（三轮复习冲刺）2020年中考物理重要考点突破专题07交通工具类计算题（含解析）

专题07交通工具类计算题 交通工具类计算题通常以轿车、卡车、自行车与火车等交通工具为背景，侧重查考平衡力、速度、压强、功、功率与热机效率等知识点：解此类题要注意：1、因为经常需要求出速度，但题中所给的速度单位通常是km/h，所以需要首先进行单位换算，根据1m/s=3.6km/h，把速度单位换算成m/s。2、求解汽车对地面的压强时，题中通常已知物体的质量或重力，所以在写解题步骤时，别忘了写出F=G=mg，标明压力与重力虽然大小相等，但不是同一个物理量。此外，还要明确受力面积是一个轮胎的面积还是轮胎的总面积。3、若需要用公式P=Fv，必须注明物体在做匀速运动。  1、速度的相关计算公式：v＝变形式：求路程s＝vt　求时间t＝单位：速度单位m/s（米每秒），路程单位m（米），时间单位s（秒）单位换算：1 km＝103 m　1 h＝3 600 s　1 min＝60 s  1m/s=3.6km/h 需要解决的问题：（1）题目中已知路程、时间，直接套用公式进行计算，或根据其变形式进行计算，注意单位统一（2）题目中未直接告诉所求路段的路程或时间，需根据已知条件进行转换[a.所求的路程与某个已知路段的路程相等，所求时间与其他某个阶段的时间相等（或有函数关系）；b.往返问题，注意题目设问所求阶段，路程的对应时间] （3）走走停停问题，注意明确实际运动的时间2、重力、压力的计算公式：G＝mg　水平面上处于平衡状态：F＝G 单位：重力、压力单位N（牛或牛顿），质量单位kg（千克），g一般取10 N/kg 单位换算：1 t＝1 000 kg　1 g＝10－3 kg 变形式：求质量m＝3、压强的计算公式：p＝单位：压强单位Pa（帕斯卡），压力单位N（牛），面积单位m2（平方米）单位换算：1 Pa＝1 N·m－2　1 dm2＝10－2 m2　 1 cm2＝10－4 m2变形式：F＝pS需要解决的问题：关于压力F：（1）当在水平面上处于平衡状态时，由相互作用力可知F＝G，注意是否将人的重力计算在内．求车对地面的压强时，只有车重，求车在行驶过程中对地面的压强时，为车重与人重之和（2）当在非水平面上处于平衡状态，进行简单的受力分析，对应正压力即为F，关于接触面积S：看清已知条件，是单个车轮的面积还是总接触面积（注意车轮的个数及单位）4、牵引力、阻力的计算公式：F＝f＝nG（二力平衡），根据题目的已知条件得出重力与阻力之间的数学关系，求出阻力大小5、功、功率的计算公式：W＝Fs　P＝Fv单位：功的单位是J（焦耳），力的单位是N（牛），路程的单位是m（米），功率的单位是W（瓦或瓦特），时间的单位是s（秒）单位换算：1 kW＝1 000 W   1. 由连云港市市政府主导，某集团投资建设的公共自行车项目，通过相关部门的宣传，“绿色出行，低碳生活”的理念深入人心．经过一段时间的运行，公共自行车已经真正融入到港城人民的生活中．一位市民骑着自行车在平直的水平路面上以5 m/s的速度匀速行驶，已知该市民质量为60 kg，自行车质量为10 kg，前后轮胎和地面总接触面积为2×10－3 m2.假定骑行过程中人和车受到的阻力恒为15 N，在该市民骑行过程中，求：（g＝10 N/kg）（1）自行车对水平路面的压力；（2）自行车对水平路面的压强；（3）该市民做功的功率．【解析】（1）自行车对地面的压力：F＝（m人＋m车）g＝（60＋10） kg×10 N＝700 N（2）自行车对地面的压强：p＝＝＝3.5×105 Pa（3）该市民做功的功率P＝Fv＝15 N×5 m/s＝75 W2. 如图所示，西安市轨道交通中的一条骨干线路——地铁4号线已于2018年12月26日开通运营，从北客站站至航天新城站全长35.2公里，共设29座车站，地铁空载时总质量约为180 吨，设计最高速度为80 km/h. （g取10 N/kg）（1）地铁高速行驶时易吸附空气中的灰尘是因为车身与空气摩擦后________．