14 第12章　简单机械　机械效率 练习（含答案）

第12章简单机械机械效率第1讲简单机械命题点杠杆类型辨析1．(HK习题改编)铁匠师傅在剪铁皮时，选择图1中的____(选填“甲”“乙”或“丙”)剪刀更合理，目的是____(选填“省力”“省距离”或“省功”)。图12．在中医药典中，甘蔗具有清热生津、润燥和中的功效，古往今来被人们广为食用。图2是用铡刀切甘蔗时的示意图，铡刀实质上是一种______杠杆，甘蔗放在____(选填“a”或“b”)点更省力。图23．(RJ素材)(2025青海改编)如图3所示，踏碓是古代的舂米工具，运用了杠杆原理。以下几种杠杆与踏碓相同的是()图34．(2019河南，11题)如图4，开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆，不计自重。下图能正确表示它工作示意图的是()图4命题点杠杆平衡条件的应用5．如图5甲所示，小华和爸爸玩跷跷板，小华的位置比爸爸低一些，若要使跷跷板在水平位置平衡，则爸爸应该适当往____(选填“左”或“右”)移动。图乙为跷跷板在水平位置平衡时的简化图，不计杠杆自重，若小华的质量为27kg，则爸爸的质量为______。(g取10N/kg)图56．(HK素材)(2025扬州)图6是兄弟二人抬水的场景，扁担相当于杠杆，若以哥哥的肩为支点，弟弟对扁担的作用力是动力，哥哥将水桶悬挂点向自己移动一段距离，动力臂______，阻力臂______，弟弟对扁担的作用力__________。(均选填“变大”“变小”或“不变”)图67．小明发现学校走廊的窗户可以从底部推开(如图7甲)，在他沿水平方向用力将窗户缓慢推开的过程中(如图乙)，所用水平推力F的大小将()图7A．逐渐变小 B．先变小后变大C．逐渐变大 D．先变大后变小8．(2025广州)图8所示的斜拉桥可逐步简化成图9a、b、c中的模型。 图8 图9(1)以O点为支点，在图c中作出F1、F2的力臂l1、l2。(2)为了减小钢索承受的拉力，可适当______(选填“升高”或“降低”)钢索悬挂点在桥塔上的高度，理由是：________________________________________________________________________。命题点杠杆作图9．(2025遂宁)如图10(a)，拉行李箱时，可将行李箱视为杠杆，图(b)是其简化图，O为支点，A为行李箱的重心。请在图(b)中画出行李箱所受重力的示意图以及拉力F的力臂l。图1010．(2025资阳)图11所示是某同学做俯卧撑锻炼身体的情形。若将人体视为一个杠杆，O点为支点，A点为该同学的重心，B点为地面对手的支持力F的等效作用点，请在图中画出他所受的重力G、支持力F的示意图及各自对应的力臂。图1111．图12是一个杠杆式简易起吊机，它上面装了一个定滑轮可以改变拉绳的方向，杠杆OBA可绕O点转动。请在图中画出杠杆OBA的动力臂l1、所受阻力F2的示意图及阻力臂l2。图1212．(HK习题改编)劳动实践中，小明利用如图13所示的轻质除草器ABC拔除杂草，请作出以B点为支点使用该除草器将杂草撬起时施加的最小动力F1的示意图。图13命题点探究杠杆平衡的条件13．(2025日照)在做“探究杠杆的平衡条件”实验时，小明和小亮进行了如下交流：图14(1)小明用钩码和一个弹簧测力计使杠杆在水平位置平衡。保持钩码位置不变，改变弹簧测力计与杠杆的角度，杠杆平衡时测力计示数发生变化，如图14甲所示。由此小明认为影响杠杆平衡的因素除了力的大小以外，还有________________________________________________________________________。(2)小亮认为杠杆在其他位置也能平衡，请指出杠杆在水平位置平衡的好处：_________________________________________________________________________________________。(3)小明利用图乙所示的实验装置进行实验。先控制杠杆一侧的两个量不变，改变另一侧的两个量；再控制另一侧的两个量不变，改变这一侧的两个量。