第5章 简单机械与功 基础练习单元测试（有答案）

第五章简单机械与功基础练习（4）2020-2021学年华师大版科学九年级上册
姓名：___________班级：__________
一、选择题
1．如图所示是小明同学使用手机相机的“慢动作”功能拍摄的小球的运动轨迹，小球在1、2位置的高度相同。（假设小球接触地面并反弹的过程，无能量损耗）下面说法正确的是（ ）
A．小球在3位置速度为零，受到平衡力的作用
B．此过程只有小球的动能和重力势能之间的转化
C．小球在1、2位置的重力势能相同，1位置机械能比2位置时大
D．小球在1、2位置的重力势能相同，且机械能大小也相同
2．为了搬运一个很重的机器进入车间，某工人设计了下列四种方案（机器下方的小圆圈表示并排放置的圆形钢管的横截面），其中最省力的方案是（ ）
A． B． C． D．
3．停放自行车时，若要从如图四点中选择一点施加竖直向上的力，将后轮略微提起。其中最省力的点是（　　）
A．A点 B．B点 C．C点 D．D点
4．蹦床运动是一种深受青年人喜爱的运动，如图为运动员从高处下落到蹦床上最后静止的过程。其中运动员从接触蹦床到将蹦床压缩到最低点的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．人的动能一直减小 B．人的动能先减小后增大
C．人的动能先增大后减小 D．人的机械能保持不变
5．如图所示，用10N的力F沿水平方向拉滑轮，可使物体A以0.2m/s的速度在水平面上匀速运动。弹簧测力计的示数恒为2N（不计滑轮、测力计、绳子的重力，滑轮的转轴光滑）。下列说法错误的是（）
A．物体A受到地面水平向右3N的摩擦力
B．物体A受到B的摩擦力是2N
C．滑轮移动的速度是0.1m/s
D．拉力F做功功率为4W
6．如图所示，用三种方法拉动同一物体在相同的水平地面上做匀速直线运动，使物体以相等速度移动相同的距离。所用拉力分别是F1、F2、F3，这三个力的作用点移动距离分别是S1、S2、S3，移动速度分别为V1、V2、V3，不计滑轮摩擦，则（ ）
A．F1：F2：F3=2：1：4S1：S2：S3=2：1：4
B．F1：F2：F3=2：4：1 S1：S2：S3=2：4：1
C．F1：F2：F3=2：4：1 V1：V2：V3=2：1：4
D．F1：F2：F3=2：1：4 V1：V2：V3=2：4：1
7．今年第17号台风“鲇鱼”9月28日在福建泉州惠安县沿海登陆，风力达12级，受此影响，浙江丽水遂昌县北界镇苏村发生山体滑坡出现了泥石流灾害，民房被冲毁，27人失联，泥石流冲毁房屋具有的能量主要是（ ）
A．电能 B．机械能 C．电磁能 D．化学
8．如图所示，利用两种方式把吊篮中的人升高，拉动绳子所用的力和相同，吊篮中的人与吊篮的总重（图A）和（图B）的关系是（不计绳子重和摩擦）（　　）
A． B． C． D．无法确定
10．如图所示，小科同学用动滑轮拉重物提升到一定高度，重物的重力为G物，动滑的重力为G动。在提升过程中，物体上升的速度大小保持v不变，下列相关说法中正确的是
A．在提升的过程中，绳子自由端的拉力一直是（G物+G动）/2
B．在提升的过程中，绳子自由端拉力的功率至少为（G物+G动）v
C．在提升的过程中，物体的机械能是守恒的
D．小科拉绳子的机械效率为G物/（G物+G动）
11．小红采用粗细均匀的均质杠杆做实验，从转轴向两侧等间距设置了a、b……n、p共14个细线小绳套（图中未画出），可以同时挂重物和弹簧秤。实验所用弹簧秤的量程为0~2N，重物的质量为150克。杠杆水平平衡后，将弹簧秤挂在e点，保持竖直向上拉（不超过量程），为使杠杆保持水平平衡，则该重物可以挂的绳套位置有几个（　　）
A．3 B．4 C．6 D．7
二、简答题
12．如图所示为小刚设计的滑轮组装置。其中滑块A置于表面粗糙程度各处相同的水平面上，动滑轮重G="10" N，重物B的重力GB可改变。右下表是小刚在某次使用该装置时记录的一些数据。若不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，跨过滑轮的绳或竖直或水平，A距水平面上的定滑轮、B距水平面均足够远。求：
