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  4. 压强的大小及其计算有用功和额外功机械效率的计算密度公式的应用重力的计算

某型号小轿车油箱的容积是60升,所用的燃料是密度为0.71×103kg/m3的汽油。(1)该车油箱最多能装多少kg的汽油?(2)如果该车的总质量是1500kg,4个车轮的轮胎对地面的压强都是2

一、题文

某型号小轿车油箱的容积是60升,所用的燃料是密度为0.71×103kg/m3的汽油。
(1)该车油箱最多能装多少kg的汽油?
(2)如果该车的总质量是1500kg,4个车轮的轮胎对地面的压强都是2×105Pa,求车的总重量是多少?车与地面接触的总面积是多少(g取10N/kg)?
(3)该车以20m/s的速度匀速行驶100km时消耗的燃料是5kg,如果汽油的热值是4.6×107J/kg,汽车发动机的输出功率是12kW,求有用功和发动机的热机效率分别是多少(保留两位有效数字)?

考点提示:压强的大小及其计算,有用功和额外功,机械效率的计算,密度公式的应用,重力的计算

二、答案

解:
(1)
(2)
(3)
,发动机的效率

三、考点梳理

知名教师分析,《某型号小轿车油箱的容积是60升,所用的燃料是密度为0.71×103kg/m3的汽油。(1)该车油箱最多能装多少kg的汽油?(2)如果该车的总质量是1500kg,4个车轮的轮胎对地面的压强都是2》这道题主要考你对 压强的大小及其计算有用功和额外功机械效率的计算密度公式的应用重力的计算 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:压强的大小及其计算,有用功和额外功,机械效率的计算,密度公式的应用,重力的计算

考点名称:压强的大小及其计算
  • 计算公式:
    P=F/S,式中p单位是:帕斯卡,简称:帕,1帕=1牛/米2,压力F单位是:牛;受力面积S单位是:米2
  • 对压强公式的理解:
    1.此公式适用于任何情况,即固体、液体、气体的压强计算都可用此公式。

    2.此公式中各物理量单位分别是p→Pa、F→N、s→m2。在计算物体的压强时,只有当F的单位为N,S 的单位为m2时,压强的单位才能是Pa,因此在计算中必须统一单位。

    3.一张报纸平放时对桌子的压强约0.5Pa。成人站立时对地面的压强约为1.5×104Pa,它表示:人站立时,其脚下每平方米面积上,受到脚的压力为1.5× 104N。

    4.公式中的,是压力而不是重力。即使在某些情况下,压力在数值上等于物体所受的重力,也不应把公式直接写成,而应先注明F=G得:

    5.公式中的受力面积S,是指受力物体发生形变的那部分面积,也就是两物体的实际接触面积,而不一定是受力物体的表面积。如图所示,一个圆台形物体置于水平地面上,分别采用A、B两种方式放置,对地面的压力不变,但图A中受力面积是S2,图B中受力面积为S1,而它们都与水平地面的面积大小无关。

    6.  由公式推导出F=pS和可用于计算压力和受力面积的大小。

    巧用求柱体压强:
      将一密度均匀、高为h的圆柱体放在水平桌面上,桌面受到的压强,所圆柱体(包括长方体、正方体等)产生的压强,只与固体的密度和高度有关,而与固体的重力、体积和底面积因素无关,应用公式就给解这类题带来很大方便。
    例1如图所示,两圆柱形铁柱的底面半径之比是 3:1,高度相同,则它们对水平地面的压强之比为(   )

    A.3:1B.1:3C.1:1D.9:l
    解析:本题是分析圆柱体的压强,可直接利用公式进行分析。因为两圆柱体的密度相同、高度相同,所以压强相同,选项C正确。
    答案:C
考点名称:有用功和额外功
  • 有用功,额外功与总功:
    名称定义符号公式实例
    有用功使用机械做功时对人们有用的功WW有=Gh从井中打水时提水所做的功
    额外功对人们没有用但又不得不做的功W——从井中打水时提水桶和绳子所做的功
    总功有用功与额外功之和WW=W+W从井中打水时手的拉力所做的功
  • 区分有用功和额外功:
        区分有用功与额外功的关键是看我们需要达到什么做功目的。在同一做功过程中,目的不同,功的性质就不一样。例如:用桶将水从水井中提出来,提水是我们需要的,而提桶是不需要,但又不得不做的功,故克服水重做的是有用功,而克服桶重做的是额外功;如果是一只桶掉入水井里,我们要将桶从井中提出来,则克服桶重做的是有用功,而克服桶中可能带出来的水的重力所做的功就是额外功了。
  •  计算有用功,额外功和总功的方法:
    1. 总功的计算:
    (1)定义法:W=Fs
    (2)总功等于有用功和额外功之和,即W=W有用+W额外
    (3)公式法:
    2. 有用功的计算方法:
    (1)定义法:W有用=Gh
    (2)W有用=W-W额外
    (3)公式法:
    3. 额外功的计算方法:
    (1)定义法:
    (2)W额外=W-W有用
    (3)公式法:

考点名称:机械效率的计算
  • 机械效率的定义:
    有用功跟总功的比值叫做机械效率;

    计算公式:
    η=
  • 机械效率的意义:
    (1)机械效率的功率是标志机械做功性能好坏的物理量,机械效率越高,这个机械的性能越好。

    (2)机械效率的高度并不决定使用机械是省力还是费力,效率高只说明有用功在总功所占的比例;省力还是费力是指做一定的有用功时,所用动力的大小。机械效率高不一定省力。
  • 功,功率和机械效率的比较:
    物理量物理意义定义符号公式单位说明
    做功即能量的转化有力作用在物体上,并且物体在力的方向上移动了一段距离,就说力对物体做了功WW=FsJl. 功率大小由功和时间共同决定,单独强调某一方面是错误的 2.功率和机械效率是两个不同的物理量,它们之问没有直接关系
    功率做功快慢单位时间内完成的功PW(国际单位)
    kW,MW(常用单位)
    机械效率反映机械性能的物理量有用功占总功的总值η
  • 汽车的机械效率和功率:
        机械效率与功率是两个完全不同的概念。
        这两个物理量是从不同方面反映机械性能的,它们之间没有必然的联系。
        功率大表示机械做功快;机械效率高表示机械对总功的利用率高。功率大的机械不一定机械效率高。内燃机车功率可以达到几千千瓦,但效率只有30%r~ 40%,反之,机械效率高的机械功率不一定大。安装在儿童玩具汽车里的电动机效率可达80%,但功率却只有凡瓦特。
考点名称:密度公式的应用
  • 密度公式的应用:
    (1)利用m=ρV求质量;利用V=m/ρ求体积

    (2)对于密度公式,还要从以下四个方面理解
    ①同种物质,在一定状态下密度是定值,它不随质量大小或体积大小的改变而改变。当其质量(或体积)增大几倍时,其体积(或质量)也随着增大几倍,而比值是不变的。因此,不能认为物质的密度与质量成正比,与体积成反比;
    ②具有同种物质的物体,在同一状态下,体积大的质量也大,物体的体积跟它的质量成正比;
    ③具有不同物质的物体,在体积相同的情况下,密度大的质量也大,物体的质量跟它的密度成正比

    ④具有不同物质的物体,在质量相同的条件下,密度大的体积反而小,物体的体积跟它的密度成反比

  • 密度公式的应用:
    1. 有关密度的图像问题
    此问题一般是给出质量一体积图像,判断或比较物质密度。解答时可在横坐标(或纵坐标)任选一数值,然后在纵坐标(或横坐标)上找到对应的数值,进行分析比较。
     例1如图所示,是甲、乙两种物质的m一V图像,由图像可知(   )
    A.ρ
    B.ρ
    C.ρ
    D.无法确定甲、乙密度的大小

    解析:要从图像直接看出甲、乙两种物质的密度大小目前还做不到,我们要先借助图像,根据公式ρ =总结规律后方可。
    如图所示,在横轴上任取一点V0,由V0作横轴的垂线V0B,分别交甲、乙两图线于A、B两点,再分别从A、B两点作纵轴垂线,分别交纵轴于m、m两点。则甲、乙两种物质的密度分别为,ρ= ,因为m<m,所以ρ甲<ρ乙,故C正确。

    2. 密度公式ρ =及变形、m=ρV的应用:
    密度的公式是ρ =,可得出质量计算式m=ρV 和体积计算式。只要知道其中两个物理量,就可以代入相应的计算式进行计算。审题时注意什么量是不变的,什么量是变化的。
    例2某瓶氧气的密度是5kg/m3,给人供氧用去了氧气质量的一半,则瓶内剩余氧气的密度是_____;容积是10L的瓶子装满了煤油,已知煤油的密度是 0.8×103kg/m3,则瓶内煤油的质量是_____,将煤油倒去4kg后,瓶内剩余煤油的密度是______。
     解析:氧气用去一半,剩余部分仍然充满整个氧气瓶,即质量减半体积不变,所以氧气的密度变为 2.5kg/m3。煤油倒去一半后,体积质量同时减半,密度不变。
    答案:2.5kg/m3;8kg;0.8×10kg/m3