下列实验没有使用这种方法的是____(选填字母)。A．探究浮力大小与哪些因素有关B．探究液体压强与哪些因素有关C．探究平面镜成像的特点D．探究影响导体电阻大小的因素(4)小明记录的实验数据如下表所示，则表中A处应填写____________，B处记录的数据应是______。实验次数动力F1/N动力臂l1/cmA阻力臂l2/cm11.010.00.520.021.010.01.010.032.05.01.0B(5)(RJ跨学科实践)小亮用一根长为1m、分度值为1cm、粗细均匀的钢直尺来制作杆秤，如图丙所示，制作过程如下：①分别在直尺上5.0cm和10.0cm刻度处钻小孔A和B，各用细绳穿过小孔作为秤钩和提纽。在秤钩处悬挂秤盘，把质量为20g的钩码挂在细绳上作为秤砣。移动秤砣到20.0cm刻度处的C点时，杆秤刚好在水平位置平衡，此处即为该杆秤的“定盘星”。②小亮用这个自制的杆秤称量某物体时，在秤盘中放入待测物体，移动秤砣到D点时，杆秤在水平位置平衡。结合杠杆平衡条件可知m物lAB＝m秤砣lCD，则此物体的质量为____g，该杆秤的最大测量值为______g。③请帮小亮提出一种增大杆秤测量范围的方法：________________________________________________________________________________。命题点滑轮及滑轮组的特点14．(2024盐城)下列挪动球形石墩的方法中，最省力的是()15．如图15，已知篮子A受到的重力为15N，人受到的重力为500N。现用20N的拉力F拉绳子，此时篮子匀速上升的速度为0.5m/s(忽略绳重和摩擦，g取10N/kg)。下列说法正确的是()图15A．绳子自由端移动的速度为1.5m/sB．动滑轮受到的重力为5NC．篮子里装85N的货物时，匀速拉动绳子的力为50ND．匀速拉动时，篮子里最多能承载960N的货物16．如图16所示，小海站在A处用滑轮组提升重物，请画出滑轮组最省力的绕线方法。图1617．【拓展选做】图17为传统提水工具——“桔槔”在水平位置平衡的模型图。若A处所吊水和水桶的总质量为m1，O为支点，杠杆的质量为m0，重心在C点，B点所挂石块的质量为m2，AO＝l1，OC＝l0，OB＝l2，则l2＝________________________(用字母m0、m1、m2、l0、l1表示)。图1718．利用滑轮组设计健身器材，配重的质量为10kg，要求如下：始终竖直向下匀速拉动拉环，要求拉力大小范围为250～350N(g取10N/kg，滑轮、绳子、拉环的质量和摩擦均不计)。下列方案符合要求的是()19.(2025湖南改编)某兴趣小组了解到人长时间过度低头易对颈椎肌肉造成伤害，于是设计并组装了一套如图18甲所示的装置，其中头颈部模型可绕O点转动，θ表示人低头的角度，A点为头颈部模型的重心，用细线垂直OB对B点施加的拉力F1模拟颈椎肌肉产生的拉力。以O点为支点，可将整个头颈部模型简化为如图乙所示的杠杆模型。图18(1)分析图乙可知，颈椎肌肉产生的拉力随人低头角度的增大而______。(2)已知头颈部模型重50N，OA＝10cm，OB＝2cm，当低头角度θ＝30°时，拉力传感器的示数是______N。(3)请你结合以上分析，从保护颈椎肌肉的角度提出一条合理建议：____________________________________________________________________________________________________________。第2讲机械效率命题点滑轮组的机械效率1．建筑工人用图1所示的两种方式，把同一桶建筑材料从一楼提升至二楼。若不计摩擦且滑轮受到的重力小于建筑材料受到的重力，则更省力的是____，机械效率较高的是____。(均选填“甲”或“乙”)图12．(2025河南，12题)如图2，某工人利用滑轮在时间t内，将重为G的物料匀速提升了h的高度，工人对绳子竖直向上的拉力大小为F，不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是()图2A．该工人使用的是定滑轮 B．提升物料做的有用功为2GhC．