（2）若车轮与轨道的总接触面积为0.9 m2，地铁静止在平直轨道上时对轨道的压强是多少？（3）如果地铁运行时受到的阻力为车重的0.04倍，以最高速度空载匀速运行全程时牵引力的功率和所做的功是多少？　第2题图【解析】（1）带电（或带了电荷）（2）地铁受到的重力G＝mg＝180×1 000 kg×10 N/kg＝1.8×106 N地铁对轨道的压强p＝＝＝＝2×106 Pa（3）列车运行时受到的阻力f＝0.04G＝0.04×1.8×106 N＝7.2×104 N因地铁匀速行驶时，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以地铁的牵引力F＝f＝7.2×104 N则地铁以最高速度空载匀速运行时牵引力的功率P＝＝＝Fv＝7.2×104 N× m/s＝1.6×106 W地铁的牵引力做的功W＝Fs＝7.2×104 N×35.2×103 m＝2.534 4×109 J3. 近年来，独轮电动平衡车深受年轻人的喜爱，如图所示，它采用站立式的驾驶方式，人通过身体的前倾、后仰实现驾驶．下表为某型号独轮电动平衡车的部分数据，则：质量10 kg轮胎与地面接触面积30 cm2最大速度16 km/h充满电行程24 km　　　   第3题图（1）该车充满电后，若以最大速度行驶，能行驶的最长时间是多少？（2）质量为50 kg的人驾驶该车，在水平地面上匀速行驶，若所受阻力为总重力的0.2倍，此时该车受到的牵引力是多大（g取10 N/kg）?（3）质量为50 kg的人驾驶该车时，车对水平地面的压强是多大？【解析】（1）该车以最大速度行驶，能行驶的最长时间为t＝＝＝1.5 h（2）车和人的总重力为G总＝m总g＝（10 kg＋50 kg）×10 N/kg＝600 N因车做匀速直线运动，车受力平衡，该车受到的牵引力F牵＝f＝0.2G总＝0.2×600 N＝120 N（3）车对水平地面的压强p＝＝＝＝2×105 Pa4. 如图甲所示为一辆洒水车，未装水时其质量为4 t．（ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）第4题图（1）洒水车的方向盘相当于________杠杆，当洒水车洒水时，其惯性________（选填“增大”“减小”或“不变”）．（2）洒水车储水箱装满水后，水箱内距水面0.4 m深处，水产生的压强多大？（3）洒水车空车行驶时，某段时间内的s－t图像如图乙所示，这段时间内其所受阻力为800 N，则这段时间内洒水车牵引力的功率多大？【解析】（1）省力　减小（2）水产生的压强p＝ρ水gh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.4 m＝4.0×103  Pa（3）由图乙可知，这段时间洒水车做匀速直线运动，故F＝f，路程s＝100 m，时间t＝10 s，则速度v＝＝＝10 m/s牵引力的功率P＝＝＝Fv＝fv＝800 N×10 m/s＝8 000 W5. 为提高车辆通行量，福州交警在市区一些道路某些时段推广“绿波通行”，即车辆在绿波路段以如图所示的50 km/h～55 km/h范围内行驶，一路绿灯．在绿波时段，质量是1.2×103 kg的汽车，经过绿波路段上相距2.7×103 m的两个路口，用时180 s．问：（1）汽车行驶的平均速度是多少？是否“绿波通行”？（2）若汽车在这段距离内行驶的牵引力保持3 000 N不变，则汽车的输出功率是多少？（3）若轮胎与地面接触的总面积是0.6 m2，汽车静止时对水平地面的压强是多少（g取10 N/kg）?     