第十二章　简单机械

1、第十二章简单机械A组根底题组一、填空题1.(2019天津)利用图甲中的撬棒撬石块时,撬棒相当于(选填“省力或“费力)杠杆;利用图乙中的滑轮组匀速提升900 N的重物时,假设忽略滑轮自重、绳重及摩擦,人对绳的最小拉力为N。 甲乙2.(2019山东枣庄)如下图,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体,不计绳重和摩擦。假设GA>GB,那么甲乙;假设FA=FB,那么GAGB。(选填“>“<或“=) 3.(2019河南南阳内乡二模)轻质木杆AB可以绕O点转动,OAOB=31,A端细线下挂300 N的重物静止在水平地面

2、上,假设使木杆保持水平位置,且重物对水平地面的压力为零,在B点要用 N的力竖直向下拉。此木杆为(选填“省力“费力或“等臂)杠杆。假设竖直向下的力F的作用点向右移动,那么F变。 二、选择题4.(2019山东潍坊)如下图,杠杆处于平衡状态。如果杠杆两侧的钩码各减少一个,杠杆将(B)A.左端下降B.右端下降C.仍然平衡D.无法判断5.(2019江苏连云港)如下图,O为杠杆的支点,杠杆右端挂有重为G的物体,杠杆在力F1的作用下在水平位置平衡。如果用力F2代替力F1使杠杆仍在水平位置保持平衡,以下关系中正确的选项是(B)A.F1<F2B.F1>F2C.F2<GD.F1=G6.

3、(2019重庆B)局部农户在新建住房时,常利用如下图的简易滑轮提升建材。在一次提升建材的过程中,建筑工人用400 N的拉力,将重600 N的建材在10 s内匀速提高3 m。那么以下判断正确的选项是(C)A.滑轮所做的有用功为1 200 JB.滑轮受到的重力为100 NC.该滑轮的机械效率=75%D.绳子自由端移动的速度大小为0.3 m/s7.(2019四川广安)如下图,斜面长3 m,高0.6 m,建筑工人用绳子在6 s内将重500 N的物体从其底端沿斜面向上匀速拉到顶端,拉力是150 N(忽略绳子的重力)。那么以下说法正确的选项是(A)A.斜面上的摩擦力是50 NB.拉力的功率是50 WC.拉

4、力所做的功是300 JD.斜面的机械效率是80%8.(2019湖北十堰)如下图,滑轮组将重50 N的物体A以0.2 m/s的速度沿水平地面匀速向前拉动了1 m,拉力F大小为10 N,滑轮组的机械效率为80%,以下说法中正确的选项是(D)A.拉力F做功的功率为2 WB.2 s内绳子自由端移动的距离为0.4 mC.滑轮组做的有用功为50 JD.物体A受到水平地面的摩擦力为16 N三、作图题9.(2019河南安阳一模)某剧组为拍摄需要,设计了如下图的装置来改变照明灯的高度。轻质杠杆ABO可绕O点转动,在图中画出杠杆ABO所受阻力F2的示意图和动力臂l1。10.(2019湖北咸宁)过去农村用的舂米工具

5、是一个杠杆,如下图是它的结构示意图。O为固定转轴,在A端连接着石球,脚踏B端可以使石球升高,抬起脚,石球会落下打击稻谷。请在图中画出动力F1的力臂和石球所受重力G的示意图。四、实验探究题11.(2019河南安阳二模)用如下图的装置做“探究杠杆的平衡条件实验。(1)实验前,将杠杆中点置于支架上,当杠杆静止时,发现杠杆右端下沉,如果杠杆右侧的平衡螺母已调至最左端,杠杆右端仍下沉,此时应将杠杆左侧的平衡螺母向调节(选填“左或“右)。 (2)如图甲所示,杠杆调节平衡后,小红在杠杆上A点处挂4个钩码,在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡。于是小红便得出了杠杆的平衡条件。他这样得出的结论(选填

6、“合理或“不合理),因为。 (3)如图乙所示,用弹簧测力计在B点竖直向下拉,当弹簧测力计逐渐向右倾斜时,使杠杆仍然在水平位置平衡,那么弹簧测力计的示数将(选填“变大“变小或“不变),其原因是。 (4)实验结束后,小红提出了新的探究问题:“假设支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?于是小组同学利用如图丙所示装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时,测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符,其原因是。 12.下面是小明和小红的“测量滑轮组的机械效率实验报告。实验名称:测量滑轮组的机械效率实验步骤:(1)观察弹簧测力计的

