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九年级物理填空题一般
题目
如图甲为柴油打桩机结构图,打桩锤和锤座可以沿支撑架上下滑动.启动时,用起重机把打桩锤提到一定高度后释放.如图乙所示,打桩锤下方有个半开放的气缸,下落时,锤座中间的活塞与气缸吻合,活塞压缩气缸内气体使其温度急剧升高至柴油的燃点,位于活塞中间的喷油嘴喷出柴油,柴油燃烧爆发出的推力将桩柱下压,同时也将打桩锤再次顶起一定高度,排出废气,吸入新鲜空气,以此往复,把桩柱打入地底.如图丙所示,打桩机喷射燃油的动力来自于一个LL型杠杆,其放大图如图丁所示.当打桩锤下落时,表面有个突起的圆柱形结构,会给杠杆上端斜面一个垂直于斜面的力F1F_{1},驱动杠杆逆时针转动,AA点带动油泵活塞下移,柴油从喷油嘴喷出.

(1)(1)启动时,提高打桩锤是为了让其获得______能.打桩锤下落时,锤座与气缸吻合到柴油点燃前的过程相当于汽油机的______冲程.
(2)L(2)L型杠杆中AO⊥OBAO\bot OB,AO=10cmAO=10cm,OB=20cmOB=20cm,当圆柱结构给LL型杠杆斜面BB点的力FF与OBOB夹角θ=60∘\theta =60^{\circ},F1=500NF_{1}=500N,则油泵活塞对AA点的压力为多大?
(3)(3)图中打桩机的打桩锤的质量高达8t8t,锤座质量m=26tm=26t,启动后,将长12m12m,质量为8t8t的桩柱打入地下,本次打桩过程中,大地对桩柱的阻力为3×106N3\times 10^{6}N,将桩柱完全打入地下需要消耗柴油3.6kg3.6kg,已知柴油的热值为4.3×107J/kg4.3\times 10^{7}J/kg.则:
①打桩过程中,至少要给桩柱多大的打击力?
②打桩机气缸工作的效率至少为多少?
知识点：动能和势能的概念、机械能守恒条件、能量守恒定理章节：第11章 热和能 / 11.6 能量的转化和守恒

答案与解析

答案

(1))\left(1\right))启动时，打桩锤被举高，获得了一定的重力势能，打桩锤下落时，压缩气体到一定的温度，相等于汽油机的压缩冲程；
(2)(2)由杠杆的平衡条件得：F1⋅sin⁡60∘⋅OB=F2⋅OAF_{1}\cdot \sin 60^{\circ}\cdot OB=F_{2}\cdot OA，
F2=F1•sin60°•OBOA=500N×32×20cm10cm=5003NF_{2}=\frac{{F}_{1}•sin60°•OB}{OA}=\frac{500N×\frac{\sqrt{3}}{2}×20cm}{10cm}=500\sqrt{3}N，
油泵活塞对AA点的压力和F2F_{2}是一对相互作用力，故此压力为5003N500\sqrt{3}N；
(3)(3)①由二力平衡条件知，至少要给桩柱得打击力F=f阻力−G桩柱=f阻力−m桩柱g=3×106N−8×103kg×10N/kg=2.92×106NF=f_{阻力}-G_{桩柱}=f_{阻力}-m_{桩柱}g=3\times 10^{6}N-8\times 10^{3}kg\times 10N/kg=2.92\times 10^{6}N；
②把桩柱完全打入地下做的有用功W有=Fs=2.92×106N×12m=3.504×107JW_{有}=Fs=2.92\times 10^{6}N\times 12m=3.504\times 10^{7}J，
燃料完全燃烧放出的热量Q=W总=qm=4.3×107J/kg×3.6kg=15.48×107JQ=W_{总}=qm=4.3\times 10^{7}J/kg\times 3.6kg=15.48\times 10^{7}J，
打桩机气缸工作效率η=W有W总×100%=3.504×107J15.48×107J×100%≈22.64%\eta =\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}×100\%=\frac{3.504×1{0}^{7}J}{15.48×1{0}^{7}J}×100\%\approx 22.64\%；
故答案为：（1）重力势；压缩；(2)\left(2\right)油泵活塞对AA点的压力为5003N500\sqrt{3}N，(3)\left(3\right)①打桩过程中，至少要给桩柱的打击力为2.92×106N2.92\times 10^{6}N；②打桩机气缸工作的效率至少为22.64%22.64\%。

解析

(1))\left(1\right))启动时，打桩锤被举高，获得了一定的重力势能，打桩锤下落时，压缩气体到一定的温度，相等于汽油机的压缩冲程；
(2)(2)由杠杆的平衡条件得：F1⋅sin⁡60∘⋅OB=F2⋅OAF_{1}\cdot \sin 60^{\circ}\cdot OB=F_{2}\cdot OA，
F2=F1•sin60°•OBOA=500N×32×20cm10cm=5003NF_{2}=\frac{{F}_{1}•sin60°•OB}{OA}=\frac{500N×\frac{\sqrt{3}}{2}×20cm}{10cm}=500\sqrt{3}N，
油泵活塞对AA点的压力和F2F_{2}是一对相互作用力，故此压力为5003N500\sqrt{3}N；
(3)(3)①由二力平衡条件知，至少要给桩柱得打击力F=f阻力−G桩柱=f阻力−m桩柱g=3×106N−8×103kg×10N/kg=2.92×106NF=f_{阻力}-G_{桩柱}=f_{阻力}-m_{桩柱}g=3\times 10^{6}N-8\times 10^{3}kg\times 10N/kg=2.92\times 10^{6}N；
②把桩柱完全打入地下做的有用功W有=Fs=2.92×106N×12m=3.504×107JW_{有}=Fs=2.92\times 10^{6}N\times 12m=3.504\times 10^{7}J，
燃料完全燃烧放出的热量Q=W总=qm=4.3×107J/kg×3.6kg=15.48×107JQ=W_{总}=qm=4.3\times 10^{7}J/kg\times 3.6kg=15.48\times 10^{7}J，
打桩机气缸工作效率η=W有W总×100%=3.504×107J15.48×107J×100%≈22.64%\eta =\frac{{W}_{有}}{{W}_{总}}×100\%=\frac{3.504×1{0}^{7}J}{15.48×1{0}^{7}J}×100\%\approx 22.64\%；
故答案为：（1）重力势；压缩；(2)\left(2\right)油泵活塞对AA点的压力为5003N500\sqrt{3}N，(3)\left(3\right)①打桩过程中，至少要给桩柱的打击力为2.92×106N2.92\times 10^{6}N；②打桩机气缸工作的效率至少为22.64%22.64\%。

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