第5题图【解析】（1）v＝＝＝15 m/s＝54 km/h因为50 km/h<54 km/h<55 km/h所以汽车是“绿波通行”（2）P＝Fv＝3 000 N×15 m/s＝4.5×104 W（3）因为汽车静止在水平地面上所以F压＝G＝mg＝1.2×103 kg×10 N/kg＝1.2×104 Np＝＝＝2×104 Pa6. 如图所示为直－9型舰载直升机．该直升机有效载荷1 863 kg，最大起飞质量3 850 kg，最大续航时间5 h，下表是直升机航行时所受阻力的大小与速度的关系．（g取10 N/kg）求：　第6题图（1）直升机上升时机翼上方的压强________机翼下方的压强．（2）直升机以最大起飞质量水平匀速飞行时的升力．（3）该直升机3 min竖直上升至756 m高空的平均速度. （4）当直升机以80 m/s的速度水平匀速巡航时，发动机的输出功率.速度v（m/s）20406080阻力f/N1004009001 600【解析】（1）小于【解析】（2）直升机以最大起飞质量水平匀速飞行时，竖直方向受到的重力与升力是一对平衡力升力F＝G＝mg＝3 850 kg×10 N/kg＝3.85×104 N（3）直升机竖直上升的平均速度v＝＝＝4.2 m/s（4）由表可知，直升机以80 m/s的速度水平匀速巡航时所受的阻力为1 600 N，此时牵引力等于阻力，即F牵＝f＝1 600 N故直升机发动机的输出功率P＝＝＝F牵v′＝1 600 N×80 m/s＝1.28×105 W7. 据苏州日报报道，张家港近日启动了新能源汽车充电站、充电桩在规划编制，第一批新能源汽车充电桩在港城建成投运．若每个充电桩对新能源小汽车的充电功率为7 000 W，充电1 h可使质量为1 t、额定输出功率12 kW的新能源小汽车匀速直线行驶36 km.设汽车行驶过程中受到的阻力是车重的0.06倍，g取10 N/kg.（1）小汽车静止在水平地面上，轮胎与地面的接触总面积为0.08 m2，汽车对地面的压强多大？（2）该小汽车以额定输出功率在平直公路上匀速行驶时速度多大？（3）该小汽车将电能转化为机械能的效率多大（结果保留一位小数）?【解析】（1）汽车对水平地面的压力F＝G＝mg＝1×103 kg×10 N/kg＝1×104 N，汽车对地面的压强p＝＝＝1.25×105 Pa（2）汽车匀速行驶时F＝f＝0.06 G＝0.06×1×104 N＝600 N，汽车匀速行驶的速度v＝＝＝20 m/s（3）汽车的效率η＝×100%＝×100%＝×100%≈85.7%.8. 如图是一辆质量为11 t的流动式混凝土搅拌车，当装有5 t的混凝土时，轮胎与地面接触的总面积为0.8 m2.车以72 km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，发动机的输出功率为128 kW.（g取10 N/kg，燃油的热值取q＝4×107 J/kg）求：（1）装有5 t混凝土的搅拌车静止在水平地面上，对地面的压强．（2）搅拌车以72 km/h的速度匀速直线行驶时，受到地面的阻力（拌筒旋转功率忽略不计）．（3）搅拌车行驶时发动机的效率为40%，以72 km/h的速度匀速行驶10 km，需要消耗多少千克燃油？第8题图【解析】（1）搅拌车对地面的压力F＝G＝m总g＝（11×103 kg＋5×103 kg）×10 N/kg＝1.6×105 N搅拌车对地面的压强p＝＝＝2×105 Pa（2）搅拌车行驶的速度v＝72 km/h＝20 m/s牵引力的功率P＝＝Fv，F＝＝＝6.4×103 N由于搅拌车匀速行驶，所以F阻＝F＝6.4×103 N（3）搅拌车牵引力所做的功W＝Fs＝6.4×103 N×104 m＝6.4×107 J由η＝得，行驶过程中需要放出的热量Q放＝＝＝1.6×108 J需要燃油m油＝＝＝4 kg9. “节能减排，低碳生活”旨在倡导节约能源和减少二氧化碳排放．