北师大版物理八年级下册第九章 机械和功难点解析
考试时间:90分钟;命题人:物理教研组
考生注意:
1、本卷分第I卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,满分100分,考试时间90分钟
2、答卷前,考生务必用0.5毫米黑色签字笔将自己的姓名、班级填写在试卷规定位置上
3、答案必须写在试卷各个题目指定区域内相应的位置,如需改动,先划掉原来的答案,然后再写上新的答案;不准使用涂改液、胶带纸、修正带,不按以上要求作答的答案无效。
第I卷(选择题 30分)
一、单选题(10小题,每小题3分,共计30分)
1、如图,司机通过操作液压系统卸货(假设货物质量分布均匀),此时车厢部分可以看作杠杆,关于该杠杆下列分析正确的是( )
A.A点是支点,且为省力杠杆 B.A点是支点,且为费力杠杆
C.B点是支点,且为省力杠杆 D.B点是支点,且为费力杠杆
2、在甲、乙两图中,甲图地面粗糙、乙图地面光滑。质量分别为m、2m的两个物体在大小为F的水平恒力作用下,在力的方向上前进了相同的距离,则下列结论正确的是( )
甲 乙
A.甲图中 F 做的功小于乙图中 F 做的功
B.甲图中 F 做的功等于乙图中 F 做的功
C.甲图中 F 做的功大于乙图中 F 做的功
D.条件不足,无法确定甲、乙图中 F 做的功谁大
3、学习了功率知识后,几位同学想比一比谁的功率大,以下方案中不可行的是( )
A.控制爬楼时间相同,通过控制负重(背沙袋)使总重相同,爬楼高度大的功率大
B.控制爬楼高度相同,测出各自体重,测出各自爬楼时间,算出功率进行比较
C.控制爬楼高度相同,比较爬楼时间,就可以比较功率大小
D.测出各自体重,爬楼时间和爬楼高度,算出功率进行比较
4、如图所示,重300N的物体在20N的水平拉力F的作用下,以0.2m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s,滑轮组的机械效率为80%,则在此过程中下列说法正确的是( )
A.绳子自由端移动的距离为2m
B.物体与地面间的滑动摩擦力为48N
C.拉力F的功率为4W
D.有用功为120J
5、将规格完全相同的滑轮,用绳子绕成图中的甲、乙滑轮组。使用甲、乙滑轮组分别匀速提升重力为G1、G2的两物体,升高相同的高度。绳自由端施加的拉力大小分别为F1和F2,物重G1>G2,不计绳重和摩擦。则下列判断正确的是( )
A.拉力F1一定小于F2
B.甲、乙滑轮组的有用功相同
C.乙滑轮组的机械效率较高
D.甲的额外功与有用功的比值较小
6、小明家装修新房,如图所示用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别将质量相等的A、B两物体匀速向上提升,若将两物体在相同时间内提升了相同的距离。不计绳重和摩擦,下列说法正确的是( )
A.两装置绳子端上升的速度相同
B.两种装置中拉力大小相等
C.两次提升物体所做的有用功相等
D.两种装置的机械效率相等
7、如图中甲图所示,小明用弹簧测力计拉木块,使它先后两次沿水平木板匀速滑动相同的距离,乙图是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图像.下列说法正确的是( )
A.两次木块运动的速度相同
B.木块第一次受到的摩擦力较大
C.两次拉力对木块做的功一样多
D.两次拉力对木块做功的功率一样大
8、如图所示,不计动滑轮与绳之间的摩擦和重力,在水平拉力F的作用下,物体M以0.2m/s的速度向左匀速直线运动,弹簧秤的示数为20N,以下正确的是( )
①M受到地面的摩擦力为20N
②M受到地面摩擦力水平向左
③拉力F的功率为8W
④M受到的重力与地面对M的支持力是一对平衡力
A.①④ B.①② C.①③ D.②④
9、两个完全相同的滑轮,其重力均为20N。分别用图甲、乙两种方式,将重400N的物体以相同的速度匀速提升了10m,不计摩擦和绳重,则下列判断正确的是( )
A.F1做的功大于F2做的功
B.F1和F2做的功相等
C.F1做功的功率小于F2做功的功率
D.甲的机械效率小于乙的机械效率
10、如图所示,工人用撬棍撬石头时,小石块的位置不变,手放在撬棍最左端,垂直于撬棍向下压比竖直向下压更省力。根据这一现象大家提出了下列科学问题,其中最有探究价值且易于探究的是( )
A.为什么手垂直于撬棍向下压比竖直向下压更省力?
