专题9 简单机械及其效率
一、选择题
1.【2017•咸宁卷】如图所示的四幅图中,力F的力臂画法错误的是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】
【考点定位】力臂的画法
2.【2017•陕西卷】如图所示,某工地用滑轮组将重为5000N的货物匀速提升6m,所用时间为20s,在绳的末端所用拉力为2200N,下列说法错误的是( )
A.M处滑轮的作用是改变力的方向
B.提升货物过程中的有用功是3×104J
C.拉力的功率为660W
D.若只增加货物所受的重力,滑轮组的机械效率将增大
【答案】C
【解析】
M处滑轮的轴的位置不变,是定滑轮,其作用是改变力的方向,故A正确;提升货物过程中的有用功W有用=Gh=5000N×6m=3×104J,故B正确;由图知n=3,则拉力端移动距离s=3h=3×6m=18m,拉力做的总功W总=Fs=2200N×18m=3.96×104J,拉力做功功率:P===1980W,故C错;只增加货物所受的重力,有用功增加,额外功不变,有用功占和总功的比值变大,滑轮组的机械效率也会随之增大,故D正确;故应选C。
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【考点定位】有用功和额外功;定滑轮及其工作特点;滑轮(组)的机械效率;功率的计算
3.【2017•黄冈卷】为了消防安全,楼房每层必须配备灭火器.下列关于图示灭火器的说法正确的是( )
A.用力压下手柄过程中,手柄相当于一个省力杠杆
B.用力压下手柄过程中,手柄相当于一个费力杠杆
C.干粉能喷出是因为灭火器内的气压等于外界大气压
D.干粉能喷出是因为灭火器内的气压小于外界大气压
【答案】A
【解析】
用力压下手柄过程中,手柄的动力臂大于阻力臂,为省力杠杆,故A正确,B错误;灭火器在使用的过程中,里面的气压大于外界的气压,干粉在压强差的作用下被喷出,故CD错误;故应选A。
【考点定位】杠杆的分类;大气压强的存在
4.【2017•大庆卷】下列四幅简单机械图中,属于费力杠杆的是( )
A.羊角锤 B.钓鱼杆
C.托盘天平 D.瓶起子
【答案】B
【解析】
【考点定位】杠杆的分类
5.【2017•龙东卷】下图所示的简单机械一定省力的是( )
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A.撬石头用的木棒 B.华赛艇用的船桨
C.理发用的剪刀 D.升旗用的定滑轮
【答案】A
【解析】
A、用木棒撬石头时,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;B、用船桨划水时,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;C、用图示剪刀理发时,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;D、定滑轮实质是一等臂杠杆,不能省力,但可以改变力的方向;故应选A。
【考点定位】杠杆的分类
6.【2017•龙东卷】分别使用定滑轮、动滑轮、两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组,匀速提升同一物体到同一高度处,其机械效率分别为η定、η动、η组(不计绳重和摩擦,设每个滑轮质量相等),则下列选项中正确的是( )
A.η组<η动<η定 B.η动<η定<η组 C.η定<η动<η组 D.η定<η组<η动
【答案】A
【解析】
【考点定位】机械效率的大小比较
7.【2017•怀化卷】下列杠杆中,属于等臂杠杆的是( )
A.天平 B.开瓶器
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C.筷子 D.钳子
【答案】A
【解析】
A、天平在使用过程中,动力臂等于阻力臂,是等臂杠杆;B、开瓶器在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;C、筷子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费臂杠杆;D、钳子在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;故应选A。
【考点定位】杠杆的分类
8.【2017•益阳卷】如图所示,用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲、乙两个滑轮组,在各自的自由端施加大小分别为F1和F2的拉力,将相同的重物缓慢提升相同的高度(不计绳重和一切摩擦).下列说法正确的是( )
A.拉力F1小于拉力F2
B.甲、乙两滑轮组的机械效率相同
C.甲、乙两滑轮组中的动滑轮都是费力机械
D.甲、乙两滑轮组中绳子自由端移动的距离相等
【答案】B
【解析】
同,故B正确;使用动滑轮能够省力,动滑轮为省力杠杆,故C错误;因为绳子自由端移动的距离s=nh,
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n1=2,n2=3,提升物体的高度h相同,所以s1=2h,s2=3h,则s1≠s2,故D错误;故应选B。
【考点定位】机械效率的大小比较;滑轮组绳子拉力的计算
