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人教版八下物理第12章简单机械 单元基础拔高卷(有解析)
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人教版物理八年级下学期第十二章简单机械全单元基础拔高卷
一、单选题
1.如图所示的工具中,正常使用时属于省力杠杆的是( )
A.筷子 B.碗夹
C.镊子 D.起子
2.如图所示,分别用力F1、F2、F3匀速提起同一重物。若不计滑轮重与摩擦,则( )
A.F1=F2>F3 B.F1
3.如图所示为等刻度轻质杠杆,A处挂2牛的物体,若使杠杆在水平位置平衡,则在B处施加力的大小( )
A.一定是4牛 B.可能为2牛
C.一定为1牛 D.可能为0.5牛
4.如图所示,杠杆用细线悬挂起来,在A、B两端分别挂上质量为、的重物时,杠杆平衡,此时恰好处于水平位置,,不计杠杆重力,则、的大小关系为( )
A. B. C. D.无法判断
5.工人用如图所示的滑轮组,使重为700N的货物匀速上升。已知工人拉绳子的力为400N,物体在10s内匀速上升了3m,不计绳重和摩擦。下列说法中正确的是( )
A.滑轮组的机械效率是87.5% B.动滑轮的重力是500N
C.工人做的有用功是2400J D.拉力的功率是120W
6.如图,裤架上的两个夹子分别夹住一条毛巾。以下方法能使裤架在水平位置平衡的是( )
A.右边夹子向左移动 B.左边夹子向右移动
C.右边毛巾的下角夹在左边夹子上 D.以上都不正确
7.小明在探究影响滑轮组机械效率的因素时,猜想滑轮组机械效率与下列因素有关:①被提升的物体的重力;②物体被提升的高度;③动滑轮的重力;④承重绳子的段数。他用相同的滑轮设计了如图所示的两个滑轮组,将重物提升相同高度做对比实验来验证猜想,该实验验证的猜想是( )
A.① B.①② C.①②③ D.①②③④
8.如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械自重和摩擦),其中所需动力最小的是( )
A. B. C. D.
9.小明用如图的实验装置研究“杠杆的机械效率”实验时,将总重为G=100N的钩码挂在铁质杠杆上,弹簧测力计作用于P点,现竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h=0.2m,弹簧测力计的示数为F=50N,其移动的距离为s=0.5m(不计转轴O处的摩擦,钩码重不变),则下列说法正确的是( )
A.此时杠杆的机械效率η为60%
B.若增加钩码的重量,重复实验,则杠杆的机械效率不变
C.若将弹簧测力计移动到Q点,仍将钩码匀速提升h的高度,此时弹簧测力计的示数为F′,F′小于F
D.若将钩码移动到Q点,仍将钩码匀速提升h的高度,杠杆的机械效率为η′,η′大于η
10.如图,用的力沿水平方向拉滑轮,可使重的物体A以的速度在水平面上匀速运动。物体B重,弹簧测力计的示数恒为(不计滑轮、测力计及绳重,滑轮的转轴光滑)。下列说法正确的是( )
A.滑轮移动的速度是
B.物体A受地面的摩擦力水平向右,大小是
C.在内绳子对物体A做的功为
D.拉力增大,物体A受到物体B的摩擦力会增大
二、填空题
11.如图所示,人体的某些部位可以看作杠杆。在行走时,脚掌的骨骼可看作______杠杆(选填“省力”、“等臂”或“费力”)。当人的前臂托起一个20牛的重物时,肱二头肌所承受的力______20牛(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
12.如图(a)、(b)所示的滑轮应用情景中,不计摩擦和滑轮重力,分别用力F1、F2匀速提起重为10牛的物体,此过程中物体的机械能______(选填“增大”、“不变”或“减小”)。图______(选填“a”或“b”)中的滑轮可以看作等臂杠杆,使用它的好处是可以______;图(b)中力F2的大小为______牛。
13.如图所示,将一个重10N的物体用沿斜面向上的拉力F=8N匀速拉到斜面的顶端,物体沿斜面移动的距离s为5m,上升的高度h为3.2m,则斜面的机械效率为______。
14.如图所示是小刚做俯卧撑时的情景,小刚的质量为50kg,他的重心可视为点A,脚到重心的水平距离为0.9m,手到重心的水平距离为0.6m。小刚受到的重力是_______N,地面对小刚双手的支持力是_______N。
15.如图所示,分别用定滑轮、动滑轮把重力相同的甲、乙两物体在相同时间内匀速提升相同的高度(滑轮重小于物重),则所用拉力______(,下同),拉力做功的功率______。机械效率______。(不计绳重和摩擦)
16.如图所示,工人师傅用动滑轮匀速拉动重物,使用动滑轮的好处是___________。当水平拉力F=50N时,恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动,已知物体所受地面的摩擦力为80N,假如在4s内物体A水平移动了0.6m,不计绳和滑轮的自重,在此过程中拉力F做功的功率为___________W,该装置的机械效率约为___________。
三、实验题
17.在“探究杠杆平衡条件”的实验中:
(1)如图甲,把质量分布均匀的杠杆中点O作为支点,其目的是消除___________对实验的影响。实验前应先调节杠杆在水平位置平衡,目的是为了方便直接测出___________。
(2)图乙中杠杆恰好处于水平位置平衡,若在A处下方再挂一个相同的钩码,为使杠杆保持水平平衡,需将挂在B处的钩码向右移动___________格。当杠杆平衡、钩码静止时,挂在A处的钩码所受重力和钩码所受拉力是一对___________(选填“平衡力”或“相互作用力”)。
