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1、
壓軸題
1.如圖所示,在水平地面上分別側(cè)放和平放著完全相同的兩塊磚A和B,在磚B上放有重力不計的圓柱形薄壁容器C(不考慮容器的厚度),C中裝有水,密度為ρ水,磚A和B的密度均為ρ、上表面到水平地面的距離分別為h1、h2,C與磚B和磚B與地面的接觸面積分別為SC、SB,且SC =16SB,已知磚B和磚A對地面的壓強相等,則薄壁容器C中水的深度為多少?
第1題圖
2.如圖所示為托里拆利實驗裝置,A是一根內(nèi)徑均勻的薄壁玻璃管,重為G,橫截面積為S,豎直插在水銀槽中,管中封閉著高為h的水銀柱,操作時不慎有空氣進入玻璃管中,被封閉在水銀柱的上方,水銀的密度為ρ0.當(dāng)用力F恰好能將玻璃管向上
2、提起,請推導(dǎo)出F的表達式.(不計內(nèi)管壁與水銀和外管壁與手之間的摩擦)
第2題圖
3.某學(xué)校課外科技小組的同學(xué)為學(xué)校的廁所設(shè)計了一個自動沖刷水箱,這種水箱能夠把自來水管持續(xù)供給的較小流量的水儲備到一定量后,自動開啟放水閥,將水集中放出,這樣就可以以較大的水流沖刷便池,如圖所示,A是一面積為S1的圓形放水閥門,其質(zhì)量和厚度均忽略不計,且恰好能將排水管口蓋嚴.閥門的左端與排水管口的邊緣相連并能繞垂直紙面的軸O向上轉(zhuǎn)動,右端通過一很小的掛鉤及連桿與浮子B相連,連桿的長度為h1,連桿質(zhì)量和閥門轉(zhuǎn)動受到的摩擦均不計.若將浮子B設(shè)計為一個質(zhì)量為m、高為h2的空心圓柱體,它能將閥門拉起的最小橫截面積S
3、2是多少?
第3題圖
4.灑水車(如圖甲所示)由汽車底盤、進出水系統(tǒng)和罐體構(gòu)成.根據(jù)不同的使用環(huán)境和目的有多種噴灑和運水功能.有的灑水車還配備了大功率專用灑水泵,可實現(xiàn)前沖后灑、側(cè)噴(花灑)、帶高位花灑等.有一輛灑水車自身重量為m噸,罐體有效容積為V米3,流量為V0米3/小時.一次裝滿水去某地執(zhí)行任務(wù),到達目的地后,灑水泵以p千帕的壓強將罐體中的水全部噴射出來,然后立刻原路返回出發(fā)地(設(shè)在執(zhí)行任務(wù)中該車一直以速度v千米/小時勻速行駛,勻速行駛中所受阻力是灑水車總重的0.03倍,水的密度為ρ千克/米3).請完成下列有關(guān)分析和計算:
(1)灑水車裝滿水勻速行駛時,牽引力是多大?
(2)
4、灑水泵的功率是多大?
(3)若已知從出發(fā)到目的地所用時間為t1,灑水所用時間為t2,請在圖乙中畫出從出發(fā)到返回出發(fā)地的整個過程中灑水車輸出功率P隨時間t變化關(guān)系的圖像.
甲 乙
第4題圖
5.如圖所示,一根細繩懸掛著一個半徑為r 、質(zhì)量為m 的半球,半球的底面與容器底部緊密接觸,此容器內(nèi)液體的密度為ρ ,高度為H ,大氣壓強為p0 ,已知球體的體積公式是,球面積公式是S球=4πr2,圓面積公式是S圓=πr2.則液體對半球的壓力為多少?若要把半球從水中拉起,則至少要用多大的豎直向上的拉力?
第5題圖
6.如圖所示,一個底部非常薄的
5、圓柱形杯子,裝滿密度為ρ1 的液體,恰好浮在密度分別為ρ1和ρ2的兩種不相容液體的分界面間,下方液體密度為ρ2,且ρ2>ρ1,已知杯子的外徑為2R,內(nèi)徑為2r,杯子浸入下方液體的深度為h,若杯底出現(xiàn)一個小洞,密度為ρ2的液體將經(jīng)小洞流入杯里,求當(dāng)液體不再經(jīng)小洞流入杯里時,圓柱形杯子浸入密度為ρ2的液體的深度.
