阅读文章，回答文后的问题：

　　人们在长期的生活和生产中认识到，人类的生存和发展离不开能源．人们是多么渴望生产一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器－－永动机．下图所示的是一个永动机的设计方案：轮子中有一个转动轴，轮子边缘安装着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球．方案的设计者认为右边的球与左边的球离轴远些，因此，右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大．这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去，并且带动机器转动．但事实上并未实现不停息的转动．仔细分析一下就会发现，虽然右边每个球产生的力矩大，但是球的个数少，左边每个球产生的力矩小，但是球的个数多．于是，轮子不会持续转动下去而对外做功，只会摆动几下，便停在图中所画的位置上．

　　17～18世纪，永动机最为流行，人们曾提出各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水”，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同性磁极之间排斥作用的．18世纪末，不少科学家开始怀疑制造永动机的可能性．1775年，法国科学院决议不再受理永动机的设计方案．这些事实，使人们逐步悟出一个道理：永动机不可能实现是由于某一普遍定律的限制，而这条定律至今还没发现．因此，它启示人们不再为设计永动机而煞费苦心，转而致力于这一未发规定律的挖掘工作．

　　17～18世纪，经典力学中已蕴涵着机械能的转化和守恒的初步思想．伦福德等人对摩擦生热的研究，否定了热质说，提示了机械能与物体内能变化的关系．1800年发明了电池，不久又发现了电流的热效应、磁效应、化学效应及电磁感应，科学家们进一步展示出了自然界不同现象的相互联系、相互转化的图景．在其他方面，如生物学发现了动物的体温和进行机械活动的能量跟它摄取的食物的化学能有关．这一切，都为能量守恒发现做了必要的准备．19世纪40年代，不同国家的十几位科学家以不同的方式，各自独立地提出了能量守恒定律．人们认识到：能量既不会消灭，也不会凭空产生，能量有各种不同的形式，可从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中能量的总量保持不变．能量守恒定律使永动机幻梦被彻底地打破．

　　在制造上面所说的第一类永动机的这一尝试失败之后，一些人又梦想着制造另一种永动机，希望它不违反能量守恒定律，而且既经济又方便．例如，这种可直接从海洋或大气中吸取热量使之转化为机械功．由于海洋和大气的能量是取之不尽的，因而这种热可永不停息地运转做功，也是一种永动机．然而，在大量实践经验的基础上，英国物理学家开尔文于1851年提出一条新的普遍原理：物质不可能从单一的热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响．看来永动机只是人们的美好愿望，永远也不可能实现．

(1)人类梦想制造的永动机有哪几类？为什么都没有实现？

(2)下图是两位发明家自制的永动机模型．你能否和其他同学讨论一下，它们能“永动”吗？

(3)人们为什么热衷于发明与制造永动机？

北京时间2005年10月12日9时，我国自主研制的“神舟六号”载人飞船由“长征二号F”运载火箭从甘肃酒泉卫星发射中心发射升空，10多分钟后，成功进入预定轨道．这是我国第二次进行载人航天飞行，也是第一次将我国两名航天员同时送上太空．10月17日凌晨，绕地球飞行了5天77圈的“神舟六号”飞船载着巡天归来的航天员费俊龙、聂海胜在内蒙古四子王旗阿木古朗草原成功着陆！现在请回答下列问题：
（1）火箭的燃料主要使用液态氢是因为它的热值 ______（填“大”或“小”）．
（2）飞船在脱离火箭之前，相对于 ______是静止的．
（3）火箭在加速上升过程中机械能 ______（选填：“增大”、“减小”或“不变”），这个能量是由 ______能转化过来的．由于地球自西向东不停地自转，为节省燃料，火箭升空后应向 ______方向飞行（选填：“偏东”或“偏西”）．
（4）在太空中飞船总共飞行时间为115h 32min，沿椭圆轨道围绕地球运行了77圈，在整个过程中航天员一共看到 ______次日出．轨道上离地面最近点200km，最远点350km．从远地点到近地点运行的过程中，飞船的速度 ______，势能 ______．
（5）飞船在太空运行时，处于失重状态的两名航天员的质量 ______（填“变”或“不变”），______惯性（填“没有”或“仍具有”）．飞船在太空成功完成了数千个运行动作，是通过喷射燃气来实施变轨、姿态确定的（即改变运行高度、运行方向），这是应用了物理学中 ______的原理，而太阳能帆板展开，是为了 ______．