7、量程、零刻度线和。 (2)如图1所示,测量物体G所受的重力为。 (3)如图2所示,实验过程中,拉动弹簧测力计并读出拉力F的数值,用测出物体G上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,将数据填入表格。根据表格中的数据,可以知道他们选用的滑轮组是(选填“甲或“乙) (4)仅改变重物G上升的高度,重复上面的实验,记录并计算实验数据。实验记录:实验次数物体重力G/N物体上升高度h/cm拉力F/N弹簧测力计移动的距离s/cm机械效率15.001.8015.0085.2%28.001.7724.0086.6%310.001.7530.0087.6%实验结论:滑轮组的机械效率与所提

8、升物体的高度有关。实验讨论与交流:小明和小红的实验结论:(选填“科学或“不科学),请说明你的理由 。 小明认为提升的物重会影响该滑轮组的机械效率,建议进一步探究:改变,重复实验(3)步骤,计算出机械效率进行比拟分析。 五、综合应用题13.(2019浙江湖州)在拓展课上,小泉同学模拟某建筑工地上拉开工件的情景,设置了如下图的滑轮组。他用该滑轮组在4秒内将一个重为100牛的物体,沿着水平地面匀速拉动了2米。人的拉力为18牛,物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35,不计绳重及机械的摩擦。求:(1)人的拉力所做的功。(2)人的拉力做功的功率。(3)动滑轮受到的重力。B

9、组提升题组1.(2019河南安阳二模)如下图,工人师傅利用斜面将箱子从地面匀速移动至汽车上。斜面的长度为3 m,高度为1 m,箱子重600 N,沿斜面的推力为250 N。在此过程中,箱子与斜面间的摩擦力大小为N,使用斜面可以省(选填“力或“距离)。 2.(2019河南开封顺河区校级二模)如图是甲、乙两人分别用两装置在相同的时间内将质量相等的重物匀速提升相同的高度,空气阻力、摩擦和绳子的质量均不计,每个滑轮重小于物重,那么:两人拉绳子的力F甲F乙,甲、乙两人做功的效率关系甲乙(均选填“大于“小于或“等于)。 3.(2019河南商丘柘城三模)(双选)工人师傅利用如图甲、乙所示的

10、两种方式将重均为300 N的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离。F1、F2始终沿竖直方向;图甲中OB=2OA,图乙中动滑轮重为60 N,重物上升速度为0.01 m/s。不计杠杆重、绳重和摩擦,那么以下说法正确的选项是(BC)A.甲乙两种方式都省一半的力B.甲方式F1为150 N保持不变C.乙方式机械效率约为83.3%D.乙方式F2的功率为3 W4.(2019河南安阳一模)某人到健身房进行健身活动。用如下图的牵引装置来锻炼腿部和手部肌肉功能(轮重和绳重忽略不计)。使用时:(1)绳A处固定不动,手在B处用力FB拉绳,使重物G匀速上升;(2)绳B处固定不动,腿在A处用力FA拉绳,使重物G匀速上升。以

11、下说法正确的选项是(B)A.FA>FBB.FA<FBC.FA=FBD.条件缺乏,无法确定5.(2019浙江衢州)如下图是汽车起重机,其中A、B组成滑轮组(结构如示意图),C杆伸缩可改变吊臂的长短,D杆伸缩可改变吊臂与水平面的角度,O为吊臂的转动轴,装在E里的电动机牵引钢丝绳,利用滑轮组提升重物,H为在车身外侧增加的支柱,F为吊臂顶端受到竖直向下的力。以下有关汽车起重机的表达中错误的选项是(A)A.滑轮组中A滑轮用于改变力的方向B.当C杆伸长时吊臂对D杆的压力将变大C.当D杆伸长时力F的力臂将变小D.H的作用是工作时以防翻车和防止轮胎受到的压力过大6.(2019河南南阳唐河三模)如下

12、图是小明最喜爱的用于锻炼臂力的健身拉力器结构示意图。如果小明每次向下拉动拉杆时,拉力F为250 N,并在0.4 s内使质量m=20 kg,底面积S=100 cm2的配重块匀速升高h=40 cm后放手,让其自由落下。不计拉杆和绳的重力,g取10 N/kg。请解答以下问题:(1)拉力器中滑轮是(选填“动或“定)滑轮,它的作用是;配重块匀速上升的过程中动能(选填“增大“减小或“不变)。 (2)提拉前静止在地面上的配重块对地面的压强是多大?(3)小明拉动拉力器做功的功率?(4)在小明锻炼过程中拉力器的机械效率?答案精解精析A组根底题组一、填空题1.答案省力300解析在撬动石块时,手用力为动力