9.【2017•西宁卷】如图所示,动滑轮重3N,用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端,1s内将重为27N的物体提高0.2m,如果不计绳重及摩擦,则下列计算结果正确的是( )
A.绳子自由端移动的速度为0.2m/s
B.滑轮组的机械效率为90%
C.提升物体所做的有用功为6J
D.弹簧测力计的示数为9N
【答案】B
【解析】
η==×100%=90%,故B正确、CD错误;故应选B。
【考点定位】滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算;滑轮组及其工作特点;有用功和额外功
10.【2017•镇江卷】下列工具在使用时属于费力杠杆的是( )
A.镊子 B.剪子
C.钳子 D.起子
【答案】A
【解析】
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镊子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故A正确;剪子在使用过程动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故B错误;钳子在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故C错误;起子在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故D错误;故应选A。
【考点定位】杠杆的分类
11.【2017•通辽卷】某实验小组分别用如图所示的甲乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物,所用的拉力分别为F1和F2,机械效率分别为η1和η2,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是( )
A.F1>F2,η1=η2 B.F1<F2,η1=η2 C.F1<F2,η1>η2 D.F1>F2,η1<η2
【答案】A
【解析】
【考点定位】机械效率的大小比较;滑轮组绳子拉力的计算
12.【2017•昆明卷】如图所示,正在使用的各类工具中,属于费力杠杆的是( )
A. 用镊子取砝码 B.用核桃钳捏核桃
C.用扳手拧螺帽 D.用开瓶盖器开瓶盖
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【答案】A
【解析】
A、镊子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;B、核桃钳在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;C、扳手在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;D、开瓶器在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;故应选A。
【考点定位】杠杆的分类
二、填空题
1.【2017•镇江卷】如图所示,用F=20N的拉力将重G=30N物体匀速提升2m,不计轮轴间摩擦及绳重,则动滑轮G动= N,上述过程中有用功W有= J,动滑轮的机械效率η= .
【答案】10;60;75%
【解析】
【考点定位】滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
2.【2017•吉林卷】旅客推动旅行箱,旅行箱离开手后还会向前运动一段距离,这是由于它具有 .用如图所示的方式拉动旅行箱时,它相当于一个 杠杆.
【答案】惯性;省力
【解析】
行驶的旅行箱离开手后还会向前运动一段距离,由于惯性旅行箱不能马上停下来,还会保持原
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来的运动状态,向前运动一段距离;旅行箱的阻力为箱子对杠杆的压力,作用点在杠杆上,方向垂直杠杆向下;阻力臂就是支点到阻力作用线的垂线段,动力臂在手处,作用点在杠杆上,方向垂直杠杆向上,动力臂就是支点到动力作用线的垂线段,由分析可知,动力臂大于阻力臂,故杠杆为省力杠杆。
【考点定位】惯性;杠杆的分类
3.【2017•吉林卷】利用动滑轮把重30N的物体竖直向上提升5m,所用拉力是20N,拉力所做的功是 J;动滑轮的机械效率是 .
【答案】200,75%
【解析】
使用动滑轮n=2,提升物体的高度h=5m,则绳子自由端移动的距离s=2h=2×5m=10m,提起物体所做的总功:W总=Fs=20N×10m=200J;提起物体所做的有用功:W有=Gh=30N×5m=150J,滑轮组的机械效率:η==×100%=75%。
【考点定位】功的计算;滑轮(组)的机械效率
4.【2017•徐州卷】如图所示,用动滑轮提升重物,使用动滑轮的好处是 .若物体重为4N,弹簧测力计示数如图所示为 N,则动滑轮的机械效率为 .
【答案】可以省力;2.4;83.3%
【解析】
【考点定位】滑轮(组)的机械效率;弹簧测力计的使用与读数
5.【2017•西宁卷】如图所示,请在图中画出力F的力臂l及物体所受重力的示意图.