B.杠杆平衡时,动力、动力臂、阻力、阻力臂有什么关系?
C.当动力和动力臂一定时,阻力和阻力臂有什么关系?
D.当阻力和阻力臂一定时,动力和动力臂有什么关系?
第Ⅱ卷(非选择题 70分)
二、填空题(5小题,每小题5分,共计25分)
1、小明用如图所示刻度、质量分布都均匀的杠杆探究杠杆平衡条件,实验前发现杠杆左端偏高,应向 (左/右)端调节平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡。当杠杆水平平衡后,在左侧第2格上挂3个相同钩码(每个钩码重2N),则应在右侧第3格上用弹簧测力计竖直向下拉,使杠杆在水平位置平衡,则弹簧测力计示数应为 N.弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动,杠杆始终保持水平平衡,则弹簧测力计的示数将逐渐 (增大/减小/不变)。
2、某家庭轿车在水平公路上匀速前进时,受到的阻力为8×103N,则该车受到牵引力大小为 N,若汽车发动机的输出功率为80kW,5min牵引力做功 J。
3、某同学用100牛的水平拉力拉着重为500的小车在水平地面上沿直线匀速前进了20米,花了20秒,此过程中拉力对小车做功 焦,功率是 瓦,货物的重力做功 焦。
4、如图(甲)所示,用弹簧测力计测量水平桌面上的钩码所受的重力,弹簧测力计从图示位置开始向上缓慢提升,其示数F与上升的高度h之间的关系如图(乙)所示。试解答下列问题。
(1)钩码所受的重力为 N。
(2)从开始提升到h=16cm,弹簧测力计对钩码所做的功是 。
5、将如图1所示的钥匙插入锁孔转动开锁时,钥匙就相当于一个 (选填斜面或轮轴)。如图2,用滑轮拉着一重为40 N的物体向上做匀速直线运动,该滑轮为 滑轮,如果不计滑轮重及细绳与滑轮间的摩擦,则拉力F为 N。
三、计算题(3小题,每小题7分,共计21分)
1、质量为2.5t的小型载重汽车,额定功率为100kW,车上装有5t的砂石,已知汽车在平直公路上匀速行驶时所受阻力是汽车总重的0.02倍,汽车先以15m/s的速度在平直公路上匀速行驶到山坡底,消耗汽油2kg,然后又以额定功率行驶100s的时间,将砂石从坡底运送到50m高的坡顶施工现场(g=10N/kg),求:
(1)若空车停在平直公路上轮胎与路面接触的总面积为0.25m2,此时汽车对路面的压强为多少?
(2)装砂石的汽车在平直公路上匀速行驶的功率为多少?
(3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少?
