浙教版科学九年级上册培优版：3.4简单机械
一、选择题
1.如图所示,图中的工具或仪器属于省力杠杆的是( ).
A.行李车 B.晾衣竹竿 C.天平 D.脚踏板
2.如图所示，杠杆的水平位置平衡，下列操作仍能让杠杆在水平位置保持平衡的是( )
A.两侧钩码同时向外移一格
B.两侧钩码同时向内移一格
C.左侧的钩码向内移一格，右侧减去一个钩码
D.在两侧钩码下方，同时加挂一个相同的钩码
3.如图所示，把重为20N的物体匀速向上提起，弹簧测力计的示数为12N，若不计绳重及摩擦，则拉力及动滑轮重力的大小分别是( )
A.10N8N B.12N4N C.16N8N D.6N4N
4.如图是用羊角锤撬起钉子的示意图。为了撬起钉子,分别用四个力作用在锤柄的末端,其中最小的力是( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
5.小华为帮助爸爸搬运装修材料设计了如图所示的甲、乙两种方案,小华采用相同的滑轮组按不同的搬运方案,分别将地面上质量相同的材料匀速运送到二楼,所用拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、η乙,则下列关系正确的是(不计绳重与摩擦)( )
A.F甲>F乙,η甲=η乙 B.F甲F乙,η甲>η乙 D.F甲6.建筑工人用如图所示的滑轮组,将重800N的重物匀速提高5m,拉力所做的功为4800J,则该滑轮组的机械效率是( ).
A.67% B.73% C.83% D.100%
7.如图所示,杠杆处于平衡状态,F的力臂是( ).
A.DF B.OA C.OC D.OF
8.如图所示，用滑轮组提起2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子的自由端下降了4m，下面说法正确的是( )
A.总功是3200J，效率是40％ B.有用功是8000J，效率是40％
C.有用功是3200J，效率是62.5％ D.总功是3200J，效率是62.5％
9.在一根轻质杠杆的左右两端分别挂上200N和300N的重物时,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
10.AC硬棒质量忽略不计，在棒的B、C两点施加力F1、F2，F2的方向沿线，棒在如图所示位置处于平衡状态，则( )
A.F1＜F2 B.F1=
C.F1力臂小于s1 D.F2向沿线向下
11.如图所示，在水平拉力F的作用下，物体A匀速向右滑动时，弹簧秤示数为10N，不计滑轮重及滑轮与绳之间摩擦，则水平拉力F和物体A与水平面之间的摩擦力f的大小分别是( )
A.F=20N，f=20N B.F=10N，f=20N C.F=20N，f=10N D.F=10N，f=10N
12.一位建筑工人要把建筑材料运送到楼上,他使用了如图所示的装置进行升降,已知吊篮的质量为m1,建筑材料的质量为m2,人对绳子的拉力为F,吊篮在拉力作用下匀速上升了h,那么有用功和滑轮组的机械效率分别为( )
A.m2gh,×100% B.m2gh,×100%
C.(m1+m2)gh,×100% D.(m1+m2)gh,×100%
二、填空题
13.如图所示是自行车手闸示意图，手闸是一个简单机械，这种简单机械的名称是 ，使用时省 费 ；当图中手对车闸的作用力F=10N时，刹车拉线受到力的大小为 N.
14.用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400N的货物抬高20cm，手向下压杠杆的力是220N，手下降的高度是_____cm，人做的总功是_____J,有用功是_____J，这根杠杆的机械效率是__________________.
15.建筑工人用如图所示的装置在10秒内将重400N的物体匀速提升3m。所用的拉力为250N。则该工人所做的有用功的功率为 W,忽略绳重和摩擦,若用该装置提升500N的重物,此时滑轮组的机械效率为 。
16.如图所示，将质量为100kg的木箱，用一平行于斜面向上的力从底端匀速拉到斜面顶端。斜面长5m、高1.6m，在此过程斜面的机械效率为80%。则拉力做的功为________J，拉力所做的额外功为________J。(取g＝10N/kg)
17.如图，轻杆OA可绕O点自由转动，用细线将15N的重物挂在A处，小林在B处用竖直向上的拉力提住轻杆，OB和BA长度之比为3：5，下列问题中，轻杆始终在水平位置处于平衡.