（1）在4~6 s内，水平绳对A的拉力做的功_______及功率_______。
（2）在2~4 s内，重力GB做功的功率_______。
13．已知物体的重力势能表达式为EP＝mgh，动能表达式为EK＝1/2mv2。其中m为物体的质量，h为物体距离水平地面的高度，v为物体的运动速度，g为常量，取10N/kg。如图所示，将一质量为0.4kg的物体从距离地面1.5m的高度沿水平方向以2m/s的速度抛出。不计空气阻力，物体从被抛出到落地的瞬间，整个过程中机械能守恒。求：
（1）物体被抛出时的重力势能EP和动能EK1。
（2）物体从被抛出点至落地的过程中，其重力所做的功W。
（3）物体落地前瞬间的动能EK2。
14．如图为脱模油厂的油桶，空桶质量为65kg，油桶高为1.2m，底部直径为0.5m，据此回答：
(1)某次装卸中，小明需要将直立的空油桶（如图甲）沿D点推翻，试在甲图上作出推翻空油桶所需的最小力F1_____________；
(2)在推翻油桶过程中，小明至少需要对油桶做功_____________焦；
(3)若将翻倒的空油桶（如图乙）重新竖起所用的最小力为F2，那么，F1______F2（选填“大于”、“等于”或“小于”）。
15．如图所示，工人以20cm/s的速度拉着绳子使重物沿竖直方向匀速向上运动，已知物体重400N，动滑轮重100N，不计绳重和摩擦．求：
（1）工人5s钟所做的功；
（2）工人做功的功率；
（3）该动滑轮的机械效率．
16．一个工人用图所示的滑轮组提升2000N的货物，所用拉力600N，绳子自由端4s内拉下4m，不考虑绳重和摩擦，求：
（1）有用功和总功率；
（2）机械效率；
（3）若用此滑轮组提升3200N的货物，所需拉力为多少
三、填空题
17．动能和势能之和称为_____能。做_____运动的物体都具有机械能。大量事实表明，动能和势能可以相互_____。如果只有动能和势能的相互转化，机械能的总量就保持____，或者说，机械能____。
18．中考体育跳绳项目测试中，体重为 600N 的小明同学在 1 分钟内跳了 160 次。
（1）每次跳跃小明同学重心上升大约 10 厘米，则他跳绳时的功率约为__________W。
（2）小明跳绳时获得的机械能是通过____作用转化而来的。
19．小金推着购物车在超市购物，如下图所示，购物车和货物的总重为100N，A点力地面距离为0.9m，B、C点为车轮与地面的接触点，当购物车前轮遇到障碍物时，小金先后两次在A点对购物车施加了最小作用力，使车的前后轮分别越过障碍物。第一次施加的力的方向为_______，此时购物车可视为_____杠杆；第二次的施力大小为_________N。
20．下图1为该大桥的实景图，其主通航孔桥采用双塔双索面斜拉桥，可逐步抽象成图2、图3、图4所示的模型。
（1）请在答卷中画出图4中F1和F2的力臂。______________
（2）为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当________（选填“增加”或“减小”）桥塔的高度。
（3）该大桥设计车速为60km/h，若某汽车质量为5×103kg，在大桥上按设计车速水平匀速直线行驶时受到的阻力为汽车重力的0．06倍，则汽车通过该大桥时汽车发动机的功率。______________（g取10N/kg）
21．如图所示，小晨实验时在一平衡轻质杠杆的两端放上不同数量的相同硬币，杠杆仍在水平位置平衡。她用刻度尺测出l1和l2，则2l1_____3l2（选填“>”、“<”或“=”）。
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．C
【详解】
A．小球在3位置速度为零 ，此时只受到向下重力的作用，小球不是平衡状态，故A错误；