2、如图所示,小华正在做俯卧撑,可以将他的身体看做一个杠杆,O为支点,A为他的重心,相关长度已在图中标明。已知他的质量m为60kg,g取10N/kg。求:
(1) 小华受到的重力G;
(2)求图示时刻地面对双手的支持力F。
3、用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M,已知被提升的物体M质量为75kg,M的体积为3×10-3m3,在M物体未露出水面的过程中,绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了10m的高度,此过程中,拉力F做的功随时间t的变化图像如图乙所示,不计绳重和摩擦力大小。求(g=10N/kg)
(1)物体M的重力;
(2)动滑轮下端挂钩上的绳子拉力;
(3)动滑轮的重力;
(4)滑轮组提升重物的机械效率。
四、实验探究(2小题,每小题12分,共计24分)
1、
(1)如图所示用刻度尺和直角三角尺联合测出一枚硬币的直径,刻度尺的分度值是 ,硬币的直径为 cm。
(2)如图是弹簧测力计测出该滑轮组提起重物所需的拉力,图中弹簧测力计的示数为 N,若已知提升重物的重力为10.8 N,则动滑轮的重力为 N(不计绳子与滑轮的摩擦)。
(3)做“观察水的沸腾”实验时,沸腾时温度计示数如图所示,为 ℃,此时气压 (选填“大于”、“等于”或“小于”)1个标准大气压。
2、
(1)如图甲,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做 运动,根据 知识,便可测出木块所受摩擦力的大小;
(2)如图乙是探究杠杆平衡条件的实验。在杠杆不挂钩码时,调节杠杆两端的 ,使杠杆保持水平并静止,这样做的好处是 。
-参考答案-
一、单选题
1、【答案】C
【解析】【解答】如图所示,卸货时,车厢围绕B转动,因此B是支点,从图中可知动力臂大于阻力臂,是省力杠杆。
故答案为:C。
【分析】动力臂大于阻力臂的杠杆为省力杠杆,省力杠杆可以省力,但是费距离,动力臂等于阻力臂的杠杆为等臂杠杆,动力臂小于阻力臂的杠杆为费力杠杆,费力杠杆可以省距离,但是费力。
2、【答案】B
【解析】【解答】由题意可知,两个物体在大小为F的恒力作用下,在力的方向上前进了相同的距离s,根据W=Fs可知,甲图中F做的功等于乙图中F做的功。
故答案为:B。
【分析】根据W=Fs可得解.
3、【答案】C
【解析】【解答】A.控制爬楼时间相同,通过控制负重(背沙袋)使总重相同,爬楼高度越大,做的功越多,功率越大,可以比较功率大小,不符合题意;
B.控制爬楼高度相同,测出各自体重,测出各自爬楼时间,算出功率进行比较,可以比较功率大小,不符合题意;
C.控制爬楼高度相同,比较爬楼时间,不知道他们的重力,不能比较做功多少,无法比较功率大小,符合题意;
D.测出各自体重,爬楼时间和爬楼高度,算出功率进行比较,可以比较功率大小,不符合题意;
故答案为:C
【分析】功率(P):单位时间(t)里完成的功(W),叫功率。
4、【答案】B
【解析】【解答】解:A、由图知,n=3,则绳子自由端移动的距离:s绳=3s物=3v物t=3×0.2m/s×10s=6m,A不符合题意;
B、有用功W有=fs物,拉力做的总功W总=Fs绳,
因为η= = = = ,
所以物体与地面间的滑动摩擦力:
f=η×3F=80%×3×20N=48N,B符合题意;
C、拉力做功为:W总=Fs绳=20N×6m=120J,
拉力做功的功率:P= = =12W,C不符合题意;
D、有用功:W有=fs物=fv物t=48N×0.2m/s×10s=96J,D不符合题意。
故答案为:B。
【分析】利用s=vt求物体移动距离,拉力端移动的距离等于物体移动距离的n倍;利用η= = 求摩擦力f;再利用W总=Fs绳求拉力做的总功,再利用P= 功率公式求拉力做功功率;利用W有=fs物=fv物t计算拉力做的有用功.
