1、配套K12届中考物理 第十二章 简单机械课时作业 高效提能第十二章 简单机械课时作业 高效提能一、选择题1.(2017哈尔滨质检)如图所示的器材中,正常使用时属于费力机械的是()【解析】选C。本题考查杠杆的分类。A选项,扳手在使用时动力臂大于阻力臂,是省力机械,不符合题意;B选项,天平的实质是等臂杠杆,既不省力也不费力,不符合题意;C选项,镊子在使用时动力臂小于阻力臂,是费力机械,符合题意;D选项,剪树枝的剪刀在使用时动力臂大于阻力臂,较为省力,是省力机械,不符合题意。故选C。【方法归纳】调节杠杆平衡的方法(1)假设:设杠杆每一个小格代表L,一个钩码的重为G,则判断已知一端力与力臂的乘积关系。
2、(2)代入:将四个选项分别代入杠杆平衡条件的公式F1l1=F2l2,当杠杆左端的力和力臂的乘积等于杠杆右端的力和力臂的乘积时,杠杆平衡,否则杠杆不平衡。(3)得出答案。2.(2017陕西质检)一根轻质杠杆,在左右两端分别挂上300N的铜块和200N的铝块时,杠杆恰好平衡。若将两边物重同时减少50N,则杠杆()A.左端下沉 B.右端下沉C.仍然平衡 D.无法确定【解析】选A。本题考查杠杆平衡的判断。根据杠杆平衡的条件可得:300NOA=200NOB;因为300N200N,所以OA(200N-50N)OB,即左端下沉。故选A。3.如图所示,轻质杠杆的支点为O,在杠杆的A点始终作用竖直向上的力F,将
3、重为G的物体匀速提升至杠杆处于水平位置的过程中,则力F的大小将()世纪金榜导学号59944162A.逐步变大 B.逐步变小C.始终不变 D.无法确定【解析】选C。本题考查杠杆平衡条件的应用。如图所示,设杠杆与水平方向的夹角为,则阻力臂和动力臂分别为:LG=OBcos,LF=OAcos,由杠杆平衡条件得:GLG=FLF,则:F=,由于G、OB、OA保持不变,则力F将保持不变。故选C。4.(2017丹阳质检)用滑轮组匀速提升重物,当绳子的自由端被拉下2m时,重物升高了0.5m,被提升的重物的质量为20kg。若不计动滑轮重和摩擦阻力,则拉绳子的力应为()A.40N B.49N C.98N D.5N【
4、解析】选B。本题考查滑轮组的相关计算。绳子自由端被拉下2m时,重物升高了0.5m,则n=4,说明有4段绳子在拉重物,故拉力为重物重力的四分之一,即:F=G=mg=20kg9.8N/kg=49N,故选B。5. (2017江阴质检)如图所示,斜面长10m,高4m,用沿斜面方向的推力F,将一个质量为50kg的货物由斜面底端匀速推到顶端,运动过程中克服摩擦力做功500J(g取10N/kg),下列说法正确的是()A.机械效率为80% B.F=300NC.摩擦力为100N D.条件不足无法计算【解析】选A。本题考查斜面机械效率的相关计算。拉力F做的有用功为W有用=Gh=mgh=50kg10N/kg4m=2
5、000J,W总=W有用+W额外=2000J+500J=2500J,斜面的机械效率=80%,故A正确;由W总=Fs可得:F=250 N,故B错误;摩擦力f=50 N,故C错误。因为A正确,所以D错误。故选A。6.(2017江阴模拟)小华分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组,分别在相同时间内将同一重物匀速提升相同高度,每个滑轮的重量均相等,不计绳重及摩擦。针对这一现象,小明得出了以下4个结论:F1做的功等于F2做的功;甲滑轮组的机械效率等于乙滑轮组的机械效率;使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力;F1做功的功率等于F2做功的功率,其中正确的结论共有几个()A.1个 B.2个 C.3个 D.4个【解析】选D。