(1)此杠杆类型与 相同(选填“钓鱼竿”或“羊角锤”)；
(2)拉力大小为 N；
(3)若仅增加物重，则拉力的变化量与物重的变化量之比为 ；
(4)若拉力方向变为图中虚线所示方向，则拉力将变 .
18.在图中,重为500N的物体与地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加以60N的水平拉力,则滑轮组的机械效率约为 ;若物体的移动速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功是 J.
三、实验探究题
19.在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。
(1)为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。
实验 次数 滑轮 材质 钩码重G/N 提升的高 度h/m 有用功 W有用/J 拉力 F/N 绳端移动 的距离s/m 总功 W总/J 机械效率。η
1 铝 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56%
2 铝 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67%
3 铝 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67%
4 塑料 2 0.2 0.4 0.8 0.6 0.48 83%
5 塑料 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95%
①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码______，机械效率越高。
②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与______有关。
③比较______两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验室利用了图______的装置完成的，判断依据是______。
⑤利用图甲的装置，把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为______。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用______的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。
(3)实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都______。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是______。
A、焦耳定律 B、牛顿第一定律 C、阿基米德原理 D、欧姆定律
四、解答题
20.某型号挖掘机的质量3000kg，两履带与地面接触的总面积1.5m2。挖掘机在6s内将装满铲斗质量为0.75t的泥石送到岸边，挖掘深度h=2m。(如乙所示)(取g=10N/kg)求：(1)挖掘机静止在水平地面上不工作时对地面的压强多大？(2)挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，对泥土做功多少？(3)若发动机的总功率是20kw，挖泥土过程中挖掘机的机械效率多大？。
21.一小车陷在泥地里。现在通过如图所示的滑轮组将小车匀速拉出，绳端拉力F＝1000N。求小车和树受到的拉力(不计滑轮、绳重和摩擦)。
22.某科技小组设计的提升重物的设备如甲所示。图中水平杆CD与竖直杆EH、DI组合成支架固定在水平地面上。小亮站在地面上通过滑轮组提升重物，滑轮组由动滑轮Q和安装在水平杆CD上的两个定滑轮组成。小亮以拉力F1匀速竖直提升物体A的过程中，物体A的速度为υ1，滑轮组的机械效率为ηA。小亮以拉力F2匀速竖直提升物体B的过程中，物体B的速度为υ2，滑轮组的机械效率为ηB。拉力F1、F2做的功随时间变化的图像分别如乙中①、②所示。已知：υ1=3υ2，物体A的体积为VA，物体B的体积为VB，且3VA=2VB，物体A的密度为ρA，物体B的密度为ρB，且8ρA=7ρB。(不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦)
求：机械效率ηB与ηA之差。浙教版科学九年级上册培优版：3.4简单机械
一、选择题
1.如图所示,图中的工具或仪器属于省力杠杆的是( ).
A.行李车 B.晾衣竹竿 C.天平 D.脚踏板
【答案】A
【解析】晾衣竹竿和脚踏板是费力杠杆,天平是等臂杠杆,行李车是省力杠杆,A正确.
2.如图所示，杠杆的水平位置平衡，下列操作仍能让杠杆在水平位置保持平衡的是( )
A.两侧钩码同时向外移一格
B.两侧钩码同时向内移一格
C.左侧的钩码向内移一格，右侧减去一个钩码
D.在两侧钩码下方，同时加挂一个相同的钩码
【答案】C
【解析】设一个钩码的重力为G，横梁上一个格的长度为L，原来杠杆处于平衡状态，则有2G×3L=3G×2L；两边各向外移一格，左边2G×4L=8GL，右边3G×3L=9GL，8GL＜9GL，杠杆右端下沉；故A错误；两边各往内移一格，左边2G×2L=4GL，右边3G×1L=3GL，4GL＞3GL，杠杆左端下沉；故B错误；左侧的钩码向内移一格，右侧减去一个钩码，左边2G×2L=4GL，右边2G×2L=4GL；4GL=4GL，杠杆平衡；故C正确；在两侧钩码下方，同时加挂一个相同的钩码，左边3G×2L=6GL，右边4G×2L=8GL，6GL＜8GL，杠杆右端下沉，故D错误.
