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五、综合应用题(本题共2小题,第20题8分,第21题9分,共17分)
答案
解：20题解答如下
(1) 卡车连同货物受到的重力：
$G = mg = 4.5×10^3\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 4.5×10^4\mathrm{N}$
(2) 卡车做匀速直线运动，水平方向牵引力与阻力为一对平衡力，大小相等
卡车受到的阻力：$f = F = 4×10^3\mathrm{N}$
(3) 牵引力做的功：
$W = Fs = 4×10^3\mathrm{N} × 900\mathrm{m} = 3.6×10^6\mathrm{J}$
做功时间$t=1\mathrm{min}=60\mathrm{s}$
牵引力做功的功率：
$P = \frac{W}{t} = \frac{3.6×10^6\mathrm{J}}{60\mathrm{s}} = 6×10^4\mathrm{W}$
答：(1) 卡车连同货物受到重力为$4.5×10^4\mathrm{N}$；(2) 卡车受到阻力为$4×10^3\mathrm{N}$；(3) 牵引力做功的功率为$6×10^4\mathrm{W}$。
解：21题解答如下
(1) 水对烧杯底部的压强：
$p_1 = \rho_{\mathrm{水}}gh = 1.0×10^3\mathrm{kg/m^3} × 10\mathrm{N/kg} × 0.1\mathrm{m} = 1000\mathrm{Pa}$
(2) 水对烧杯底部的压力：
$F_1 = p_1S = 1000\mathrm{Pa} × 0.01\mathrm{m^2} = 10\mathrm{N}$
(3) 烧杯对桌面的压力等于总重力：
$F_2 = G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 2\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 20\mathrm{N}$
烧杯对桌面的压强：
$p_2 = \frac{F_2}{S} = \frac{20\mathrm{N}}{0.01\mathrm{m^2}} = 2000\mathrm{Pa}$
答：(1) 水对烧杯底部的压强为$1000\mathrm{Pa}$；(2) 水对烧杯底部的压力为$10\mathrm{N}$；(3) 烧杯对桌面的压强为$2000\mathrm{Pa}$。
(1) 卡车连同货物受到的重力：
$G = mg = 4.5×10^3\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 4.5×10^4\mathrm{N}$
(2) 卡车做匀速直线运动，水平方向牵引力与阻力为一对平衡力，大小相等
卡车受到的阻力：$f = F = 4×10^3\mathrm{N}$
(3) 牵引力做的功：
$W = Fs = 4×10^3\mathrm{N} × 900\mathrm{m} = 3.6×10^6\mathrm{J}$
做功时间$t=1\mathrm{min}=60\mathrm{s}$
牵引力做功的功率：
$P = \frac{W}{t} = \frac{3.6×10^6\mathrm{J}}{60\mathrm{s}} = 6×10^4\mathrm{W}$
答：(1) 卡车连同货物受到重力为$4.5×10^4\mathrm{N}$；(2) 卡车受到阻力为$4×10^3\mathrm{N}$；(3) 牵引力做功的功率为$6×10^4\mathrm{W}$。
解：21题解答如下
(1) 水对烧杯底部的压强：
$p_1 = \rho_{\mathrm{水}}gh = 1.0×10^3\mathrm{kg/m^3} × 10\mathrm{N/kg} × 0.1\mathrm{m} = 1000\mathrm{Pa}$
(2) 水对烧杯底部的压力：
$F_1 = p_1S = 1000\mathrm{Pa} × 0.01\mathrm{m^2} = 10\mathrm{N}$
(3) 烧杯对桌面的压力等于总重力：
$F_2 = G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 2\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 20\mathrm{N}$
烧杯对桌面的压强：
$p_2 = \frac{F_2}{S} = \frac{20\mathrm{N}}{0.01\mathrm{m^2}} = 2000\mathrm{Pa}$
答：(1) 水对烧杯底部的压强为$1000\mathrm{Pa}$；(2) 水对烧杯底部的压力为$10\mathrm{N}$；(3) 烧杯对桌面的压强为$2000\mathrm{Pa}$。
解析
【分析】
本题为力学综合应用题，包含20、21两道小题。第20题解题思路：①利用重力公式G=mg计算卡车连同货物的总重力；②卡车做匀速直线运动时，水平方向牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，据此求出卡车受到的阻力；③先通过功的公式W=Fs计算牵引力做的功，再将时间单位换算为秒，利用功率公式P=W/t计算牵引力的功率。第21题解题思路：①根据液体压强公式p=ρ水gh计算水对烧杯底部的压强；②利用压力与压强的关系F=pS计算水对烧杯底部的压力；③烧杯对桌面的压力等于烧杯和水的总重力，再根据压强公式p=F/S计算烧杯对桌面的压强。
【解析】
解：20题解答如下：
(1) 卡车连同货物受到的重力：