B．从小球每次反弹高度减小可知，小球是有能量损失的。如果只有动能和重力势能之间转化，小球是可以回到原来的高度的，故B错误；
CD．因为1、2位置高度相同，所以小球在1、2位置的重力势能相同，而1上升的速度大于2下降的速度，所以1位置机械能比2位置时大，故C正确，D错误。
故选C。
2．C
【详解】
在以上四种情况中，BCD都将物体与地面之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了物体与地面之间的摩擦力，而A没有，所以首先可以排除A。
在B中使用的是定滑轮，只能改变力的方向不能省力，其所用力的大小与D是一样的。都等于物体与地面之间的滚动摩擦力。
在C中使用的是动滑轮，动滑轮能够省一半的力，所以，此时的拉力等于物体与地面之间滚动摩擦力的一半。所以此时所用的力最小，即最省力。
综上分析，故选C。
3．B
【详解】
A．光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，而图中折射角大于入射角了。故A错误；
B．火线首先进入开关，再进入灯泡顶端的金属点，零线接在螺旋套上，故B正确；
C．在磁体外部，磁感线从N极发出，回到S极，而图中磁感线从S极发出，故C错误；
D．力臂是从支点到力的作用线的距离，而图中的动力臂和阻力臂是从支点到动力作用点和阻力作用点的距离。故D错误。
4．D
【详解】
后轮被提起时，前轮是支点，若要从如图四点中选择一点施加竖直向上的力，将后轮略微提起，要使提力最小，其力臂应最大，故此点应距离支点的水平距离最大，A、B、C、D四点中，D点作为动力作用点时动力臂最长，最省力。
故选D。
5．C
【分析】
根据动能与重力势能、弹性势能的转化，结合所处的不同状态进行判断。
【详解】
ABC．运动员下落刚接触蹦床时，还会继续向下运动，当弹力和重力相等时，速度最大。弹力大于重力，速度减小，故运动员的动能先增大后减小，故AB错误、C正确；
D．运动员接触到蹦床后动能和势能转为蹦床的弹性势能，人的机械能减小，所以运动员机械能是不守恒的，故D错误。
故选C。
6．D
【解析】
【详解】
AB、不计滑轮的摩擦和重力，以动滑轮为研究对象，则两段绳子向右的拉力与向左的拉力平衡，所以2F拉=F，则A物体对滑轮的拉力F拉=F=×10N=5N；力的作用是相互的，所以滑轮对A的拉力也为5N；弹簧测力计的示数恒为2N，因拉滑轮时，物体B始终处于静止状态，则测力计对B向右的拉力与A对B向左的摩擦力平衡，所以fA对B=F示=2N；力的作用是相互的，所以，物体B对A的摩擦力为2N，方向向右；物体A向左匀速运动，同时地面对物体A还有向右的摩擦力，由力的平衡条件可得：F拉=fB对A+f地，所以物体A受到地面的摩擦力：f地=F拉 fB对A=5N 2N=3N，所以A正确，B正确；
C、由图知，拉力作用在动滑轮的轴上(特殊情况)，此时动滑轮费力但省一半的距离，
所以滑轮移动的速度(拉力端移动的速度)：v滑轮=vA=×0.2m/s=0.1m/s，C正确；
D、水平拉力F的功率：P=Fv滑轮=10N×0.1m/s=1W，故D错误；
7．D
【详解】
由图可见,本题中三个滑轮都是克服摩擦力做功,假设物体与水平面的摩擦力f,物体移动的速度为v0，运动的时间为t，则对这三个图分析可得：
(1)甲图：滑轮为定滑轮,因为定滑轮相当于一个等臂杠杆,不能省力,所以根据二力平衡,此时拉力F1=f;拉力的作用点移动的速度v1=v0,作用点移动的距离s1=v0t.
(2)乙图：滑轮为动滑轮,因为动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂2倍的杠杆,省一半的力,所以根据二力平衡,此时拉力F2=f;但是费2倍的距离,拉力的作用点移动的速度v2=2v0,作用点移动的距离s2=2v0t.
(3)丙图：滑轮为动滑轮,拉力的作用点在动滑轮的轴上,因此是个费力杠杆,费2倍的力,省2倍的距离,因此F3=2f，
拉力的作用点移动的速度V3=v0,作用点移动的距离S3=v0t.