5、【答案】D
【解析】【解答】A.由题意可知,拉力F1 F2分别为,
物重G1>G2,拉力F1不一定小于F2,A项错误;
B.物重G1>G2,升高相同的高度,则,
则甲滑轮组的有用功大于乙滑轮组有用功,即
B项错误;
C.不计绳重和摩擦,甲、乙滑轮组中动滑轮重力相同,升高相同的高度,则,
则额外功相同,即
甲、乙滑轮组所做额外功相同,而甲滑轮组的有用功大于乙滑轮组有用功,所以甲滑轮组的机械效率大于乙滑轮组机械效率,即甲滑轮组的机械效率较高,C项错误;
D.甲、乙滑轮组所做额外功相同,而甲滑轮组的有用功大于乙滑轮组有用功,所以甲的额外功与有用功的比值较小,D项正确。
故答案为:D。
【分析】滑轮组绳子的拉力和物体重力、动滑轮重力和绳子股数有关;根据物体的重力和高度的乘积,计算有用功;有用功越大,额外功相同时,机械效率越大。
6、【答案】C
【解析】【解答】A.两物体在相同时间内提升了相同的距离,物体速度相同,甲是定滑轮,绳端速度等于物体速度,乙是动滑轮,绳端速度是物体速度2倍,A不符合题意;
B.定滑轮不省力,动滑轮省力,所以两种装置中拉力大小不相等,B不符合题意;
C.物体重力相同,提升了相同的距离,根据W=Gh,有用功相等,C符合题意;
D.乙是动滑轮,需要克服滑轮重力做功,甲是定滑轮,不用克服滑轮重力做功,有用功相同,乙总功多,根据 ,甲机械效率高,D不符合题意。
故答案为:C。
【分析】物体的重力和高度相同时,做功相同;使用定滑轮时,拉力等于物体的重力,移动距离等于物体的距离;动滑轮可以省力,但费距离。
7、【答案】C
【解析】【解答】A.两次木块运动相同的距离,第2次所用时间比第1次长,两次木块运动的速度不相同,A选项说法不正确;
B.摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关,两次运动中压力大小和接触面的粗糙程度相同,所以摩擦力相同,B选项说法不正确;
C.木块两次沿水平木板匀速滑动相同的距离,两次滑动中水平方向所受到的滑动摩擦力与拉力是一对平衡力,大小相等,因摩擦力大小相等,两次的拉力相等,由W=Fs可得两次拉力对木块做的功一样多,C选项说法正确;
D.由图可见两次滑动距离相同,所用时间不同,由 得两次拉力对木块做功的功率不一样大,D选项说法不正确;
故答案为:C.
【分析】当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,即物体处于平衡状态,此时物体受到的力为平衡力拉力等于摩擦力;求解外力做功,利用外力大小乘以位移在力的方向上移动的距离即可,即W=Fs。
8、【答案】A
【解析】【解答】①②弹簧秤的示数为20N,即绳子对弹簧秤的拉力为20N,因同一根绳子各处的拉力大小相同,所以绳子对物体M的拉力也为20N;物体M向左匀速直线运动,其受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,所以M受到地面的摩擦力f=F拉=20N
方向与物体运动方向相反,即水平向右;故①正确,②错误;
③不计动滑轮与绳之间的摩擦和重力,由图知,拉力作用在动滑轮轴上,与右侧两段绳子的拉力平衡,则拉力的大小为F=2F示=2×20N=40N
由图知,n=2,且拉力F作用在动滑轮轴上,费力但省一半的距离,则拉力端移动的速度是物体移动速度的 ,故拉力端移动的速度v拉力端= v= ×0.2m/s=0.1m/s
拉力的功率为P=Fv拉力端=40N×0.1m/s=4W
故③错误;
④M受到的重力与地面对M的支持力大小相同、方向相反、在同一直线上、作用在同一个物体上,所以二力是一对平衡力,故④正确;
综上可知,只有①④正确。
故答案为:A。
【分析】作用在动滑轮上的拉力是绳端拉力的二倍;重力与地面的支持力大小相同、方向相反、在同一直线上、作用在同一个物体上,所以二力是一对平衡力;根据力和速度的乘积计算功率的大小。
9、【答案】C
【解析】【解答】AB.根据图像,甲是定滑轮,拉力F1只对物体做功,拉力F2对物体和动滑轮做功,则F1做功小于F2做功,A不符合题意,B不符合题意;
C.因为F1做的功小于F2做的功,在相同时间内,F1的功率小于F2的功率,C符合题意;
D.甲图是定滑轮,没有额外功,乙是动滑轮,有额外功,所以,甲的机械效率大于乙的机械效率,D不符合题意。
故答案为:C.
