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：

人教版第十五章   功和机械能 复习提纲  

　　一、功

 　1．力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。

 　　2．不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。

 　　巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。

 　　3．力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=FS。

 　　4．功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0．5J。

 　　5．应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。

 　　2．说明：（请注意理想情况功的原理可以如何表述？）

 　　①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。

 　　②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。

 　　③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。

 　　④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）。

 　　3．应用：斜面

 　　①理想斜面：斜面光滑；

 　　②理想斜面遵从功的原理；

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

 　　如果斜面与物体间的摩擦为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。

 　　三、机械效率

 　　1．有用功：定义：对人们有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_总－W_额=ηW_总         斜面：W_有用=Gh

 　　2．额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_额=W_总－W_有用=G_动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组） 　　斜面：W_额=fL

 　　3．总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功

 　　公式：W_总=W_有用＋W_额=FS= W_有用／η       斜面：W_总= fL+Gh=FL

 　　4．机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。

 　　②公式： 

 　　斜 面：                     定滑轮：

 　　动滑轮：        滑轮组：

 　　③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

 　　④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。

 　　5．机械效率的测量：

 　　①原理：

 　　②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

 　　③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

 　　④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

 　　⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

 　　A、动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相对就多。

 　　C、摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

 　　绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

 　　四、功率

 　　1．定义：单位时间里完成的功。

 　　2．物理意义：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．单位：主单位W；常用单位kW mW 马力。

 　　换算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1马力=735W。

 　　某小轿车功率66kW，它表示：小轿车1s内做功66000J。

 　　5．机械效率和功率的区别：

 　　功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。

 　　五、机械能

 　　（一）动能和势能

 　　1．能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。

 　　理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。

 　　②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。

 　　2．知识结构：

 　　3．探究决定动能大小的因素：

 　　①猜想：动能大小与物体质量和速度有关。

 　　实验研究：研究对象：小钢球  方法：控制变量。

 　　·如何判断动能大小：看小钢球能推动木块做功的多少。

 　　·如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同。

 　　·如何改变钢球速度：使钢球从不同高度滚下。

 　　③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大。

 　　保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；

 　　④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。

 　　练习：☆上表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度。你判断的依据：人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍，此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响大。

4．机械能：动能和势能统称为机械能。

　　理解：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。

　　（二）动能和势能的转化

　　1．知识结构：

　　2．动能和重力势能间的转化规律：

　　①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能。

　　②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。

　　3．动能与弹性势能间的转化规律：

 　　①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能。

 　　②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。

 　　4．动能与势能转化问题的分析：

 　　⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素──看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。

 　　⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。

 　　⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。

　　（三）水能和风能的利用

 　　1．知识结构：

 　　2．水电站的工作原理：利用高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。

 　　练习：☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么？大坝为什么要设计成上窄下宽？

 　　答：水电站修筑拦河大坝是为了提高水位，增大水的重力势能，水下落时能转化为更多的动能，通过发电机就能转化为更多的电能。

人教版第十五章   功和机械能 复习提纲  

　　一、功

 　1．力学里的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。

 　　2．不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。

 　　巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。

 　　3．力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=FS。

 　　4．功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0．5J。

 　　5．应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。

 　　二、功的原理

 　　1．内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。

 　　2．说明：（请注意理想情况功的原理可以如何表述？）

 　　①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。

 　　②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。

 　　③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。

 　　④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）。

 　　3．应用：斜面

 　　①理想斜面：斜面光滑；

 　　②理想斜面遵从功的原理；

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

 　　如果斜面与物体间的摩擦为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。

 　　三、机械效率

 　　1．有用功：定义：对人们有用的功。

 　　公式：W_有用＝Gh（提升重物）=W_总－W_额=ηW_总         斜面：W_有用=Gh

 　　2．额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。

 　　公式：W_额=W_总－W_有用=G_动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组） 　　斜面：W_额=fL

 　　3．总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功

 　　公式：W_总=W_有用＋W_额=FS= W_有用／η       斜面：W_总= fL+Gh=FL

 　　4．机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。

 　　②公式： 

 　　斜 面：                     定滑轮：

 　　动滑轮：        滑轮组：

 　　③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

 　　④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。

 　　5．机械效率的测量：

 　　①原理：

 　　②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。

 　　③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

 　　④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。

 　　⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：

 　　A、动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。

 　　B、提升重物越重，做的有用功相对就多。

 　　C、摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。

 　　绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

 　　四、功率

 　　1．定义：单位时间里完成的功。

 　　2．物理意义：表示做功快慢的物理量。

 　　3．公式：

 　　4．单位：主单位W；常用单位kW mW 马力。

 　　换算：1kW=10³W?1mW=10⁶ W?1马力=735W。

 　　某小轿车功率66kW，它表示：小轿车1s内做功66000J。

 　　5．机械效率和功率的区别：

 　　功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。

 　　五、机械能

 　　（一）动能和势能

 　　1．能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。

 　　理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。

 　　②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。

 　　2．知识结构：

 　　3．探究决定动能大小的因素：

 　　①猜想：动能大小与物体质量和速度有关。

 　　实验研究：研究对象：小钢球  方法：控制变量。

 　　·如何判断动能大小：看小钢球能推动木块做功的多少。

 　　·如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同。

 　　·如何改变钢球速度：使钢球从不同高度滚下。

 　　③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大。

 　　保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；

 　　④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。

 　　练习：☆上表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度。你判断的依据：人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍，此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响大。

4．机械能：动能和势能统称为机械能。

　　理解：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。

　　（二）动能和势能的转化

　　1．知识结构：

　　2．动能和重力势能间的转化规律：

　　①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能。

　　②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。

　　3．动能与弹性势能间的转化规律：

 　　①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能。

 　　②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。

 　　4．动能与势能转化问题的分析：

 　　⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素──看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。

 　　⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。

 　　⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。

　　（三）水能和风能的利用

 　　1．知识结构：

 　　2．水电站的工作原理：利用高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。

 　　练习：☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么？大坝为什么要设计成上窄下宽？

 　　答：水电站修筑拦河大坝是为了提高水位，增大水的重力势能，水下落时能转化为更多的动能，通过发电机就能转化为更多的电能。

下列知识结构正确的是

1. A.
   
2. B.
   
3. C.
   重力与压力的区别
   
4. D.
   机械能的分类：