3.如图所示，把重为20N的物体匀速向上提起，弹簧测力计的示数为12N，若不计绳重及摩擦，则拉力及动滑轮重力的大小分别是( )
A.10N8N B.12N4N C.16N8N D.6N4N
【答案】B
【解析】(1)绳子可以大小不变的传递拉力，故拉力F=12N；
(2)动滑轮绳子的有效股数n=2，
∵不计摩擦和绳重时，F=(G物+G动)，
∴动滑轮重G动=nF﹣G物=2×12N﹣20N=4N.故选B.
4.如图是用羊角锤撬起钉子的示意图。为了撬起钉子,分别用四个力作用在锤柄的末端,其中最小的力是( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
【答案】B
【解析】由F1L1=F2L2可知,当阻力和阻力臂一定时,动力臂最大时,动力最小,即最省力。先确定不同施力方向的支点,画出相应的力臂,通过比较力臂大小得出结论。故选B。
5.小华为帮助爸爸搬运装修材料设计了如图所示的甲、乙两种方案,小华采用相同的滑轮组按不同的搬运方案,分别将地面上质量相同的材料匀速运送到二楼,所用拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、η乙,则下列关系正确的是(不计绳重与摩擦)( )
A.F甲>F乙,η甲=η乙 B.F甲F乙,η甲>η乙 D.F甲【答案】A
【解析】忽略绳重及摩擦,由图知承担物重的绳子股数n甲=2,n乙=3,所以两图所用拉力:F甲=(G物+G动),F乙=(G物+G动),额外功W额=G动h,有用功W有=G物h，因为滑轮相同,提升的物体重相同,所以F甲>F乙。两图将同一物体匀速提高相同的高度,且动滑轮相同，所以有用功W有和额外功W额相同,因为W总=W有用+W额,所以总功相同,又η=,所以两图的机械效率η相同,即η甲=η乙。故选A。
6.建筑工人用如图所示的滑轮组,将重800N的重物匀速提高5m,拉力所做的功为4800J,则该滑轮组的机械效率是( ).
A.67% B.73% C.83% D.100%
【答案】C
【解析】η==83%,C正确.
7.如图所示,杠杆处于平衡状态,F的力臂是( ).
A.DF B.OA C.OC D.OF
【答案】C
【解析】OC为支点O到力F的作用线的距离,即F的力臂,C正确.
8.如图所示，用滑轮组提起2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子的自由端下降了4m，下面说法正确的是( )
A.总功是3200J，效率是40％ B.有用功是8000J，效率是40％
C.有用功是3200J，效率是62.5％ D.总功是3200J，效率是62.5％
【答案】D
9.在一根轻质杠杆的左右两端分别挂上200N和300N的重物时,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
【答案】B
【解析】根据杠杆平衡条件知:L左×200N=L右×300N,故,两边各减50N后,左侧为L左×150N,右侧为L右×250N,L左=L右.左侧:×150N=225L右<250L右.杠杆不平衡,右端下沉,B正确.
10.AC硬棒质量忽略不计，在棒的B、C两点施加力F1、F2，F2的方向沿线，棒在如图所示位置处于平衡状态，则( )
A.F1＜F2 B.F1=
C.F1力臂小于s1 D.F2向沿线向下
【答案】C
【解析】本题考查对杠杆知识的理解.杠杆：能够绕固定点转动的硬棒；杠杆平衡时作用在杠杆上的两个力总是使杠杆的转动方向相反，F2向沿线向上，D错误.杠杆保持静止或匀速转动时满足：F1L1=F2L2；F2为动力，F1为阻力，杠杆的力臂是过支点作力的作用线的垂线段，阻力臂小于s1,C正确，B错误.动力臂等于s2，所以阻力臂小于动力臂，阻力大于动力，A错误.故选C.
11.如图所示，在水平拉力F的作用下，物体A匀速向右滑动时，弹簧秤示数为10N，不计滑轮重及滑轮与绳之间摩擦，则水平拉力F和物体A与水平面之间的摩擦力f的大小分别是( )
A.F=20N，f=20N B.F=10N，f=20N C.F=20N，f=10N D.F=10N，f=10N
【答案】C
【解析】图中实质是一个动滑轮，绳子两端的力相等，都为10N，轴上的力F等于绳子两端的力的和为20N；物体匀速运动，则绳子对物体的拉力和地面对物体的摩擦力是一对平衡力，大小相等。
12.一位建筑工人要把建筑材料运送到楼上,他使用了如图所示的装置进行升降,已知吊篮的质量为m1,建筑材料的质量为m2,人对绳子的拉力为F,吊篮在拉力作用下匀速上升了h,那么有用功和滑轮组的机械效率分别为( )
A.m2gh,×100% B.m2gh,×100%
C.(m1+m2)gh,×100% D.(m1+m2)gh,×100%
【答案】A
【解析】有用功就是对建筑材料做的功,根据公式W=Gh可求，为m2gh。总功就是拉力做的功,根据公式W=Fs可求,为F·2h。机械效率等于有用功和总功的比值，为×100%=×100%。故选A。
二、填空题
13.如图所示是自行车手闸示意图，手闸是一个简单机械，这种简单机械的名称是 ，使用时省 费 ；当图中手对车闸的作用力F=10N时，刹车拉线受到力的大小为 N.