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【答案】如下图所示
【解析】
重力的方向总是竖直向下的,重心要画在物体上;由图可知支点是O点,从O点向动力F的作用线作垂线,支点到垂足的距离就是力臂L,如上图所示。
【考点定位】力臂的画法;重力示意图
6.【2017•齐齐哈尔卷】同学们使用的中性笔,在使用的过程中笔管里的墨水质量 (选填“变大”“变小”或“不变”),写字时的笔相当于 (选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆.
【答案】变小;费力
【解析】
【考点定位】质量及其特性;杠杆的分类
7.【2017•龙东卷】利用如图所示的滑轮组将一个重200N的物体,匀速提高5m,不计滑轮自重、绳重及摩擦,绳子自由端施加的拉力F为 N.若实际拉力F为60N,则实际拉力F所做的功为 J.
【答案】50;1200
【解析】
由图知,承担物重的绳子股数n=4,不计滑轮自重、绳重及摩擦,拉力F=G=
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×200N=50N;拉力端移动的距离s=4h=4×5m=20m;实际拉力做功:W=F′s=60N×20m=1200J。
【考点定位】滑轮组绳子拉力的计算
8.【2017•绥化卷】如图,工人利用滑轮组将200N的重物匀速向上提升到2m高的平台上,则他所用的拉力为 N,绳子自由端向下移动的距离为 m.(不计绳重、动滑轮重及摩擦)
【答案】100;4
【解析】
【考点定位】滑轮组绳子拉力的计算
9.【2017•怀化卷】如图所示,小张用5N的拉力将重为10N物体在10s内匀速提升了0.1m,则该滑轮组的机械效率为 ,拉力的功率是 W.
【答案】66.7%;0.15
【解析】
有用功是对重物做的功,所以W有用=Gh=10N×0.1m=1J,拉力做的总功:W总=Fs=F•3h=5N×3×0.1m=1.5J,所以机械效率η=×100%=×100%≈66.7%,拉力做功的功率P===0.15W。
【考点定位】滑轮(组)的机械效率;功率的计算
10.【2017•广元卷】用如图所示的滑轮组在5s内将重G=240N的物体匀速向上提起3m,拉力F=150N,这个滑轮组的机械效率是 .如果忽略绳重和摩擦,动滑轮自重为 N.
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【答案】80%;60
【解析】
【考点定位】滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
11.【2017•云南卷】某工人用如图所示的装置,将重150N的木块在10s内竖直向上匀速提升4m,此装置是 滑轮(选填“定”或“动”),该工人拉力的功率为 W(滑轮和绳的重力、摩擦均不计)
【答案】动;60
【解析】
图中的滑轮随物体一起运动,此装置是动滑轮;滑轮和绳的重力、摩擦均不计,工人拉力做的功:W=Gh=150N×4m=600J,该工人拉力的功率:P===60W。
【考点定位】功率的计算;动滑轮及其工作特点
三、作图与探究
1.【2017•云南卷】请在图中画出F的力臂L
【答案】如下图所示
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【解析】
图中杠杆支点为O,延长拉力F的作用线,过支点O作F作用线的垂线段,即力臂L,如上图所示。
【考点定位】力臂的画法
2.【2017•广元卷】如图所示,工人用一根硬棒以O为支点,想在A点施加最小的力撬动石头,请画出最小动力F1的示意图和阻力F2的力臂L2.
【答案】如下图所示
【解析】
【考点定位】杠杆中最小力的问题
3.【2017•乌鲁木齐卷】请在图中画出均匀木棒OA的重力示意图以及力F的力臂.
【答案】如下图所示
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【解析】
【考点定位】力臂的画法
4.【2017•徐州卷】如图所示,用绳子将电线杆竖起,请画出此时拉力F的力臂L.
【答案】如下图所示
【解析】
支点为电线杆与地面的接触点,从支点O向力的作用线作垂线,支点到垂足的距离就是力臂L.如上图所示。
【考点定位】力臂的画法
5.【2017•通辽卷】如图所示,已知轻质杠杆AB在水平位置静止,作出物体C所受重力的示意图以及拉力F的力臂L.