(3)如图丙,小明取下B处钩码,改用弹簧测力计钩在C处,使杠杆再次在水平位置平衡(每个钩码重),弹簧测力计示数___________(选填“大于”、“小于”或“等于”),如果竖直向上拉动弹簧测力计,它是___________杠杆(选填“省力”、“费力”或“等臂”)。
18.小明用如图所示装置探究“斜面的机械效率”。实验前他有如下猜想:
A.斜面的机械效率可能与物体所受的摩擦力有关;
B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。
(1)实验中,沿斜面拉动物体时,应使其做_____运动;
(2)下表是小明探究过程中记录的两次对比实验数据:
次数
物体
物重
G/N
拉升高度
h/cm
拉力
F/N
拉动距离s/cm
机械效率η/%
1
木块
6
10
1.20
100
50
2
小车
6
12
0.75
120
①第2次实验时斜面的机械效率为_____%;
②进行这两次对比实验是为了研究斜面机械效率与_____的关系;
③第1次实验中,木块所受摩擦力为_____N;
(3)小明进一步研究发现,将长50cm的木板搭成倾角不同的斜面,用弹簧测力计把重为5N的物块从斜面底端拉至顶端的过程中,额外功W额外与斜面的水平长度L(木板在水平面上的正投影长度)有如下关系:
L/m
0.45
0.40
0.35
0.30
W额外/J
0.90
0.80
0.70
0.60
①由表格中信息可知:W额外与L成_____比;
②当斜面的水平长度L=0.40m时,拉力做的总功为_____J;
③若将木板平放在水平桌面上,水平匀速拉动木板上的物块时,弹簧测力计的示数为_____N。
19.在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,小明用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如表:
次数
钩码重G/N
钩码上升的距离h/cm
弹簧测力计的示数F/N
弹簧测力计上升的距离s/cm
机械效率η/%
1
2
5
1
15
66.7%
2
4
5
1.7
15
78.4%
3
6
5
15
(1)在实验操作中应该沿竖直方向___________拉动弹簧测力计,同组的小华发现实验过程中边拉动边读数时,弹簧测力计示数不稳定,如果能在弹簧测力计静止时读数会更准确,小明认为如果这样,测量的结果将比真正的滑轮组机械效率要______(填“偏大”或“偏小”),其原因是忽略了________对滑轮组机械效率的影响;
(2)第三次实验中弹簧测力计的示数为___________N,其机械效率为___________;
(3)通过上面的实验数据可得出,对同一个滑轮组,其提升的物体越重,滑轮组的机械效率越_______;如果在甲的实验探究过程中,小明在不改变其他条件的情况下把动滑轮换为一个质量更大的滑轮,所测得的机械效率将比原来________(以上两空填“高”或“低”)。
四、作图题
20.(1)如图所示,O 点为杠杆的支点,拉力 F 作用在杠杆 B 点。请画出拉力 F 对支点 O 的力臂l ______;
(2)组装如图所示滑轮组,使绳自由端拉力 F 最小______;
(3)如图所示为某升降机的工作简图,A、B、C是升降机工作时的滑轮,其中______是定滑轮,______是动滑轮。
五、计算题
21.如图是挖井时从井中提升沙土的杠杆示意图。杠杆AB可以在竖直平面内绕固定点O转动,已知AO长为1.2m,OB长80cm,悬挂在A端的桶与沙土所受的重力为200N。当杠杆AB在水平位置平衡时,则杠杆B端沿竖直向下的拉力F是多少N?(不计杆重和绳重)
22.如图所示为吊车上的滑轮组的示意图。在吊起重物的过程中,钢丝绳用的拉力,将重为的物体在内匀速提升(不计绳重和摩擦),请解决以下问题:
(1)滑轮组提升重物所做的有用功和总功;
(2)滑轮组拉力的功率;
(3)该滑轮组的机械效率。(计算结果保留一位小数)
23.如图所示,物体重100N,圆柱形容器底面积为400cm2(厚度不计),内盛有65cm深的水,用滑轮组将物体浸没在水中后,容器中水面上升到70cm。现用滑轮组提升物体,物体完全浸没在水中时的机械效率为80%(不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦及水的阻力)。ρ水=1.0×103kg/m3。求:
(1)物体浸没在水中时受到的浮力;
(2)物体浸没在水中后,容器底部对水平桌面增加的压强;
(3)动滑轮的重力。
参考答案
1.D
ABC.筷子、碗夹、镊子的动力臂都比阻力臂小,是费力杠杆,故ABC不符合题意;
D.起子动力臂比阻力臂大,是省力杠杆,故D符合题意。
2.A
不计滑轮本身的重力及摩擦的情况下;左图是定滑轮,只能改变力的方向,不省力也不费力;故可得
F1=F2=G
右图用的是动滑轮;能够省一半的力,故可得
所以可得
F1=F2>F3
故A符合题意,BCD不符合题意。
3.B
设杠杆每一格长度是l,当B处的作用力与杠杆垂直时,力臂最大,此时作用力最小,由杠杆平衡条件可得
FAlA=FB最小lB
2N×2l=FB最小×4l
FB最小=1N
当作用在B处的力与杠杆不垂直时,力臂小于4l,作用力大于1N,因此要使杠杆平衡,作用在B处的力
F≥1N
故B符合题意,ACD不符合题意。
4.B
由图示知,两个重物所受的重力分别为杠杆的动力和阻力,而AO=OB,那么质量为m1的重物对杠杆施力的力的力臂比较质量为m2的重物所施加的力的力臂大,据杠杆平衡条件知,m2的重物对杠杆所施加的力较大,据G=mg知
m1
故ACD不符合题意,B符合题意。
故选B。
5.A
A.物体上升3m,由图可知工人拉过绳子的长度为
s=2h=2×3m=6m
滑轮组的机械效率
故A正确;
B.根据题意,不计绳重和摩擦,工人做的总功为
W总=G总h=Fs
动滑轮的重力为
