第5章 功和简单机械 综合练习（2）（含解析）

第五章简单机械与功练习（2）2020-2021学年华师大版科学九年级上册
姓名：___________班级：__________
一、选择题
1．下列各项不属于功的单位的是（
）
A．牛顿·米/秒
B．牛顿·米
C．瓦特·秒
D．焦耳
2．如图，用同一滑轮不同方式匀速提升同一重物（不计摩擦）。图中F1、F2、F3、F4之间的关系正确的是（
）
A．F1=F3
B．F2=F4
C．F1=
F2
D．F3=
F4
3．质量较小的鸽子与质量较大的大雁在空中飞行,如果它们的动能相等,那么（
）
A．大雁比鸽子飞得快
B．鸽子比大雁飞得快
C．大雁比鸽子飞得高
D．鸽子比大雁飞得高
4．新疆地震后，巨大的石头挡住了救援车辆的通路，救援人员用撬棍将石头撬开。如果在撬棍a端分别沿如图所示三个方向用力，其中最省力的是（
）
A．沿F1方向
B．沿F2方向
C．沿F3方向
D．三个方向所用力一样大
5．如图所示的工具中，不能省力但能省距离的是（
）
A．钢丝钳B．起子C．羊角锤D．镊子
6．如图所示的轻质杠杆，在B点悬挂一个300N的重物，要使杠杆在水平位置平衡，需在A点施加（　　）
A．75N、方向竖直向上的力
B．75N、方向竖直向下的力
C．100N、方向竖直向下的力
D．100N、方向竖直向上的力
7．下列杠杆中属于费力杠杆的是（
）
A．剪刀剪纸
B．起子开瓶
C．镊子夹物
D．钳子剪导线
8．下列工具在正常使用的过程中，属于费力杠杆的是（　　）
A．用镊子夹取物体
B．用钢丝钳剪铁丝
C．用开瓶器开啤酒
D．用木棍撬石块
9．如图为某种吊车的工作示意图。利用伸缩撑杆可使吊臂绕点转动；伸缩撑杆为圆弧状，伸缩时对吊臂的支持力始终与吊臂垂直。下列关于这个吊车的有关说法正确的是（　　）
A．吊臂是一个省力杠杆
B．使用这种吊车，好处是可以少做功
C．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆的支持力大小保持不变
D．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆的支持力渐渐变小
10．乒乓球的直径被加大后，提高了乒乓球比赛的观赏性。玛丽认为直径增加了，乒乓球的弹性减弱了。吉姆认为乒乓球弹性是否减弱必须通过实验来证明。能够证明玛丽的说法是否正确的是（　　）
A．把直径不同的乒乓球掷向竖直墙壁，比较反弹后落地的距离
B．把直径不同的乒乓球抛向地面，比较落地后反弹的高度
C．把直径不同的乒乓球在不同高度由静止释放，比较落地后反弹的高度
D．把直径不同的乒乓球在同一高度由静止释放，比较落地后反弹的高度
11．某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物体的质量为450g，所用动滑轮的质量为50g，绳子自由端的拉力F为1.3N，g取10N/kg。在0～2s的过程中，下列说法中错误的是（　　）
A．绳子自由端移动的速度为20cm/s
B．拉力F的功率为0.26W
C．有用功为0.45J
D．滑轮组的机械效率为90%
12．如图所示，某人用扁担担起两筐质量为、的货物，当他的肩处于点时，扁担水平平衡，已知l1l2，扁担和筐的重力不计．若将两筐的悬挂点向点移近相同的距离
l，则
A．扁担仍能水平平衡
B．扁担右端向下倾斜
C．要使扁担恢复水平平衡需再往某侧筐中加入货物，其质量为(m2-m1)
D．要使扁担恢复水平平衡需再往某侧筐中加入货物，其质量为(m2-m1)
13．在校运动会中，小翔参加了铅球比赛。他用200牛的力将重为50牛的铅球投到了10米远处。下列关于他投球时做功情况的说法中，正确的是（
）
A．做功2
000焦
B．做功500焦
C．没有做功
D．条件不足，无法计算
14．小科在卸货点用水平方向的推力把箱子推到D处，如图甲，经过A处4秒后在B处遇到方方，方方迅速取下小箱子，1秒后在C处小科调整了推力，继续将大箱子推到D处才撤去推力，AD段推力与时间的关系如图乙，箱子速度与时间的关系如图丙。已知大箱子质量为20千克，小箱子质量为5千克。分析整个过程，下列说法正确的是（
）
A．AB段小科推力做功为5000焦
B．CD段小科推力做功的功率为60瓦
