3.4简单机械 同步练习（含解析）

简单机械
一、单选题
1.生活中处处有科学。下列日常工具，在使用时属于费力杠杆的是（ ）
A. 独轮车 B. 开瓶器
C. 钓鱼竿 D. 大铡刀
2.如图所示，F1＝4N，F2＝3N，此时物体 A 对于地面静止，物体 B 以一定速度在物体 A 表面向左做匀速直线运动（不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦）。则 A 与地面、A 与 B 之间的摩擦力、弹簧测力计的示数大小分别为（ ）
A. 2N 6N 9N B. 6N 6N 6N C. 4N 2N 9N D. 2N 6N 6N
3.在杠杆的两端挂着质量和体积都相同的铝球和铁球,这时杠杆平衡；将两球分别浸泡在质量和溶质质量分数都相同的稀硫酸中(如图所示)，直至两个烧杯中均没有气泡产生为止，两球的外形变化不大且无孔洞出现。下列推测中正确的是（ ）
①反应结束后，烧杯甲中的溶液质量大； ②反应结束后，烧杯乙中的溶液质量大；
③拿掉烧杯后，要使杠杆重新平衡，支点应向A 端移动；
④拿掉烧杯后，要使杠杆重新平衡，支点应向B 端移动
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④
4.如图所示，一根质量分布均匀的木棒，能绕O处转轴自由转动（不计摩擦）.在木棒最下端用力，使之由A处缓慢地抬升到B处.下列说法合理的是（ ）
A. 始终水平方向的拉力F1大小将保持不变 B. 始终与杆垂直的拉力F2大小将保持不变
C. 始终竖直方向的拉力F3会逐渐增大 D. 三次拉力抬升木棒的过程中所做的功均相等
5.等臂杠杆两端各系一只等质量的铁球，将杠杆调平衡后，将球分别浸没在等质量、等密度的稀H2SO4和CuSO4溶液里（如图所示），一段时间后杠杆将会（ ）
A. 左端上翘 B. 右端上翘 C. 仍然平衡 D. 无法判断
6.工厂为了搬运一个笨重的机器进车间，某工人设计了如图所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆型钢管的截面)，其中最省力的方案是（ ）
A. B.
C. D.
7.如图所示，AOB为一杠杆(质量忽略不计) ， 物体悬挂在A端并浸没在水中，B端在F力作用下竖直向下拉。在烧杯中不断加入蔗糖固体搅拌溶解(溶解过程中溶液温度和体积不变)，若杠杆仍水平平衡，拉力F与溶解的蔗糖质量关系如下图，其中表示正确的是( )
A. B.
C. D.
8.如图甲是上肢力量健身器示意图，杠杆AB可绕O点在竖直平面内转动，AO=2BO，配重的重力为100牛，小明通过细绳在B点施加竖直向下的拉力为FB ， 杠杆在水平位置平衡，配重对地面的压力记为F压 ， 拉力FB与压力F压的关系如图乙所示，杠杆AB和细绳的质量及所有摩擦均忽略不计，动滑轮重力为G动 ， 下列说法正确的是( )
A. 配重对地面的压力F压为50牛时，小明在B点施加竖直向下的拉力FB为160牛
B. 配重对地面的压力F压为90牛时，小明在B点施加竖直向下的拉力FB为40牛
C. 配重对地面的压力F压为10牛时，小明在B点施加竖直向下的拉力FB为360牛
D. 配重刚好被匀速拉起时，小明在B点施加竖直向下的拉力FB为440牛
9.赛龙舟是中国端午节的习俗之一，也是端午节最重要的节日民俗活动之一，如图为第十届长三角城市龙舟邀请赛的场景，龙舟大赛队员们正在奋力拼搏。在划龙舟的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 划龙舟的浆一定是省力杠杆
B. 浆往后划，龙舟前进，说明物体间力的作用是相互的