【分析】根据物体重力和滑轮重力分析定滑轮和动滑轮拉力大小,做功的多少和功率。
10、【答案】D
【解析】【解答】A.为什么手垂直于撬棍向下压比竖直向下压更省力?只是针对现象提出问题,没有探究现象产生的本质,没有探究价值,A不符合题意;
B.探究四个因素有什么关系?实验室中是将杠杆至于水平位置,便于测量力臂,多次改变动力、阻力找出一般规律,属于不易于探究,B不符合题意;
CD.撬石头,阻力、阻力臂一定,改变动力和动力臂较容易该问题有价值且易于探究,而动力和动力臂一定,改变阻力和阻力臂较麻烦,C不符合题意,D符合题意。
故答案为:D。
【分析】杠杆平衡时,如果阻力和阻力臂固定,根据杠杆的平衡条件可得,如果动力臂越大,那么动力就越小,如果动力臂越小,动力就越大。
二、填空题
1、【答案】左;4;增大
【解析】【解答】(1)实验前杠杆左端偏高左侧高,右端低,根据杠杆的平衡条件可知,应向左调节平衡螺母,(2)设杠杆的一个小格为L,因在右侧第3格上用弹簧测力计竖直向下拉,根据力臂的定义,动力臂为3L,根据根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2,即F×3L=3×2N×2L,则弹簧测力计示数F=4N;(3)弹簧测力计在竖直方向向下拉时,动力臂OB,如下所示: 由竖直方向逐渐向左转动,阻力、阻力臂不变,动力臂为直角三角形OBA的直角边OA,根据数学知识,直角边OA小于斜边OB,动力臂逐渐变小,根据杠杆平衡条件得,动力逐渐变大,弹簧测力计示数将逐渐增大。
故答案为:左;4;增大。
【分析】杠杆调节平衡的方法与天平的调节方法一样,向高的一端调节平衡螺母.
根据根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2即可求得 弹簧测力计示数 .
由竖直方向逐渐向左转动,阻力、阻力臂不变,动力臂逐渐变小,根据杠杆平衡条件得动力变化情况.
2、【答案】8×103;2.4×107
【解析】【解答】轿车匀速前进,处于平衡状态,所以 根据 可得
【分析】匀速直线运动的物体,受到平衡力,二力平衡时,力的大小相等,利用功率和时间的乘积计算功的大小。
3、【答案】2000;100;0
【解析】【解答】拉力对小车做的功是 拉力做功的功率是 货物受到重力的作用但并没有在重力的方向上移动一段距离,所以重力做的功是0J。
【分析】求解外力做功,利用外力大小乘以位移在力的方向上移动的距离即可,即W=Fs;利用外力做的功除以做功需要的时间即为功率。
4、【答案】(1)4.5
(2)0.45J
【解析】【解答】(1)钩码离开桌面后弹簧测力计的示数不再变化,此时示数即为钩码所受重力大小,故钩码所受的重力为4.5N。
(2)弹簧测力计对钩码所做的功W=Fs=Gh=4.5N×0.10m=0.45J
【分析】(1)钩码脱离桌面后,弹簧的拉力等于物体的重力;
(2)求解外力做功,利用外力大小乘以位移在力的方向上移动的距离即可,即W=Fs。
5、【答案】轮轴;动;20
【解析】【解答】钥匙插入锁孔转动开锁时,钥匙绕锁孔的中心转动,相当于一个轮轴,动力施加在轮上。
如图,滑轮随物体一起向上运动,所以是动滑轮。
如果不计滑轮重及细绳与滑轮间的摩擦,则拉力为
【分析】中心转轴移动的为动滑轮,动滑轮可以省力但不能改变力的方向,其中拉力等于物体重力的一半,但是拉力移动的距离为重物移动距离的两倍。
三、计算题
1、【答案】(1)解:空车对路面的压强为p= = = = =1.0×105Pa
即此时汽车对路面的压强为1.0×105Pa。
答:若空车停在平直公路上轮胎与路面接触的总面积为0.25m2,此时汽车对路面的压强为1.0×105Pa;
(2)解:汽车的总重G总= m总g=(2.5+5)×103kg×10N/kg=7.5×104N
受到的阻力为f=0.02G总=0.02×7.5×104N=1.5×103N
由于汽车匀速运动,则汽车牵引力为F=f=1.5×103N
汽车在平直公路上匀速行驶的功率P=Fv=1.5×103N×15m/s=2.25×104W
即汽车在平直公路上匀速行驶的功率为2.25×104W。
答:装砂石的汽车在平直公路上匀速行驶的功率为2.25×104W;