故B不正确;
C.工人做的有用功是
W有=G h=700N×3m=2100J
故C不正确;
D.拉力的功率是
故D不正确。
故选A。
6.B
A.右边夹子向左移动,右端的力不变,力臂变小,右端力和力臂的乘积更小,裤架会更向左倾斜,故A 不符合题意;
BD.左边夹子向右移动,左端的力不变,力臂变小,左端力和力臂乘积变小,可以平衡,故B符合题意,D不符合题意;
C.右边毛巾的下角夹在左边夹子上,相当于右端减小了重力,左端增加了重力,导致左端力和力臂乘积更大,右端力和力臂的乘积更小,裤架会更向左倾斜,故C不符合题意;
故选B。
7.A
如图所示,两动滑轮的重力相同,承重绳子段数相同,重物上升的高度相同,所提升的物体重力不同,由控制变量法可知,该实验验证的猜想是滑轮组的机械效率与被提升的重物重力的关系,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
8.D
A.不计机械自重和摩擦,有Fs=Gh。即
F1×4m=G×2m
得到F1G;
B.由题图可知为滑轮组,与动滑轮相连的绳子段数是3,即n=3,F2G;
C.题图是一个倒着用的动滑轮,但动力作用在动滑轮的轴上,所以F3=2G;
D.由题图可知,动力臂为
1m+3m=4m
阻力臂为1m,动力臂和阻力臂之比为4∶1,所以动力和阻力之比为1∶4,所以F4G。
9.D
A.G=100N的钩码挂在铁质杠杆上,现竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h=0.2m,弹簧测力计的示数为F=50N,其移动的距离为s=0.5m,那么杠杆的机械效率
此时杠杆的机械效率η为80%,A错误;
B.若增加钩码的重量,重复实验,因不计转轴O处的摩擦,克服铁质杠杆重力做的功为额外功,则有用功增大,额外功不变,根据
可知杠杆的机械效率将变大,B错误;
C.根据原图示可知,将弹簧测力计移动到Q点,阻力和阻力臂都不变,动力臂减小,由F1L1=F2L2可知,动力将增大,即F′>F,C错误;
D.根据原图可知,将钩码移动到Q点时,阻力和动力臂都不变,阻力臂增大,由F1L1=F2L2可知,动力将增大,即F′>F,将钩码移至Q点,提升相同高度,由W有=Gh,有用功相同,弹簧测力计竖直移动的距离不同,如下图1所示;
钩码悬挂点移动到Q点时测力计上升的高度较小,若不计转轴O处摩擦,克服杠杆的自重做的额外功小些,根据
可知机械效率变大,即η′>η,D正确。
故选D。
10.B
A.作用在动滑轮上的绳子段数为2段,故动滑轮移动的速度为
故A错误;
B.因为F为24N,所以作用在物体A上的拉力为
因弹簧测力计的示数恒为4N,物体A做匀速直线运动,则A受地面的摩擦力的方向为水平向右,其大小为
故B正确;
C.在2s内绳子对物体A做的功为
故C错误;
D.拉力增大时,因B对A的压力未发生改变,A与B接触面的粗糙程度没有发生改变,故物体A受到物体B的摩擦力不变,故D错误。
11.省力 大于
[1]在行走时,脚掌支点可以看成是脚趾与地的接触点,阻力为体重,阻力臂为支点到体重作用线的距离,腓肠肌收缩产生动力,支点到动力作用线的距离是动力臂,动力臂大于阻力臂,因此是省力杠杆。
[2]前臂拿东西时支点在点O,物对B点压力为阻力,肱二头肌收缩产生的力是动力,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,肱二头肌所随的力大于20N。
12.增大 a 改变用力的方向 5
[1]物体的机械能是物体动能和势能的总和,物体匀速被提起,速度不变,高度升高,动能不变,重力势能增大,所以机械能增大。
[2][3]图a是定滑轮,支点在轮的中心,是等臂杠杆。虽然不能省力,但是可以改变拉力的方向。
[4]图(b)是动滑轮,是省力杠杆,省一半力
13.80%
克服物体重力所做的功为有用功,则有用功
W有用=Gh=10N×3.2m=32J
拉力做的总功
W总=Fs=8N×5m=40J
斜面的机械效率
=80%
14.500 300
【详解】
[1]小刚受到的重力
G=mg=50kg×10N/kg=500N
[2]由图示可知,地面对手的支持力的力臂
l=0.9m+0.6m=1.5m
由杠杆平衡条件得Fl=GlG
F×1.5m=500N×0.9m
解得F=300N。
15.> < >
【详解】
[1]由定滑轮、动滑轮的使用特点可知
F甲=G,F乙=(G+G动)
因为滑轮重小于物重,所以F甲>F乙。
[2]如图所示,用定滑轮和动滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,不计绳重与摩擦,则所做的有用功一样大,由于要克服动滑轮重力的作用,所以使用动滑轮做的总功多,即W甲
[3]由可知,定滑轮的机械效率高,即η甲>η乙。
16.省力 15 80%
【详解】
[1]使用动滑轮可以省力,但不能改变力的方向。
[2]由题意可知,4s内物体A水平移动了0.6m,两条绳子托着动滑轮,那么水平拉力的绳端移动的距离
那么水平拉力的绳端移动的速度
绳端匀速直线运动,水平拉力F=50N,根据可知,在此过程中拉力F做功的功率
在此过程中拉力F做功的功率是15W。
[3]物体A沿水平地面向右做匀速直线运动,水平方向上受力平衡,受到摩擦力和绳子拉力,这两个力是一对平衡力,已知物体所受地面的摩擦力为80N,那么绳子拉力也是80N,4s内物体A水平移动了0.6m,根据可知,滑轮所做的有用功
滑轮所做的有用功是48J;滑轮所做的总功
滑轮所做的总功是60J;该装置的机械效率
该装置的机械效率是80%。
17.杠杆自重 力臂 1 平衡力 大于 省力
【详解】
(1)[1]把质量分布均匀的杠杆中点置于支架上,杠杆的重心通过支点,消除杠杆自重对杠杆平衡的影响。
[2]为了方便直接测出力臂,实验前应先调节杠杆在水平位置平衡。