C. 停止划桨后，龙舟会慢慢停下来，说明力是维持龙舟运动的原因
D. 运动员在比赛中听到“加油”声奋力加快，这主要靠激素调节
10.如图是一个小玩具“平衡竹蜻蜓”，它的翅膀内有配重的金属块并向下倾斜，这样它的嘴尖可以稳稳地停在支架上，微风吹过，只会轻轻颤动而不会掉落。下列说法不正确的是（ ）
A. 该竹蜻蜒可以看作一个杠杆
B. 该竹蜻蜓的重心位于它的嘴尖上
C. 若将支架略微倾斜该竹蜻蜒仍能稳稳地停在支架上
D. 竹蜻蜓对支架的压力与支架对竹蜻蜓的支持力是一对相互作用力
11.如图轻质家用衣架上挂了2件质量分别为m1、m2的湿衣服处于静止（m1≠m2），下列说法中正确的是（ ）
A. 现在衣架是一个等臂杠杆 B. 因为衣架倾斜，所以衣架处于不平衡状态
C. 从图中状态可以判断m1＞m2 D. 绳子对A点的拉力F大小等于两件衣服的重力之和
12.如图所示甲乙两杠杆处于水平位置平衡，甲图上有两个体积不同的铁球，乙图上有两个体积相同的铝球和铁球，如果把他们都浸没在水中，则杠杆将发生的变化是( )
A. 仍保持平衡 B. 都失去平衡 C. 甲仍保持平衡，乙失去平衡 D. 甲失去平衡，乙仍保持平衡
二、填空题
13.如图AB为一可绕O点转动的杠杆，在A端通过绳子作用一个拉力，使杠杆平衡。
（1）.在图示位置平衡时，整个装置的总重心位于 。（选填“O处”、“OA之间处”或“BO之间”）
（2）.保持重物不动，而使绳绕A点沿图中虚线缓慢逆时针转动，则F （选填“先变大后变小”或“先变小后变大”或“不变”） ;
14.“认真观察和仔细分析”是科学研究的基本要求。
（1）.如图甲，在静止指向南北方向的小磁针上方平行地放一根直导线。闭合开关，原来静止的小磁针发生转动，原来静止的直导线仍然未动。
①小磁针发生转动，可以说明它一定受到力的作用，因为 。
②直导线仍然未动，此时偏转的小磁针对直导线 (填“有”或“没有")力的作用。
（2）.如图乙是某饮水器水龙头的结构示意图，A是固定的出水口，B是一根手柄，C是一根连接在阀门上的杆，由弹簧将它拉紧，O1是连接B、C的一根销钉。可将手柄简化为一根杠杆，手柄与A的接触点O2为支点，下压手柄，C就上升，阀门打开水流出；放手后，C自动恢复原位，水龙头关闭。
①请在答题纸相应位置图中画出动力F1的力臂l1 。
②正常使用手柄取水时，手柄属于 杠杆。
三、解答题
15.晾衣架(如图)给日常生活带来许多方便，转动手摇器能使横杆上升或下降
（1）.安装在天花板上虚线框内的简单机械应是 。
（2）.小科将挂在晾衣架上的衣服升高1.5米，用了3秒，对衣服做功的功率为10瓦，则小科对衣服做了多少功？
（3）.由于使用不当.造成晾衣架右侧钢丝绳受损，最多只能承受15牛的力，左侧钢丝绳能正常使用。晾衣架的横杆上有11个小孔，相邻两孔间的距离均为20厘米。现准备将重为20牛的一件衣服挂到水平横杆的小孔进行晾晒，通过计算说明挂在哪些编号的小孔，在侧钢丝绳会断裂(横杆、衣架和钢丝绳等自重不计)。
四、实验探究题
16.小科在学习杠杆力臂的时候，对力臂的定义为什么是支点到力的作用线的距离面不是支点到力的作用点的距离产生了疑惑。于是，他设计了一个轻质杠杆探究以上问题，杠杆的支点O在上方，三段硬棒的长度相等(如图所示)，实验步骤如下：
步骤1；用弹簧测力计在竖直方向用力，使杠杆在水平位置平衡(如图甲)，记录弹簧测力计的示数为F1。
步骤2：保持拉力作用点不变，改变拉力的方向，仍让杠杆在水平位置平衡(如图乙)，记录弹簧测力计的示数为F2。
步骤3：保持拉力的方向不变，将杠杆下端的硬棒向上移动至A、B、C处，仍让杠杆在水平位置平衡(如图丙)，记录弹簧测力计的示分别为FA、FB、FC