（6）飞船返回大气层时与大气层发生剧烈摩擦，变成一个火球（如图），将 ______能转化为 ______能．因此给飞船降温十分重要．一种重要的降温方式就是“烧蚀防热”：在飞船表面涂有一层高分子固体材料，让这些材料在发生物态变化时吸收热量．你认为可能发生的物态变化有 ______、______、______，理由是这些物态变化都是 ______过程．
（7）返回舱返回地球时，在距地面约1m高处，反冲发动机向地面喷火（如图），飞船进一步减速，最后落地，请你写出在这一过程中包含的两条力学知识．
第一条：______；第二条：______．

力学综合计算题分类例析

综观历年各省市中考题，不难发现，力学计算大多以综合题的形式出现，单独用一个知识点只对某一个物理量（如密度、压强等）进行求解的力学计算题已很少见了，绝大部分力学的计算题都有一定的综合性。综合题的优点是：一方面能考查学生分析、理解和推理的思维能力，另一方面考查学生综合运用知识的能力和知识迁移能力。这完全符合新课程标准的要求和目标，所以这种题型在今后的中考中仍将占有很重要的位置。本专题从以下几个方面对这类计算题进行分析探究。以指导同学们解题时抓住要点，一举突破。

一.思路和方法

1.读懂题意或图示，明确已知量和所求量。

有些新题型会出现一些新名词或概念，有的已知条件比较隐蔽，应该努力挖掘出对解题有用的信息。

2.分析研究对象所处的状态或物理过程，找出已知量和未知量之间的联系。

为了帮助分析，通常对研究对象进行受力分析并画出受力图，确定哪些力构成平衡力，根据平衡条件建立平衡方程式，这是很关键的一步。

3.明确题目所描述的对象和过程涉及到哪些知识点，选择适当的公式或规律进行计算。

①求压强时可用，两个公式进行求解。但后一个公式一般用来求解液体压强，只有竖直放置的柱体对支承面产生压强，才能用来解。

②计算浮力的方法有很多：（1）阿基米德原理；（2）弹簧测力计测浮力（G与F分别为物体在空气中称和在液体中称时弹簧测力计的示数）；（3）平衡法：物体处于漂浮或悬浮；（4）压力差法：。根据已知条件和研究对象所处的状态选择适当的公式求浮力。

③求滑轮组的机械效率也有两个公式：和。当滑轮组竖直提升物体时就用前者，当滑轮组水平拉物体时就用后者。

4.验证计算结果

对答案进行检验，看过程有无错误，看结果是否符合实际。

二.热点问题归类

热点一：密度、压强和浮力的综合。

例1.某电梯公寓楼约40m，完成此建筑物需要浇铸钢筋混凝土，还需要使用其他建筑材料，混凝土密度为，取。求：（1）已知自来水的密度为，若要从地面向楼顶提供自来水，加压设备至少需要给施加多大的压强？（不考虑大气压强）

（2）测量表明，该楼的地基所承受的压强不得超过，若地基与地面的接触面积为，则此大楼另外添加的装饰材料、各种设备等物资及进入大楼的人员的总质量不得超过多少？

解析：这是一道密度和压强的综合题，根据公式。（1）小题立即解决。（2）小题中要求质量，则可以先求出最大重力，然后求出最大质量，最后减去已有的质量即可，具体解法如下：