拉力F做功的功率为eq\f(2Fh,t) D．该滑轮的机械效率为eq\f(G,F)3．(2023河南，12题)如图3所示，在200N的拉力F作用下，用滑轮组将重为300N的货物匀速提升，20s内货物竖直上升了2m。不计绳重及滑轮上的摩擦。下列说法正确的是()图3A．滑轮组做的有用功为400J B．拉力F做功的功率为30WC．滑轮组的机械效率为75% D．此滑轮组提升的货物越轻，机械效率越大4．一辆总质量为3t的救援物资车出现故障，救援人员用如图4所示的滑轮组进行救援。救援人员用水平拉力F拉着绳子自由端匀速移动18m后救援物资车脱困，该过程用时12s，若救援过程中该车所受阻力为6×103N，水平拉力F的功率恒为5kW，则救援物资车移动的距离为________m，滑轮组所做的有用功为________J，拉力所做的总功为__________J，该滑轮组的机械效率为__________。图45．(2025资阳)如图5所示，某同学通过滑轮组将深井中的物体向上提升。提升过程中，该同学拉住绳的末端以速度v匀速向右移动，将质量m＝80kg的物体匀速提升了h＝2m。动滑轮质量m动＝10kg，不计绳重，不计绳与滑轮间、滑轮内部的摩擦，不计滑轮的大小，g取10N/kg。图5(1)求上述提升过程中该同学向右移动的距离s。(2)求上述提升过程中该同学所受地面摩擦力f的大小。(3)求上述提升过程中滑轮组的机械效率η(结果精确到0.1%)。6．(2025凉山)用如图6甲所示的滑轮组提升物体A。已知物体A受到的重力为900N，卷扬机施加在绳子自由端的拉力F将物体A以0.5m/s的速度匀速提高了5m。拉力F做的功随时间变化的图像如图乙所示(不计绳重和滑轮与绳间的摩擦)。此过程滑轮组提升重物的机械效率为______%，动滑轮受到的重力为______N。图6命题点斜面的机械效率7．图7是某一风景区的盘山公路，之所以要把上山的公路修成这般模样，是因为盘山公路相当于简单机械中的____，使用它可以省____(选填“力”或“距离”)。图78．如图8所示，利用斜面将箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬进车厢省力多了。某同学用100N的力沿斜面向上匀速推动箱子，已知箱子的质量为20kg，斜面长3m，斜面高1.2m，g取10N/kg。求：图8(1)徒手将箱子搬上车厢的过程中克服箱子重力做的功；(2)斜面的机械效率；(3)箱子受到的摩擦力；(4)使用斜面推箱子时有哪些提高机械效率的方法。命题点机械效率的分析与比较9．(双选)(2025洛阳一模)如图9所示，同一拖拉机利用甲、乙两图中的滑轮组，将相同的重物在相同时间内提升了相同的高度(不计绳重及摩擦)，下列说法正确的是()图9A.两滑轮组都是由定滑轮和动滑轮组成的B．甲图中拖拉机对绳的拉力比乙图中小C．甲图中拖拉机拉力做功的功率比乙图中小D．甲图中滑轮组的机械效率比乙图中大10．(2025漯河一模)如图10所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两个滑轮组，分别用其将A、B两个物体在相同时间内匀速提升相同的高度，拉力F1＝F2，不计绳重和摩擦。下列说法不正确的是()图10A．两物体的重力GA<GBB．有用功W1<W2C．拉力做功的功率P1>P2D．两滑轮组的机械效率η甲<η乙11．用下图所示的四种简单机械，将同一重物从低处匀速提升到高处，在不计机械自重及摩擦的情况下，最省力的是()12．(2024无锡)图11是《天工开物》中记载的我国古代的提水工具“辘轳”，在两个支架上摆放一根直的硬棒，支点为O1、O2，A端系一石块，B端装有轮轴，轮轴能绕着硬棒转动，悬吊空桶的绳索另一端绕过轮轴后系紧在轮轴上。若空桶质量为10kg，轮轴质量为10kg，空桶和轮轴对硬棒的作用力视作施加在B位置，O1A长为0.6m，O1O2长为1m，O2B长为0.8m，硬棒及绳索质量忽略不计。(g取10N/kg)图11(1)人对辘轳不施加力。桶中未装水，为保证硬棒不会翻转，石块质量最多为____kg；若在A点系上质量为40kg的石块，提水时为保证硬棒不翻转，桶中最多可装____kg的水。