6、本题考查滑轮组的相关知识及对功、功率、机械效率的理解。不计绳重及摩擦,拉力做的功:W1=F1s1=(G物+G轮)2h=(G物+G轮)h,W2=F2s2=(G物+G轮)3h=(G物+G轮)h,W1=W2,故正确;动滑轮重相同,提升的物体重和高度相同,W额=G轮h,W有用=G物h,利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同,总功相同,由=可知,滑轮组的机械效率相同,故正确;不计绳重及摩擦,拉力F=(G物+G轮),n1=2,n2=3,绳子的拉力:F1=(G物+G轮),F2=(G物+G轮),所以F1F2,故正确;因为W1=W2,且做功时间相同,由P=可知,功率相同,故正确。综上分析,说法都正确。故选D。二、
7、填空题7.如图是小楠练习书法时的简化图。写字时毛笔杆相当于_(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆;手握笔的位置向上移动,则写字时所需的动力将_(选填“变大”“变小”或“不变”)。【解析】写字时,毛笔杆的支点和动力作用点都在手指上,二者距离较近,而阻力作用点是笔端,距离支点较远,动力臂小于阻力臂,所以相当于费力杠杆;手握笔的位置向上移动,则阻力臂变大,纸张对笔的阻力基本不变;而支点和动力作用点同时上移,所以动力臂基本不变,由杠杆平衡条件可知,写字时所需的动力将变大。答案:费力变大8.(2017盐城质检)在地震中,救援队员把滚落在公路上的石块撬起,如图所示,若救援队员在撬棒D点沿DM方向用力撬起
8、石块1,撬棒的支点是_点;若救援队员在撬棒D点沿DN方向用力撬起石块1,撬棒的支点是_点。这两种方式中,沿_(选填“DM”或“DN”)方向用力撬起石块比较省力。【解析】本题考查杠杆五要素及杠杆省力情况的分析。由图可知,当沿DM方向用力撬石块1时,杠杆围绕A点转动,因此A为这时的支点;同样,当沿DN方向用力撬石块1时,杠杆围绕C点转动,因此C为此时的支点;当以A为支点时,杠杆的动力臂为AD的长,当以C为支点时,杠杆的动力臂是从C点到DN的作用线的距离,显然要比AD要短,因此,沿DM方向(第一种方法)用力撬石块1更省力。答案:ACDM9. (2017扬州质检)如图是在水平面上移动重物的装置,若物重
9、为600N,在阻力为重力的0.3倍时,匀速移动物体,使其以20cm/s的速度前进了5s,该装置机械效率为60%,则阻力f的大小为_N,拉力F的大小为_N,拉力F所做的功为_J。【解析】本题考查平衡力的判断、滑轮组省力情况的判断、速度、功的计算。物体受的阻力:f=0.3G=0.3600N=180N;由v=可得,物体移动距离:s=vt=0.2m/s5s=1m,绳端移动的距离:s=3s=31m=3m,克服阻力所做的功:W有=fs=180N1m=180J,根据机械效率公式可得,拉力做的功:W总=300J,由W总=Fs可得,拉力F的大小:F=100N。答案:18010030010.(2017句容市质检)
10、如图所示,小伟同学通过斜面用平行于斜面F=200N的推力,将质量为30kg的物体在5s时间内匀速推到1m高的平台上,斜面长s=2m。(g取10N/kg)则推力做的有用功是_J,推力做的总功是_J,推力的功率为_W,斜面的机械效率为_%,斜面对物体的摩擦力为_N。世纪金榜导学号59944163【解析】本题考查使用斜面时有用功、额外功、总功、功率和机械效率的计算。物体的重力:G=mg=30kg10N/kg=300N,推力做的有用功:W有用=Gh=300N1m=300J;推力做的总功:W总=Fs=200N2m=400J,推力做功功率:P=80W;斜面的机械效率:=75%;因为W总=W有用+W额,所以
11、克服摩擦力做的额外功:W额=W总-W有用=400J-300J=100J,因为W额=fs,所以斜面对物体的摩擦力:f=50N。答案:300400807550【方法归纳】解读斜面机械效率(1)分清三个功:有用功、额外功、总功;有用功:克服物体重力做的功,即W有用=G物h。额外功:克服物体与斜面间的摩擦做的功,即W额外=fl,如果考虑牵引绳重,对绳子做的功也为额外功,即W额外=G绳h。总功:拉力做的功,即W总=F拉l。影响因素:接触面光滑程度和斜面的倾角。斜面越粗糙,倾角越小,斜面的机械效率越低。与物体移动的距离、移动的速度、物重无关。(2)斜面效率与拉力的关系:在接触面粗糙程度、物重一定时,倾角越
