2024中考物理三轮冲刺压轴题专项突破-力学在生活中的应用
一、讲方法
随着中考政策的不断改革，考纲中对“考查学生解决处理实际问题的能力”这一要求不断提升，随之而来的就是与生活相结合的题型不断增多，分值不断加重。对于这种类型的题目，我们一般会采用以下的思路解题： 第一步：通读题面并分析。在读题的过程中，我们要抓住两点，一点是要理解题目中涉及的器材、现象与我们学习过的哪些物理模型相类似或相关联，可以将其简化为我们熟知的物理模型；另一点是要抓住题目中提到的条件，尤其是要分析隐含条件、图表等信息，将其转化为物理模型中所涉及的物理量和物理关系； 第二步：根据分析出来的物理模型进行受力分析，并由受力分析、物理关系列出一些物理方程，并将对应的物理量带入； 第三步：运用数学知识求解物理方程。
二、学思路
铺垫
如图甲所示为市民在公园锻炼上肢力量的画面．该器材相当于一根杠杆（杠杆自重不计），图乙为其简化图，锻炼时手在点用力向上举手柄将点的配重抬高，达到锻炼上肢的目的．请在图乙中画出动力臂、阻力及力臂．
【答案】 如下图所示：
【解析】 由题意可知，锻炼时手在点用力向上举手柄将点的配重抬高，手柄上的力的方向向上，可知阻力的作用点在点，方向是向下的，按照力的示意图的画法画出阻力的示意图；从支点分别向力的作用线作垂线，垂线段即为力臂．
①明确器材对应物理模型 ②明确动力和阻力方向，支点位置
铺垫
电梯是高层住宅必备的交通工具．如图甲所示是某种升降电梯工作原理图，它由轿厢、对重、电动机、钢丝绳、滑轮等部件连接组成．电动机和对重通过钢丝绳分别给轿厢施加拉力，连接轿厢的两根钢丝绳非常靠近，轿厢与对重的运动方向始终相反．对重的质量为，空轿厢的质量是，额定载重量是，某次电梯满载上升时的图象如图乙所示．不计钢丝绳重力和一切摩擦．（）
( 1 )电梯匀速上升的高度是多少？
( 2 )电梯匀速运动阶段，对重的重力做的功是多少？
( 3 )电梯匀速运动时，电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率是多少？
( 4 )简述对重的作用．（至少两条）
【答案】 (1)
(2)
(3)
(4)以其自身重力去平衡轿厢侧所悬挂的重力；减小电动机轮与钢丝绳之间的摩擦力
【解析】 (1)由图象可知，匀速运动的时间，
由得，电梯匀速上升的高度：．
故答案为：．
(2)对重的重力，
对重下降高度，
对重的重力做的功．
故答案为：．
(3)由平衡条件知，，
故电动机钢丝绳对轿厢的拉力：
，
电动机钢丝绳对轿厢拉力的功率：
．
故答案为：．
(4)对重的作用：以其自身重力去平衡轿厢侧所悬挂的重力；减小电动机轮与钢丝绳之间的摩擦力；减小电动机的功率；延长钢丝绳寿命等．
故答案为：以其自身重力去平衡轿厢侧所悬挂的重力；减小电动机轮与钢丝绳之间的摩擦力．
①分析电梯工作原理对应的物理知识 ②由质量求重力 ③通过图像分析不同时间对应的速度和路程 ④⑤⑥
压轴题
如图甲是中国自主研制的首列永磁动力单轨列车，其亮点是列车可以小角度转弯，安装有高压细水雾灭火系统和制动发电装置．
( 1 )当列车转弯时，水平轮胎发生形变，起到导向和稳定作用．如图乙是轮胎与接触面的平面图，请在图乙中画出轮胎对接触面压力的示意图．
( 2 )当高压细水雾系统中水枪工作时，水对喷孔的压强，水雾喷出的速度，若喷孔的总面积，则水枪的功率至少为多少瓦？（不计大气压强）
( 3 )列车制动减速的过程中，机械能转化为电能和内能．当列车在平直轨道上制动减速时，电能与内能之比为，如图丙是机械能的变化量与速度变化量的关系图象．若列车从开始减速，转化的电能可供总功率为的照明灯正常发光，则列车的速度将会减小到多少千米/时？
【答案】 (1)
(2)水枪的功率至少为；
(3)列车的速度将会减小到．
【解析】 (1)压力的作用点在轮胎接触面的中点上，过作用点作垂直于轨道侧面，并指向轨道侧面的力．
(2)根据可得，水对喷孔的压力：
，
水枪的功率：
；
(3)由可得，转化的电能，
由，可得，转化的内能，
则减小的机械能：，