请回答下列问题：
（1）.根据图像可知F1= 。
（2）.请根据F1和F2的数值比较说明力臂的定义到底是支点到力的作用线的距离还是支点到力的作用点的距离 并说明理由： 。
（3）.比较F1和FA、FB、FC的数量关系，若发现 ， 则能进一步支持以上结论。
答案解析部分
一、单选题
1.【答案】 C
【解析】【分析】比较动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类。
【解答】A.使用独轮车时，车轮为支点，车的重力相当于阻力，作用在手柄上的推力相当于动力，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故A不合题意；
B.使用开瓶器时，它与瓶盖上表面接触的位置为支点，阻力作用在瓶盖下端的边缘处，动力作用在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故B不合题意；
C.使用钓鱼竿时，靠近胸口的手为支点，动力作用在鱼竿中间，阻力作用在鱼竿顶端，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故C符合题意；
D.使用铡刀时，刀片与底座相连的轴为支点，阻力作用在刀口中间，动力作用在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故D不合题意。
故选C。
2.【答案】 A
【解析】【分析】（1）首先根据图片确定动滑轮上承担拉力的绳子段数n，再根据fBA=nF1计算出AB之间的摩擦力。
（2）以定滑轮为受力分析的对象，根据二力平衡的知识计算出弹簧测力计的示数；
（3）对A进行受力分析，根据二力平衡的知识计算出A与地面之间的摩擦力。
【解答】（1）根据图片可知，动滑轮上承担拉力的绳子n=2，则AB之间的摩擦力fBA=nF1=2×3N=6N；
（2）定滑轮处于平衡状态，它向左受到弹簧测力计的拉力，向右受到三根绳子上的拉力F2。根据二力平衡的知识可知，弹簧测力计的示数F=3F2=3×3N=9N；
（3）A处于平衡状态，它受到向左的B施加的摩擦力fBA=6N，向右的拉力F1=4N，二者的合力为：6N-4N=2N。根据二力平衡的知识可知，A受到地面的摩擦力水平向右，大小为2N。
故选A。
3.【答案】 C
【解析】【分析】通过化学方程式计算可知相同质量的硫酸消耗铁的质量和铝的质量的大小关系，进而判断溶液的质量变化，结合杠杆的平衡条件判断支点的移动方向。
【解答】铁球和铝球的外形变化不大且无孔洞出现，说明金属都有剩余，即硫酸完全反应。
设消耗的铁和铝的质量分别为x、y，硫酸的质量为100g，质量分数为a%则：
Fe + H2SO4=FeSO4+H2↑　　　 2Al+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2↑
56　 98　　　　　　　　　　　　　 54　　294
　 a　　　　　　　　 　　 a　　
根据上面的方程式可知，相同质量的硫酸消耗铁的质量要比铝多。
参加反应的铁的质量大，生成氢气的质量相等，则放铁球的那个烧杯中乙溶液质量增加的多，①错误，②正确；
因为铁球减少的质量大，反应后铁球要比铝球轻，根据杠杆的平衡条件可知，故支点应向A移动，③正确，④错误。
故选C。
4.【答案】 D
【解析】【分析】（1）（2）（3）根据杠杆的平衡条件分析三个力的变化；
（4）抬升木棒，其实就是克服木棒的重力做功，根据W=Gh比较即可。
【解答】在木棒慢慢抬起的过程中，阻力臂逐渐增大，根据杠杆的平衡条件得到：G×L2=F×L1可知：G×L2的乘积不断变大；