第6題圖
答案及解析
1. 解:磚A對地面的壓強:pA==ρgh1
設(shè)薄壁容器中水的深度為h,磚B對地面的壓強
因為pA=pB,所以
則
2. 解:對玻璃管受力分析,如解圖1,玻璃管剛好被提起時,受力平衡,設(shè)外界大氣壓為p0,則F+F氣=G+p0S①
選取管中
6、與水銀槽相平的液面受力分析,如解圖2,當(dāng)液面受力平衡時,F(xiàn)氣+ρ0ghS=p0S②
聯(lián)立①②可得,F(xiàn)=G+ρ0ghS
第2題解圖
3. 解:當(dāng)浮子B處于靜止狀態(tài)時,此時有F浮=T+mg
剛好將閥門拉開應(yīng)滿足
Td=F水=p水S1(d為閥門直徑)
所以
F浮=ρ水gV排,浮子剛好全部沒入水中時,此時浮子的橫截面積就是最小面積,則
4. 解:(1)灑水車滿載時的重力
G總=(m車+m水)g=(m103+ρV)g
灑水車滿載時受到的阻力:f =0.03G總=0.03(m103+ρV)g
汽車勻速直線運動,受到的阻力和牽引力是一對平衡力,
F牽= f =0.03
7、(m103+ρV)g
(2)設(shè)出水口的橫截面積為S,在時間t內(nèi)從出水口噴出的水柱長度為L,
(3)從出發(fā)到目的地汽車的輸出功率
P=F牽v車=0.03(m103+ρV)g=
到達目的地灑水時,汽車中水的質(zhì)量減小,受到的阻力減小,牽引力減小,輸出功率減小,
灑完水后返回的時間為t1+t2
此時車受到的牽引力F′=f ′=0.03m103g
汽車的輸出功率P′=F′v車=0.03m103g=
故圖像如答圖所示:
第4題答圖
5. 解:假設(shè)半球下表面處全部為液體,
則半球受到的浮力F浮方向豎直向上,由阿基米德原理可知
半球表面各處所受液體壓力的分布如解圖所示
8、
第5題解圖
半球上表面受到的液體壓力F上 豎直向下
由壓強公式可知半球下表面受到液體的壓力
F下=p下S圓=p液S圓=ρgHπr2,方向豎直向上
半球受到的浮力F浮等于半球下表面與上表面所受液體對它的壓力的合力
即F浮=F下-F上
F上=F下-F浮=πr2ρgH-
半球底部與容器底部緊密接觸,即半球的下表面處并不與液體接觸
則液體對半球的壓力仍為F上=πr2ρgH-
半球剛要被拉起時,容器底部對半球的下表面已無向上的支持力
則豎直向上的拉力F至少要等于上面的F上、半球本身的重力與大氣壓力之和
即F=F上+mg=πr2ρgH-+mg+p0πr2
6. 解:設(shè)杯子的質(zhì)
9、量為m,杯子的高度為L,杯內(nèi)液體的質(zhì)量為m1,浮力為F浮,則mg+m1g=mg+ρ1gπr2L=F?。?
杯子浮在兩種液體的分界面上,杯子在上面液體部分的體積(含杯壁)為V1,杯子在下面
液體部分的體積(含杯壁)為V2,
則杯子受到的浮力:F?。溅?gV1+ρ2gV2 =ρ1gπR2(L-h(huán))+ρ2gπR2h,
根據(jù)平衡條件可得:mg+ρ1gπr2L=ρ1gπR2(L-h(huán))+ρ2gπR2h①
當(dāng)杯底出現(xiàn)一個小洞,密度為ρ2的液體將經(jīng)小洞流入杯里,將上面的液體排出去,這個過程一直進行到當(dāng)杯內(nèi)兩種液體的分界面與杯外兩種液體的分界面相平,此時杯子處于平衡狀態(tài),所以可以列出與上面類似的等式,假
10、設(shè)密度為ρ2的液體浸入杯子的深度為H,
則:mg+ρ1gπr2(L-H)+ρ2gπr2H=ρ1gπR2(L-H)+ρ2gπR2H②
聯(lián)立①②兩式,解得:
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