$G = mg = 4.5×10^3\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 4.5×10^4\mathrm{N}$
(2) 卡车做匀速直线运动，水平方向牵引力与阻力为一对平衡力，大小相等，因此卡车受到的阻力：
$f = F = 4×10^3\mathrm{N}$
(3) 牵引力做的功：
$W = Fs = 4×10^3\mathrm{N} × 900\mathrm{m} = 3.6×10^6\mathrm{J}$
做功时间$t=1\mathrm{min}=60\mathrm{s}$，牵引力做功的功率：
$P = \frac{W}{t} = \frac{3.6×10^6\mathrm{J}}{60\mathrm{s}} = 6×10^4\mathrm{W}$
解：21题解答如下：
(1) 水对烧杯底部的压强：
$p_1 = \rho_{\mathrm{水}}gh = 1.0×10^3\mathrm{kg/m^3} × 10\mathrm{N/kg} × 0.1\mathrm{m} = 1000\mathrm{Pa}$
(2) 水对烧杯底部的压力：
$F_1 = p_1S = 1000\mathrm{Pa} × 0.01\mathrm{m^2} = 10\mathrm{N}$
(3) 烧杯对桌面的压力等于总重力：
$F_2 = G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 2\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 20\mathrm{N}$
烧杯对桌面的压强：
$p_2 = \frac{F_2}{S} = \frac{20\mathrm{N}}{0.01\mathrm{m^2}} = 2000\mathrm{Pa}$
【答案】
20题：(1) 卡车连同货物受到重力为$4.5×10^4\mathrm{N}$；(2) 卡车受到阻力为$4×10^3\mathrm{N}$；(3) 牵引力做功的功率为$6×10^4\mathrm{W}$。
21题：(1) 水对烧杯底部的压强为$1000\mathrm{Pa}$；(2) 水对烧杯底部的压力为$10\mathrm{N}$；(3) 烧杯对桌面的压强为$2000\mathrm{Pa}$。
【知识点】
重力计算、二力平衡、压强计算
【点评】
本题为力学基础综合题，考查重力、平衡力、功、功率、液体压强、固体压强等核心知识点的应用，题目设计贴近基础，需要学生熟练掌握相关公式及受力分析方法，适合巩固力学基础，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题为力学综合应用题，包含20、21两道小题。第20题解题思路：①利用重力公式G=mg计算卡车连同货物的总重力；②卡车做匀速直线运动时，水平方向牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，据此求出卡车受到的阻力；③先通过功的公式W=Fs计算牵引力做的功，再将时间单位换算为秒，利用功率公式P=W/t计算牵引力的功率。第21题解题思路：①根据液体压强公式p=ρ水gh计算水对烧杯底部的压强；②利用压力与压强的关系F=pS计算水对烧杯底部的压力；③烧杯对桌面的压力等于烧杯和水的总重力，再根据压强公式p=F/S计算烧杯对桌面的压强。
【解析】
解：20题解答如下：
(1) 卡车连同货物受到的重力：
$G = mg = 4.5×10^3\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 4.5×10^4\mathrm{N}$
(2) 卡车做匀速直线运动，水平方向牵引力与阻力为一对平衡力，大小相等，因此卡车受到的阻力：
$f = F = 4×10^3\mathrm{N}$
(3) 牵引力做的功：
$W = Fs = 4×10^3\mathrm{N} × 900\mathrm{m} = 3.6×10^6\mathrm{J}$
做功时间$t=1\mathrm{min}=60\mathrm{s}$，牵引力做功的功率：
$P = \frac{W}{t} = \frac{3.6×10^6\mathrm{J}}{60\mathrm{s}} = 6×10^4\mathrm{W}$
解：21题解答如下：
(1) 水对烧杯底部的压强：
$p_1 = \rho_{\mathrm{水}}gh = 1.0×10^3\mathrm{kg/m^3} × 10\mathrm{N/kg} × 0.1\mathrm{m} = 1000\mathrm{Pa}$
(2) 水对烧杯底部的压力：
$F_1 = p_1S = 1000\mathrm{Pa} × 0.01\mathrm{m^2} = 10\mathrm{N}$
(3) 烧杯对桌面的压力等于总重力：
$F_2 = G_{\mathrm{总}} = m_{\mathrm{总}}g = 2\mathrm{kg} × 10\mathrm{N/kg} = 20\mathrm{N}$
烧杯对桌面的压强：
$p_2 = \frac{F_2}{S} = \frac{20\mathrm{N}}{0.01\mathrm{m^2}} = 2000\mathrm{Pa}$
【答案】
20题：(1) 卡车连同货物受到重力为$4.5×10^4\mathrm{N}$；(2) 卡车受到阻力为$4×10^3\mathrm{N}$；(3) 牵引力做功的功率为$6×10^4\mathrm{W}$。
21题：(1) 水对烧杯底部的压强为$1000\mathrm{Pa}$；(2) 水对烧杯底部的压力为$10\mathrm{N}$；(3) 烧杯对桌面的压强为$2000\mathrm{Pa}$。
【知识点】
