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1、
課時(shí)訓(xùn)練14 簡(jiǎn)單機(jī)械 機(jī)械效率
基礎(chǔ)過(guò)關(guān)
一、選擇題
1.[2018·河南]下列工具中,使用時(shí)屬于費(fèi)力杠桿的是 ( )
圖K14-1
2.[2018·巴中]如圖K14-2所示,在輕質(zhì)杠桿OA的中點(diǎn)懸掛一個(gè)重物,在右端施加一個(gè)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(gè)過(guò)程中,拉力F的大小( )
圖K14-2
A.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(gè)等重的物體,如圖(b)所示,則杠桿 ( )
圖K14-3
A
2、.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(dòng)
D.要保持平衡應(yīng)在右端再加掛一個(gè)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(shuō)法符合杠桿平衡原理的是 ( )
圖K14-4
A.“權(quán)”小于“重”時(shí),A端一定上揚(yáng)
B.“權(quán)”小于“重”時(shí),“標(biāo)”一定小于“本”
C.增大“重”時(shí),應(yīng)把“權(quán)”向A端移
D.增大“重”時(shí),應(yīng)換用更小的“權(quán)”
5.[2018·黃石]為探究動(dòng)滑輪和定滑輪的特點(diǎn),設(shè)計(jì)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(shí)正確的是 ( )
圖K
3、14-5
A.用動(dòng)滑輪提升重物上升h高度,彈簧測(cè)力計(jì)也上升h高度
B.若拉升同一物體上升相同高度,用動(dòng)滑輪拉力更小,且做功更少
C.減小動(dòng)滑輪質(zhì)量可以提高動(dòng)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(shí)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(guò)程中忽略繩重和摩擦,下列說(shuō)法正確的是 ( )
圖K14-6
A.繩子自由端下降了6 m
B.動(dòng)滑輪重是10 N
C.滑輪組的機(jī)械效率為80%
D.提升的重物變?yōu)?00 N時(shí),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
4、 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(dòng)了10 s,滑輪組的機(jī)械效率為80%,則在此過(guò)程中,下列說(shuō)法不正確的是 ( )
圖K14-7
A.繩子自由端移動(dòng)的距離為3 m
B.有用功為400 J
C.拉力F的功率為9 W
D.物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力為72 N
8.[2018·廣安]如圖K14-8所示,斜面長(zhǎng)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(shuō)法正確的是 ( )
圖K14-8
A.斜面上的摩擦力是50 N
B.拉力
5、的功率是50 W
C.拉力所做的功是300 J
D.斜面的機(jī)械效率是80%
9.[2018·包頭]關(guān)于下列四種情況說(shuō)法正確的是 ( )
圖K14-9
A.圖K14-9甲中,物體在2~7 s內(nèi)的平均速度為2 m/s
B.圖乙中,a、b兩種物質(zhì)的密度之比為1∶4
C.圖丙中,物塊M向左做勻速直線運(yùn)動(dòng),該裝置的機(jī)械效率為75%
D.圖丁中,杠桿在水平位置平衡,OA∶AB=1∶2,則F∶G=1∶2
二、填空題
10.如圖K14-10所示,小強(qiáng)同學(xué)用動(dòng)滑輪將重400 N的物體勻速提升2 m,已知?jiǎng)踊喌臋C(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
6、N。?
圖K14-10
11.如圖K14-11所示的是滑輪組,每個(gè)滑輪的重為10 N(繩重、摩擦不計(jì)),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K14-11
12.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(dòng)滑輪的重力為 N。(不計(jì)摩擦和繩重)?
圖K14-12
三、作圖題
13.[2018·衡陽(yáng)]如圖K14-13所示,一根木棒以O(shè)點(diǎn)為支點(diǎn)撬動(dòng)石塊,畫(huà)出作用在A點(diǎn)最小動(dòng)力
7、F1,并畫(huà)出阻力F2的力臂l2。
圖K14-13
14.如圖K14-14所示,O是杠桿的支點(diǎn),請(qǐng)畫(huà)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(shí)驗(yàn)探究題
15.[2018·長(zhǎng)沙]在認(rèn)識(shí)到杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)跟力、力臂有關(guān)后,某實(shí)驗(yàn)小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究杠桿的平衡條件,以下是他們的部分實(shí)驗(yàn)過(guò)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(lái),他們使杠桿在如圖K14-15位置靜止,多次實(shí)驗(yàn),記錄數(shù)據(jù)如表格所示(每個(gè)鉤碼的重力為1 N,杠桿質(zhì)量、刻度分布
8、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(shí)驗(yàn)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(cuò)誤的”)。?