(2)若桶内水的质量为40kg，人用时20s将桶匀速提升3m，此时辘轳提水的机械效率为50%，则桶对水做的功为____J，人做功的功率为______W。参考答案：第1讲简单机械1．甲省力2.省力a3.A4.B5.左60kg6．不变变小变小7.C8．(1)如图1所示图1(2)升高阻力不变，阻力臂不变，阻力与阻力臂的乘积不变，适当升高钢索悬挂点在桥塔上的高度，动力臂变大，钢索承受的拉力减小9．如图2所示 10.如图3所示 图2 图311．如图4所示 12.如图5所示 图4 图513．(1)力臂的大小(2)方便读取力臂(3)C(4)阻力F2/N10.0(5)②120320③在秤砣质量不变时，增加秤杆的长度(或在秤杆长度不变时，增加秤砣的质量)14．A15.D16.如图6所示图617.eq\f(m1l1－m0l0,m2)18.D19．(1)增大(2)125(3)尽量减小低头的角度(或不要长时间低头做事，合理即可)第2讲机械效率1．甲乙2.C3.C4.63.6×1046×10460%5．解：(1)物体被匀速提升的高度h＝2m，由题图可知，n＝3，故该同学向右移动的距离s＝3h＝3×2m＝6m(2)物体受到的重力G＝mg＝80kg×10N/kg＝800N动滑轮受到的重力G动＝m动g＝10kg×10N/kg＝100N不计绳重和摩擦，该同学对绳的拉力F＝eq\f(G＋G动,3)＝eq\f(800N＋100N,3)＝300N绳对该同学的拉力F′＝F＝30N，该同学向右匀速移动，所受摩擦力与拉力平衡，大小相等，即f＝F′＝300N。(3)提升过程中滑轮组做的有用功W有＝Gh＝800N×2m＝1600J该同学对滑轮组所做的总功W总＝Fs＝300N×6m＝1800J滑轮组的机械效率η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(1600J,1800J)≈88.9%6．90100【解析】滑轮组提升重物所做的有用功W有＝Gh＝900N×5m＝4500J；重物运动的时间t＝eq\f(s,v)＝eq\f(5m,0.5m/s)＝10s；由题图乙可知，10s内拉力做的总功是5000J，所以滑轮组提升重物的机械效率η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(4500J,5000J)＝90%。由题图甲知，动滑轮上的绳子段数n＝2，所以绳子自由端移动的距离s＝2h＝2×5m＝10m，由W总＝Fs可得拉力F＝eq\f(W总,s)＝eq\f(5000J,10m)＝500N，不计绳重和滑轮与绳间的摩擦，分析动滑轮的受力情况可得，动滑轮的重力G动＝2F－G＝2×500N－900N＝100N。7．斜面力8．解：(1)箱子受到的重力G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N克服箱子重力做的功W有＝Gh＝200N×1.2m＝240J(2)推力所做的总功W总＝Fs＝100N×3m＝300J斜面的机械效率η＝eq\f(W有,W总)×100%＝eq\f(240J,300J)×100%＝80%(3)克服斜面对箱子的摩擦力做的功是额外功，即W额＝W总－W有＝300J－240J＝60J由W额＝fs可得，箱子受到的摩擦力f＝eq\f(W额,s)＝eq\f(60J,3m)＝20N(4)增大斜面的倾斜角度(或减小斜面的粗糙程度)。9．CD10．C【解析】A.不计绳重和摩擦，题图甲中n1＝2，则F1＝eq\f(GA＋G动,2)，GA＝2F1－G动，题图乙中n2＝3，则F2＝eq\f(GB＋G动,3)，GB＝3F2－G动，因为F1＝F2，所以可得GA＜GB，故A正确；B.A、B两个物体在相同时间内被匀速提升相同的高度，GA<GB，由W有＝Gh可知，有用功W1＜W2，故B正确；C.题图甲中绳子自由端移动的距离s1＝2h，题图乙中绳子自由端移动的距离s2＝3h，因为F1＝F2，由W总＝Fs可知，W总1<W总2，时间相同，由P＝eq\f(W,t)可知，P1＜P2，故C错误；D.将重物匀速提升相同高度h，动滑轮的重力相同，则额外功