12、大,越费力。在倾角和物重不变时,接触面越粗糙,越费力。三、作图题11.(2017连云港质检)如图,在“W对称梁型”机械的横梁AOB(O为转轴)上挂了一个重为G的物体,为使横梁在图中的位置静止,请在图上画出最小动力及其力臂。【解析】本题考查杠杆平衡条件的应用及力臂的作图。阻力与阻力臂的乘积一定的情况下,最省力即动力臂最长,由图知,OA等于OB,即动力臂为OA或OB时为最长动力臂,故在A点施加一个垂直于OA向下的力或在B点施加一个垂直于OB向上的力时,动力最小,且这两个力大小相等。答案:如图所示12.(2016无锡质检)用滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来,试在图中画出最省力的绕绳方法。【解析】本题考查
13、滑轮组的作图。只有一个动滑轮,要求最省力,绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,然后绕过左边的定滑轮,再绕过动滑轮。答案:【知识拓展】动力和阻力及方向的判断抓住“转动”的特点来判断动力、阻力的方向(1)动力和阻力的判断:明确使用杠杆的目的,则为了达到目的而施加的这个力即为动力。而阻碍达到目的的力即为阻力。如图,用钳子夹物体,我们施加在柄上的力是为了使钳口夹住物体,则施加在钳子柄上的力即为动力,而东西为了不被夹住,要产生一个反抗的力,即物体施加给钳口向外的力即为阻力。(2)动力和阻力方向的判断:只在动力作用下杠杆的转动认定为正转,动力作用下正转的方向为动力的方向。则只有阻力作用时必定使杠杆反转,阻力作用
14、点处反转方向就是阻力的方向。如图中的F1,假定使杠杆绕O点正转,作用在A点的阻力,应使杠杆绕O点反转,即F2。四、实验探究题13.(2017扬中质检)小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系,如图甲所示。她首先测出小车重,然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车,调节斜面倾斜角的大小多次测量,得如表所示的数据:世纪金榜导学号59944164斜面倾斜角小车重G/N斜面高h/m斜面长s/m拉力F/N有用功W有/J总功W总/J机械效率1250.212.1_2.148%3050.513.62.5_69%4550.714.33.54.3_(1)请你替小芳在表
15、中的空格中填上适当的数据。(2)分析表中的数据,可以得出的探究结论是:斜面倾斜角越_,斜面越省力,斜面的机械效率越_。(3)实验过程中拉力的方向应与斜面_。(4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系,则要保持_不变,斜面的光滑程度不变,只改变_,这种研究问题的方法我们称之为_法。(5)在上述实验中,物重、斜面长度不变,若不考虑斜面摩擦,如图乙所示,哪个图能正确表示F与斜面高度h的关系()【解析】本题考查斜面机械效率的实验探究。(1)W有1=Gh1=5N0.2m=1J;W总2=F2s=3.6N1m=3.6J;3=81%。(2)比较数据321时,拉力F3F2F1,机械效率321;即:斜面倾斜角越小时
16、,越省力,斜面机械效率越低。(3)为了使拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上,所以应与斜面平行向上。(4)探究斜面的机械效率与物重的关系,要保持斜面倾角不变,斜面的光滑程度不变,只改变小车重力,这种研究问题的方法我们称之为控制变量法。(5)从表中数据可知,拉力F随着斜面高度h的增大而增大,排除C和D两个图;随着斜面的高度增大,若不考虑斜面摩擦,物重、斜面长度不变,Fs=Gh,拉力与h成正比,故选B。答案:(1)13.681%(2)小低(3)平行向上(4)斜面倾角小车重力控制变量(5)B14.(2017宿州一模)在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升
