課時訓(xùn)練14簡單機(jī)械機(jī)械效率基礎(chǔ)過關(guān)一、選擇題1.2018·河南下列工具中,使用時屬于費(fèi)力杠桿的是()圖K14-12.2018·巴中如圖K14-2所示,在輕質(zhì)杠桿OA的中點(diǎn)懸掛一個重物,在右端施加一個始終與OA垂直的力F,由水平位置勻速提到如圖虛線所示的位置,在這個過程中,拉力F的大小()圖K14-2A.一直變大B.始終不變C.一直變小D.先變小后變大3.2018·臨沂圖K14-3(a)所示的杠桿是水平平衡的,如果在支點(diǎn)兩側(cè)的物體下方分別加掛一個等重的物體,如圖(b)所示,則杠桿()圖K14-3A.右端下沉B.左端下沉C.要保持平衡應(yīng)將左端的物體向右移動D.要保持平衡應(yīng)在右端再加掛一個物體4.2018·福建B卷墨經(jīng)最早記述了秤的杠桿原理。圖K14-4中“標(biāo)”“本”表示力臂,“權(quán)”“重”表示力。以下說法符合杠桿平衡原理的是()圖K14-4A.“權(quán)”小于“重”時,A端一定上揚(yáng)B.“權(quán)”小于“重”時,“標(biāo)”一定小于“本”C.增大“重”時,應(yīng)把“權(quán)”向A端移D.增大“重”時,應(yīng)換用更小的“權(quán)”5.2018·黃石為探究動滑輪和定滑輪的特點(diǎn),設(shè)計如圖K14-5所示的兩種方式拉升重物。下面關(guān)于探究的做法和認(rèn)識正確的是()圖K14-5A.用動滑輪提升重物上升h高度,彈簧測力計也上升h高度B.若拉升同一物體上升相同高度,用動滑輪拉力更小,且做功更少C.減小動滑輪質(zhì)量可以提高動滑輪機(jī)械效率D.若用定滑輪提升重物,當(dāng)拉力豎直向下時最省力6.如圖K14-6所示,小華用250 N的力將重400 N的物體勻速提升2 m,共用10 s,在此過程中忽略繩重和摩擦,下列說法正確的是()圖K14-6A.繩子自由端下降了6 mB.動滑輪重是10 NC.滑輪組的機(jī)械效率為80%D.提升的重物變?yōu)?00 N時,此滑輪組的機(jī)械效率將變小7.2018·濱州改編如圖K14-7所示,重400 N的物體在30 N的水平拉力F的作用下,以0.1 m/s的速度沿水平地面向左勻速直線運(yùn)動了10 s,滑輪組的機(jī)械效率為80%,則在此過程中,下列說法不正確的是()圖K14-7A.繩子自由端移動的距離為3 mB.有用功為400 JC.拉力F的功率為9 WD.物體與地面間的滑動摩擦力為72 N8.2018·廣安如圖K14-8所示,斜面長3 m、高0.6 m,建筑工人用繩子在6 s內(nèi)將重500 N的物體從其底端沿斜面向上勻速拉到頂端,拉力是150 N(忽略繩子的重力),則下列說法正確的是()圖K14-8A.斜面上的摩擦力是50 NB.拉力的功率是50 WC.拉力所做的功是300 JD.斜面的機(jī)械效率是80%9.2018·包頭關(guān)于下列四種情況說法正確的是()圖K14-9A.圖K14-9甲中,物體在27 s內(nèi)的平均速度為2 m/sB.圖乙中,a、b兩種物質(zhì)的密度之比為14C.圖丙中,物塊M向左做勻速直線運(yùn)動,該裝置的機(jī)械效率為75%D.圖丁中,杠桿在水平位置平衡,OAAB=12,則FG=12二、填空題10.如圖K14-10所示,小強(qiáng)同學(xué)用動滑輪將重400 N的物體勻速提升2 m,已知動滑輪的機(jī)械效率是80%,則小強(qiáng)同學(xué)做的有用功是J,繩子末端的拉力是N。 圖K14-1011.如圖K14-11所示的是滑輪組,每個滑輪的重為10 N(繩重、摩擦不計),用此滑輪組勻速提起重為490 N的重物A,人的拉力F大小為N;此滑輪組的機(jī)械效率為%。 圖K14-1112.如圖K14-12所示,用40 N的力向下拉繩子,使物體在5 s內(nèi)勻速上升0.3 m,滑輪組的機(jī)械效率為80%,則物體的重力為N,拉力的功率為W,動滑輪的重力為N。