李明同学坚持骑自行车上下学，他的质量为50 kg，所骑自行车质量为15 kg.（g取10 N/kg）求：（1）若他在平直公路上5 min内匀速行驶了1 500 m，则这段时间他骑行的速度是多大？（2）若他骑行时的牵引力恒为60 N，则他骑行这5 min 内克服阻力做了多少功？（3）若他骑行时自行车两轮与地面总的接触面积为25 cm2，则他骑行时自行车对地面的压强为多少？【解析】（1）骑行的速度为：v＝＝＝5 m/s（2）因自行车在平直公路上匀速行驶，所以自行车受到的阻力为f＝F牵＝60 N李明克服阻力所做的功：W＝fs＝60 N×1 500 m＝9×104 J（3）骑自行车行驶时对地面的压力：F＝G＝（m1＋m2）g＝（15 kg＋50 kg）×10 N/kg＝650 N自行车与地面总的接触面积：S＝25 cm2＝2.5×10－3 m2李明骑自行车行驶时对地面的压强：p＝＝＝2.6×105 Pa10. 一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其v－t图像如下，在第10 s时速度达到20 m/s，通过的路程为120 m.求：（1）在0～10 s内汽车的平均速度．（2）设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为f＝4 000 N，那么在0～10 s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少焦耳．（3）若发动机的转化效率为80%，则需要燃烧多少千克汽油才能使发动机做这么多功（已知汽油的热值大约为5×107 J/kg）．第10题图【解析】（1）在0～10 s内汽车的平均速度为v＝＝＝12 m/s；（2）牵引力做的功等于克服摩擦力做功为：W＝fs＝4 000 N×120 m＝4.8×105 J；（3）发动机的转化效率η＝×100%，则Q放＝＝＝6×105 J，因为Q放＝mq，则需要燃烧汽油的质量为m＝＝＝0.012 kg.11. 如图所示为我国生产的一款高性能7座纯电动SUV，部分参数如下表所示（g取10 N/kg）：空车质量2 460 kg车身长度5 022 mm满载人员7人（含司机）满载时所有轮胎与地面总的接触面积0.1 m2最大车速198 km/h纯电动连续行驶里程≤355 km（1）汽车在水平地面高速行驶时对地面的压力________（选填“大于”“小于”或“等于”）重力．（2）如果司机和乘客的平均质量为50 kg，该汽车满载静止在水平地面上时对地面的压强是多少？（3）如果该汽车满载时在水平路面匀速行驶，受到的阻力为人和车总重的0.03倍，它在水平路面上以最大车速匀速行驶时牵引力的功率是多少？第11题图【解析】（1）小于（2）满载时车和人的总重：G总＝（m车＋m人）g＝（2 460 kg＋7×50 kg）×10 N/kg＝2.81×104 N满载静止时车对水平地面的压力：F＝G总＝2.81×104 N满载静止时车对水平地面的压强：p＝＝＝2.81×105 Pa（3）因车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以车的牵引力：F′＝f＝0.03G总＝0.03×2.81×104 N＝843 N车的最大行驶速度：v＝198 km/h＝55 m/s此过程中牵引力的功率：P＝＝＝F′v＝843 N×55 m/s＝46 365 W12. 