17、不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如下:次数钩码重/N动滑轮重/N钩码上升的距离/cm弹簧测力计的示数/N弹簧测力计上升的距离/cm机械效率120.8511566.7%240.851.715/360.85/1583.3%(1)在实验操作中应该使钩码_(选填“快速”或“缓慢”)上升。(2)进行第2次测量时滑轮组的机械效率约为_(保留三位有效数字)。(3)进行第3次测量时,弹簧测力计示数为_N,滑轮组做的有用功是_J。(4)分析实验数据,实验小组得出的实验结论是:滑轮组的机械效率与_有关。(5)分析表中数据可知,F,可能的原因是:_。(6)某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧
18、测力计的读数记为F,钩码重记为G,动滑轮重记为G,绳自由端移动距离记为s,钩码提升高度记为h,不计绳子重及摩擦。则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是_。A.= B.=C.= D.=1-【解析】本题考查滑轮组机械效率的实验探究。(1)在实验过程中,应缓慢竖直向上匀速拉动弹簧测力计。(2)由表中数据可知,滑轮组的机械效率:=78.4%。(3)由图示测力计可知,其分度值为0.2 N,示数为2.4 N;有用功:W有=G3h=6 N0.05 m=0.3 J。(4)从实验数据看,钩码上升的高度没有变化,所以机械效率不断增大不是由于被提升高度的变化而引起的。钩码重不断增大,机械效率不断提高。所以可以
19、看出增大被提升物体的重力可以提高滑轮组的机械效率。(5)由于拉动过程中需克服滑轮的转轴处的摩擦,所以F。(6)有用功为W有用=Gh,总功为W总=Fs,所以=,故A正确;有用功为W有用=Gh,总功为W总=(G+G)h,所以=,故B错误,C正确;额外功W额=Gh,总功为W总=Fs,有用功W有用=W总-W额=Fs-Gh,所以=1-,故D错误。故选B、D。答案:(1)缓慢(2)78.4%(3)2.40.3(4)提升钩码的重力(5)拉动过程中需克服滑轮的转轴处的摩擦(6)B、D五、计算题15.一卡车车厢底板距地面1.5 m高,小军把3 m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面,如图所示,他沿着斜面方向
20、用500 N的力,把一个木箱由B处推到A处,已知木箱重为800 N,推木箱的时间是50 s,在这一过程中,求:(1)小军做的功。(2)小军做功的功率。(3)斜面的机械效率。【解析】(1)小军做的功为W总=Fs=500 N3 m=1 500 J;(2)小军做功的功率为P=30 W;(3)小军推木箱做的有用功为W有=Gh=800 N1.5 m=1 200 J;斜面的机械效率为=80%。答案:(1)1 500 J(2)30 W(3)80%16.2015年10月5日考古学家在黄海海域发现甲午海战沉船“致远舰”的消息轰动了整个考古界,随着水下考古工作的进行,一些重要文物陆续出水重见天日,关于这艘在海水中
21、沉睡了120余年的战舰是如何被打捞起的谜题也逐步解开。现某课外活动小组,照此设计了如图所示的简单机械,模拟打捞沉船,实验中用实心立方体A代替沉船,已知A的体积为0.1 m3,质量为280 kg。(设整个过程A均为匀速直线运动状态,忽略钢绳重及滑轮摩擦,不考虑风浪、水流等因素的影响)(1)A完全浸没在水中时受到的浮力是多大?(水=1.0103kg/m3)(2)若A完全浸没在水中时,滑轮组的机械效率为60%,那么A完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力F为多大?(3)若A完全打捞出水面后,以0.1 m/s的速度被匀速提升,求岸上钢绳拉力F的功率。【解析】(1)A完全浸没在水中时受到的浮力:F浮=液gV排