重力计算、二力平衡、压强计算
【点评】
本题为力学基础综合题，考查重力、平衡力、功、功率、液体压强、固体压强等核心知识点的应用，题目设计贴近基础，需要学生熟练掌握相关公式及受力分析方法，适合巩固力学基础，难度适中。
【难度系数】
0.7
20. 2025年10月31日,我国成功发射神舟二十一号载人飞船。在组装神舟飞船过程中,用图18所示的电动滑轮将重$2×10^{4}\ \mathrm{N}$的飞船部件在10 s内匀速提升2 m,电动滑轮的输出功率是$5×10^{3}\ \mathrm{W}$。求:
(1)克服飞船部件重力所做的功。
(2)电动滑轮所做的总功。
(3)电动滑轮的机械效率。
(1)克服飞船部件重力所做的功。
(2)电动滑轮所做的总功。
(3)电动滑轮的机械效率。
答案
20.(1)克服飞船部件重力所做的功为有用功,大小为
$W_{有用}=Gh=2×10^4\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=4×10^4\ \mathrm{J}$。
(2)由 $W=Pt$ 可得,电动滑轮所做的总功
$W_{总}=Pt=5×10^3\ \mathrm{W}×10\ \mathrm{s}=5×10^4\ \mathrm{J}$。
(3)电动滑轮的机械效率
$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{4×10^4\ \mathrm{J}}{5×10^4\ \mathrm{J}}=80\%$。
$W_{有用}=Gh=2×10^4\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=4×10^4\ \mathrm{J}$。
(2)由 $W=Pt$ 可得,电动滑轮所做的总功
$W_{总}=Pt=5×10^3\ \mathrm{W}×10\ \mathrm{s}=5×10^4\ \mathrm{J}$。
(3)电动滑轮的机械效率
$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}=\frac{4×10^4\ \mathrm{J}}{5×10^4\ \mathrm{J}}=80\%$。
解析
【分析】
本题考查有用功、总功及机械效率的计算，解题思路如下：
1. 第一问求克服重力的有用功，利用公式$W_{有用}=Gh$，已知物体重力$G$和提升高度$h$，直接代入计算；
2. 第二问求电动滑轮的总功，利用功率公式$W=Pt$，已知功率$P$和做功时间$t$，代入计算总功；
3. 第三问求机械效率，利用公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，将前两问的结果代入即可求出机械效率。
【解析】
(1) 克服飞船部件重力所做的功为有用功，根据公式$W_{有用}=Gh$，代入数据得：
$W_{有用}=2×10^4\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=4×10^4\ \mathrm{J}$；
(2) 电动滑轮所做的总功，根据公式$W_{总}=Pt$，代入数据得：
$W_{总}=5×10^3\ \mathrm{W}×10\ \mathrm{s}=5×10^4\ \mathrm{J}$；
(3) 电动滑轮的机械效率，根据公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$，代入数据得：
$\eta=\frac{4×10^4\ \mathrm{J}}{5×10^4\ \mathrm{J}}×100\%=80\%$。
【答案】
(1) $4×10^4\ \mathrm{J}$；(2) $5×10^4\ \mathrm{J}$；(3) $80\%$
【知识点】
功的计算、功率的计算、机械效率
【点评】
本题是力学基础计算题，考查对功、功率、机械效率公式的掌握，步骤清晰，计算简单，属于常规巩固题型，适合夯实基础。
【难度系数】
0.8
本题考查有用功、总功及机械效率的计算，解题思路如下：
1. 第一问求克服重力的有用功，利用公式$W_{有用}=Gh$，已知物体重力$G$和提升高度$h$，直接代入计算；
2. 第二问求电动滑轮的总功，利用功率公式$W=Pt$，已知功率$P$和做功时间$t$，代入计算总功；
3. 第三问求机械效率，利用公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}$，将前两问的结果代入即可求出机械效率。
【解析】
(1) 克服飞船部件重力所做的功为有用功，根据公式$W_{有用}=Gh$，代入数据得：
$W_{有用}=2×10^4\ \mathrm{N}×2\ \mathrm{m}=4×10^4\ \mathrm{J}$；
(2) 电动滑轮所做的总功，根据公式$W_{总}=Pt$，代入数据得：
$W_{总}=5×10^3\ \mathrm{W}×10\ \mathrm{s}=5×10^4\ \mathrm{J}$；
(3) 电动滑轮的机械效率，根据公式$\eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}}×100\%$，代入数据得：
$\eta=\frac{4×10^4\ \mathrm{J}}{5×10^4\ \mathrm{J}}×100\%=80\%$。
【答案】
(1) $4×10^4\ \mathrm{J}$；(2) $5×10^4\ \mathrm{J}$；(3) $80\%$
【知识点】
功的计算、功率的计算、机械效率
【点评】
本题是力学基础计算题，考查对功、功率、机械效率公式的掌握，步骤清晰，计算简单，属于常规巩固题型，适合夯实基础。
【难度系数】
0.8