(2)[3]设一个钩码重为G,一格的长度为L,根据杠杆的平衡条件可得
4G×2L=2G×nL
解得n=4,故应该将B处所挂钩码向右移动1格。
[4]静止的钩码处于平衡状态,受到的重力和对钩码的拉力是一对平衡力。
(3)[5]取下B处钩码,改用弹簧测力计钩在C处,使杠杆再次在水平位置平衡,如果力臂恰好是4L,则测力计示数为
图丙中,倾斜施力时由于弹簧测力计拉力F的力臂小于4L,故F大于1N。
[6]如果竖直向上拉动弹簧测力计,弹簧测力计力的力臂大于钩码的力臂,故它是省力杠杆。
18.匀速直线 80 摩擦力 0.6 正 2.3 2
【分析】
(1)从实验操作方便的角度考虑,要测量沿斜面的拉力,就要让木块做匀速直线运动,因为只有这样,弹簧测力计的示数稳定,测量才够准确;
(2)①根据求出机械效率;
②根据表格中的相同点和不同点分析;
③求出总功和有用功,然后求出额外功,根据W=fs求出摩擦力;
(3)①分析表中实验数据,得出额外功与斜面水平长度的关系;
②根据斜面的长度与斜面水平长度,由勾股定理求出斜面的高度,然后由功的公式求出有用功与总功;
③当木板放在水平面上时,克服摩擦力做的功为额外功,根据额外功与斜面水平长度的关系求出斜面水平时的额外功,由功的公式求出摩擦力,然后由平衡条件求出弹簧测力计的拉力。
【详解】
(1)[1]沿斜面拉动物体时,为使弹簧测力计的示数稳定,便于读数,所以应尽量使物体做匀速直线运动。
(2)①[2]第2次实验时斜面的机械效率
②[3]由图可知,物体的重力是相同的,小车与斜面间的摩擦是滚动摩擦,而木块与斜面间的摩擦是滑动摩擦,它们受到的摩擦力不同,故探究的是斜面的机械效率与摩擦力的关系。
③[4]第1次实验沿斜面拉木块做的有用功
W有=Gh1=6N×0.1m=0.6J
拉力做的总功
W总=F1s1=1.2N×1m=1.2J
则额外功
W额=W总-W有=1.2J-0.6J=0.6J
由W额=fs得,木块所受摩擦力
(3)[5]①由表中实验数据可知,W额外与L成正比。
②[6]当斜面的水平长度L=0.40m时,斜面高度
此时有用功
W有用'=G1h'=5N×0.3m=1.5J
总功
W总'=W有用'+W额外'=1.5J+0.8J=2.3J
③[7]当木板平放在水平桌面上,斜面的水平长度
L=s2=0.50m
设此时的额外功为W,因额外功与L成正比,则
则
W=1J
由W=fs得
此时木块在水平桌面上做匀速运动,由平衡条件得:弹簧测力计的拉力
F=f=2N
【点睛】
本题考查了求斜面效率、实验数据分析、求拉力等问题,有一定的难度;掌握功的计算公式、效率公式、总功与有用功与额外功间的关系即可正确解题。
19.匀速 偏大 摩擦 2.4 83.3% 高 低
【详解】
(1)[1]在实验操作中应该沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,否则弹簧测力计示数不稳定,难以读数。
[2][3]如果在弹簧测力计静止时读数,则减少了一部分由于摩擦造成的额外功,测量的结果将比真正的滑轮组机械效率偏大。
(2)[4]由图丙可知,弹簧测力计的分度值是0.2N,故第三次实验中弹簧测力计的示数为2.4N。
[5]由表中第三次测量数据可知,此时滑轮组的机械效率为
(3)[6]由上面的实验数据可知,对同一个滑轮组,其提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高。
[7]在甲实验探究过程中,不改变其他条件的情况下把动滑轮换为一个质量更大的滑轮,则克服动滑轮重力所做的额外功增加,所测得的机械效率将比原来低。
20. B、C A
【详解】
(1)[1]从支点O 向拉力 F 的作用线作垂线即拉力 F 的力臂 l,如图所示:
(2)[2]承担物重的绳的段数越多越省力,根据“奇动偶定”的规律知,一个定滑轮一个动滑轮组成的滑轮组从动滑轮开始绕线最省力,如下图所示:
(3)[3][4]根据动滑轮和定滑轮的概念可知,图中B、C是定滑轮,A是定滑轮。
21.300N
【详解】
解:由题意得AO=1.2m,OB=0.8m,阻力
F2=G=200N
根据杠杆的平衡条件可得
F×OB= G×AO
代入数值可得
F×0.8m =200N×1.2m
可得
F=300N
答:杠杆B端沿竖直向下的拉力F是300N。
22.(1)7.2×104J,1.08×105J;(2) 1.08×104W;(3)66.7%
【详解】
解:(1)已知物体的重力G=1.2×104N,物体上升的高度h=6m,滑轮组提升重物所做的有用功
W有用=Gh=1.2×104N×6m=7.2×104J
已知绳子的股数n=3,拉力F=,滑轮组提升重物所做的总功
W总=Fs=3Fh=3×6×103N×6m=1.08×105J
(2)时间t=10s,故拉力F的功率
(3)滑轮组的机械效率
答:(1)滑轮组提升重物所做的有用功是7.2×104J,总功是1.08×105J;
(2)滑轮组拉力的功率为1.08×104W;
(3)该滑轮组的机械效率是66.7%。
23.(1)20N;(2)500Pa;(3)20N
【详解】
解:(1)物体体积
V物=Sh=400cm2×(70cm-65cm)=2000cm3=2×10﹣3m3
由于浸没时
V排=V物=2×10﹣3m3
则
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3=20N
(2)放入前,容器对桌面的压力等于容器的重力与水的重力之和,放入物体后,容器对桌面的压力为容器的重力、水的重力与物体对水的压力之和,因此,增加的压力等于物体对水的压力,由于物体对水的压力等于水对物体的浮力,故
F=F浮=20N
增加的压强
p===500Pa
(3)浸没时,由于不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦及水的阻力,由