【答案】如下图所示
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【解析】
对于形状规则、质地均匀的物体,它的重心在它的几何中心上,从重心开始沿重力方向﹣﹣竖直向下,画一条带箭头的线段并标出重力G;过支点O作F的垂线段,即为拉力F的力臂L;如上图所示。
【考点定位】重力示意图;力臂的画法
6.【2017•陕西卷】在探究杠杆平衡条件时,使轻质弯曲杠杆在如图所示的位置平衡,请画出阻力F2和阻力臂L2.
【答案】如下图所示
【解析】
【考点定位】力臂的画法
7.【2017•绥化卷】如图,轻质杠杆OA可绕O点在竖直面内旋转,请在图中画出物体所受重力和使杠杆保持平衡的最小力F的示意图.
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【答案】如下图所示
【解析】
【考点定位】杠杆中最小力的问题;重力示意图
8.【2017•镇江卷】如图所示,将重力不计的吸盘内部空气排尽后与水平地砖完全贴合,已知贴合的面积为30cm2,大气压强为1×105Pa,AB为轻质杠杆,O为转轴,OA与OB的长度之比为1:3保持杠杆水平,某人在B端用竖直向下的拉力F将吸盘沿竖直方向刚好拉离地砖
(1)求吸盘所受的大气压力F0
(2)求人所用拉力F
(3)若人沿图中虚线方向施加拉力F′将吸盘拉离地砖,请画出拉力F′的力臂.
【答案】(1)300N;(2)100N(3)如下图所示
【解析】
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(1)由p=可得:吸盘所受的大气压力F0=p0S=1×105Pa×30×10﹣4m2=300N;(2)吸盘沿竖直方向刚好拉离地面,吸盘所受的拉力与大气对吸盘的压力是一对平衡力,即FA=F0=300N,由杠杆原理FA×OA=F×OB可得:F===100N;(3)力臂是支点到力的作用线的垂直距离,如上图所示。
【考点定位】压强的大小及其计算;力臂的画法;杠杆的应用
9.【2017•毕节卷】图甲是钳子使用时的情景.图乙是图甲中A部分受力的简化图,F1是钳子受到的动力,B点是阻力的作用点,O是支点,请在图乙中画出动力臂L1和阻力F2.
【答案】如下图所示
【解析】
【考点定位】力臂的画法
10.【2017•贵港卷】在探究杠杆的平衡条件的实验中,
(1)如图甲所示,为了使杠杆在水平位置平衡,应该向 移动右端的螺母(选填“左”或“右”).
(2)实验时只有10个相同的钩码,杠杆上每格等距,当在A点挂3个钩码时,如图乙所示,则怎样挂钩码可以使杠杆在水平位置平衡?(请设计两种方案)
① ;
② .
(3)通过对是雅安数据进行分析处理,可得出结论:杠杆平衡条件是 .
【答案】(1)右;(3)①在G处挂2个钩码;②在E处挂3个钩码;(3)F1L1=F2L2
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【解析】
(1)如图甲,杠杆的右端上翘,无论左端或右端的平衡螺母都要向上翘的右端移动;(2)设一钩码重为G,一格为L,则杠杆在水平位置平衡时:左边=3G×4L=12GL,右边=2G×6L=3G×4L=4G×3L=6G×2L=12GL,所以可以在G处挂2个钩码,或在E处挂3个钩码、或在D处挂4个钩码、或在C处挂6个钩码;(3)经过实验探究得出杠杆平衡条件:F1L1=F2L2。
【考点定位】探究杠杆的平衡条件实验
11.【2017•齐齐哈尔卷】某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示,实验装置如图所示.
(1)实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计.
(2)小组同学发现实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,应该静止读数,你认为他的想法 (选填“正确”或“不正确”),因为她没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响.
(3)用丁图装置进行实验,得出表中第4次实验数据,请将表中的两个数据填写完整.
(4)通过比较 两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关(填实验次数的序号)
(5)通过比较 两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高.(填实验次数的序号)
(6)通过比较3、4两次实验数据可得出结论:
实验次数
钩码重量G/N
钩码上升高度h/m
绳端拉力F/N
绳端移动距离s/m
机械效率η
1
4
0.1
2.7
0.2
74%
2
4
0.1
1.8
0.3
74%
3
8
0.1
3.1
0.3
86%
4
8
0.1
2.5
0.4
80%
【答案】(1)匀速;(2)不正确;摩擦;(3)0.