(不計摩擦和繩重) 圖K14-12三、作圖題13.2018·衡陽如圖K14-13所示,一根木棒以O(shè)點(diǎn)為支點(diǎn)撬動石塊,畫出作用在A點(diǎn)最小動力F1,并畫出阻力F2的力臂l2。圖K14-1314.如圖K14-14所示,O是杠桿的支點(diǎn),請畫出作用在A點(diǎn)讓杠桿保持平衡的最小力F的示意圖并標(biāo)出其力臂l。圖K14-14四、實驗探究題15.2018·長沙在認(rèn)識到杠桿轉(zhuǎn)動跟力、力臂有關(guān)后,某實驗小組通過實驗進(jìn)一步探究杠桿的平衡條件,以下是他們的部分實驗過程:(1)首先,將杠桿放在水平桌面上,在不掛鉤碼的情況下,調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母,使杠桿在位置平衡,以方便直接讀出力臂。 (2)接下來,他們使杠桿在如圖K14-15位置靜止,多次實驗,記錄數(shù)據(jù)如表格所示(每個鉤碼的重力為1 N,杠桿質(zhì)量、刻度分布均勻);小玲認(rèn)為杠桿的平衡條件應(yīng)為F1=F2,l1=l2;而小軍則認(rèn)為實驗還需要進(jìn)一步改進(jìn)。你認(rèn)為小玲總結(jié)的杠桿的平衡條件是(選填“正確的”或“錯誤的”)。 圖K14-15實驗序號F1/Nl1/cmF2/Nl2/cm123232333334343(3)如果小軍在杠桿的左端A點(diǎn)處再加掛2個鉤碼(即左端共4個鉤碼),接下來,他應(yīng)該將右側(cè)的兩個鉤碼向右移動格,杠桿才會在原位置再次平衡。 16.2018·鞍山斜面是在生活和生產(chǎn)中常見的簡單機(jī)械,也是物理實驗中常用的實驗器材。(1)使用斜面提升物體可以省力。如圖K14-16甲所示,將重力為5 N的木塊放在長1 m、高0.2 m的斜面上,沿斜面向上勻速拉動彈簧測力計,記下彈簧測力計的示數(shù)為1.6 N,則該斜面的機(jī)械效率=%;木塊在斜面上運(yùn)動時受到的滑動摩擦力為N。繼續(xù)探究,可以得出斜面越陡,省力越(選填“多”或“少”),機(jī)械效率越(選填“高”或“低”)。 圖K14-16(2)用斜面探究“物體的動能跟哪些因素有關(guān)”的實驗,如圖乙所示,使一個小球從斜面上不同高度由靜止開始滾下,撞擊水平面上的小木塊,通過觀察比較小球動能的大小,可以探究物體的動能跟這一因素的關(guān)系。 四、計算題17.2018·廣東如圖K14-17是建筑工地上的起重機(jī)示意圖,起重機(jī)的電動機(jī)功率為3×103 W,當(dāng)它把質(zhì)量為1 t的重物勻速提起24 m時,用時100 s。(g取10 N/kg)(1)在這段時間內(nèi)起重機(jī)提起重物做功的功率是多少?機(jī)械效率是多少?(2)若起重機(jī)AB長為20 m,吊起重物時B端的配重質(zhì)量為4 t,為使起重機(jī)不翻倒,則OB長為多少?(不計摩擦和起重機(jī)自重)圖K14-17能力培優(yōu)18.2018·溫州如圖K14-18為吸盤式掛桿,將吸盤壓在瓷磚上排盡其中的空氣,掛桿就能被固定在瓷磚上。掛有平底鍋的掛鉤沿光滑水平橫桿從P點(diǎn)開始向吸盤B移動,若吸盤與橫桿的重力、吸盤大小均忽略不計,設(shè)掛鉤與吸盤A的距離為l,則吸盤B受到的摩擦力F的大小與l的關(guān)系圖像為()圖K14-18圖K14-1919.圖K14-20為一健身器材模型,杠桿AB可繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,OAOB=14,質(zhì)量為60 kg的小明站在水平放置的體重計上,通過該杠桿提起吊籃中的重物,吊籃重80 N,當(dāng)邊長為20 cm的正方體重物甲剛被提起時,體重計示數(shù)為43 kg;當(dāng)邊長為40 cm的正方體重物乙剛被提起時,體重計示數(shù)為18 kg,杠桿始終在水平位置保持平衡,AB兩端繩子拉力保持豎直。