第4节 简单机械 计算解答专题（培优）（含答案）

简单机械解答题
1. 如图所示为小召同学做俯卧撑时的示意图。已知小召同学体重60kg，1min钟内做了45个，每做一次肩膀升高40cm，人身体可视为杠杆，O点为支点，E点为重心，OA=1m，AB=0.5m。试分析计算回答：
（1）试判断：做俯卧撑时人所属的杠杆类型为________。
（2）手对地面的压力为多少牛
（3）若每个手掌的面积是0.02m2 ， 求双手对地面的压强是多少Pa
（4）小召此次做俯卧撑的功率为多少
2. 如图所示，是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图．已知井深12m，物体重G=6×103N，汽车重G车=3×104N，汽车匀速拉绳子时的拉力F=2.2×103N，汽车受到的阻力为车重的0.1倍．求：
（1）将物体从井底拉至井口的过程中，汽车拉绳子的拉力对滑轮组做了多少功？
（2）滑轮组的机械效率为多少？（保留一位小数）
（3）若汽车运动的速度为3m/s，则将物体由井底拉至井口需要多长时间？
（4）汽车牵引力为多少？牵引力的功率为多少？
3. 图甲是可以测量体重的转盘式弹簧秤，其内部结构原理如图乙所示。当人站在秤盘上时，会对B点产牛压力，弹簧被拉伸，并带动衔铁CD使锯条状的金属片移动（锯条移动的距离与弹簧拉伸的距离相同），锯条上的锯齿再带动齿轮旋转，齿轮再带动表针旋转（转盘固定不动），给出最终的读数（表盘上的刻度未标出）。已知AB:BC=1：2，锯条上每个锯齿间的距离为1毫米，齿轮共有60个齿面（未完全画出）。
（1）表盘上的刻度值按顺时针方向逐渐________（填“变大”或“变小”）。
（2）有同学认为人直接站在C点也可以进行测量，不需要AB棒，请你写出该体重计这样设计的好处是________________________________。
（3）图丙表示上述弹簧的伸长长度△L与所受拉力F的关系。当某人站在秤盘上测量体重时，指针旋转了1/3圈，请计算此人的质量是多少？（g取10牛/千克）
4. 利用如图所示的滑轮组，用F=800N的力拉绳子自由端，货物A重3000N，A以0.6m/s的速度匀速直线运动10s，整个过程中，滑轮组的机械效率为75%，求：
（1）货物A在10s内移动的距离。
（2）该过程中拉力F的功率。
（3）水平地面对货物A的摩擦力大小。
5. 图甲是小区内的健身器械坐拉器，图乙是结构模型图。坐在座椅上的人，用力向下拉动手柄A时，操作杆AB会绕着转轴O1转动，连杆BD拉动杆O2C绕转轴O2转动，将座椅向上抬起。图乙中O1A：O1B=6：1，O2C：O2D=2：1，此时AB杆处于水平位置，BD杆垂直于杆AB和O2C，BD杆对AB和O2C杆的拉力均沿着BD。某同学想估算坐在坐拉器上抬起自己的拉力大小。若手臂对手柄A的拉力方向和人的重力方向在同一直线，忽略坐拉器自重、转动时摩擦和座椅尺度。问：
（1）杠杆AO1B可视作一种________杠杆（填“省力”或“费力”）。
（2）若该同学质量为50kg，此时他让自己保持在图乙状态，需要对手柄A施加竖直向下拉力为多大？
6. 在拓展课上，小泉同学模拟某建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组。他用该滑轮组在4秒内将一个重为100牛的物体，沿着水平地面匀速拉动了2米。人的拉力为18牛，物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35倍，不计绳重及机械的摩擦。求：
（1）人的拉力所做的功。
（2）人的拉力做功的功率。
（3）动滑轮受到的重力。
（4）滑轮组的机械效率。
7. 一轻质光滑薄平板AB（质量忽略不计），可绕水平转轴自由转动（转轴以O点表示）。
已知平板与水平地面的夹角为30，A0长0.6m，OB长0.4m。在平板中点N处挂一质量为10kg的重物，将一个质量为5kg的小球在距离地高为H=0.5米处静止释放，沿光滑轨道到达AB上。
（1）小球从最高点下滑至地面的过程中，重力所做的功为多少？
（2）从能量转化和守恒的角度来解释小球为什么一定可以通过O点？.
（3）通过计算说出小球运动到距离O多远处时，平板AB会发生转动？（小球对杠杆的压力为自身重力的）
8. 小明想把重1000N的木箱A搬到高h=5m，长L=10m的斜面上，如图所示．他站在斜面上，沿斜面向上用F=600N的拉力使木箱A以v=0.2m/s的速度匀速从斜面底端拉到斜面顶端．求：
（1）小明同学拉木箱的功率是多大？
（2）该斜面的机械效率是多少？
（3）木箱A在斜面上匀速运动时受到的摩擦力是多大？
9.某同学的质量为60千克，每只鞋底与地面的接触面积为0.02m2 ， 图甲是该同学用滑轮组匀速提升水中物体A时的情形，图乙是动滑轮挂钩对物体的拉力与物体浸人水中的深度的变化图象。当物体完全浸没于水中时，该同学对地面的压强为1×104Pa，（忽略摩擦绳重）。求：
（1）物体A浸没时所受到的浮力是多少？
（2）物体A的密度为多少？
（3）此滑轮组中的动滑轮重为多大？
10. 工人用如图甲所示的滑轮组利用箱子运送建材上楼.每改运送量不定，滑轮组的机械效率随建材重量变化的图像如同乙所示，滑轮和钢绳的摩擦力及绳重忽略不计，g取10N／kg。
（1）若某次运送建材的质量为40 kg.求此时的拉力是多少？
（2）若工人在1min内将建材匀速竖直向上提升了12 m，作用在钢绳上的托力为200 N，拉力做功的功率是多大？
（3）当滑轮组的机械效率为60％时，运送建材的重力是多大？
参考答案详解
1.