由图象丙可知，列车减小的速度为，
则列车的速度将会减小到．
三、提能力
1 .厦门城市名片筼筜湖（如图）原称筼筜港．本是移除避风坞，素有“筼筜渔火”盛誉．海堤围筑后筼筜港由海湾变为内湖，海水交换的天然通道被切断．筼筜湖的水位大部分时间低于外海水位，目前主要利用西堤进水闸门、出水闸门实施进水纳潮和排放潮水．实现潮水与海水交换．从而改善湖水水质和生态环境．
( 1 )请结合物理知识简述利用闸门纳潮或排水的过程．（纳湖或排水任选其一作答）．
( 2 )有人建议可利用纳潮或排水两个时段进行潮汐发电，请指出哪个时段更适合，并说明判断依据．
【答案】 (1)涨潮时，外海水位高于内湖，此时开启进水闸门，关闭出水闸门，外海与内湖构成连通器，根据连通器原理，两处水位相平，海水流入内湖；退潮时，外海水位低于内湖，此时开启出水闸门，关闭进水闸门，外海与内湖构成连通器，根据连通器原理，两处水位相平，湖水流进外海；
(2)进水纳潮时段发电更适合，因为筼筜湖的水位大部分时间低于外海水位，进水纳潮时段发电可获得更多的电能．
【解析】 (1)上端开口下部连通的容器称为连通器，在连通器内若装入同种液体，在液体不流动时，液面总是保持相平的；据此分析解答；
(2)根据“筼筜湖的水位大部分时间低于外海水位”分析解答．
2 .“低头族”正成为现代社会的一个流行词(如图甲)，有报道说，低头时，能让颈椎多约的拉力，为此，小明与课外小组的同学们制作了一个头颅模型进行模拟实验，如图乙，把人的颈椎成支点，头颅模型的重量为，头颅模型与重力作用下可绕支点转动，点为头颅模型的重心，点为肌肉拉力的作用点．将细线的一端固定在点，用测力计拉着细线模拟测量肌肉的拉力，头颅模型在转动过程中，细线拉力的方向始终垂直于，如图丙，让头颅模型从竖直状态开始转动，通过实验完成相关记录，根据上面提供的信息，请你提出一个该课外小组探究的问题(或猜想) ，并根据客观事实，提出一条关于“预防和延缓颈部肌肉损伤”的合理化建议： ．
【答案】 颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系？(或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力？)适当抬高手机屏幕(或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低头时间久了应适当做仰头运动缓解颈椎承受的压力等)
【解析】 在图乙中，的力臂为，作出头颅的重力的力臂，如图所示：
由图知，在中，，
根据杠杆的平衡条件可得，，
则颈部肌肉的拉力，
可见，人低头的角度越大，越大，则头颅的重力的力臂越大；
在头颅重力和肌肉拉力的力臂不变的条件下，头颅的重力的力臂越大，颈部肌肉的拉力就越大．针对上面得出的结论提出探究的问题(或猜想)是：颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系？(或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力？)由于人低头的角度越大，的力臂越大，在头颅重力和肌肉拉力的力臂不变的条件下，则颈部肌肉的拉力就越大；所以要预防和延缓颈部肌肉损伤提出的合理化建议是：可适当抬高手机屏幕(或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低头时间久了应适当做仰头运动缓解颈椎承受的压力等)．
故答案为：颈部肌肉的拉力与低头角度大小有什么的关系？(或颈部肌肉拉动头颅低头是省力还是费力？)；适当抬高手机屏幕(或尽量减小低头的角度；不要长时间低头看手机；低头时间久了应适当做仰头运动缓解颈椎承受的压力等)
3 .如图是某品牌自动咖啡机及其结构示意图，其工作原理为：当盛水器内的水温升高至一定温度时，水沿导管进入盛有咖啡粉的玻璃杯中，在平衡球作用下，原来水平的平衡杆绕点转动，盛水器抬升．冷却一段时间后，玻璃杯中的咖啡液体又倒吸进入盛水器，咖啡冲泡完成．