（1）

（2）设混凝土、其他建筑材料和其余部分的质量分别为m1、m2和m3，总重量为G

当m3最大时，G最大，大楼对地基的压力F最大，地基所承受的压强达到最大值。

所以

所以

例2.去年南京市对大明湖进行了首次换水清淤，换水后大明湖水清澈见底，鱼儿欢畅。爱湖小分队的同学准备利用自己掌握的科学知识对湖水水质进行监测。他们通过调查，了解到大明湖周边主要污染源很容易导致湖水密度变大，而密度达到的水域就不适宜湖里鱼类生存，他们就想到做一个简易的密度计来监控湖水密度。为此找来一根长为1.2m粗细均匀的木条，在底端嵌入适量重物，使其能直立漂浮水中，做好相应的标记后就可以监测湖水的密度了，测量得该简易密度计的总质量为0.5kg。（g取10N/kg）

（1）先将该木条放入足够深的清水中，测得木条露出水面0.2m，在水面处画上白线，请计算此时木条底端受到的水的压强及木条受到的浮力。

（2）请通过计算说明应在木条的什么位置画上表示污水密度达到时的红线，以监测湖水密度是否超标。

解析：此题是一道运用知识解决实际问题的好题，综合的知识有压强、浮力和二力平衡等。（1）木条底端受到水的压强可直接用来求；又因木条处于漂浮状态，故可用二力平衡法求浮力。

由于木条处于漂浮状态，所以：

（2）此题实际上是求木条浸入污水的深度h，要求深度必先求，因为，可通过浮力算出。又因木条的横截面积S未知，深度h似乎无法求出，但我们要善于利用（1）小题的条件，找到两者的相同之处，即在清水中和污水中都处于漂浮状态，两者受到的浮力相等，所以

，即，所以：

热点二：速度、功率和效率的综合

例3.如图1所示，物体重20N，在拉力F的作用下，以0.5m/s的速度沿水平方向匀速运动，物体与地面的摩擦力是物重的0.2倍，求：

（1）不记滑轮、绳重和滑轮组的摩擦，拉力的大小及拉力的功率。

（2）若拉力为2.5N，该滑轮组的机械效率。

图1

解析：在不计摩擦的情况下，可直接用滑轮组省力公式求拉力，不过不是，而应该是（是物体A与地面的摩擦）。因为对物体的拉力不是等于物体的重量，而是等于地面对物体的摩擦力。相应地，求这种水平装置的滑轮组的机械效率的计算公式也应该是，而不是。拉力的功率可进行如下推导：

（1）拉力的大小：

拉力的功率：

（2）

热点三：压强或浮力与杠杆类相结合的综合题

例4.图2是小明设计的一个用水槽来储存二次用水的冲厕装置。带有浮球的横杆AB（B为浮球的中心）能绕O点转动，倒“T”形阀门C底部为厚度不计的橡胶片，上部为不计粗细的直杆，进水口的横截面积为4cm2，浮球的体积为100cm3，OB是OA长度的6倍，AB杆左端压在阀门C上，阀门C堵住进水口时，AB杆水平，浮球顶部和溢水口相平，不考虑阀门C、横杆AB及浮球受到的重力。（）求：

（1）浮球浸没时，浮球受到的浮力多大？A端受力多大？

（2）为了防止水从溢水口溢出，水槽中的水面与溢水口的高度差不能超过多少？

图2

解析：本题又是一道力学综合题，描述的物理情境较为复杂，所以分析审题是关键，尤其是要把这个装置的结构示意图看懂，搞清楚它的工作过程和原理，解题过程如下：

（1）当球全部浸没水中时：

横杆B端受力等于浮球所受浮力，即：

运用杠杆平衡条件：

，因为

所以A端受力为：

（2）水恰能从溢水口流出时水槽中的水面距溢水口的高度差是允许的最大值。此时，浮球全部浸没，阀门C受到水槽中的水向上的压力和水箱中水向下的压力及浮球浸没时杠杆A端对阀门C向下的压力相互平衡，即：

                                         ①

设水槽中的水面距阀门C底部橡胶片的高度为H，溢水口到阀门C底部橡胶片的高度为h，则：

                                             ②

                                              ③

把②③式代入①中，有

整理得：