C．BC段大箱子受到的摩擦力从50牛逐渐减小到40牛
D．无法比较小科在BC段与AB、CD段推力做功的功率大小
二、简答题
15．如图所示，有一质量不计的轻质杠杆，左端可绕O点转动，杆上系有一悬挂重物的轻绳，轻绳可在杆上自由滑动，杆的右端用一竖直向上的动力F拉着，当轻绳向右匀速滑动时，杠杆始终在水平位置保持静止。
(1)设悬挂重物的轻绳从杆的最左端水平向右匀速滑动，试推导说明动力F与滑动时间t成正比；
(2)如果杆的质量是重物质量的，当轻绳固定在杠杆的中点时，拉力始终竖直向上，使用杠杆提起重物的机械效率是多少？
16．如图1所示是小型建筑工地上使用的“罐笼式”提升机，用它能将放在罐笼A中的建筑材料提升到高处。已知被提升的建筑材料重为2800N，拉力F将它以0．5m/s的速度匀速提升到10m的高度。拉力做的功W随时间t的变化图象如图2所示。不计动滑轮及钢丝绳的重、摩擦。求：
（1）有用功是多少？
（2）提升机在提升建筑材料时的机械效率是多少？
（3）罐笼A的重力是多少？
17．如图所示，小明用滑轮组匀速提起一个重为600N的物体A。
（1）请在图中画出绳子的绕法。
（2）若物体上升的速度为0.1m/s，人拉绳的力为250N，不计绳重和摩擦，求：
①人拉绳做功的功率；
②滑轮组的机械效率；
③用该滑轮组将750N重物B匀速提高4米，人做的功是多少焦？
18．如图所示，轻质杠杆OP长1m，能绕O点转动，P端用细绳悬于N点。现有一质量为1kg的物体A通过滑环挂在M点（滑环和绳子的质量可忽略），OM的长度为0.1m，由于杆OP与水平方向成30°角倾斜，滑环刚好能由M向P端匀速滑动，滑动速度为0.02m/s，细绳能承受的最大拉力为9N。（g取10N/kg）求：
(1)滑环从M点开始滑动，经过多长时间后细绳会断裂；
(2)从滑环自M点滑动到细绳PN断裂时，A所受重力做的功；
(3)上述过程中，A所受重力做功的功率。
三、填空题
19．如图所示是用体积相同的小球探究动能大小与哪些因素有关的实验：
（1）实验中你通过观察__________________知道动能的大小
（2）实验中采用______________方法，使得铜球和钢球到水平面的速度相同；
（3）图甲和丙，探究的问题是_______________________。
20．如图所示，用同一滑轮按甲、乙两种方式匀速提升同一物体上升0.2m，物体重100N，滑轮重25N，绳重和摩擦不计。图甲中F甲＝________ N，图乙装置的手移动的距离s＝________m。
21．如左图所示，工人用240N的拉力，在15s的时间内，将重600N的建筑材料提升到6m高的楼顶上，绳子自由端移动了________m，拉力做的功是_______J，拉力的功率是__________W。
22．如图a所示，水平地面上有一块质量为了150kg的长方体木块小林用水平推力F把木块向前推动。此过程中，推力F和木块前进的速度v的大小随时间t的变化情况分别如图b甲、乙所示。3~5秒小林对木块做功_____焦耳，5~6秒木块所受的摩擦力为_____牛。
23．如图所示，有一根均匀铁棒，长为L，OA＝2L/5，重力G＝900N，为了不使这根铁棒的B端下沉，所需外力F至少应为_____N，若F的方向不变，微微抬起这根铁棒的B端，所需外力F′应为_____N。
(
2
)
(
1
)
参考答案
1．A
【解析】
【详解】
A．根据：
可知，牛顿 米/秒是功率的单位；故A项符合题意；
B．根据知，焦耳等于牛顿 米；故B项不符合题意；
C．根据知，焦耳等于瓦特 秒；故C项不符合题意；
D．焦耳是功的专用单位；故D项不符合题意；
2．D
【详解】
CD．甲图是一个动滑轮，能够省一半的力，故F1=(G物+G动)；当拉力与竖直方向有夹角，由于夹角越大，拉力越大，所以F2>F1；故C错误，D正确；
AB．乙图是定滑轮，只能改变力的方向，不省力也不费力，故F3=F4=G物；由F1=(G物+G动)，知F1>G物，即F1>F3；四个力的关系是F13．B
【解析】
【详解】
动能的大小与质量和速度有关，质量越大动能越大，速度越大动能越大，质量较小的鸽子与质量较大的大雁在空中飞行，如果速度相同，质量大的大雁动能大，如果它们的动能相等，一定是大雁的速度小，故B正确。
故选B.
