟物體在力的方向上通過的距離的乘積。公式：W=FS。

 　　4．功的單位：焦耳，1J=1N·m。把一個雞蛋舉高1m，做的功大約是0．5J。

 　　5．應用功的公式注意：①分清哪個力對物體做功，計算時F就是這個力；②公式中S一定是在力的方向上通過的距離，強調對應。③功的單位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘積（牛·米，不能寫成“焦”）單位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．內容：使用機械時，人們所做的功，都不會少于直接用手所做的功；即：使用任何機械都不省功。

 　　2．說明：（請注意理想情況功的原理可以如何表述？）

 　　①功的原理是一個普遍的結論，對于任何機械都適用。

 　　②功的原理告訴我們：使用機械要省力必須費距離，要省距離必須費力，既省力又省距離的機械是沒有的。

 　　③使用機械雖然不能省功，但人類仍然使用，是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向，給人類工作帶來很多方便。

 　　④我們做題遇到的多是理想機械（忽略摩擦和機械本身的重力）理想機械：使用機械時，人們所做的功（FS）=直接用手對重物所做的功（Gh）。

 　　3．應用：斜面

 　　①理想斜面：斜面光滑；

 　　②理想斜面遵從功的原理；

 　　③理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面長；G：物重；h：斜面高度。

 　　如果斜面與物體間的摩擦為f，則：FL=fL+Gh；這樣F做功就大于直接對物體做功Gh。

 　　三、機械效率

 　　1．有用功：定義：對人們有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_總－W_額=ηW_總         斜面：W_有用=Gh

 　　2．額外功：定義：并非我們需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_額=W_總－W_有用=G_動h（忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組） 　　斜面：W_額=fL

 　　3．總功：定義：有用功加額外功或動力所做的功

 　　公式：W_總=W_有用＋W_額=FS= W_有用／η       斜面：W_總= fL+Gh=FL

 　　4．機械效率：①定義：有用功跟總功的比值。

 　　②公式： 

 　　斜 面：                     定滑輪：

 　　動滑輪：        滑輪組：

 　　③有用功總小于總功，所以機械效率總小于1。通常用百分數表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功占總功的60%。

 　　④提高機械效率的方法：減小機械自重、減小機件間的摩擦。

 　　5．機械效率的測量：

 　　①原理：

 　　②應測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S。

 　　③器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。

 　　④步驟：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的：保證測力計示數大小不變。

 　　⑤結論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有：

 　　A、動滑輪越重，個數越多則額外功相對就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相對就多。

 　　C、摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。

 　　繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機械效率。

 　　四、功率

 　　1．定義：單位時間里完成的功。

 　　2．物理意義：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．單位：主單位W；常用單位kW mW 馬力。

 　　換算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1馬力=735W。

 　　某小轎車功率66kW，它表示：小轎車1s內做功66000J。

 　　5．機械效率和功率的區別：

 　　功率和機械效率是兩個不同的概念。功率表示做功的快慢，即單位時間內完成的功；機械效率表示機械做功的效率，即所做的總功中有多大比例的有用功。

 　　五、機械能

 　　（一）動能和勢能

 　　1．能量：一個物體能夠做功，我們就說這個物體具有能。

 　　理解：①能量表示物體做功本領大小的物理量；能量可以用能夠做功的多少來衡量。

 　　②一個物體“能夠做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已經做功”。如：山上靜止的石頭具有能量，但它沒有做功。也不一定要做功。

 　　2．知識結構：

 　　3．探究決定動能大小的因素：

 　　①猜想：動能大小與物體質量和速度有關。

 　　實驗研究：研究對象：小鋼球  方法：控制變量。

 　　·如何判斷動能大小：看小鋼球能推動木塊做功的多少。

 　　·如何控制速度不變：使鋼球從同一高度滾下，則到達斜面底端時速度大小相同。

 　　·如何改變鋼球速度：使鋼球從不同高度滾下。

 　　③分析歸納：保持鋼球質量不變時結論：運動物體質量相同時；速度越大動能越大。

 　　保持鋼球速度不變時結論：運動物體速度相同時；質量越大動能越大；

 　　④得出結論：物體動能與質量和速度有關；速度越大動能越大，質量越大動能也越大。

 　　練習：☆上表中給出了一頭牛漫步行走和一名中學生百米賽跑時的一些數據：分析數據，可以看出對物體動能大小影響較大的是速度。你判斷的依據：人的質量約為牛的1/12，而速度約為牛的12倍，此時動能為牛的12倍，說明速度對動能影響大。

4．機械能：動能和勢能統稱為機械能。

　　理解：①有動能的物體具有機械能；②有勢能的物體具有機械能；③同時具有動能和勢能的物體具有機械能。

　　（二）動能和勢能的轉化

　　1．知識結構：

　　2．動能和重力勢能間的轉化規律：

　　①質量一定的物體，如果加速下降，則動能增大，重力勢能減小，重力勢能轉化為動能。

　　②質量一定的物體，如果減速上升，則動能減小，重力勢能增大，動能轉化為重力勢能。

　　3．動能與彈性勢能間的轉化規律：

 　　①如果一個物體的動能減小，而另一個物體的彈性勢能增大，則動能轉化為彈性勢能。

 　　②如果一個物體的動能增大，而另一個物體的彈性勢能減小，則彈性勢能轉化為動能。

 　　4．動能與勢能轉化問題的分析：

 　　⑴首先分析決定動能大小的因素，決定重力勢能（或彈性勢能）大小的因素──看動能和重力勢能（或彈性勢能）如何變化。

 　　⑵還要注意動能和勢能相互轉化過程中的能量損失和增大──如果除重力和彈力外沒有其他外力做功（即：沒有其他形式能量補充或沒有能量損失），則動能勢能轉化過程中機械能不變。

 　　⑶題中如果有“在光滑斜面上滑動”則“光滑”表示沒有能量損失──機械能守恒；“斜面上勻速下滑”表示有能量損失──機械能不守恒。

　　（三）水能和風能的利用

 　　1．知識結構：

 　　2．水電站的工作原理：利用高處的水落下時把重力勢能轉化為動能，水的一部分動能轉移到水輪機，利用水輪機帶動發電機把機械能轉化為電能。

 　　練習：☆水電站修筑攔河大壩的目的是什么？大壩為什么要設計成上窄下寬？

 　　答：水電站修筑攔河大壩是為了提高水位，增大水的重力勢能，水下落時能轉化為更多的動能，通過發電機就能轉化為更多的電能。

下列知識結構正確的是

1. A.
   
2. B.
   
3. C.
   重力與壓力的區別
   
4. D.
   機械能的分類：