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p＝10 MPa，水雾喷出的速度v≥10 m/s，若喷孔的总面积S＝5×10－5 m2，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W1与内能W2之比为9∶16，如图丙是机械能的变化量ΔW与速度变化量Δv的关系图像，若列车从72 km/h开始减速，转化的电能可供总功率为1 000 W的照明灯正常发光1 h，则列车的速度将会减小到多少千米/时？   　　　第12题图【解析】（1）如答图所示：第12题答图（2）喷头处作用力F＝pS则功率P枪＝Fv＝pSv＝10×106 Pa×5×10－5m2×10 m/s＝5×103 W（3）产生的电能：W电＝P电t＝1 000 W×3 600 s＝3.6×106 J电能W1和内能W2的比值为9∶16，则电能W1和机械能变化量ΔW的比值为9∶（9＋16）＝9∶25即：ΔW＝W1＝×3.6×106 J＝1×107 J由关系图像可知，Δv＝10 m/s末速度v末＝v0－Δv＝20 m/s－10 m/s＝10m/s＝36 km/h 13. 如图甲是中国自主研制的一款单轨列车，其亮点是安装有高压细水雾灭火系统和制动发电装置．当列车在平直轨道上制动减速时，所减小机械能的36%转化为电能，如图乙是机械能的变化量ΔW与速度变化量Δv的关系图像．（1）由图像可知，速度的变化量越大，获得的电能越________．（2）当高压细水雾系统中的水枪工作时，若喷孔的总面积S＝5×10－5 m2，水对喷孔的压强p＝1.0×107 Pa，水对喷孔压力为多少牛？若水枪的喷水功率为5 000 W，则喷出水雾的速度为多少米/秒？（不计大气压强）（3）若列车开始减速，转化的电能可供总功率为1 000 W的照明灯正常发光1 h，则列车的速度将会减小多少米/秒？甲乙第13题图【解析】（1）多（2）水对喷孔的压力F＝pS＝1.0×107 Pa×5×10－5 m2＝500 N由P＝＝＝Fv得喷出的水雾速度为v＝＝＝10 m/s（3）转化的电能W电能＝P1t＝1 kW×1 h＝1 kW·h＝3.6×106 J由η＝×100%得，减小的机械能W机械＝＝＝1×107 J由乙可知，速度将会减少10 m/s14. 一辆以天然气为燃料的公交汽车质量为16 000 kg，轮胎与地面的总接触面积为400 cm2.某次行驶过程中，搭载的人员及物品共2 000 kg，所受阻力为车总重的0.01倍，40 s内匀速直线行驶了400 m，共消耗天然气0.025 kg（天然气完全燃烧，其热值为6.4×107 J/kg）．针对此次行驶过程，求：（1）汽车对地面的压强；（g取10 N/kg）（2）汽车的功率；（3）汽车发动机的效率．【解析】（1）F＝G＝mg＝（16 000 kg＋2 000 kg）×10 N/kg＝1.8×105 Np＝＝＝4.5×106 Pa（2）匀速直线行驶时，牵引力F＝f＝0.01 G＝0.01×1.8×105 N＝1.8×103 N汽车做功W＝Fs＝1.8×103 N×400 m＝7.2×105 J功率P＝＝＝1.8×104 W（3）Q＝mq＝0.025 kg×6.4×107 J/kg＝1.6×106 J发动机效率η＝×100%＝×100%＝45%15. 如图甲所示，柳叶湖大桥让常德市区交通变得便捷的同时也成为了一道亮丽的风景．小洋暑假里在常德欢乐水世界游玩后乘小汽车返回市区，需要从平直的道路驶上柳叶湖大桥．已知小汽车（含乘客）总质量为2.5×103 kg，以18 m/s的速度在大桥的引桥上匀速行驶，如图乙所示，此过程中小汽车的功率为36 kW，可以将引桥近似看成一个倾角较小的斜面，此斜面的长度为400 m，高度为12 m.（1）如果小汽车与地面的总接触面积为0.05 m2，它静止在水平路面上对地面的压强为多大？（2）大桥引桥的机械效率为多大？（3）小汽车在引桥上行驶时所受路面的摩擦力（空气阻力忽略不计）为多大？