4．B
【详解】
作各个力对应的力臂如图，
发现F2的力臂l2最长，结合杠杆平衡原理可知，F2就是最小的力。故选B.
5．D
【解析】
【详解】
A．钢丝钳动力臂长于阻力臂是省力杠杆，省力费距离，故A不符合题意；
B．起子动力臂长于阻力臂是省力杠杆，省力费距离，故B不符合题意；
C．羊角锤动力臂长于阻力臂是省力杠杆，省力费距离，故C不符合题意；
D．镊子阻力臂长于动力臂是费力杠杆，费力省距离，故D符合题意。
6．A
【详解】
由题知，杠杆在水平位置平衡，设B点受到竖直向下的力为阻力，阻力臂OB，动力加在A端，则动力的方向要向上，当垂直杠杆向上用力时，OA为动力臂，根据杠杆的平衡条件可知
FA×OA=FB×OB
FA×1.6m=300N×0.4m
解得
FA=75N
故BCD错误，A正确。
故选A。
7．C
【详解】
A．
如图所示的剪刀，手柄部分较长，刀片部分较短，所以在使用的过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故选项A不符合题意；
B．生活中我们使用起子在使用过程中动力臂大于阻力臂，所以是省力杠杆，故选项B不符合题意；
C．
镊子在使用的过程中，阻力臂大于动力臂，使用它可以省距离，属于费力杠杆，故选项C符合题意。
D．钳子在使用过程中动力臂大于阻力臂，所以是省力杠杆，故选项D不符合题意；
8．A
【分析】
动力臂大于阻力臂，为省力杠杆；动力臂等于阻力臂，为等臂杠杆；动力臂小于阻力臂，为费力杠杆。
【详解】
A．用镊子夹取物体，支点在镊片的连接处，阻力在尖端，动力在中间，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故A符合题意；
B．用钢丝钳剪铁丝，支点在转轴处，阻力在刀口上，动力在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故B不合题意；
C．用开瓶器开啤酒，瓶盖上面的牙为支点，阻力作用在下面的牙上，动力作用在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故C不合题意；
D．用木棍撬石块，木棍的尖端为支点，阻力作用在支点上方附近，动力作用在杠杆的另一端，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故D不合题意。
故选A。
9．D
【详解】
A．由图可知，伸缩撑杆的阻力臂大于动力臂，所以吊臂是一个费力杠杆，故A错误；
B．机械可以省距离，但不能省功，故Ｂ错误；
CD．伸缩撑杆为圆弧状，伸缩时对吊臂的支持力始终与吊臂垂直，则动力臂保持不变，在伸缩撑杆匀速顶起吊臂的过程中，重物的阻力臂逐渐减小，由杠杆的平衡条件可知伸缩撑杆受到支持力渐渐变小，所以D对C错。
故选D。
10．D
【分析】
物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题；每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法；要想比较两只乒乓球的弹性大小，必须使用控制变量法进行探究，逐一分析每个选项的方案后，选择正确答案。
【详解】
A．把直径不同的乒乓球掷向竖直墙壁，不能控制球的初速度相同，无法根据反弹后落地距离比较弹性大小，故A错误；
B．把直径不同的乒乓球抛向地面，没有控制球的抛出速度相等，不能根据落地后反弹的高度判断弹性大小，故B错误；
C．把直径不同的乒乓球在不同高度由静止释放，没有控制高度相等，故C错误；
D．把直径不同的乒乓球在同一高度由静止释放，控制了球的初始高度相同，比较落地后反弹的高度，可以判断球的弹性大小，故D正确。
故选D。
11．D
【详解】
A．绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，绳子自由端移动的速度为
故A正确，不符合题意；
B．拉力F的功率为
P=Fv=1.3N×0.2m/s=0.26W
故B正确，不符合题意；