==
=(G物)()=(100N)()=20N
答:(1)物体浸没在水中时受到的浮力是20N;
(2)物体浸没在水中后,水对容器底增加的压强是500Pa;
(3)动滑轮的重是20N。
人教版物理八年级下学期第十二章简单机械全单元基础拔高卷
一、单选题
1.如图所示的工具中,正常使用时属于省力杠杆的是( )
A.筷子 B.碗夹
C.镊子 D.起子
2.如图所示,分别用力F1、F2、F3匀速提起同一重物。若不计滑轮重与摩擦,则( )
A.F1=F2>F3 B.F1
A.一定是4牛 B.可能为2牛
C.一定为1牛 D.可能为0.5牛
4.如图所示,杠杆用细线悬挂起来,在A、B两端分别挂上质量为、的重物时,杠杆平衡,此时恰好处于水平位置,,不计杠杆重力,则、的大小关系为( )
A. B. C. D.无法判断
5.工人用如图所示的滑轮组,使重为700N的货物匀速上升。已知工人拉绳子的力为400N,物体在10s内匀速上升了3m,不计绳重和摩擦。下列说法中正确的是( )
A.滑轮组的机械效率是87.5% B.动滑轮的重力是500N
C.工人做的有用功是2400J D.拉力的功率是120W
6.如图,裤架上的两个夹子分别夹住一条毛巾。以下方法能使裤架在水平位置平衡的是( )
A.右边夹子向左移动 B.左边夹子向右移动
C.右边毛巾的下角夹在左边夹子上 D.以上都不正确
7.小明在探究影响滑轮组机械效率的因素时,猜想滑轮组机械效率与下列因素有关:①被提升的物体的重力;②物体被提升的高度;③动滑轮的重力;④承重绳子的段数。他用相同的滑轮设计了如图所示的两个滑轮组,将重物提升相同高度做对比实验来验证猜想,该实验验证的猜想是( )
A.① B.①② C.①②③ D.①②③④
8.如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械自重和摩擦),其中所需动力最小的是( )
A. B. C. D.
9.小明用如图的实验装置研究“杠杆的机械效率”实验时,将总重为G=100N的钩码挂在铁质杠杆上,弹簧测力计作用于P点,现竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h=0.2m,弹簧测力计的示数为F=50N,其移动的距离为s=0.5m(不计转轴O处的摩擦,钩码重不变),则下列说法正确的是( )
A.此时杠杆的机械效率η为60%
B.若增加钩码的重量,重复实验,则杠杆的机械效率不变
C.若将弹簧测力计移动到Q点,仍将钩码匀速提升h的高度,此时弹簧测力计的示数为F′,F′小于F
D.若将钩码移动到Q点,仍将钩码匀速提升h的高度,杠杆的机械效率为η′,η′大于η
10.如图,用的力沿水平方向拉滑轮,可使重的物体A以的速度在水平面上匀速运动。物体B重,弹簧测力计的示数恒为(不计滑轮、测力计及绳重,滑轮的转轴光滑)。下列说法正确的是( )
A.滑轮移动的速度是
B.物体A受地面的摩擦力水平向右,大小是
C.在内绳子对物体A做的功为
D.拉力增大,物体A受到物体B的摩擦力会增大
二、填空题
11.如图所示,人体的某些部位可以看作杠杆。在行走时,脚掌的骨骼可看作______杠杆(选填“省力”、“等臂”或“费力”)。当人的前臂托起一个20牛的重物时,肱二头肌所承受的力______20牛(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
12.如图(a)、(b)所示的滑轮应用情景中,不计摩擦和滑轮重力,分别用力F1、F2匀速提起重为10牛的物体,此过程中物体的机械能______(选填“增大”、“不变”或“减小”)。图______(选填“a”或“b”)中的滑轮可以看作等臂杠杆,使用它的好处是可以______;图(b)中力F2的大小为______牛。
13.如图所示,将一个重10N的物体用沿斜面向上的拉力F=8N匀速拉到斜面的顶端,物体沿斜面移动的距离s为5m,上升的高度h为3.2m,则斜面的机械效率为______。
14.如图所示是小刚做俯卧撑时的情景,小刚的质量为50kg,他的重心可视为点A,脚到重心的水平距离为0.9m,手到重心的水平距离为0.6m。小刚受到的重力是_______N,地面对小刚双手的支持力是_______N。
15.如图所示,分别用定滑轮、动滑轮把重力相同的甲、乙两物体在相同时间内匀速提升相同的高度(滑轮重小于物重),则所用拉力______(,下同),拉力做功的功率______。机械效率______。(不计绳重和摩擦)
16.如图所示,工人师傅用动滑轮匀速拉动重物,使用动滑轮的好处是___________。当水平拉力F=50N时,恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动,已知物体所受地面的摩擦力为80N,假如在4s内物体A水平移动了0.6m,不计绳和滑轮的自重,在此过程中拉力F做功的功率为___________W,该装置的机械效率约为___________。
三、实验题
17.在“探究杠杆平衡条件”的实验中:
(1)如图甲,把质量分布均匀的杠杆中点O作为支点,其目的是消除___________对实验的影响。实验前应先调节杠杆在水平位置平衡,目的是为了方便直接测出___________。
(2)图乙中杠杆恰好处于水平位置平衡,若在A处下方再挂一个相同的钩码,为使杠杆保持水平平衡,需将挂在B处的钩码向右移动___________格。当杠杆平衡、钩码静止时,挂在A处的钩码所受重力和钩码所受拉力是一对___________(选填“平衡力”或“相互作用力”)。
(3)如图丙,小明取下B处钩码,改用弹簧测力计钩在C处,使杠杆再次在水平位置平衡(每个钩码重),弹簧测力计示数___________(选填“大于”、“小于”或“等于”),如果竖直向上拉动弹簧测力计,它是___________杠杆(选填“省力”、“费力”或“等臂”)。