综上分析可知：
①F1:F2:F3=f:f:2f=2:1:4；
②v1:v2:v3=v0:2v0:V0=2:4:1；
③s1:s2:s3=v0t:2v0t:v0t=2:4:1.
故选D.
8．B
【分析】
根据台风能量的特点，进行分析解答。
【详解】
年第17号台风“鲇鱼”9月28日在福建泉州惠安县沿海登陆，风力达12级，受此影响，浙江丽水遂昌县北界镇苏村发生山体滑坡出现了泥石流灾害，民房被冲毁，27人失联，泥石流冲毁房屋具有的能量主要是机械能。
9．A
【分析】
由于在匀速提升吊篮的过程中，整个系统处于平衡状态，不计绳子重和摩擦，那么对吊篮、人和动滑轮整体受力分析，又拉动绳子所用的力和相同，据此比较人与吊篮的总重的关系。
【详解】
不计绳子重和摩擦，那么对吊篮、人和动滑轮整体受力分析，则有
，
又拉动绳子所用的力和相同，所以。
故选A。
10．AD
【解析】
【详解】
A. 由图可知,不计绳重和摩擦,拉力的大小F=(G物+G动)，故A正确；
B.绳子自由端拉力的功率是P=Fv= (G物+G动)v，故B错误；
C. 因为是匀速提升所以滑轮组的动能不变，而在升高所以重力势能增加，而机械能是动能和势能的总和，所以机械能不守恒，故C错误；
D. 滑轮组的机械效率η====，故D正确；
11．B
【分析】
根据弹簧秤的量程为0~2N得出左侧力与力臂乘积最大值，根据杠杆的平衡条件，左侧阻力与阻力臂之积不能超过这个最大值，据此确定该重物可以挂的绳套位置的数量。
【详解】
实验所用弹簧秤的量程为0~2N，测力计的最大拉力为2N，重物的质量为150g，其重力为
G=mg=0.15kg×10N/kg=1.5N
测力计的拉力与力臂乘积最大值为
F1L1=2N×3L
要使杠杆保持平衡，则重物只能挂在左侧，且左侧阻力大小为1.5N的整数倍，根据杠杆的平衡条件，阻力与阻力臂之积不能超过2N×3L，左侧重物挂在g处时
1.5N×L＜2N×3L
左侧重物挂在f处时
1.5N×2L＜2N×3L
左侧重物挂在e处时
1.5N×3L＜2N×3L
左侧重物挂在d处时
1.5N×4L=2N×3L
左侧重物挂在c处时
1.5N×5L＞2N×5L
故该重物可以挂的绳套位置有4个。
故选B。
12．74J 37w 25W
【详解】
(1)[1][2]在4～6s内，GB=27N，A和B均做匀速运动，A向左滑行的距离s3=4m，A受水平绳的拉力：
F3=(GB+G)=×(27N+10N)=18.5N，
则拉力做的功为：
WF3=F3s3=18.5N4m=74J；
[3]拉力做功的功率：
P3===37W。
[3] 在2～4s内，重力GB=50N，A向左滑行的距离s2=2m，
B下降的距离：
h2=s2=×2m=1m，
WGB=GBh2=50N×1m=50J，
功率：
P===25W。
13．(1) 6 ; 0.8(2) 6(3) 6.8
【详解】
(1)由题意可得，物体被抛出时的重力势能：
Ep=mgh=0.4kg×10N/kg×1.5m=6J；
物体被抛出时的动能：
EK1=mv2=×0.4kg×(2m/s)2═0.8J；
(2)物体从被抛出点至落地的过程中，其重力所做的功：
W=Gh=mgh=0.4kg×10N/kg×1.5m=6J；
(3)不计空气阻力，物体从被抛出到落地的瞬间，整个过程中机械能守恒；落地时高度为0，此时其重力势能为0，动能最大；
所以,物体落地前瞬间的动能：
EK2=EK1+Ep=0.8J+6J=6.8J.
答：(1)物体被抛出时的重力势能EP为6J,动能EK1为0.8J；
(2)物体从被抛出点至落地的过程中，其重力所做的功W为6J；
(3)物体落地前瞬间的动能EK2为6.8J.