不計繩重、杠桿自重和摩擦,g取10 N/kg。則重物甲與重物乙的密度之比為()圖K14-20A.13B.23C.32D.3120.2017·株洲改編如圖K14-21所示,一張重90 N的筆記本電腦桌放在水平地面上,桌面上不放任何物品時,工字型底座右側(cè)兩個滾輪對地面的壓力共50 N,則左側(cè)兩個滾輪對地面的壓力共N。若底座的長度為63 cm,則桌子中間支柱到底座右側(cè)的水平距離為cm。 圖K14-2121.2018·衡陽如圖K14-22所示,用滑輪組提起一個重為7 N的物體,在拉力F=4 N的作用下,10 s內(nèi)物體沿豎直方向勻速升高了2 m,不計繩重和摩擦,可知拉力F的功率為W,此滑輪組的機(jī)械效率為。 圖K14-2222.2018·瀘州如圖K14-23甲所示的滑輪組裝置,不計繩重和摩擦,繩對滑輪的拉力方向均為豎直方向。用該滑輪組提升放置在水平地面上重力G=80 N的重物到高處。用豎直向下的拉力拉繩的自由端,拉力F隨時間t變化的圖像如圖乙所示,重物上升的速度v隨時間t變化的圖像如圖丙所示。已知在24 s內(nèi)重物上升的豎直高度為2 m,求:(1)在46 s內(nèi),重物克服重力做功的功率。(2)在24 s內(nèi),繩自由端下降的平均速度。(3)在02 s內(nèi),重物對地面的壓力大小。圖K14-2323.圖K14-24是小華利用杠桿提升浸沒在水中的物體B的示意圖。杠桿CD可繞支點(diǎn)O在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,OCOD=12,物體A為配重,其質(zhì)量為200 g,燒杯的底面積為75 cm2,物體B的質(zhì)量是320 g,體積是40 cm3。當(dāng)物體B浸沒在水中時,水對杯底的壓強(qiáng)為p1。當(dāng)用力拉物體A,將物體B從容器底提出水面一部分以后,杠桿恰好在水平位置平衡,此時,豎直向下拉物體A的力為F,水對杯底的壓強(qiáng)為p2。若p1與p2之差為40 Pa,則:(g取10N/kg)(1)物體B浸沒在水中時受到的浮力多大?(2)水對燒杯底部的壓力差多大?(3)拉力F是多少?(杠桿的質(zhì)量、懸掛物體A和物體B的細(xì)繩的質(zhì)量均忽略不計)圖K14-24參考答案1.B2.C解析 由圖可知,O為杠桿的支點(diǎn),動力F始終與OA垂直,杠桿長即為動力臂。將杠桿緩慢地由位置A拉到位置B,動力臂不變,重物對杠桿的拉力為阻力,大小等于重物的重力,其力臂在杠桿由位置A到位置B過程中逐漸變小,根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2可知拉力F一直變小,故選C。3.A4.C5.C6.C解析 由圖可知,滑輪的承重繩n=2,物體上升2 m,繩端應(yīng)該下降2h=2×2 m=4 m,故A錯誤;因2F=G物+G動,故G動=2F-G物=2×250 N-400 N=100 N,故B錯誤;W總=G總h=(400 N+100 N)×2 m=1000 J,W有=G物h=400 N×2 m=800 J,則=W有W總=800J1000J=80%,故C正確;由以上分析可知重物越重,滑輪組的機(jī)械效率越高,故D錯誤。7.B解析 由圖可知,摩擦力由3段繩子承擔(dān),即n=3。物體10 s內(nèi)移動的距離s1=vt=0.1 m/s×10 s=1 m,則繩子自由端移動的距離為s2=ns1=3×1 m=3 m;拉力F做的功為總功其大小為W總=Fs2=30 N×30 m=90 J,則此過程中有用功為W有=W總=90 J×80%=72 J;拉力F的功率為P=W總t=90J10s=9 W;物體與地面間的滑動摩擦力f=W有s1=72J1m=72 N。故選B。8.A9.C10.80025011.2509812.967.22413.