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4;80%;(4)1、2;(5)2、3;(6)不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低
【解析】
(1)实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计,这样测力计示数才等于拉力大小;(2)在弹簧测力计静止时读出了数据,由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦,所以测力计示数偏小,他的想法是不正 1、2两次实验数据得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子段数无关;(5)研究同一滑轮组提升重物时,机械效率与物重的关系时,要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同,只改变物体的重力,故通过比较2、3两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高.(6)通过比较3、4两次实验数据,即对应的图丙、图丁两装置,滑轮组不同,提升的重物相同,动滑轮越重机械效率越小,故可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高。
【考点定位】滑轮(组)机械效率的测量实验
四、计算题
1.【2017•毕节卷】利用如图所示的滑轮组匀速拉动水平地面上重为30N,边长为10cm的正方体物体.拉力F的大小为3N,物体在水平地面上匀速运动时,受到地面对它的摩擦力为4.5N.求:
(1)A处拉力大小;
(2)正方体物体对地面的压强是多少?
(3)若拉力F以0.5m/s的速度匀速拉了4s,求A处拉力所做的功是多少?
【答案】(1)4.5N;(2)3000Pa;(3)4.5J.
【解析】
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(1)物体在水平地面上匀速运动时处于平衡状态,受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,则A处拉力:F=f=4.5N;(2)正方体物体对地面的压力:F压=G=30N,受力面积:S=L2=(10cm)2=100cm2=0.01m2,对地面的压强:p===3000Pa;(3)由v=可得,绳端移动的距离:s绳=vt=0.5m/s×4s=2m,由图可知,n=2,由s绳=ns物可得,物体运动的距离:s物===1m,则A处拉力所做的功:W=Fs物=4.5N×1m=4.5J。
【考点定位】压强的大小及其计算;滑轮组绳子拉力的计算;功的计算
2.【2017•大庆卷】如图所示,在水平地面上放着物体A,A与地面的接触面积为0.14m2,对地面的压强为3000Pa,用滑轮组匀速提升物体A时,滑轮组的机械效率是84%(不计绳重和摩擦,g=10N/kg).求:
(1)物体A的质量mA和动滑轮的质量m.
(2)用此滑轮组使物体A以0.2m/s的速度匀速上升,在5s的时间内,人拉力做的功是多少?
【答案】(1)42kg, 8kg;(2)500J
【解析】
高度:h=vt=0.2m/s×5s=1m,由图可知n=2,则拉力端移动距离s=2h=2×1m=2m,不计绳重和摩擦,则绳端的拉力:F=(GA+G轮)==250N,人拉力做的功:W总=Fs=250N×2m=500J。
【考点定位】滑轮(组)的机械效率;功率的计算
3.【2017•绥化卷】在斜面上将一个质量为0.4kg
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的物体,从底端沿斜面匀速拉到顶端(如图所示),所用时间为4s,斜面长s=1m、高h=0.2m,该斜面的机械效率为80%.(g=10N/kg)求:
(1)物体受到的重力.
(2)拉力所做的有用功.
(3)拉力所做的总功和总功率.
(4)物体在斜面上受到的摩擦力.
【答案】(1)4N;(2)0.8J;(3)1J、0.25W;(4)0.2N
【解析】
【考点定位】重力的计算;有用功和额外功;斜面的机械效率;功率的计算
4.【2017•咸宁卷】质量为60kg的李师傅在装修施工时,利用如图所示的滑轮组来提升装修材料.他用200N的拉力在20s内将500N的材料提升了10m,不计绳重及摩擦.求:
(1)动滑轮的重力;
(2)他施加拉力的功率
(3)他利用此滑轮组工作时的最大机械效率(保留一位小数)
【答案】(1)100N;(2)300W;(3)94.4%
【解析】
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(1)由图可知,连接动滑轮绳子的股数n=3,不计绳重及摩擦,由F=得,动滑轮的重力: G动=nF
【考点定位】滑轮组绳子拉力的计算;滑轮(组)的机械效率;功率的计算
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