22、=水gV=1.0103kg/m39.8 N/kg0.1 m3=980 N(2)物体A的重力G=mg=280 kg9.8 N/kg=2 744 N,A完全浸没在水中时,总功为W总=(G+G动-F浮)h,有用功为W有=(G-F浮)h,所以,滑轮组的机械效率=60%,解得G动=1 176 N,由图可知,n=5,A完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力F=(G+G动)=(2 744 N+1 176 N)=784 N。(3)A完全打捞出水面后,以0.1 m/s的速度被匀速提升时,绳端的速度v绳=nv物=50.1 m/s=0.5 m/s,岸上钢绳拉力F的功率P=Fv绳=784 N0.5 m/s=392 W。答案
23、:(1)980 N(2)784 N(3)392 W【学科素养题】在探究“杠杆的平衡条件”实验中,所用的实验器材有:杠杆(杠杆上每小格长为2 cm)、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。(1)实验前,杠杆静止在如图甲所示的位置,此时杠杆处于_(选填“平衡”或“不平衡”)状态。(2)实验时,使杠杆在水平位置平衡,主要是为了_,因此应将如图甲所示杠杆左端的平衡螺母适当往_(选填“左”或“右”)调。(3)杠杆在水平位置平衡后,小明在杠杆A点处挂上2个钩码,作为动力F1,B点处挂上1个钩码,作为阻力F2,杠杆恰好在水平位置平衡,如图乙所示,分别测量出两个力的力臂L1和L2,计算后发现:
24、F1L1=F2L2,便得出杠杆的平衡条件是:F1L1=F2L2。但小红认为小明这种实验处理方法是不完善的,理由是_。(4)接着,小明提出新的探究问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?”于是小明利用如图丙所示装置进行探究,在杠杆D点处挂上2个钩码,用弹簧测力计在C点处竖直向上拉使杠杆在水平位置处于平衡状态,此时弹簧测力计的示数如图丙所示,则弹簧测力计的拉力是_N。以弹簧测力计的拉力为动力F1,钩码重力为阻力F2,多次调整力和力臂的大小进行测量,发现:F1L1总是大于F2L2,其原因主要是受_的影响。(5)实验中,用图丁所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),
25、但老师建议同学不宜采用这种方式,该种方式的不足主要是因为_。A.一个人无法独立操作B.力臂与杠杆不重合C.力和力臂数目过多,不易得出结论D.杠杆受力不平衡【解析】本题考查探究杠杆平衡条件的实验。(1)杠杆静止在如图甲所示位置,杠杆静止,此时杠杆处于平衡状态。(2)为了便于测量力臂,应使杠杆在水平位置平衡,由图知,右端偏高,为使杠杆在水平位置平衡,需要将平衡螺母向右调节。(3)小明仅凭一次测量就得出杠杆平衡条件,这种实验处理方法是不完善的,因为实验次数过少,会导致实验结论具有偶然性,应该改变动力或阻力的方向进行多次测量,寻找普遍规律,以避免偶然性。(4)由图可知,弹簧测力计的分度值为0.1 N,指针在3 N以下三格处,示数为3.3 N;用图丙所示装置进行探究,杠杆的重心没有通过支点,杠杆的自重对杠杆平衡有影响。(5)实验中,图丁所示的方式悬挂钩码,杠杆平衡是杠杆的左侧在多个力共同作用下的结果,采用这种方式是不妥当的。这主要是因为杠杆的力和力臂数目过多,故选C。答案:(1)平衡(2)便于测量力臂大小右(3)通过一次实验就得出结论具有偶然性,不能得出普遍规律(4)3.3杠杆自重(5)C