18.小明用如图所示装置探究“斜面的机械效率”。实验前他有如下猜想:
A.斜面的机械效率可能与物体所受的摩擦力有关;
B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。
(1)实验中,沿斜面拉动物体时,应使其做_____运动;
(2)下表是小明探究过程中记录的两次对比实验数据:
次数
物体
物重
G/N
拉升高度
h/cm
拉力
F/N
拉动距离s/cm
机械效率η/%
1
木块
6
10
1.20
100
50
2
小车
6
12
0.75
120
①第2次实验时斜面的机械效率为_____%;
②进行这两次对比实验是为了研究斜面机械效率与_____的关系;
③第1次实验中,木块所受摩擦力为_____N;
(3)小明进一步研究发现,将长50cm的木板搭成倾角不同的斜面,用弹簧测力计把重为5N的物块从斜面底端拉至顶端的过程中,额外功W额外与斜面的水平长度L(木板在水平面上的正投影长度)有如下关系:
L/m
0.45
0.40
0.35
0.30
W额外/J
0.90
0.80
0.70
0.60
①由表格中信息可知:W额外与L成_____比;
②当斜面的水平长度L=0.40m时,拉力做的总功为_____J;
③若将木板平放在水平桌面上,水平匀速拉动木板上的物块时,弹簧测力计的示数为_____N。
19.在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,小明用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如表:
次数
钩码重G/N
钩码上升的距离h/cm
弹簧测力计的示数F/N
弹簧测力计上升的距离s/cm
机械效率η/%
1
2
5
1
15
66.7%
2
4
5
1.7
15
78.4%
3
6
5
15
(1)在实验操作中应该沿竖直方向___________拉动弹簧测力计,同组的小华发现实验过程中边拉动边读数时,弹簧测力计示数不稳定,如果能在弹簧测力计静止时读数会更准确,小明认为如果这样,测量的结果将比真正的滑轮组机械效率要______(填“偏大”或“偏小”),其原因是忽略了________对滑轮组机械效率的影响;
(2)第三次实验中弹簧测力计的示数为___________N,其机械效率为___________;
(3)通过上面的实验数据可得出,对同一个滑轮组,其提升的物体越重,滑轮组的机械效率越_______;如果在甲的实验探究过程中,小明在不改变其他条件的情况下把动滑轮换为一个质量更大的滑轮,所测得的机械效率将比原来________(以上两空填“高”或“低”)。
四、作图题
20.(1)如图所示,O 点为杠杆的支点,拉力 F 作用在杠杆 B 点。请画出拉力 F 对支点 O 的力臂l ______;
(2)组装如图所示滑轮组,使绳自由端拉力 F 最小______;
(3)如图所示为某升降机的工作简图,A、B、C是升降机工作时的滑轮,其中______是定滑轮,______是动滑轮。
五、计算题
21.如图是挖井时从井中提升沙土的杠杆示意图。杠杆AB可以在竖直平面内绕固定点O转动,已知AO长为1.2m,OB长80cm,悬挂在A端的桶与沙土所受的重力为200N。当杠杆AB在水平位置平衡时,则杠杆B端沿竖直向下的拉力F是多少N?(不计杆重和绳重)
22.如图所示为吊车上的滑轮组的示意图。在吊起重物的过程中,钢丝绳用的拉力,将重为的物体在内匀速提升(不计绳重和摩擦),请解决以下问题:
(1)滑轮组提升重物所做的有用功和总功;
(2)滑轮组拉力的功率;
(3)该滑轮组的机械效率。(计算结果保留一位小数)
23.如图所示,物体重100N,圆柱形容器底面积为400cm2(厚度不计),内盛有65cm深的水,用滑轮组将物体浸没在水中后,容器中水面上升到70cm。现用滑轮组提升物体,物体完全浸没在水中时的机械效率为80%(不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦及水的阻力)。ρ水=1.0×103kg/m3。求:
(1)物体浸没在水中时受到的浮力;
(2)物体浸没在水中后,容器底部对水平桌面增加的压强;
(3)动滑轮的重力。
参考答案
1.D
ABC.筷子、碗夹、镊子的动力臂都比阻力臂小,是费力杠杆,故ABC不符合题意;
D.起子动力臂比阻力臂大,是省力杠杆,故D符合题意。
2.A
不计滑轮本身的重力及摩擦的情况下;左图是定滑轮,只能改变力的方向,不省力也不费力;故可得
F1=F2=G
右图用的是动滑轮;能够省一半的力,故可得
所以可得
F1=F2>F3
故A符合题意,BCD不符合题意。
3.B
设杠杆每一格长度是l,当B处的作用力与杠杆垂直时,力臂最大,此时作用力最小,由杠杆平衡条件可得
FAlA=FB最小lB
2N×2l=FB最小×4l
FB最小=1N
当作用在B处的力与杠杆不垂直时,力臂小于4l,作用力大于1N,因此要使杠杆平衡,作用在B处的力
F≥1N
故B符合题意,ACD不符合题意。
4.B
由图示知,两个重物所受的重力分别为杠杆的动力和阻力,而AO=OB,那么质量为m1的重物对杠杆施力的力的力臂比较质量为m2的重物所施加的力的力臂大,据杠杆平衡条件知,m2的重物对杠杆所施加的力较大,据G=mg知
m1
故选B。
5.A
A.物体上升3m,由图可知工人拉过绳子的长度为
s=2h=2×3m=6m
滑轮组的机械效率
故A正确;
B.根据题意,不计绳重和摩擦,工人做的总功为
W总=G总h=Fs
动滑轮的重力为
故B不正确;
C.工人做的有用功是
W有=G h=700N×3m=2100J
故C不正确;
D.拉力的功率是
故D不正确。
故选A。
6.B