拉力F1的动力臂L1逐渐变小，因此F1逐渐变大，故A错误；
拉力F2的动力臂保持不变，因此F2逐渐变大，故B错误；
拉力F3的方向与阻力G的方向平行，虽然二者的力臂都在变大，但是它们的比值不变，因此拉力F3不变，故C错误；
三次拉力做功都是克服杠杆的重力做功，根据W=Gh可知，三次做的功大小相等，故D正确。
故选D。
5.【答案】 A
【解析】【分析】首先根据铁与稀硫酸，铁与硫酸铜溶液的反应，判断反应后溶液的密度大小变化，然后再根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排确定铁球受到浮力的变化，最后根据F拉=G-F浮判断杠杆两端拉力的变化；哪端拉力大，哪端下沉，据此分析判断。
【解答】左边：铁和稀硫酸反应，生成硫酸亚铁和氢气，由于进入溶液铁的质量远远大于生成的氢气，所以溶液密度变大；
右边：铁和硫酸铜反应，生成硫酸亚铁和铜，由于进入溶液的铁的质量小于生成铜的质量，所以溶液的密度会变小。
那么左边溶液密度大于右边溶液密度，根据F浮=ρ液gV排可知，左边铁球上的浮力大于右边；
根据F拉=G-F浮可知，左边杠杆受到的拉力小于右边杠杆。
因此杠杆左端上翘，右端下沉。
故选A。
6.【答案】 B
【解析】【分析】（1）当物体的重力不变时，滚动摩擦比滑动摩擦要小得多；
（2）根据动滑轮和定滑轮的工作特点对拉力的大小进行判断即可。
【解答】A.机器做匀速直线运动，那么拉力与滑动摩擦力相互平衡，即拉力F=f滑；
B.机器做匀速直线运动，滑轮为动滑轮，那么拉力F=；
C.机器做匀速直线运动，滑轮为定滑轮，那么拉力F=f滚；
D.机器做匀速直线运动，那么拉力与滚动摩擦力相互品红，即拉力F=f滚。
因为f滑>f滚 ，
所以最省力的方案是B。
故选B。
7.【答案】 A
【解析】【分析】（1）首先根据阿基米德原理分析物体受到浮力的变化，然后根据FA=G-F浮分析杠杆A端受到拉力的变化，最后根据杠杆的平衡条件分析B端拉力的大小变化；
（2）当溶液达到饱和后，即使加入再多的固体，溶质的质量保持不变，即溶液的密度保持不变。
【解答】（1）在溶液达到饱和前，随着蔗糖质量的增大，溶解的蔗糖质量不断增多，液体的密度不断增大。根据公式F浮=ρ液gV排可知，物体受到的浮力不断增大。根据公式FA=G-F浮可知，杠杆A端受到的拉力不断减小。根据杠杆的平衡条件FA×AO=FB×OB可知，B端的拉力F不断减小。
（2）当溶液达到饱和后，溶液的密度不再改变，根据上面的推导过程可知，B端的拉力F保持不变。
故选A。

8.【答案】 D
【解析】【分析】配重对绳子的拉力F拉等于它的重力与对地面的压力的差，然后根据动滑轮的工作特点计算出动滑轮对杠杆A点的拉力，即 ， 然后根据杠杆的平衡条件列出平衡关系式，接下来将乙图中两组数值代入得到两个方程，联立计算出动滑轮的重力G动 ， 并最终得到F压与FB的关系式，最后将各个选项中的数值代入后计算即可。
【解答】配重在地面保持静止状态，
那么绳子对它的拉力F拉=G-F压；
对动滑轮进行受力分析可知，它受到向上的拉力FA ， 向下的动滑轮的重力G动和两个向下的拉力F拉 ，
那么得到：；
根据杠杆的平衡条件得到：；
即：;
根据乙图可知，当F压=50N时，FB=2F；当F压=80N时，FB=F；
将两组数据代入得到： ①；
②；
①②式联立得到：G动=20N，F=120N。
那么F压与FB的关系式为： ③；
A.配重对地面的压力F压为50N时，；
解得：FB=120N；
故A错误；
B.配重对地面的压力F压为90N时，；
解得：FB=80N；