    3. 比例法求解物质的密度
       利用数学的比例式来解决物理问题的方法称之为 “比例法”。能用比例法解答的物理问题具备的条件是:题目所描述的物理现象,由初始状态到终结状态的过程中至少有一个量保持不变,这个不变的量是由初始状态变成终结状态的桥梁,我们称之为“中介量”。
    例3甲、乙丽个物体的质量之比为3:2,体积之比为l:3,那么它们的密度之比为(   )
    A.1:2B.2:1C.2:9D.9:2
    解析:(1)写出所求物理量的表达式:
    (2)写出该物理量比的表达式:

    (3)化简:代入已知比值的求解:


    密度、质量、体积计算中的“隐含条件” 问题:
      很多物理问题中的有些条件需要仔细审题才能确定,这类条件称为隐含条件。因此寻找隐含条件是解决这类问题的关键。以密度知识为例,密度计算题形式多样,变化灵活,但其中有一些题具有这样的特点:即质量、体积、密度中的某个量在其他量发生变化时保持不变,抓住这一特点,就掌握了求解这类题的规律。

    1.隐含体积不变
    例1一个瓶子最多能装0.5kg的水,它最多能装_____kg的水银,最多能装_____m3的酒精。 ρ水银=13.6×103kg/m3,ρ水=1.0×103kg/m3,ρ酒精= 0.8×103kg/m3)
    解析:最多能装即装满瓶子,由最多装水量可求得瓶子的容积为V=5×10-4m3,则装水银为m水银=13.6×103kg/m3×5×10-4m3=6.8kg。装酒精的体积为瓶子的容积。
    答案6.8;5×10-4

    2. 隐含密度不变
    例2一块石碑的体积为V=30m3,为测石碑的质量,先取了一块刻制石碑时剔下来的小石块作为样品,其质量是m=140g,将它放入V1=100cm3的水中后水面升高,总体积增大到V2=150cm3,求这块石碑的质量m
    解析:此题中隐含的条件是石碑和样品是同种物质,密度相同,而不同的是它们的体积和质量。依题意可知,样品体积为:
    V=V2-V1=150cm3一100cm3=50cm3 =5.0×10-5m3
    =84t
    答案:84t

    3. 隐含质量不变
    例3质量为450g的水结成冰后,其体积变化了 ____m3。(ρ水=0.9×103kg/m3)
    解析:水结成冰后,密度减小,450g水的体积为,水结成冰后,质量不变,因此冰的体积为=500cm3=5.0×10-4m3=5.0× 10-4m3一4.5×10-4m3=5×10-5m3

    合金物体密度的相关计算:
         首先要抓住合金体的总质量与总体积分别等于各种物质的质量之和与体积之和这一特征,然后根据具体问题,灵活求解。
    例两种不同的金属,密度分别为ρ1、ρ2:
    (1)若墩质量相等的金属混合后制成合金,则合金的密度为____。
    (2)若取体积相等的金属混合后制成合金,则合金的密度为_____。
    解析:这道题的关键是抓住“两总”不变,即总质量和总体积不变。在(1)中,两种金属的质量相等,设为m1=m2=m,合金的质量m=2m,则密度为ρ1的金属的体积V1=,密度为ρ2的金属的体积V2=,合金的体积,则合金的密度
    在(2)中两种金属的体积相等,设为,合金的体积,密度为ρ1的金属的质量m1=,密度为ρ2的金属的质量为,合金的质量m总,合金的密度为
    答案:
    注意:上述规律也适用于两种液体的混合,只要混合液的总质量和总体积不变即可。
考点名称:重力的计算
  • 重力的计算公式:
    物体所受的重力跟它的质量成正比,g=,G=mg。(g=9.8N/g)
  • 重力与质量的区别和联系:
    质量重力
    区别概念物体所含物质的多少由于地球吸引而使物体受到的力
    符号mG
    量性只有大小,没有方向既有大小,又有方向
    单位千克(kg)牛顿(N)
    与地理位置的关系与位置无关与位置有关
    公式m=ρVG=mg
    测量工具天平测力计
    联系重力与质量的关系是G=mg(g=9.8N/kg)
  • 重力加速度:
         重力加速度g的方向总是竖直向下的。在同一地区的同一高度,任何物体的重力加速度都是相同的。重力加速度的数值随海拔高度增大而减小。当物体距地面高度远远小于地球半径时,g变化不大。而离地面高度较大时,重力加速度g数值显著减小,此时不能认为g为常数。
         距离地面同一高度的重力加速度,也会随着纬度的升高而变大。由于重力是万有引力的一个分力,万有引力的另一个分力提供了物体绕地轴作圆周运动所需要的向心力。物体所处的地理位置纬度越高,圆周运动轨道半径越小,需要的向心力也越小,重力将随之增大,重力加速度也变大。地理南北两极处的圆周运动轨道半径为0,需要的向心力也为0,重力等于万有引力,此时的重力加速度也达到最大。

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