A.右边夹子向左移动,右端的力不变,力臂变小,右端力和力臂的乘积更小,裤架会更向左倾斜,故A 不符合题意;
BD.左边夹子向右移动,左端的力不变,力臂变小,左端力和力臂乘积变小,可以平衡,故B符合题意,D不符合题意;
C.右边毛巾的下角夹在左边夹子上,相当于右端减小了重力,左端增加了重力,导致左端力和力臂乘积更大,右端力和力臂的乘积更小,裤架会更向左倾斜,故C不符合题意;
故选B。
7.A
如图所示,两动滑轮的重力相同,承重绳子段数相同,重物上升的高度相同,所提升的物体重力不同,由控制变量法可知,该实验验证的猜想是滑轮组的机械效率与被提升的重物重力的关系,故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
8.D
A.不计机械自重和摩擦,有Fs=Gh。即
F1×4m=G×2m
得到F1G;
B.由题图可知为滑轮组,与动滑轮相连的绳子段数是3,即n=3,F2G;
C.题图是一个倒着用的动滑轮,但动力作用在动滑轮的轴上,所以F3=2G;
D.由题图可知,动力臂为
1m+3m=4m
阻力臂为1m,动力臂和阻力臂之比为4∶1,所以动力和阻力之比为1∶4,所以F4G。
9.D
A.G=100N的钩码挂在铁质杠杆上,现竖直向上匀速拉动弹簧测力计,钩码上升的高度为h=0.2m,弹簧测力计的示数为F=50N,其移动的距离为s=0.5m,那么杠杆的机械效率
此时杠杆的机械效率η为80%,A错误;
B.若增加钩码的重量,重复实验,因不计转轴O处的摩擦,克服铁质杠杆重力做的功为额外功,则有用功增大,额外功不变,根据
可知杠杆的机械效率将变大,B错误;
C.根据原图示可知,将弹簧测力计移动到Q点,阻力和阻力臂都不变,动力臂减小,由F1L1=F2L2可知,动力将增大,即F′>F,C错误;
D.根据原图可知,将钩码移动到Q点时,阻力和动力臂都不变,阻力臂增大,由F1L1=F2L2可知,动力将增大,即F′>F,将钩码移至Q点,提升相同高度,由W有=Gh,有用功相同,弹簧测力计竖直移动的距离不同,如下图1所示;
钩码悬挂点移动到Q点时测力计上升的高度较小,若不计转轴O处摩擦,克服杠杆的自重做的额外功小些,根据
可知机械效率变大,即η′>η,D正确。
故选D。
10.B
A.作用在动滑轮上的绳子段数为2段,故动滑轮移动的速度为
故A错误;
B.因为F为24N,所以作用在物体A上的拉力为
因弹簧测力计的示数恒为4N,物体A做匀速直线运动,则A受地面的摩擦力的方向为水平向右,其大小为
故B正确;
C.在2s内绳子对物体A做的功为
故C错误;
D.拉力增大时,因B对A的压力未发生改变,A与B接触面的粗糙程度没有发生改变,故物体A受到物体B的摩擦力不变,故D错误。
11.省力 大于
[1]在行走时,脚掌支点可以看成是脚趾与地的接触点,阻力为体重,阻力臂为支点到体重作用线的距离,腓肠肌收缩产生动力,支点到动力作用线的距离是动力臂,动力臂大于阻力臂,因此是省力杠杆。
[2]前臂拿东西时支点在点O,物对B点压力为阻力,肱二头肌收缩产生的力是动力,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,肱二头肌所随的力大于20N。
12.增大 a 改变用力的方向 5
[1]物体的机械能是物体动能和势能的总和,物体匀速被提起,速度不变,高度升高,动能不变,重力势能增大,所以机械能增大。
[2][3]图a是定滑轮,支点在轮的中心,是等臂杠杆。虽然不能省力,但是可以改变拉力的方向。
[4]图(b)是动滑轮,是省力杠杆,省一半力
13.80%
克服物体重力所做的功为有用功,则有用功
W有用=Gh=10N×3.2m=32J
拉力做的总功
W总=Fs=8N×5m=40J
斜面的机械效率
=80%
14.500 300
【详解】
[1]小刚受到的重力
G=mg=50kg×10N/kg=500N
[2]由图示可知,地面对手的支持力的力臂
l=0.9m+0.6m=1.5m
由杠杆平衡条件得Fl=GlG
F×1.5m=500N×0.9m
解得F=300N。
15.> < >
【详解】
[1]由定滑轮、动滑轮的使用特点可知
F甲=G,F乙=(G+G动)
因为滑轮重小于物重,所以F甲>F乙。
[2]如图所示,用定滑轮和动滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,不计绳重与摩擦,则所做的有用功一样大,由于要克服动滑轮重力的作用,所以使用动滑轮做的总功多,即W甲
16.省力 15 80%
【详解】
[1]使用动滑轮可以省力,但不能改变力的方向。
[2]由题意可知,4s内物体A水平移动了0.6m,两条绳子托着动滑轮,那么水平拉力的绳端移动的距离
那么水平拉力的绳端移动的速度
绳端匀速直线运动,水平拉力F=50N,根据可知,在此过程中拉力F做功的功率
在此过程中拉力F做功的功率是15W。
[3]物体A沿水平地面向右做匀速直线运动,水平方向上受力平衡,受到摩擦力和绳子拉力,这两个力是一对平衡力,已知物体所受地面的摩擦力为80N,那么绳子拉力也是80N,4s内物体A水平移动了0.6m,根据可知,滑轮所做的有用功
滑轮所做的有用功是48J;滑轮所做的总功
滑轮所做的总功是60J;该装置的机械效率
该装置的机械效率是80%。
17.杠杆自重 力臂 1 平衡力 大于 省力
【详解】
(1)[1]把质量分布均匀的杠杆中点置于支架上,杠杆的重心通过支点,消除杠杆自重对杠杆平衡的影响。
[2]为了方便直接测出力臂,实验前应先调节杠杆在水平位置平衡。
(2)[3]设一个钩码重为G,一格的长度为L,根据杠杆的平衡条件可得
4G×2L=2G×nL
解得n=4,故应该将B处所挂钩码向右移动1格。
[4]静止的钩码处于平衡状态,受到的重力和对钩码的拉力是一对平衡力。
(3)[5]取下B处钩码,改用弹簧测力计钩在C处,使杠杆再次在水平位置平衡,如果力臂恰好是4L,则测力计示数为