13、,石块对杠杆施加阻力,动力臂大于阻力臂,故为省力杠杆;由题图可知n=3,故F=13G物=13×900 N=300 N。2.答案><解析(1)不计绳重和摩擦,克服物体重力做的功为有用功,克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功,那么滑轮组的机械效率=W有W总×100%=Gh(G+G动)h×100%=GG+G动×100%=11+G动G×100%,因动滑轮的质量相等物体的重力G越大,1+G动G越小,11+G动G越大,所以GA>GB时,甲>乙。(2)由题图可知,n甲=2,n乙=3,由F=1n(G+G动)可得,提升物体的重力G=nF-

14、G动,那么FA=FB时,提升物体的重力关系为GA<GB。3.答案900费力小解析由题知,OAOB=31,那么OA=3OB,重物对地面的压力为零时,杠杆A端受到的阻力等于物重G,由杠杆平衡条件可得F×OB=G×OA,那么F=G×OAOB=G×3OBOB=3G=3×300 N=900 N;由于动力大于阻力,所以是费力杠杆;假设竖直向下的力F的作用点向右移动,此时阻力、阻力臂不变,动力臂增大,根据杠杆的平衡条件可知,动力F变小。二、选择题4.答案B设每个钩码的重力为G,每个小格的长度为L,根据杠杆平衡条件,假设两侧各去掉一个钩码,那么左侧=G&

15、#215;3L,右侧=2G×2L,因为G×3L<2G×2L,所以右端下降。应选B。5.答案B设动力臂为L2,杠杆长为L(即阻力臂为L),由图可知,F2与杠杆垂直,因此其力臂为最长的动力臂,由杠杆平衡条件可知F2为最小的动力,那么F1>F2,故A错误,B正确;用力F2使杠杆在水平位置保持平衡时,由杠杆平衡条件可得F2·L2=G·L,由图知L2<L,所以F2>G,故C错误;因为F1>F2,F2>G,所以F1>F2>G,故D错误。应选B。6.答案C滑轮所做的有用功W有用=Gh=600 N×3

16、m=1 800 J,故A错误;不计摩擦和绳重时,动滑轮的重力G动=2F-G物=2×400 N-600 N=200 N,故B错误;绳端移动距离s=2h=2×3 m=6 m,W总=Fs=400 N×6 m=2 400 J,该滑轮的机械效率=W有W总=1 800J2 400J=75%,故C正确;绳子自由端移动的距离s=2h=2×3 m=6 m,那么绳子自由端移动的速度大小为v=st=6m10s=0.6 m/s,故D错误。应选C。7.答案A拉力F做的功W总=Fs=150 N×3 m=450 J;有用功W有用=Gh=500 N×0.6 m=30

17、0 J,额外功W额=W总-W有用=450 J-300 J=150 J,由W额=fs可得,物体在斜面上受到的摩擦力f=W额s=150J3m=50 N,故A正确、C错误。拉力的功率P=W总t=450J6s=75 W,故B错。斜面的机械效率=W有用W总=300J450J×100%66.7%,故D错。应选A。8.答案D拉力做的功W总=F×2s=10 N×2×1 m=20 J,由v=st可得t=sv=1m0.2m/s=5 s;拉力的功率P=Wt=20J5s=4 W,故A错误。2 s内物体移动的距离sA=vA×t=0.2 m/s×2 s=0.4

18、m,绳子自由端移动的距离sF=2×0.4 m=0.8 m,故B错误。拉力做的功W总=F×2s=10 N×2×1 m=20 J,由公式=W有用W总得,W有用=W总×=20 J×80%=16 J,故C错误。滑轮组作用在动滑轮上的绳子的股数n=2,根据=W有用W总=fsF×ns=fnF得,80%=f2×10N,f=16 N,故D正确。三、作图题9.答案如下图解析过A点作竖直向下的力(即阻力F2);过支点O作垂直于动力作用线的垂线段(即动力臂l1)。10.答案如下图解析石球的重心在球心,过重心沿竖直向下的方向画一条带箭头的