【答案】杠杆力距离40
【解析】由图知，自行车手闸在力的作用效果下，能够绕着铆钉转动，所以是杠杆的应用；
由图可知该杠杆的动力臂大于阻力臂故为省力杠杆，此杠杆的特点是省力费距离；
因为F1L1=F2L2，
所以拉线受到的拉力为F2==×10N=40N.
14.用动力臂是阻力臂2倍的杠杆将重400N的货物抬高20cm，手向下压杠杆的力是220N，手下降的高度是_____cm，人做的总功是_____J,有用功是_____J，这根杠杆的机械效率是__________________.
【答案】40888090.9%
【解析】使用杠杆做功时，动力作用点下降的高度h1与阻力作用点上升的高度h2之比等于杠杆两力臂之比(由几何相似三角形可得).即h1∶h2=L1∶L2
h1=×0.2m=0.4m=40cm
人对杠杆做功是总功W总=Fh1=220N×0.4m=88J
杠杆提取重物做功是有用功W用=Gh2=400N×0.2m=80J
杠杆的机械效率η=J≈90.9%.
15.建筑工人用如图所示的装置在10秒内将重400N的物体匀速提升3m。所用的拉力为250N。则该工人所做的有用功的功率为 W,忽略绳重和摩擦,若用该装置提升500N的重物,此时滑轮组的机械效率为 。
【答案】12083.3%
【解析】由图知n=2,工人所做的有用功W有=Gh=400N×3m=1200J,工人所做的有用功的功率P=W有/t=1200/10W=120W,根据F=(G+G动)/n可得动滑轮的重力G动=nF-G=2×250N-400N=100N;用该装置提升500N的重物时,忽略绳重和摩擦,此时滑轮组的机械效率η=W有/W总=G'h/F's=G'h/F'nh=G'/nF'=G'/(G'+G动)=500N/(500N+100N)≈83.3%。
16.如图所示，将质量为100kg的木箱，用一平行于斜面向上的力从底端匀速拉到斜面顶端。斜面长5m、高1.6m，在此过程斜面的机械效率为80%。则拉力做的功为________J，拉力所做的额外功为________J。(取g＝10N/kg)
【答案】2000400
【解析】本题考查斜面机械效率的有关计算。根据木箱的质量可以求出木箱的重力：G＝mg＝100kg×10N/kg＝1000N；克服木箱的重力所做的功就是有用功，即W有＝Gh＝1000N×1.6m＝1600J；拉力F所做的总功是W总＝＝2000J；所以拉力所做的额外功是W额＝W总－W有＝2000J－1600J＝400J。
17.如图，轻杆OA可绕O点自由转动，用细线将15N的重物挂在A处，小林在B处用竖直向上的拉力提住轻杆，OB和BA长度之比为3：5，下列问题中，轻杆始终在水平位置处于平衡.
(1)此杠杆类型与 相同(选填“钓鱼竿”或“羊角锤”)；
(2)拉力大小为 N；
(3)若仅增加物重，则拉力的变化量与物重的变化量之比为 ；
(4)若拉力方向变为图中虚线所示方向，则拉力将变 .
【答案】(1)钓鱼竿(2)40(3)8：3(4)大
【解析】由图可知，O点为支点，OA为动力臂，OB为阻力臂，阻力大小等于所挂物体的重力，在A点的拉力为动力；(1)由图可知，OB小于OA，即动力臂小于阻力臂，所以是费力杠杆；钓鱼竿就是此杠杆类型；(2)已知OB和BA长度之比为3：5，则OB：OA=3：8，由杠杆的平衡条件可知：F OB=G OA，所以，F==×15N=40N；(3)若仅增加物重，则F2=G+△G，F1=F+△F；由杠杆的平衡条件可知：F1 OB=F2 OA，即：(F+△F) OB=(G+△G) OA，所以，F OB+△F OB=G OA+△G OA，由于F OB=G OA，所以，△F OB=△G OA，则==；(4)若拉力方向变为图中虚线所示方向，阻力及阻力臂不变，拉力的力臂变小，由杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知拉力将变大.