14． 32.5 小于
【分析】
(1)由杠杆平衡条件可知，在阻力与阻力臂一定时，动力臂越大，动力越小，找出最大动力臂，然后作出动力。
(2)当BC在竖直方向时油桶刚好被推翻，由功的计算公式求出推力的功。
(3)应用杠杆平衡条件分析答题。
【详解】
(1)[1]在阻力与阻力臂一定的情况下，动力臂越大，动力越小，由图示可知，AD是最大动力臂，过A与AD的垂直的力最小，如图所示：
(2)[2]由几何知识可得
在推翻油桶过程中，小明至少需要对油桶做功
(3)[3]由图甲与图乙所示可知，两种情况下，最小推力的动力臂相等，两种情况下阻力相等，图甲的阻力臂小于图乙的阻力臂，由杠杆平衡条件可知，图甲中的推力小于图乙中的推力，即F1小于F2。
15．（1）工人5s钟所做的功为250J；
（2）拉力做功的功率为50W；
（2）该动滑轮的机械效率为80%．
【解析】
（1）由图知，n=2，不计绳重和摩擦，
拉力：F=（G轮+G物）=（400N+100N）=250N，
绳端移动的距离：s=vt=20cm/s×5s=100cm=1m，
拉力做功：W总=Fs=250N×1m=250J．
（2）拉力做功的功率：
P===50W；
（3）物体升高的高度：h===0．5m，
有用功：W有=Gh=400N×0．5m=200J，
该动滑轮的机械效率：
η=×100%=×100%=80%．
16．（1）2000J 600W（2）83.3％（3）900N
【详解】
由图可知，n=4，h=1m，s=nh=4×1m=4m
（1）有用功：
W有=Gh=2000N×1m=2000J
总功：
W总=Fs=600N×4m=2400J
总功率：
（2）滑轮组的机械效率：
（3）不考虑绳重和摩擦，当提升G=2000N的重物时，
即
解得：
G轮=400N
当提升G=3200N的重物时，
17．机械 机械 转化 不变 守恒
【详解】
[1]动能和势能称为机械能。
[2]做机械运动的物体具有动能或势能，即具有机械能。
[3][4][5]动能和势能可以相互转化。如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，或者说，机械能守恒。
18．160 呼吸
【详解】
(1)小明跳一次绳做的功：W=Gh=600N×0.1m=60J，
因为小明1min跳绳160次，
所以小明1min跳绳所做的功：W总=160×60J=9600J，
他跳绳时的功率：P= ==160W；
(2)小明跳绳时获得的机械能是通过呼吸作用由人体的化学能转化而来的。
19．垂直AB所在直线向下 省力 20N
【详解】
由题可知，前轮越过障碍物时，以B为支点，当动力臂最大时，力最小，故里的方向为垂直AB所在直线向下，据勾股定理，此时动力臂为AB,由图可知，动力臂等于阻力臂，为省力杠杆；
后轮越过障碍物时，以A为支点，，据勾股定理，此时动力臂AC为1.5cm,阻力臂为0.3m,据F1L1=F2L2可得，F1===20N.
20．略 增加 5×104W
【详解】
(1)[1] 图4所示的模型，可以看做是一个在力的作用下静止在水平位置的硬棒，结合杠杆的定义，即可知道它就是杠杆的模型。F1和F2的力臂作图如下：
(2)[2] 由图可知，若增加塔桥的高度，增加了支点O到钢索的垂直距离，即增大了动力臂，根据公式F1=，可以得到，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂越大，动力越小，即桥对钢索的拉力就越小。
(3)[3] 汽车受到的重力为：
G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N
汽车发动机的牵引力为：
F=f=0.06G=0.06×5×104N=3×103N
汽车行驶的速度为：
v=60km/h=m/s=m/s
汽车的功率为：
P===Fv=3×103N×m/s=5×104W
21．>
【分析】
动力臂是从支点到动力作用线的垂直距离，阻力臂是从支点到阻力作用线的垂直距离，据此判断。
【详解】
设每个硬币的重量为G，硬币的半径为r，根据杠杆的平衡条件结合图示可得
则有，即。
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