圖K14-15
實(shí)驗(yàn)序號(hào)
F1/N
l1/cm
F2/N
l2/cm
1
2
3
2
3
2
3
3
3
3
3
4
3
4
3
(3)如果小軍在杠桿的左端A點(diǎn)處再加掛2個(gè)鉤碼(即左端共4個(gè)鉤碼),接下來(lái),他應(yīng)該將右側(cè)的兩個(gè)鉤碼向右移動(dòng) 格,杠桿才會(huì)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(jiàn)的簡(jiǎn)單機(jī)械,也是物理實(shí)驗(yàn)中常用的實(shí)驗(yàn)器材。
(1)
9、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(zhǎng)1 m、高0.2 m的斜面上,沿斜面向上勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì),記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.6 N,則該斜面的機(jī)械效率η= %;木塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的滑動(dòng)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(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn),如圖乙所示,使一個(gè)小球從斜面上不同高度由靜止開(kāi)始滾下,撞擊水平面上的小木塊,通過(guò)觀察 比較小球動(dòng)能的大小,可以探究物體的動(dòng)能跟 這一因
10、素的關(guān)系。?
四、計(jì)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(dòng)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(shí),用時(shí)100 s。(g取10 N/kg)
(1)在這段時(shí)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(zhǎng)為20 m,吊起重物時(shí)B端的配重質(zhì)量為4 t,為使起重機(jī)不翻倒,則OB長(zhǎng)為多少?(不計(jì)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(pán)式掛桿,將吸盤(pán)壓在瓷磚上排盡其中的空氣,掛桿就
11、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(kāi)始向吸盤(pán)B移動(dòng),若吸盤(pán)與橫桿的重力、吸盤(pán)大小均忽略不計(jì),設(shè)掛鉤與吸盤(pán)A的距離為l,則吸盤(pán)B受到的摩擦力F的大小與l的關(guān)系圖像為 ( )
圖K14-18
圖K14-19
19.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(dòng),OA∶OB=1∶4,質(zhì)量為60 kg的小明站在水平放置的體重計(jì)上,通過(guò)該杠桿提起吊籃中的重物,吊籃重80 N,當(dāng)邊長(zhǎng)為20 cm的正方體重物甲剛被提起時(shí),體重計(jì)示數(shù)為43 kg;當(dāng)邊長(zhǎng)為40 cm的正方體重物乙剛被提起時(shí),體重計(jì)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
12、力保持豎直。不計(jì)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K14-20
A.1∶3 B.2∶3
C.3∶2 D.3∶1
20.[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(shí),工字型底座右側(cè)兩個(gè)滾輪對(duì)地面的壓力共50 N,則左側(cè)兩個(gè)滾輪對(duì)地面的壓力共 N。若底座的長(zhǎng)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K14-21
21.[2018·衡陽(yáng)]如圖K14-22所示,用滑輪組提起一個(gè)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
13、直方向勻速升高了2 m,不計(jì)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K14-22
22.[2018·瀘州]如圖K14-23甲所示的滑輪組裝置,不計(jì)繩重和摩擦,繩對(duì)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(shí)間t變化的圖像如圖乙所示,重物上升的速度v隨時(shí)間t變化的圖像如圖丙所示。已知在2~4 s內(nèi)重物上升的豎直高度為2 m,求:
(1)在4~6 s內(nèi),重物克服重力做功的功率。
(2)在2~4 s內(nèi),繩自由端下降的平均速度。
(3)在0~2 s內(nèi),重物對(duì)地面的壓力
14、大小。
圖K14-23
23.圖K14-24是小華利用杠桿提升浸沒(méi)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(dòng),OC∶OD=1∶2,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(méi)在水中時(shí),水對(duì)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(shí),豎直向下拉物體A的力為F,水對(duì)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(méi)在水中時(shí)受到的浮力多大?