【解析】（1）省力杠杆
（2）解：杠杆平衡条件： F1L1=F2L2 F×OB=G×OA F×1.5=G×1
G=mg=600N F=400N，力的作用是相互的，故手对地面的压力为400N
（3）解：F=400N,S=0.04m2 ， P=F/S=400N/0.04m2=10000Pa
（4）解：W=FS=400N×0.4m×45=7200J P=W/t=7200J/60s=120W
2.
【解析】（1）解：由图知，n=3，
将物体从井底拉至井口的过程中，绳端移动的距离：s=3h=3×12m=36m，
汽车拉绳子的拉力对滑轮组做的功：W总=Fs=2.2×103N×36m=7.92×104J
（2）解：W有用=Gh=6×103N×12m=7.2×104J；滑轮组的机械效率：η≈90.9%
（3）解：已知汽车运动的速度为v=3m/s，则物体上升速度：v物= =1m/s，t物=12s
（4）解：汽车匀速运动时，受向右的牵引力、向左的绳子拉力和向左的阻力，
根据力的平衡条件可得牵引力：F牵=F+f=F+0.1G车=2.2×103N+0.1×3×104N=5.2×103N，
牵引力做功功率：P=F牵v汽=5.2×103N×3m/s=1.56×104W．
3.
【解析】（1）变小
（2）可以测量更大的体重
（3）指针旋转1/3圈时，锯齿移动20个，20*1毫米=20毫米，即弹簧伸长20毫米，
由图丙可知弹簧受到的拉力F=200牛
FClAC = FBlAB FB=200牛×3=600牛
m=G/g=600牛/10牛/千克=60千克
4.
【解析】（1）S=Vt=0.6m/s×10s=6m
（2）解:n=3，绳子自由端拉力F的速度为V=0.6m/s×3=1.8m/s
P=FV=800N×1.8m/s=1440w
（3）η=W有/W总 ， W总=Pt=FS=14400J，W有=14400J×75%=10800J，
有滑轮组水平移动重物过程中，克服重物受到的摩擦力做功为有用功，W有=fS物
故f= W有/S物=10800J/6m=1800N
5.
【解析】 （1）省力
（2）解：G=mg=50kg×10N/kg=500N
FA×O1A=FB×O1B，即FB=6FA ①式
（G-FA'）×O2C=FD×O2D，即：FD=2（G-FA'）②式
由于物体间相互作用力的大小相等，FB=FD、FA=FA'
由①式、②式得：FA=125N
6.
【解析】（1）由图知，n=2，则绳端移动的距离：s绳=n s物=2×2m=4m，人的拉力所做的功：
W=Fs绳=18N×4m=72J；
（2）拉力F做功的功率：P==Fv =18W；
（3）因为物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35倍，所以物体受到的摩擦力：
f=0.35G=0.35×100N=35N；
因物体匀速移动时处于平衡状态，物体受到的拉力F拉和摩擦力是一对平衡力，所以，滑轮组对物体的拉力：F拉=f=35N，
不计绳重及机械的摩擦，由F= （G动+F拉）可得，动滑轮的重力：
G动=nF﹣F拉=2×18N﹣35N=1N。
（4）W有用=fs物=35N×2m=70j，W总=Fs绳=18N×4m=72J , 机械效率:70j/72j*100%=97.2%
7.
【解析】（1）小球从最高点下滑至地面的过程中，重力所做的功：
W＝Gh＝mgh=5kg×10N/kg×0.5m=25J；
（2）因为OA长0.5m，它与地面的夹角为30°，则O点距地面的高度为0.3m；由于小球下滑和上升的表面光滑，没有摩擦力，小球下滑时重力势能转化为动能，上升的过程中动能转化为重力势能，转化过程中没有能量损失，小球上升的高度一定等于0.5m，所以小球一定可以通过O点；
8
【解析】 （1）因为F=600N，v=0.2m/s，
所以小明同学拉木箱的功率为：P==Fv=600N×0.2m/s=120W；
（2）因为G=1000N，h=5m，所以做的有用功为：W有用=Gh=1000N×5m=5000J，
做的总功W总=Fs=600N×10m=6000J 则机械效率为：η=×100%=≈83.3%．
（3）额外功为：W额外=W总﹣W有用=6000J﹣5000J=1000J，而W额外=fL， 则摩擦力的大小为： f==100N．
9.
【解析】（1）解：F浮=600N-300N=300N
（2）解：V物=V排=F浮/ρ液g=300N/(1000Kg/m3×10N/Kg)=0.03m3
m=G/g=600N/10N·kg-1=60Kg ρ物=m/V物=60Kg/0.03m3=2000Kg/m3
（3）解：G人=mg=60Kg×10N·kg-1=600N F支=F压=PS=1×104Pa×0.04m2=400N
F绳=G-F支=600N-400N=200N G动=2F绳-F水=400N-300N=100N
10.
【解析】
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