图丙中,倾斜施力时由于弹簧测力计拉力F的力臂小于4L,故F大于1N。
[6]如果竖直向上拉动弹簧测力计,弹簧测力计力的力臂大于钩码的力臂,故它是省力杠杆。
18.匀速直线 80 摩擦力 0.6 正 2.3 2
【分析】
(1)从实验操作方便的角度考虑,要测量沿斜面的拉力,就要让木块做匀速直线运动,因为只有这样,弹簧测力计的示数稳定,测量才够准确;
(2)①根据求出机械效率;
②根据表格中的相同点和不同点分析;
③求出总功和有用功,然后求出额外功,根据W=fs求出摩擦力;
(3)①分析表中实验数据,得出额外功与斜面水平长度的关系;
②根据斜面的长度与斜面水平长度,由勾股定理求出斜面的高度,然后由功的公式求出有用功与总功;
③当木板放在水平面上时,克服摩擦力做的功为额外功,根据额外功与斜面水平长度的关系求出斜面水平时的额外功,由功的公式求出摩擦力,然后由平衡条件求出弹簧测力计的拉力。
【详解】
(1)[1]沿斜面拉动物体时,为使弹簧测力计的示数稳定,便于读数,所以应尽量使物体做匀速直线运动。
(2)①[2]第2次实验时斜面的机械效率
②[3]由图可知,物体的重力是相同的,小车与斜面间的摩擦是滚动摩擦,而木块与斜面间的摩擦是滑动摩擦,它们受到的摩擦力不同,故探究的是斜面的机械效率与摩擦力的关系。
③[4]第1次实验沿斜面拉木块做的有用功
W有=Gh1=6N×0.1m=0.6J
拉力做的总功
W总=F1s1=1.2N×1m=1.2J
则额外功
W额=W总-W有=1.2J-0.6J=0.6J
由W额=fs得,木块所受摩擦力
(3)[5]①由表中实验数据可知,W额外与L成正比。
②[6]当斜面的水平长度L=0.40m时,斜面高度
此时有用功
W有用'=G1h'=5N×0.3m=1.5J
总功
W总'=W有用'+W额外'=1.5J+0.8J=2.3J
③[7]当木板平放在水平桌面上,斜面的水平长度
L=s2=0.50m
设此时的额外功为W,因额外功与L成正比,则
则
W=1J
由W=fs得
此时木块在水平桌面上做匀速运动,由平衡条件得:弹簧测力计的拉力
F=f=2N
【点睛】
本题考查了求斜面效率、实验数据分析、求拉力等问题,有一定的难度;掌握功的计算公式、效率公式、总功与有用功与额外功间的关系即可正确解题。
19.匀速 偏大 摩擦 2.4 83.3% 高 低
【详解】
(1)[1]在实验操作中应该沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,否则弹簧测力计示数不稳定,难以读数。
[2][3]如果在弹簧测力计静止时读数,则减少了一部分由于摩擦造成的额外功,测量的结果将比真正的滑轮组机械效率偏大。
(2)[4]由图丙可知,弹簧测力计的分度值是0.2N,故第三次实验中弹簧测力计的示数为2.4N。
[5]由表中第三次测量数据可知,此时滑轮组的机械效率为
(3)[6]由上面的实验数据可知,对同一个滑轮组,其提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高。
[7]在甲实验探究过程中,不改变其他条件的情况下把动滑轮换为一个质量更大的滑轮,则克服动滑轮重力所做的额外功增加,所测得的机械效率将比原来低。
20. B、C A
【详解】
(1)[1]从支点O 向拉力 F 的作用线作垂线即拉力 F 的力臂 l,如图所示:
(2)[2]承担物重的绳的段数越多越省力,根据“奇动偶定”的规律知,一个定滑轮一个动滑轮组成的滑轮组从动滑轮开始绕线最省力,如下图所示:
(3)[3][4]根据动滑轮和定滑轮的概念可知,图中B、C是定滑轮,A是定滑轮。
21.300N
【详解】
解:由题意得AO=1.2m,OB=0.8m,阻力
F2=G=200N
根据杠杆的平衡条件可得
F×OB= G×AO
代入数值可得
F×0.8m =200N×1.2m
可得
F=300N
答:杠杆B端沿竖直向下的拉力F是300N。
22.(1)7.2×104J,1.08×105J;(2) 1.08×104W;(3)66.7%
【详解】
解:(1)已知物体的重力G=1.2×104N,物体上升的高度h=6m,滑轮组提升重物所做的有用功
W有用=Gh=1.2×104N×6m=7.2×104J
已知绳子的股数n=3,拉力F=,滑轮组提升重物所做的总功
W总=Fs=3Fh=3×6×103N×6m=1.08×105J
(2)时间t=10s,故拉力F的功率
(3)滑轮组的机械效率
答:(1)滑轮组提升重物所做的有用功是7.2×104J,总功是1.08×105J;
(2)滑轮组拉力的功率为1.08×104W;
(3)该滑轮组的机械效率是66.7%。
23.(1)20N;(2)500Pa;(3)20N
【详解】
解:(1)物体体积
V物=Sh=400cm2×(70cm-65cm)=2000cm3=2×10﹣3m3
由于浸没时
V排=V物=2×10﹣3m3
则
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3=20N
(2)放入前,容器对桌面的压力等于容器的重力与水的重力之和,放入物体后,容器对桌面的压力为容器的重力、水的重力与物体对水的压力之和,因此,增加的压力等于物体对水的压力,由于物体对水的压力等于水对物体的浮力,故
F=F浮=20N
增加的压强
p===500Pa
(3)浸没时,由于不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦及水的阻力,由
==
=(G物)()=(100N)()=20N
答:(1)物体浸没在水中时受到的浮力是20N;
(2)物体浸没在水中后,水对容器底增加的压强是500Pa;
(3)动滑轮的重是20N。
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