( 1 )当密封的盛水器内水温升高到一定程度时，其内部的热水开始自动沿导管进入玻璃杯，则此时盛水器内的压强与外接大气压的大小关系为： ．
( 2 )该咖啡机的平衡球重牛，盛水器自重牛，以为支点，平衡球与盛水器重力的力臂之比为．当盛水器内的水为多少牛时，盛水器开始抬升？（写出计算过程，平衡杆和导管的质量不计）
( 3 )打开出水开关，使千克的咖啡流入重为牛的水杯中，若水杯底部与水平桌面的接触面积为厘米，则水杯对桌面的压强是多少帕？（写出计算过程，取）
【答案】 (1)
(2)当盛水器内的水为牛时，盛水器开始抬升
(3)水杯对桌面的压强是帕
【解析】 (1)当密封的盛水器内水温升高到一定程度时，盛水器内水的上方空气受热膨胀，且水蒸气逐渐增多，内部气压增大，大于外界大气压，在内部气压作用下水流入玻璃杯中．所以，盛水器内的压强与外接大气压的大小关系为：
故答案为：．
(2)由杠杆平衡条件得：，
则盛水器的总重：，
所以，盛水器内水的重：．
故答案为：当盛水器内的水为牛时，盛水器开始抬升．
(3)咖啡的重：，
整个水杯对桌面压力：，
受力面积：
水杯对桌面的压强：．
故答案为：水杯对桌面的压强是帕．
4 .在建的杨泗港长江大桥是武汉市第十座长江大桥，大桥的两个桥塔均为钢沉井基础，其中号桥塔的钢沉井在距桥位上游公里的工厂拼装完成后，采用气囊法整体下水，是世界上同类方法下水质量最大的钢沉井．（， ）
( 1 )如图甲所示，在钢沉井的底部两侧塞满气囊，松开固定的钢沉井的钢索后，钢沉井便顺着倾斜的江滩滑入水中．钢沉井入水后能自己滑行数百米，这是由于 ．托在钢沉井底部的气囊充气成圆筒状是为了 ．
( 2 )钢沉井下水后，依靠拖船将其拖行至指定位置．当拖船对钢沉井输出的总功率为时，内将钢沉井匀速拖行了，试估算这段时间内江水对钢沉井的阻力．
( 3 )工人们将钢板焊接成有个大小相同的方形孔的钢沉井，其俯视图如图乙所示．钢沉井的长、宽和高分别为、和，质量为．经测算，这样的钢沉井自行滑入江中稳定后，水面下的高度会达到．为了让钢沉井在江中被拖行时能顺利通过一些浅滩，下水前用质量为的钢板在钢沉井底部将一些方形孔密封起来，使钢沉井水面下的高度降到了．请求出钢沉井底部被密封的方形孔的个数．
【答案】 (1)惯性减小摩擦
(2)
(3)钢沉井底部被密封的方形孔的个数为个
【解析】 (1)钢沉井便顺着倾斜的江滩滑入水中后，由于具有惯性，会继续向下运动；
托在钢沉井底部的气囊充气成圆筒状，用利用滚动代替滑动以减小摩擦．
故答案为：惯性；减小摩擦．
(2)拖船将钢沉井匀速拖行，受到的拉力与阻力是一对平衡力，即，
拖行速度：，
由，得：．
故答案为：江水对钢沉井的阻力为．
(3)方法一：设每一个方形孔的面积为，第二次密封的孔有个，
钢沉井自行滑入江中稳定后，第一次钢沉井平衡时，，
，
所以：，，
，
解得：；
钢板在钢沉井底部将一些方形孔密封起来，第二次平衡时，，
即：，
，
解得：．
故答案为：钢沉井底部被密封的方形孔的个数为个．
方法二：没有加钢板时根据钢沉井漂浮时的受力平衡有，
即，
故：
加了钢板后再次利用钢沉井漂浮时的受力平衡有，
即，
故：，
则密封的孔的个数为：
．
故答案为：．
5 .图甲是某型号的抽水马桶水箱进水控制装置的示意图，浮子是有上底无下底的圆柱形容器，中间有圆柱形的孔（图乙是浮子的放大示意图），壁的厚度忽略不计，浮子通过孔套在直杆上，并与调节螺母紧密相连，手动上下移动调节螺母，可以使浮子的位置随之上下移动，轻质细杆可绕点旋转，端与直杆底端相连，端装有塞子，当水箱的进水孔进水，水面接触到浮子下端后，浮子内的空气开始被封闭压缩，随着水位继续上升，浮子上升带动直杆向上运动，当水位上升到一定高度，杆处于水平位置时，塞子压住进水孔，进水孔停止进水．
( 1 )为测出浮子上底面的面积，给你刻度尺、量筒和水，请完成实验：
①将浮子倒置后，用刻度尺测出浮子内的深度；
②将浮子装满水， ；
③浮子上底面的面积表达式： （用所测量物理量的符号表示）．