故B错误；
C..配重对地面的压力F压为10N时，；
解得：FB=400N；
故C错误；
D.当配重刚好被匀速拉起时，压力为0N，；
解得：FB=440N；
故D正确。
故选D。
9.【答案】 B
【解析】【分析】（1）根据动力臂和阻力臂的长短对杠杆的分类进行判断；
（2）根据力的作用的相互性分析；
（3）根据力和运动的关系分析；
（4）根据神经调节的知识分析。
【解答】A.划龙舟时，手到船桨支点的距离小于浆头到支点的距离，即动力臂小于阻力臂，因此属于费力杠杆，故A错误；
B.浆往后划，对水施加向后的推力，而水同时施加给船桨向前是力，因此龙舟前进，说明物体间力的作用是相互的，故B正确；
C.停止划桨后，龙舟会慢慢停下来，是因为受到阻力，说明力是改变物体运动状态的原因，故C错误；
D. 运动员在比赛中听到“加油”声奋力加快，这主要靠神经调节，故D错误。
故选B。
10.【答案】 B
【解析】【分析】（1）一根硬棒围绕一个固定点转动，这根硬棒就是杠杆；
（2）根据二力平衡的知识判断；
（3）根据重心的知识判断；
（4）相互作用力的条件：大小相等，方向相反，作用在两个物体和同一直线上。
【解答】A.微风吹过时，整个蜻蜓微微颤动，只有嘴尖位置不动，相当于杠杆的支点，故A正确不合题意；
B.竹蜻蜓在支架上保持静止状态，那么它受到的重力和支持力相互平衡，二者在同一直线上，即重力作用线肯定通过支架，但是重心应该在嘴尖的下面，故B错误符合题意；
C.如果支架略微倾斜，那么重力就会相对支点产生力臂，从而将竹蜻蜓拉回原来的位置，故C正确不合题意；
D.竹蜻蜓对支架的压力与支架对竹蜻蜓的支持力，二者大小相等，方向相反，作用在同一直线和两个物体上，为相互作用力，故D正确不合题意。
故选B。
11.【答案】 D
【解析】【分析】（1）根据杠杆平衡的条件进行分析；
（2）平衡状态是指杠杆处于静止状态或匀速转动的状态；
（3）根据杠杆的平衡条件判断两个物体质量的大小关系；
（4）对衣架和物体构成的整体进行受力分析，根据二力平衡的条件进行判断。
【解答】A.作用在杠杆上的拉力等于物体的重力，由于m1≠m2 ， 所以作用在杠杆上的动力和阻力不同。由杠杆平衡的条件F1L1=F2L2可知，杠杆的动力臂不等于阻力臂，因此不是等臂杠杆，故A错误；
B.因为衣架处于静止状态，所以衣架处于平衡状态，故B错误；
C.由于不确定动力臂和阻力臂的关系，因此无法确定m1、m2的关系，故C错误；
D.衣架处于静止状态，因此受平衡力作用，即绳子对A点的拉力和衣服的总重力是平衡力，故D正确。
故选D。

12.【答案】 C
【解析】【分析】当把球浸没在水中时，它们都会受到浮力，比较杠杆两边力和力臂的乘积是否相同，进而确定杠杆是否平衡即可。
【解答】在甲图中：
原来杠杆是平衡的，那么得到：G左×L1=G右×L2 ①；
当两球浸没在水中时，它们都会受到浮力，
那么杠杆左边：
（G左-F左）×L1=（G左-）×L1=（G左-）×L1=
杠杆右边：
（G右-F右）×L1=（G右-）×L2=（G左-）×L2=
根据①式可知，杠杆左右两边力和力臂的乘积相等，那么甲仍然平衡。
在乙图中：
在甲图中：
原来杠杆是平衡的，那么得到：G铝×L1=G铁×L2 ①；
当两球浸没在水中时，它们都会受到浮力，
那么杠杆左边：
（G铝-F铝）×L1=（G铝-）×L1=G铝×L1-×L1 ②；
那么杠杆右边：
（G铁-F铁）×L2=（G铁-）×L2=G铁×L2-×L2 ②；
根据乙图可知，L1>L2；
所以杠杆左边力和力臂的乘积小于右边力和力臂的乘积，
则杠杆向右下沉，即杠杆失去平衡。
故选C。

二、填空题
13.【答案】 （1）O处