19、线段,在线段的末端标上箭头和符号G,即石球所受重力的示意图;从支点O向力F的作用线作垂线,支点到垂足的距离就是F的力臂L。四、实验探究题11.答案(1)左(2)不合理没有测量多组实验数据,结论具有偶然性(3)变大拉力力臂变短(4)杠杆自重的影响解析(1)杠杆右端下沉,应将左侧的平衡螺母向左端调节。(2)杠杆的平衡条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂(或F1L1=F2L2);只测量一组实验数据,数据具有偶然性,不具备普遍性。(3)图乙中,弹簧测力计竖直向上拉杠杆,假设弹簧测力计逐渐向右倾斜拉杠杆,拉力的力臂减小,阻力和阻力臂不变,根据杠杆平衡条件可知,拉力变大,弹簧测力计示数变

20、大。(4)图丙中,杠杆的重心不在支点上,杠杆的重力对杠杆转动产生了影响,导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数据偏大。12.答案(1)分度值(2)4.6 N(3)刻度尺乙(4)不科学;根据=G3F×100%,滑轮组的机械效率与所提升物体的高度无关提升物体的重力解析(1)观察弹簧测力计的量程、零刻度线和分度值。(2)如图1所示,测力计分度值为0.2 N,测量物体G所受的重力为4.6 N。(3)如图2所示,实验过程中,拉动弹簧测力计并读出拉力F的数值,用刻度尺测出物体G上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s;根据绳子自由端移动的距离与物体升高高度的关系s=nh,绳子的有效段数n=sh

21、=15.00cm5.00cm=24.00cm8.00cm=30.00cm10.00cm=3,可以知道他们选用的滑轮组是乙。(4)滑轮组的机械效率=W有W总=GhFs=GhF×3h=G3F,故滑轮组的机械效率与所提升物体的高度无关,小明和小红的实验结论不科学。小明认为提升的物重会影响该滑轮组的机械效率,建议进一步探究:改变提升物体的重力,重复实验(3)步骤,计算出机械效率进行比拟分析。五、综合应用题13.答案(1)72 J(2)18 W(3)1 N解析(1)由图知,n=2,那么绳端移动的距离s绳=ns物=2×2 m=4 m,人的拉力所做的功W=Fs绳=18 N×4

22、m=72 J(2)拉力F做功的功率P=Wt=72J4s=18 W(3)因为物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35所以物体受到的摩擦力f=0.35G=0.35×100 N=35 N因物体匀速移动时处于平衡状态,物体受到的拉力F拉和摩擦力f是一对平衡力所以滑轮组对物体的拉力F拉=f=35 N不计绳重及机械的摩擦,由F=1n(G动+F拉)可得,动滑轮的重力G动=nF-F拉=2×18 N-35 N=1 NB组提升题组1.答案50力解析斜面是一种省力的机械,不计摩擦力时,沿斜面向上的推力大小F=GHL=600N×1 m3 m=200 N,实际用力为250 N,那么箱子受

23、到的摩擦力f=250 N-200 N=50 N。2.答案大于大于解析由题知,质量相等的重物,重物重力相同(设其大小为G)。对于图1,因为两个都是定滑轮,空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计,所以F甲=G;如果考虑滑轮质量,空气阻力、摩擦、绳子的质量均不计,该装置的额外功为0,甲=100%。对于图2,因为是一个定滑轮、一个动滑轮组成的滑轮组,n=2,空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计,所以F乙=12(G+G轮),又因为每个滑轮重小于物重,所以F乙小于G;如果考虑滑轮质量,空气阻力、摩擦、绳子的质量均不计,该装置的额外功大于0,乙小于100%。由以上分析可知,F甲大于F乙,甲大于乙。3.答案BC甲图,F1为动力,OB=2OA,即动力臂为阻力臂的2倍,由于不计摩擦、杠杆自重,由杠杆平衡条件可知,动力为阻力的一半,即F1=150 N;由图乙可知,n=3,不计绳重和摩擦,那么F2=13(G+G动)=13(300 N+60 N)=120 N,故A错误。甲图中,重力即阻力的方向是竖直向下的,动力的方向也是竖直向下的,在提升重物的过程中,动力臂和阻力臂的比值不变,故动力F1为150 N保持不变,故B正确。不计绳重和摩擦,乙方式的机械效率为=W有W总=W有W有+W额=GhGh+G动h=GG+G动=300N300N+60N×100%=83.3%