( 2 )若浮子上升的过程中内部被封闭的空气不泄露，用上述方法测得的浮子上底面的面积为，外界大气压为，浮子、直杆、细杆、塞子的重力及所受浮力均不计，忽略所有摩擦，当进水孔停止进水时，浮子内的气体压强为外界大气压强的倍，求此时：
① 浮子上底面所受内外气体压力差为多大？
②长，长，塞子受到水的压力为多大？
( 3 )科学研究表明，一定质量的气体，在温度不变时，其压强与体积成反比，当进水孔的水压过大时，塞子被冲开，水箱内的水位超过一定高度，会使水溢出，若通过移动调节螺母的方法保证马桶正常使用，应如何移动调节螺母．
【答案】 (1)利用量筒测出浮子里面水的体积
(2)①浮子上底面所受内外气体压力差为多大
②塞子受到水的压力为
(3)当进水孔的水压过大时，应适当向下移动螺母，使浮子内部的压强变大，受到的向上的拉力就变大，根据杠杆的平衡条件可知塞子受到的压力就变大，则塞子就不容易冲开
【解析】 (1)测浮子上底面的面积的步骤：
①将浮子倒置后，用刻度尺测出浮子内的深度
②将浮子装满水，利用量筒测出浮子里面水的体积；
③根据可得，浮子上底面的面积表达式．
故答案为：利用量筒测出浮子里面水的体积；．
(2)①已知浮子内的气体压强，
则浮子内外气体压强差：
浮子上底面所受内外气体压力差：，方向向上．
故答案为：浮子上底面所受内外气体压力差为多大．
②浮子上底面所受内外气体压力差，由于浮子通过孔套在直杆上，则浮子对直杆端向上的作用力为，
以细杆为研究对象，处于水平位置时，其两端受力情况如图所示：
根据杠杆的平衡条件可得：，
所以，塞子受到水的压力：．
故答案为：塞子受到水的压力为．
(3)当进水孔的水压过大时，应适当向下移动螺母，减小浮子内部气体的体积，使浮子内部的压强变大，则端受到的向上的拉力就变大，根据杠杆的平衡条件可知塞子对水的压力就变大，则塞子就不容易冲开．
故答案为：当进水孔的水压过大时，应适当向下移动螺母，使浮子内部的压强变大，受到的向上的拉力就变大，根据杠杆的平衡条件可知塞子受到的压力就变大，则塞子就不容易冲开．
6 .浮标广泛应用于台风预测、海洋资源开发等领域，浮标结构如图所示，坚硬壳体外下方装有可伸缩油囊，当液压式柱塞泵将壳体内的油注入油囊时，油囊排开水的体积等于注入油的体积，当油囊中的油全部被抽回壳内时，油囊体积忽略不计，已知浮标总质量为千克，其中含油千克，浮标壳体体积，油的密度为，海水密度取．取牛/千克．
( 1 )该浮标下沉米，浮标总重力做功多少焦？
( 2 )液压式柱塞泵将壳体中的油全部注入油囊时，浮标最终露出水面的体积为多少？
【答案】 (1)
(2)
【解析】 (1)已知浮标总质量，
浮标总重力：；
该浮标下沉米，浮标总重力做功：．
故答案为：．
(2)浮标最终处于漂浮状态，所以，
由阿基米德原理可得，整个浮标排开水的体积：
；
由可得，油囊的体积：
，
由于油囊是浸没在水中的，则，
所以外壳浸入水中的体积：，
则浮标最终露出水面的体积：
．
故答案为：．
7 .三峡升船机是目前世界上技术最难、规模最大的开船机，过往船只驶入升船机中装满水的船厢后，可以竖直升降.大大缩短船只过坝的时间．为了确保运行的安全性，工程师们建造三峡升船机前设计、对比了多种升降船厢的方式．“水力浮船式”也是其中一种受到广泛关注的升降船厢方式．下图是它的工作原理图.当进水阀关闭、排水阀打开时，竖井中水位下降，两个相同的浮筒也随之下降，船厢就会上升；反之船厢就会下降．
已知船厢装满水后船厢和水的总质量为，每个浮筒的质量为，
求：
( 1 )若升船机承载着装满水的船厢匀速竖直下降，则重力对船厢和船厢里的水做的功是多少？
( 2 )当质量的船只驶入装满水的船厢，船厢上升到与上游水位相平时（即图中所示位置），进水阀、排水阀都关闭，此时每个浮筒排开水的体积是多少？（不计钢绳和滑轮的重力及摩擦）
【答案】 (1)
(2)
【解析】 (1)船厢与水总重
则重力做功
故答案为：．
(2)因为船厢里装满了水，所以当船驶入船厢时，船受到的浮力等于排开水的重力等于船的重力，所以总体的重力不变．而，
则
通过平衡公式得：
则：
由可得：
故答案为：．