18.在图中,重为500N的物体与地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加以60N的水平拉力,则滑轮组的机械效率约为 ;若物体的移动速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功是 J.
【答案】83.3%2160
【解析】η=×100%=×100%=×100%=83.3%.
物体移动的速度为0.2m/s,
则拉绳的速度是其3倍,为0.6m/s,
故1min内拉绳s=vt=0.6m/s×60s=36m.
W=Fs=60N×36m=2160J.
三、实验探究题
19.在日常生活和工农业生产中，提高机械效率有着重要的意义。提高机械效率，要从研究影响机械效率的因素出发，寻求办法。
(1)为了探究影响机械效率的因素，小明选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙装置进行实验，并把数据整理记录在下表中。
实验 次数 滑轮 材质 钩码重G/N 提升的高 度h/m 有用功 W有用/J 拉力 F/N 绳端移动 的距离s/m 总功 W总/J 机械效率。η
1 铝 1 0.1 0.1 0.6 0.3 0.18 56%
2 铝 2 0.1 0.2 1.0 0.3 0.3 67%
3 铝 2 0.2 0.4 1.0 0.6 0.6 67%
4 塑料 2 0.2 0.4 0.8 0.6 0.48 83%
5 塑料 2 0.2 0.4 2.1 0.2 0.42 95%
①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码______，机械效率越高。
②比较3和4两次实验发现：滑轮组的机械效率还与______有关。
③比较______两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验室利用了图______的装置完成的，判断依据是______。
⑤利用图甲的装置，把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为______。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用______的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。
(3)实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械都______。下列物理规律的得出运用了这种研究方法的是______。
A、焦耳定律 B、牛顿第一定律 C、阿基米德原理 D、欧姆定律
【答案】重力越大动滑轮的重力2、3乙绳子的效段数为180%减小接触面粗糙程度不省功B
【解析】(1)①比较1和2两次实验发现：在所用滑轮组相同，提升物体的重力越大，机械效率越高，即所用滑轮组一定时，提升的钩码重力越大，机械效率越高；
②比较3和4两次实验知，提升物体的重力相同，两滑轮的材质不同，而体积相同，根据G=mg=ρVg，两滑轮的重力不同，发现：滑轮组的机械效率还与动滑轮的重力有关；
③比较2、3两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高度无关。
④第5次实验室利用了图乙的装置完成的，判断依据是n===1，绳子的效段数为1；
⑤利用图甲的装置，把重4N的物体用2.5N的拉力迅速拉起，滑轮组的机械效率为：
η=====×100%=80%；
可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。
(2)小明利用图丙装置实验发现：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和摩擦有关，与物重无关。保持斜面倾斜程度不变，可以采用减小接触面粗糙程度的方法减小摩擦，从而提高斜面的机械效率。
(3)实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假设没有额外功，总功等于有用功；可见使用任何机械不省功(采用了理想化推理法)：
ACD、焦耳定律、阿基米德原理、欧姆定律可通过实验直接验证，
B、而牛顿第一定律不能用实验直接验证，是在实验的基础下推理得出的，
故选B。
故答案为：(1)①重力越大；②动滑轮的重力；③2、3；④1、绳子的效段数为1；⑤80%；(2)减小接触面粗糙程度；(3)不省功；B。