C．有用功为物体上升的高度需要做的功，故应为
W有用=Gh=mgh=0.45kg×10N/kg×0.1m=0.45J
故C正确，不符合题意；
D．由图线ab所示分析可得
s=nh
可得
滑轮组的机械效率为
故D错误，符合题意。
故选D。
12．C
【解析】
【详解】
原来平衡时，m1gl1=m2gl2，由图知，l1＞l2，所以m1＜m2，设移动相同的距离l，则左边：m1g(l1 △l)=
m1g
l1
m1g△l，右边：m2g(l2 △l)=
m2g
l2
m2g△l，因为m1＜m2，所以m1△lg＜m2△lg，m1
(l1 △l)g＞m2
(l2 △l)g，则杠杆的左端向下倾斜，故AB错误；
因为m1
(l1 △l)g＞m2
(l2 △l)g，故往右边加入货物后杠杆平衡，
即：m1
(l1 △l)g=(m2+mg)(
l2 △l)，
且m1g
l1=
m2g
l2，得m=(
m2
m1)，故C正确，D错误。
13．D
【详解】
根据题意可以得出,推铅球时作用在铅球上的力为200N;
推铅球时,只有在铅球被推出去之前,铅球在推力的作用下移动了一段距离,但不确定铅球在推力作用下移动的距离,因此他对铅球做功了,但无法计算做功的多少.
故D正确。
14．B
【详解】
A．小科推动箱子在AB段做匀速直线运动，根据可得，AB段的距离
则AB段小科推力做功
故A错误；
B．CD段小科推力做功的功率
故B正确；
C．根据题意可知，在BC段大箱子做加速运动，CD段大箱子做匀速运动，则CD段大箱子受力平衡，此时大箱子所受的推力为40N，则摩擦力
fCD=FCD=40N
而BC段与CD段相比，地面受到的压力和接触面的粗糙程度均相同，故BC段大木箱受到的滑动摩擦力仍为40N，故C错误；
D．AB段小科推力做功的功率
由图丙可知，4~5s的梯形面积即为BC段的距离，则有
则BC段小科推力做功
则BC段小科推力做功的功率
故BC段与AB、CD段推力做功的功率大小排序
PAB故D错误。
故选B。
15．(1)详见解析；(2)88.9%
【分析】
(1)根据杠杆平衡条件分析解答。
(2)设重物上升的距离为h，知道重物重力和重物上升的距离，根据求出有用功，知道杠杆在重力和杠杆中点上升的距离，根据求出额外功；求出总功；根据机械效率公式求出机械效率。
【详解】
(1)杠杆支点为O，受力如图所示：
根据杠杆平衡条件可得
①
根据可得
②
联立①②式可得，动力F为
由题可知，、和不变，故动力F大小与滑动时间t成正比。
(2)提升重物的有用功
用杠杆提升重物的额外功
使用杠杆提起重物的总功
使用杠杆提起重物的机械效率
答：（1）动力F与滑动时间成正比；(2)使用杠杆提起重物的机械效率是88.9%。
16．（1）2．8×104J；
（2）70%．
（3）1200N
【详解】
(1)物体的重力：
G材=m材g=280kg×10N/kg=2.8×103N，
所作的有用功：
W=G材h=2800N×10m=2.8×104J；
(2)货物以0.5m/s的速度匀速提升到10m的高度，故其运动的时间是：
t==20s；
故据图2可知，此时拉力做的总功是40000J，所以其机械效率是：
η==
=70%
(3)据图1能看出有两端绳子调着动滑轮，故应该费2倍的距离，所以绳子自由端移动的距离是S=2×10m=20m；
故据(2)中的数据可知：
F=
=2000N；
所以罐笼A的重力是：
GA=2F G材=2×2×103N 2.8×103N=1200N，
答：(1)有用功是2.8×104J；
(2)提升机在提升建筑材料时的机械效率是70%；
(3)罐笼A的重力是1200N。
17．(1)
(2)①75W、②80%、③3600J
【详解】
(1)
由题意知，站在地面上的人拉起物体，绳子的拉力方向应向下，绳子应从动滑轮上面的挂钩开始绕起，然后顺次绕线，如图所示：
(2)
①绳子末端移动的速度：
v′=3v=3×0.1m/s=0.3m/s，
拉力做功：
W总=Fs=250N×s=250N×3h，
拉力做功功率为：
P===Fv=250N×0.3m/s=75W；
②滑轮组的机械效率:
η===80%.
