16 (9分)某型号新能源汽车质量为 1.2 t，电动机的最大输出功率为 $ 3× 10^{4}\ \mathrm{W} $，汽车在水平路面上匀速直线行驶时受到的阻力是车重的 $ \frac{1}{10} $，在最大功率下，当汽车匀速直线行驶时，$ g $ 取 $ 10\ \mathrm{N/kg} $，求：
(1) 电动机所提供的牵引力大小。
(2) 汽车行驶 10 min 牵引力所做的功。
(3) 汽车行驶速度的大小。
答案：16. (1) 汽车受到的重力 $ G=mg=1.2×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^4\ \mathrm{N} $,因为汽车在水平路面上匀速直线行驶,由二力平衡知汽车受到的牵引力 $ F=f=\frac{1}{10}G=\frac{1}{10}×1.2×10^4\ \mathrm{N}=1.2×10^3\ \mathrm{N} $
(2) 由 $ P=\frac{W}{t} $ 得,电动机牵引力做的功 $ W=Pt=3×10^4\ \mathrm{W}×10×60\ \mathrm{s}=1.8×10^7\ \mathrm{J} $
(3) 由 $ P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv $ 得,汽车行驶的速度 $ v=\frac{P}{F}=\frac{3×10^4\ \mathrm{W}}{1.2×10^3\ \mathrm{N}}=25\ \mathrm{m/s} $
解析：
【分析】
本题是力学与功率结合的计算题，分三小问逐步求解：
1. 第(1)问：汽车匀速直线行驶时，牵引力与阻力是平衡力，大小相等。先通过重力公式算出汽车重力，再结合阻力与车重的关系得到阻力，即等于牵引力；
2. 第(2)问：已知最大功率和行驶时间，利用功率公式变形计算牵引力做功，需统一时间单位为秒；
3. 第(3)问：利用功率公式的变形式P=Fv，代入最大功率和牵引力，计算汽车行驶速度。
【解析】
(1) 汽车的重力：$G=mg=1.2×10^3\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=1.2×10^4\ \mathrm{N}$，
因为汽车匀速直线行驶，牵引力与阻力平衡，所以电动机提供的牵引力：$F=f=\frac{1}{10}G=\frac{1}{10}×1.2×10^4\ \mathrm{N}=1.2×10^3\ \mathrm{N}$；
(2) 汽车行驶时间：$t=10\ \mathrm{min}=10×60\ \mathrm{s}=600\ \mathrm{s}$，
由$P=\frac{W}{t}$得，牵引力做的功：$W=Pt=3×10^4\ \mathrm{W}×600\ \mathrm{s}=1.8×10^7\ \mathrm{J}$；
(3) 由$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$得，汽车行驶速度：$v=\frac{P}{F}=\frac{3×10^4\ \mathrm{W}}{1.2×10^3\ \mathrm{N}}=25\ \mathrm{m/s}$。
【答案】
(1) $1.2×10^3\ \mathrm{N}$；(2) $1.8×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $25\ \mathrm{m/s}$
【知识点】
重力计算、二力平衡、功率的计算
【点评】
本题是基础的力学与功率结合的计算题，考察重力公式、二力平衡条件及功率公式的应用，解题时需注意单位换算，属于常规题型，注重公式的灵活运用。
【难度系数】
0.6
17 (10分)如图所示,某工人利用滑轮将一个重为300 N的货箱在6 s内匀速提升3 m。此过程中,绳子自由端所受的拉力为F,滑轮的机械效率为75%,求:
(1) 有用功$W_{有用}$。
(2) 拉力F。
(3) 拉力做功的功率P。
答案：17. (1) 有用功 $ W_{\mathrm{有用}}=Gh=300\ \mathrm{N}×3\ \mathrm{m}=900\ \mathrm{J} $
(2) 由 $ \eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{W_{\mathrm{总}}}×100\% $ 可知,总功 $ W_{\mathrm{总}}=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{\eta}=\frac{900\ \mathrm{J}}{75\%}=1\ 200\ \mathrm{J} $,拉力 $ F=\frac{W_{\mathrm{总}}}{s}=\frac{W_{\mathrm{总}}}{2h}=\frac{1\ 200\ \mathrm{J}}{2×3\ \mathrm{m}}=200\ \mathrm{N} $