第15题图【解析】（1）小汽车静止在水平路面上对地面的压强：p＝＝＝＝5×105 Pa（2）由P＝＝＝Fv可知，小汽车牵引力：F＝＝＝2 000 N则大桥引桥的机械效率为η＝×100%＝×100%＝×100%＝37.5%（3）由题意可知，小汽车在引桥上行驶时克服摩擦力所做的功为额外功，则W额＝W总－W有＝2 000 N×400 m－2.5×103  kg×10 N/kg×12 m＝5×105 J由W＝Fs可得，小汽车受到的摩擦力：f＝＝＝1.25×103 N16. 小强一家驾车郊游，车行至一个水平弯道处，坐在副驾驶座位上的小强不由自主靠向车门，并与车门产生挤压，如图甲所示．小强问爸爸：我向外靠是因为惯性所致，但我和车门挤压时，显然车门对我有一个反向的作用力，这个力有什么作用吗？爸爸解释道：刚才我们在弯道上的运动是圆周运动，而做圆周运动的物体，需要有指向圆心的力维持物体做这种运动，这种力叫向心力．小强恍然：那刚才车门对我的力就是提供我做圆周运动的向心力啦！小强进一步查阅资料得知：如图乙所示，若一个质量为m的物体，沿半径为r的圆弧做圆周运动，其运动的速度为v（即单位时间内物体通过的圆弧长），那么物体所需向心力的大小为F向＝m.第16题图（1）他们在弯道处的行驶速度为54 km/h，合________m/s.（2）小强的质量m＝45 kg，弯道处的圆弧半径r＝45 m，行驶速度v＝15 m/s，求在转弯过程中他所需向心力的大小．（3）你认为小强当时说的“刚才车门对我的力就是提供我做圆周运动的向心力啦！”这句话对吗？为什么？（4）已知在不考虑其他外界因素影响的情况下，汽车在水平弯道上行驶时，所需向心力仅由地面对它的摩擦力提供，那么，不同质量的车辆在同一弯道处的限速是否相同？请推导说明．（设：此时车辆受到的最大摩擦力与它对地面的压力成正比）【解析】（1）15（2）根据F向＝m得，F＝45 kg×＝225 N．故在转弯过程中他所需向心力为225 N.（3）当汽车转弯时，小强的身体向外倾斜，对车门有一个向外的作用力，由于力的作用是相互的，所以车门对小强也有一个反作用力，不是向心力，向心力是由地面对车的摩擦力提供的，所以小强说的话不对；（4）由向心力的公式F＝m可知，汽车的行驶速度为v＝，汽车的质量m增大时，对地面的压力F增大，汽车受到的摩擦力f也增大，又因为汽车受到的最大摩擦力与它对地面的压力成正比，所以最大摩擦力与压力的比值（即为摩擦系数）不变，而同一弯道的半径r不变，由公式v＝可知，不同质量的汽车在同一弯道行驶时的限速相同．17. 我国今年4月15日起，正式实施电动自行车新国标．李强购置了一辆符合新国标的电动车，其整车质量为50 kg，最高速度为25 km/h.g取10 N/kg.试问：（1）对蓄电池充电时，电能转化为________能；行驶时，电动机提供动力，其工作原理是______________．（2）对蓄电池的电全部耗完后，若充电功率为100 W，充满电需要5 h，不计能量损失，则充满电后蓄电池储存的电能为多少？（3）蓄电池充满电后，其储存电能的75%用于车克服阻力做功，当质量为70 kg的李强在水平路面上骑着电动车，以最高速度匀速行驶时，所受阻力为总重的，则车最多能行驶多少小时？【解析】（1）化学　通电导体在磁场中受力转动（2）充满电后蓄电池储存的电能W电＝Pt＝100 W×5×3 600 s＝1.8×106  J（3）由题意知，克服阻力做的功W＝ηW电＝75%×1.8×106  J＝1.35×106 J人和车的总重力G总＝（m车＋m人）g＝（50 kg＋70 kg）×10 N/kg＝1 200 N电动车在水平路面行驶时受到的阻力f＝G总＝×1 200 N＝30 N因为车匀速运动，所以牵引力F牵＝f由W＝Fs得，电动车行驶的路程s＝＝＝＝4.5×104  m＝45 km由v＝得，电动车最多能行驶的时间t＝＝＝1.8 h