(1)①比较1和2两次实验找出相同的量和不同的量，分析得出机械效率与变化量的关系；
②根据G=mg=ρVg，比较3和4两次实验找出相同的量和不同的量，分析得出机械效率与变化量的关系；
③比较2、3两次实验找出相同的量和不同的量，分析得出机械效率与变化量的关系；
④根据n=确定绳子的效段数分析；
⑤根据η====×100%求出滑轮组的机械效率；
(2)通过减小接触面粗糙程度的方法可减小摩擦；
(3)物理学中，常常有难以达到条件的时候，这时，我们常常需要借助将实验想象为理想情况下来达到我们的目的，在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律，这种研究问题的方法就叫科学推理法。
本题考查控制变量法、数据分析、n=的运用、滑轮组的机械效率的求法和减小摩擦的方法及实验推理法的运用。
四、解答题
20.某型号挖掘机的质量3000kg，两履带与地面接触的总面积1.5m2。挖掘机在6s内将装满铲斗质量为0.75t的泥石送到岸边，挖掘深度h=2m。(如乙所示)(取g=10N/kg)求：(1)挖掘机静止在水平地面上不工作时对地面的压强多大？(2)挖掘机每挖一次泥土并水平移送到岸边，对泥土做功多少？(3)若发动机的总功率是20kw，挖泥土过程中挖掘机的机械效率多大？。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)挖掘机静止时对地面的压力等于其重力，对地面的压强利用计算；(2)挖掘机挖土时，只有将土升高对土做功，水平移送到岸边时，因力与距离垂直不做功；(3)挖泥土过程中挖掘机的总功等于发动机的总功率与时间的乘积，再利用就可以计算机械效率。
21.一小车陷在泥地里。现在通过如图所示的滑轮组将小车匀速拉出，绳端拉力F＝1000N。求小车和树受到的拉力(不计滑轮、绳重和摩擦)。
【答案】小车受到的拉力为3000N，树受到的拉力为2000N。
【解析】小车受到滑轮组中左边的滑轮(没必要区分这个滑轮是动滑轮还是定滑轮)对它的拉力，要求小车受到的拉力，须以这个滑轮为研究对象。滑轮受力如，有三股绳子向右拉着滑轮，每股拉力都为F，小车给滑轮向左的拉力F1。因为滑轮匀速运动，所以它受到的这四个力是平衡力，即F1＝3F＝3000N。小车受到的拉力与小车给滑轮向左的拉力F1属于相互作用力，它们大小相等，方向相反。
滑轮组中右边的滑轮给树一个拉力，要求树受到的拉力，就要取这个滑轮为研究对象。滑轮受力如，有两股绳子向左拉着滑轮，拉力均为F，树给它向右的拉力F2。因为滑轮匀速运动，所以它受到的这三个力是平衡力，即F2＝2F＝2000N。树受到的拉力与树给滑轮向右的拉力F2属于相互作用力，它们大小相等，方向相反。
22.某科技小组设计的提升重物的设备如甲所示。图中水平杆CD与竖直杆EH、DI组合成支架固定在水平地面上。小亮站在地面上通过滑轮组提升重物，滑轮组由动滑轮Q和安装在水平杆CD上的两个定滑轮组成。小亮以拉力F1匀速竖直提升物体A的过程中，物体A的速度为υ1，滑轮组的机械效率为ηA。小亮以拉力F2匀速竖直提升物体B的过程中，物体B的速度为υ2，滑轮组的机械效率为ηB。拉力F1、F2做的功随时间变化的图像分别如乙中①、②所示。已知：υ1=3υ2，物体A的体积为VA，物体B的体积为VB，且3VA=2VB，物体A的密度为ρA，物体B的密度为ρB，且8ρA=7ρB。(不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦)
求：机械效率ηB与ηA之差。
【答案】设物体A受的重力为GA，物体B受的重力为GB，动滑轮受的重力为G动。则,
所以=(1)
由题中W－t图像可知：P1==90WP2==45W
由=，υ1=3υ2，解得：=(2)
由(1)、(2)解得：=(3)
由G＝ρgV，3VA=2VB，8ρA=7ρB，解得：=(4)
由(3)、(4)解得：
G动=GAG动=GB
ηA====70%
ηB===80%
ηB－ηA=80%－70%=10%
【解析】试题以滑轮组的效率为载体，综合考查了运动、力、质量、密度、重力、功、功率、机械效率等知识，试题对学生运用图像解决问题的能力进行了考查，对学生运用数学解决物理问题的能力要求较高。题目头绪较多，解题可以从这么几个角度入手。
从滑轮组中拉力与物重关系入手，在不计绳的质量，不计滑轮与轴的摩擦时，拉力.所以=
从图像入手，由题中W－t图像可知：P1==90W，P2==45W，
由=及υ1=3υ2，解得：=。
从质量、密度、重力关系入手，由G＝mg=ρgV、3VA=2VB、8ρA=7ρB解得：=。
从滑轮组的机械效率入手：
由上面几个式子，经过数学运算，即可求出结果。