(3) 拉力做功的功率 $ P=\frac{W_{\mathrm{总}}}{t}=\frac{1\ 200\ \mathrm{J}}{6\ \mathrm{s}}=200\ \mathrm{W} $
解析：
【分析】
本题是滑轮相关的功、机械效率、功率计算问题。首先明确有用功是克服物体重力做的功，公式为$ W_{有用}=Gh $；总功是拉力做的功，结合机械效率公式$ \eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} $可求出总功；该滑轮为动滑轮，绳子自由端移动距离$ s=2h $，据此可算出拉力$ F $；最后利用功率公式$ P=\frac{W_{总}}{t} $求出拉力的功率。解题时需注意动滑轮的距离特点，以及各公式的正确应用。
【解析】
(1) 有用功是提升货箱所做的功，根据公式：
$ W_{有用}=Gh=300\ \mathrm{N}×3\ \mathrm{m}=900\ \mathrm{J} $；
(2) 由机械效率公式$ \eta=\frac{W_{有用}}{W_{总}} $，可得总功：
$ W_{总}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{900\ \mathrm{J}}{75\%}=1200\ \mathrm{J} $；
该滑轮为动滑轮，绳子自由端移动的距离$ s=2h=2×3\ \mathrm{m}=6\ \mathrm{m} $，则拉力：
$ F=\frac{W_{总}}{s}=\frac{1200\ \mathrm{J}}{6\ \mathrm{m}}=200\ \mathrm{N} $；
(3) 拉力做功的功率：
$ P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{1200\ \mathrm{J}}{6\ \mathrm{s}}=200\ \mathrm{W} $。
【答案】
(1) $ 900\ \mathrm{J} $；(2) $ 200\ \mathrm{N} $；(3) $ 200\ \mathrm{W} $
【知识点】
功的计算、机械效率、功率计算、动滑轮特点
【点评】
本题考查滑轮相关的基础计算，需掌握有用功与总功的区分、动滑轮的距离关系，以及机械效率、功率公式的应用，属于常规基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
18（6分）在“探究定滑轮和动滑轮工作时的特点”实验中：
（1）在探究定滑轮工作的特点时，如图甲所示，使用弹簧测力计的操作方法是
③
（填序号）。
① 随意拉动钩码
② 拉着钩码保持静止
③ 匀速向下拉动
（2）在探究定滑轮工作的特点时，按照图甲操作，觉得读数不方便，于是把弹簧测力计倒过来，即弹簧测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，弹簧测力计的示数会
变小
（变大/不变/变小），其理由是
忽略了弹簧测力计的重力
。
（3）在探究动滑轮工作的特点时，先测出
钩码
的重力，然后按照图乙组装动滑轮，正确操作，读出弹簧测力计的示数，若弹簧测力计拉动绳子时向右倾斜，则弹簧测力计的示数会
变大
（变大/不变/变小）。如表所示，该实验至少要测量三组数据的目的是
寻找普遍性规律，避免实验结论的偶然性
。
答案：18. (1) ③
(2) 变小 忽略了弹簧测力计的重力
(3) 钩码 变大 寻找普遍性规律，避免实验结论的偶然性
解析：
【分析】
本题围绕定滑轮和动滑轮的实验探究展开，需结合弹簧测力计的使用、定滑轮与动滑轮的工作原理、实验数据处理的目的来解题：
1. 第(1)题：探究定滑轮特点时，需保证拉力等于绳子的实际拉力，匀速拉动时受力平衡，示数准确，据此选操作方法；
2. 第(2)题：弹簧测力计倒过来使用时，自身重力会影响示数，需分析示数变化及原因；
3. 第(3)题：探究动滑轮时，先测钩码重力，倾斜拉动时力臂变化导致拉力改变，多次实验是为了避免偶然性，找普遍规律。
【解析】
(1) 探究定滑轮工作特点时，为使弹簧测力计示数等于绳子拉力，需匀速向下拉动，此时受力平衡，示数准确，故选③；
(2) 弹簧测力计倒过来使用时，其自身重力会由绳子承担，导致弹簧测力计示数变小，理由是忽略了弹簧测力计的重力；
(3) 探究动滑轮时，先测出钩码的重力；弹簧测力计向右倾斜拉动时，拉力的力臂减小，根据杠杆平衡条件，拉力变大；实验测量三组数据的目的是寻找普遍性规律，避免实验结论的偶然性。
【答案】
(1) ③；(2) 变小；忽略了弹簧测力计的重力；(3) 钩码；变大；寻找普遍性规律，避免实验结论的偶然性
【知识点】
定滑轮的特点，动滑轮的特点，弹簧测力计的使用
【点评】
本题是基础实验探究题，考查定滑轮、动滑轮的实验操作细节，涉及弹簧测力计的正确使用、力的平衡、杠杆平衡条件及实验设计的目的，需掌握实验原理和操作要点，难度适中。
【难度系数】
0.6