（2）先变小后变大
【解析】【分析】（1）重心就是重力在物体上的作用点，根据形状规则密度均匀物体的重心位置解答；
（2）分析动力臂的长度变化，再根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2确定动力F的变化。
【解答】（1）根据图片可知，杠杆为一根密度均匀的长方体硬棒，则重心在中心处，即在支点O处。
（2）根据图片可知，当拉力F的方向与OA垂直时动力臂最长，因此在F逆时针方向转动的过程中，动力臂先变长后变短，根据根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知，动力F先变小后变大。

14.【答案】 （1）力是改变物体运动状态的原因；有
（2）；省力
【解析】【分析】（1）①根据力与运动的关系分析解答；
②根据物体间力的作用的相互性分析解答；
（2）①力臂是从杠杆的支点到力的作用线的垂线段的长度；
②比较动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类。
【解答】（1）①小磁针发生转动，可以说明它一定受到力的作用，因为力是改变物体运动状态的原因；
②物体间力的作用是相互的，虽然直导线未动，但此时偏转的小磁针对直导线有力的作用。
（2）①通过支点O2作F1的作用线的垂线，O2到垂足之间的距离就是动力臂L1 ， 如下图所示：
②根据图片可知，在正常使用手柄取水时，动力臂大于阻力臂，则手柄属于省力杠杆。
三、解答题
15.【答案】 （1）定滑轮
（2）W=Pt=10w×3s=30J
（3）晾衣杆可看作是一个杠杆，左侧绳与晾衣杆的交点为杠杆的支点，l2为悬挂点到支点的距离根据杠杆平衡公式：F1×l1=F2×l2
可得l2= =150厘米
挂在9、10、11三个孔上晾晒会损坏晾衣架。
【解析】【分析】（1）定滑轮不随物体一起移动，动滑轮跟随物体一起移动；
（2）已知功率和时间，根据公式W=Pt计算小科对衣服做的功；
（3）将左侧钢丝绳与横杆的交点看作杠杆的支点，衣服的重力看作阻力，右侧钢丝绳对横杆的拉力看作动力，根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2列式计算即可。
【解答】（1）根据图片可知，虚线框的装置可以改变用力方向，但是不跟随衣架上下移动，应该为定滑轮。

四、实验探究题
16.【答案】 （1）3.6牛
（2）力臂的定义是支点到力的作用线的距离。图乙与图甲相比，支点到力的作用点的距离不变，支点到力的作用线的距离改变，弹簧测力计的示数变大，表明杠杆平衡与支点到力的作用线的距离有关
（3）F1=FA=FB=FC
【解析】【分析】（1）根据甲图确定测力计的分度值，然后根据指针的位置读出拉力F1；
（2）根据乙图读出拉力F2 ， 比较拉力F1和F2的大小，然后再分析支点到作用点的距离和支点到力的作用线的距离，哪个发生改变，从而找到它们之间的联系。
（3）当硬棒的位置改变时，拉力的作用点不断改变，但是支点到拉力作用线的距离保持不变。如果几个拉力都相等，那么足以说明力臂是从杠杆的支点到力的作用线的距离。
【解答】（1）根据甲图可知，测力计的分度值为0.2N，则F1=3.6N；
（2）根据乙图可知，拉力F2=4.6N，与拉力F1并不相等，则说明力臂是从支点到力的作用线的距离，理由是： 图乙与图甲相比，支点到力的作用点的距离不变，支点到力的作用线的距离改变，弹簧测力计的示数变大，表明杠杆平衡与支点到力的作用线的距离有关 。
（3）比较F1和FA、FB、FC的数量关系，若发现F1=FA=FB=FC ， 则能进一步支持以上结论。