如圖所示14.如圖所示15.(1)水平(2)錯誤的(3)3解析 (3)若A點(diǎn)掛4個鉤碼,即力變?yōu)樵瓉淼?倍,右端掛2個鉤碼不變,則力臂應(yīng)為原來的2倍,即應(yīng)將右側(cè)的兩個鉤碼向右移動3格,杠桿才會在原位置再次平衡。16.(1)62.50.6少高(2)小木塊移動的距離速度解析 (1)木塊在斜面上運(yùn)動時,拉力做的總功為W總=Fs=1.6 N×1 m=1.6 J,有用功為W有=Gh=5 N×0.2 m=1 J,則斜面的機(jī)械效率=W有W總=1J1.6J=62.5%,額外功為W額=W總-W有=1.6 J-1 J=0.6 J,滑動摩擦力為f=W額s=0.6J1m=0.6 N。繼續(xù)探究,可得結(jié)論:斜面越陡,省力越少,機(jī)械效率越高。17.解:(1)起重機(jī)做的功W有=Gh=mgh=103 kg×10 N/kg×24 m=2.4×105 J,功率P=Wt=2.4×105J100s=2400 W,機(jī)械效率=W有W總=PP總=2400W3×103W=80%。(2)根據(jù)杠桿平衡條件,有FA·OA=FB·OB,即mAg·OA=mBg·OB,OA+OB=AB=20 m,聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)解得,OB=4 m。18.D19.D20.4028解析 桌子重90 N,由左右兩側(cè)各兩個滾輪支持,右側(cè)兩個滾輪對地面的壓力為50 N,則對桌子的支持力為50 N,可知左側(cè)兩個滾輪對桌子的支持力為90 N-50 N=40 N,對地面的壓力共40 N;由杠桿的平衡條件F1l1=F2l2可得50 N·l1=40 N·l2,且l2+l2=63 cm,聯(lián)立可得l1=28 cm。21.1.687.5%22.解:(1)由圖丙可知,在46 s內(nèi),重物勻速上升,速度為2 m/s,重物克服重力做功的功率P=Ght=Gv=80 N×2 m/s=160 W。(2)由圖甲可知,該滑輪組n=2,24 s內(nèi)重物做加速直線運(yùn)動,重物上升的平均速度v'=st'=2m2s=1 m/s,繩自由端下降的平均速度v拉=nv'=2×1 m/s=2 m/s。(3)46 s內(nèi)重物勻速上升,處于平衡狀態(tài),則動滑輪重力G動=nF-G=2×50 N-80 N=20 N,02 s內(nèi),重物靜止,此時滑輪組繩子自由端的拉力為30 N,即F拉=1n(G動+F繩),物體上方的繩子對物體的拉力F繩=nF拉-G動=2×30 N-20 N=40 N,重物靜止,受力平衡,則地面對重物的支持力F支=G-F繩=80 N-40 N=40 N,重物對地面的壓力和地面對重物的支持力是一對相互作用力,大小相等,則重物對地面的壓力也是40 N。23.解:(1)由阿基米德原理可知,物體B浸沒在水中時的浮力F浮=水V排g=1×103 kg/m3×40×10-6m3×10 N/kg=0.4 N。(2)前后兩次水對燒杯底的壓強(qiáng)差p=40 Pa,則前后兩次水對燒杯底的壓力差F=p×S=40 Pa×75×10-4 m2=0.3 N。(3)物體A的重力為GA=mAg=200×10-3 kg×10 N/kg=2 N,物體B的重力為GB=mBg=320×10-3 kg×10 N/kg=3.2 N;當(dāng)用豎直向下的力F拉物體A,將物體B提出水面一部分后,杠桿在水平位置平衡時,物體B受到的浮力減小;因為容器中水的重力不變,容器底受到壓力的變化是由浮力變化引起的,故浮力減小值為F浮=F=0.3 N;物體受到的浮力減小,則杠桿右端受到拉力增大量為F'=F浮=0.3 N,此時杠桿恰好在水平位置平衡,由杠桿的平衡條件可得(GA+F)×OC=(GB-F浮+F')×OD,即(2 N+F)×OC=(3.2 N-0.4 N+0.3 N)×OD,已知OCOD=12,聯(lián)立解得F=4.2 N。11