(2)水對(duì)燒杯底部的壓力差多大?
(
15、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(jì))
圖K14-24
參考答案
1.B
2.C [解析] 由圖可知,O為杠桿的支點(diǎn),動(dòng)力F始終與OA垂直,杠桿長(zhǎng)即為動(dòng)力臂。將杠桿緩慢地由位置A拉到位置B,動(dòng)力臂不變,重物對(duì)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(guò)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.A 4.C 5.C
6.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(cuò)誤;因2F=G物+G動(dòng),故G動(dòng)=2F-G物=2×2
16、50 N-400 N=100 N,故B錯(cuò)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η=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(cuò)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(dòng)的距離s1=vt=0.1 m/s×10 s=1 m,則繩子自由端移動(dòng)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(guò)程中有用功為W有=W總η=90 J×80%=72 J;拉力F的功率為
17、P=W總t=90J10s=9 W;物體與地面間的滑動(dòng)摩擦力f=W有s1=72J1m=72 N。故選B。
8.A 9.C
10.800 250
11.250 98
12.96 7.2 24
13.如圖所示
14.如圖所示
15.(1)水平 (2)錯(cuò)誤的 (3)3
[解析] (3)若A點(diǎn)掛4個(gè)鉤碼,即力變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,右端掛2個(gè)鉤碼不變,則力臂應(yīng)為原來(lái)的2倍,即應(yīng)將右側(cè)的兩個(gè)鉤碼向右移動(dòng)3格,杠桿才會(huì)在原位置再次平衡。
16.(1)62.5 0.6 少 高
(2)小木塊移動(dòng)的距離 速度
[解析] (1)木塊在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí),拉力做的總功為W總=Fs=1.6 N×1
18、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η=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(dòng)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η=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=mB
19、g·OB①,
OA+OB=AB=20 m②,
①②聯(lián)立,代入數(shù)據(jù)解得,OB=4 m。
18.D 19.D
20.40 28
[解析] 桌子重90 N,由左右兩側(cè)各兩個(gè)滾輪支持,右側(cè)兩個(gè)滾輪對(duì)地面的壓力為50 N,則對(duì)桌子的支持力為50 N,可知左側(cè)兩個(gè)滾輪對(duì)桌子的支持力為90 N-50 N=40 N,對(duì)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·l2①,且l2+l2=63 cm②,聯(lián)立①②可得l1=28 cm。
21.1.6 87.5%
22.解:(1)由圖丙可知,在4~6 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
20、P=Ght=Gv=80 N×2 m/s=160 W。
(2)由圖甲可知,該滑輪組n=2,2~4 s內(nèi)重物做加速直線運(yùn)動(dòng),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)4~6 s內(nèi)重物勻速上升,處于平衡狀態(tài),則動(dòng)滑輪重力G動(dòng)=nF-G=2×50 N-80 N=20 N,0~2 s內(nèi),重物靜止,此時(shí)滑輪組繩子自由端的拉力為30 N,即F拉=1n(G動(dòng)+F繩),物體上方的繩子對(duì)物體的拉力F繩=nF拉-G動(dòng)=2×30 N-20 N=40 N,
重物靜止,受力平衡,則地面對(duì)重物的支持力F支=G-F繩=80 N-40 N
21、=40 N,
重物對(duì)地面的壓力和地面對(duì)重物的支持力是一對(duì)相互作用力,大小相等,則重物對(duì)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(méi)在水中時(shí)的浮力F浮=ρ水V排g=1×103 kg/m3×40×10-6m3×10 N/kg=0.4 N。
(2)前后兩次水對(duì)燒杯底的壓強(qiáng)差Δp=40 Pa,
則前后兩次水對(duì)燒杯底的壓力差ΔF=Δp×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(shí),物體B受到的浮力減小;因?yàn)槿萜髦兴闹亓Σ蛔?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ΔF浮=ΔF=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ΔF'=ΔF浮=0.3 N,
此時(shí)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+ΔF')×OD,
即(2 N+F)×OC=(3.2 N-0.4 N+0.3 N)×OD①,
已知OC∶OD=1∶2②,
聯(lián)立①②解得F=4.2 N。
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