(3)解:汽车在斜坡上做的有用功为W有用=G砂石h=m砂石gh=5×103kg×10N/kg×50m=2.5×106J
由P= 可得总功W总=P额t=100×1000W×100s=1.0×107J
则机械效率为η= ×100%= /×100%=25%
即汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是25%。
答:汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是25%。
【解析】【分析】(1)根据p=求出此时汽车对路面的压强。
(2)结合题意,先求得汽车所受的阻力,因汽车在平直公路上匀速行驶,搜平衡力,据此得出汽车的牵引力,根据P=Fv可知装砂石的汽车在平直公路上匀速行驶的功率。
(3)由W有用=G砂石h求出有用功;由P=可得总功;再利用斜面的机械效率公式η= ×100%求出机械效率。
2、【答案】(1)小华受到的重力: G=mg=60kg×10N/kg=600N
(2)根据杠杆的平衡条件:F1L1=F2L2
即 FL1=GL2
地面对双手的支持力: =400N
【解析】【分析】(1)根据重力与质量的关系G=mg,计算重力。
(2)分析力臂和力,根据杠杆平衡条件 F1L1=F2L2 ,进行力的求解。
3、【答案】(1)解:物体M的重力
答:物体M的重力是750N
(2)解:物体M未露出水面时受到的浮力
动滑轮下端挂钩上的绳子拉力
答:动滑轮下端挂钩上的绳子拉力是720N
(3)解:滑轮组的动滑轮绕2段绳,由乙图可知,当t=20s时,拉力F做的功W=8000J,因为
所以
拉力F的大小
动滑轮的重力
答:动滑轮的重力是80N
(4)解:滑轮组提升重物的机械效率
答:滑轮组提升重物的机械效率是90%。
【解析】【分析】(1)根据物体的质量计算重力大小;(2)利用液体密度和排开液体的体积可以计算浮力大小;(3)根据功和距离的乘积计算拉力大小;利用对物体的拉力和滑轮组的拉力,可以计算动滑轮的重力;(4)利用对物体的拉力和滑轮组绳子的拉力,计算机械效率大小。
四、实验探究
1、【答案】(1)0.1cm(或1mm);2.50cm
(2)4.6;3
(3)98;小于
【解析】【解答】(1)根据图像,刻度尺最小的两格距离为1mm,分度值为1mm,三角板直角间的距离为7.50cm-5.00cm=2.50cm;(2)根据弹簧测力计的指针位置,示数为4.6N,滑轮组有3股绳,动滑轮重力为;(3)根据温度计液柱位置,温度为98℃,由于此时的沸点低于标准大气压时水的沸点,说明此时的大气压低于标准大气压。
【分析】(1)根据最小的格分析分度值,利用物体对应的刻度值差计算物体的长度;
(2)根据测力计指针位置测量力的大小,根据滑轮组的绳的股数和物体的重力可以计算动滑轮重力;
(3)利用温度计中液柱位置读取温度,气压越低,液体的沸点越低。
2、【答案】(1)匀速直线;二力平衡
(2)平衡螺母;便于实验时能从杠杆上直接读出力臂
【解析】【解答】(1)在研究影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中,只有沿水平方向拉着物体做匀速直线运动,物体在水平方向上受到平衡力的作用,拉力大小才等于摩擦力的大小
实验时,用弹簧测力计水平拉动木块,使它沿长木板做匀速直线运动,由二力平衡知识测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。
(2)探究杠杆平衡条件的实验中,首先在杠杆不挂钩码时,需要调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆保持水平并静止,这一调节过程的目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响;杠杆在水平位置平衡时,力的方向与杠杆垂直,便于测量力臂。
【分析】(1)物体做匀速直线运动,处于平衡状态,拉力等于摩擦力;
(2)调节杠杆平衡,杠杆的哪一端高就把平衡螺母往哪端调,最后使杠杆在水平位置平衡;杠杆在水平位置平衡,便于测量力臂的大小。