③不计绳重和摩擦，提起600N物体时，拉力F=(G物+G动)，
则动滑轮的重力：
G动=3F G物=3×250N 600N=150N，
当提起750N的重物B时的拉力：
F′=(GB+G动)=×(750N+150N)=300N，
人做的功：
W=
F′×3h=300N×3×4m=3600J.
答：(1)图略；
(2)
①人拉绳做功的功率为75W；
②滑轮组的机械效率为80%；
③用该滑轮组将750N重物B匀速提高4米，人做的功是3600焦。
18．(1)40s；(2)4J；(3)0.1W
【分析】
(1)设滑环从M开始滑动起，经过时间t后细绳断裂，可列出关于时间t的方程，根据杠杆平衡的条件，可求P点最大拉力时间t的大小。
(2)根据即可求出重力做的功。
(3)根据即可求出功率。
【详解】
(1)设经t时间后绳子会断裂，由杠杆平衡条件有
则经过的时间
(2)重力做的功
(3)重力做功的功率
答：(1)滑环从M点开始滑动，经过40s后细绳会断裂；(2)从滑环自M点滑动到细绳PN断裂时，A所受重力做的功为4J；(3)上述过程中，A所受重力做功的功率为0.1W。
19．木块被推动距离长短
相同高度下滑
动能大小与速度的关系
【详解】
(1)[1]
实验中小球能够做功是体现在推动小纸盒运动，推动的距离越远，表示小球能够做的功越多，小球具有的动能就越大，所以通过观察小纸盒被推动的距离的大小，来判断小球动能的大小。
(2)[2]球的高度在题中代表了速度的大小，因此要保证到达底端时的速度相等，必须让它们所处的高度相同
(3)[3]
动能的大小与两个因素(质量和速度)有关，为了探究动能大小与速度的关系应采用指控变量法，控制质量不变，改变速度，而在甲丙两图中是同一个铜球放置在不同的高度，控制了质量一定，改变了速度。
20．100；
0.4
【详解】
[1]∵甲是定滑轮，不省力，但能改变力的方向∴F甲=G物=100N
[2]∵乙是动滑轮，有两端绳子承担物重，省力费距离∴
s=2h物=2×0.2m=0.4m
21．18
4320
288
【详解】
［1］由题知，n=3，s=3h=3×6m=18m；
［2］W总=Fs=240N×18m=4320J；
［3］拉力的功率P==288W.
22．400
200
【分析】
根据丙图算出在3~5s内通过的距离，根据乙图找出此时的推力，根据计算出推力做的功；木块在3~5s内处于平衡状态、受到的力是平衡力，据此求摩擦力的大小；木箱在5~6s内做减速运动，接触面的粗糙程度、压力不变，木块受到的摩擦力不变。
【详解】
[1]由图像可知，木块在3 5s内的运动速度v=1.0m/s，推力F3=200N，由可得，在3 5s内移动的距离为
推力做功
[2]由图b甲、乙可知，用200N的水平推力能使木箱匀速前进说明此时木箱所受的摩擦力和推力是水平方向上的一对平衡力，摩擦力等于推力等于200N；木箱在5 6s内做减速运动，物体间接触面的粗糙程度、压力大小不变，物体受到的摩擦力不变，则在5 6s木箱受到的摩擦力大小为200N。
23．400
450
【详解】
[1]根据杠杆的平衡条件可知，
；
所以
解之得；
[2]微微抬起这根铁棒的B端，；所以
。
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2
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1
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