第12章:简单机械
一、单选题
1.(2022春·河南安阳·八年级统考期末)如图所示,一块厚度很薄、质量分布均匀的长方体水泥板放在水平地面上,若分别用一竖直向上的动力F1、F2作用在水泥板一端的中间,欲使其一端抬离地面,则( )
A.F1>F2,因为甲中的动力臂长
B.F1C.F1>F2,因为乙中的阻力臂短
D.F1=F2,因为动力臂都是阻力臂的2倍
2.(2022春·河南驻马店·八年级统考期末)如图所示,质地均匀的直尺AB放在水平桌面上,尺子伸出桌面的部分OB是全尺长的三分之一。当B端挂5N的重物G时,直尺的A端刚刚开始翘起,则这把直尺受到的重力是( )
A.2.5N B.5N C.10 N D.15 N
3.(2022春·河南平顶山·八年级统考期末)如图甲所示,停车场的入口处常用横杆来控制车辆的出入。我们可以将横杆看作一个杠杆,如图乙所示,横杆的质量分布均匀,O为横杆的支点,横杆的重力G=100N,AB=3m,AO=0.3m。下列有关说法正确的是( )
A.在升起横杆时,施加在A端的力为动力,此时横杆是费力杠杆
B.相同条件下,在A端施加的动力越靠近O点,升起横杆所需的动力越小
C.升起横杆时,沿F1方向比沿F2方向更省力
D.要使横杆AB保持水平平衡,则在A端施加的最小的力为500N
4.(2022春·河南新乡·八年级统考期末)家具用品中有很多被称为 “神器”的小工具,给生活带来了很多便利。如图所示,下列“神器”中属于费力杠杆的是( )
A.餐盘夹子
B.核桃夹子
C.手动榨汁器
D. 压蒜器
5.(2022春·河南开封·八年级统考期末)如图所示,O为杠杆的支点,在A点挂一重物,图中力F1、F2、F3和F4能使杠杆在水平位置平衡的最小拉力是( )
A.F1 B.F2 C.F3 D.F4
6.(2022春·河南郑州·八年级统考期末)如图所示的工具中都是利用了杠杆原理、下列说法正确的是( )
A.①和②都属于省力杠杆
B.③中的独轮车在使用时手离车厢越近越省力
C.使用图④的工具可以提高机械效率
D.以上说法都不正确
7.(2022春·河南驻马店·八年级统考期末)用如图所示的四种方式匀速提升同一物体,不计机械自重和摩擦,其中拉力最大的是( )
A. B.
C. D.
8.(2022春·河南南阳·八年级统考期末)如图所示,两个物体的重量分别是G1和G2,当滑轮平衡时,G1∶G2为(忽略绳子和滑轮的重力及绳子和滑轮间的摩擦力)( )
A.1∶1 B.2∶1 C.1∶3 D.1∶2
9.(2022春·河南三门峡·八年级统考期末)如图所示是小新家在郊游时用滑轮组拉车的情景。他们10s内将静止在水平地面上质量为1.6t的汽车匀速拉动了1m。已知水平拉力F=500N,汽车运动时受到的阻力是它重力的0.05倍,汽车与地面的总接触面积为800cm2。下列说法正确的是( )
A.汽车静止时,汽车对地面的压强为2×104Pa
B.汽车在运动过程中,汽车重力做功为1.6×104J
C.汽车在运动过程中,此滑轮组的机械效率为80%
D.汽车在运动过程中,拉力做功的功率为80W
10.(2022春·河南洛阳·八年级统考期末)如图,是一位同学组装的提升重物装置,他用100N的拉力F,在10s内把重150N的重物G提升4m,则此过程中( )
A.该滑轮组的效率为75% B.他做的总功为1200J
C.他做的有用功为800J D.他对滑轮组做功的功率为60W
11.(2022春·河南三门峡·八年级统考期末)如图,斜面长s为1.2m、高h为0.3m,现将重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端,若拉力F为5N,拉力的功率为3W,则( )
A.斜面的机械效率为75%
B.拉力做的总功为4.8J
C.物体沿斜面的运动速度是0.6m/s
D.物体在斜面上受到的摩擦力是1N
二、填空题
12.(2022春·河南洛阳·八年级统考期末)如图所示,用固定在墙上的三角支架放置空调室外机,已知长,长。室外机的重力为,恰好作用在中点处,则A处螺钉的水平拉力为__________N(支架重力不计)。为了安全,室外机的位置应尽量__________墙壁。
13.(2022春·河南商丘·八年级统考期末)如图是同学们常用的燕尾夹,AB=BC,当用力摁住C点打开该夹子时,可把______点看作支点,此时夹子可近似看作________杠杆(选填“省力”“费力”或“等臂”).
14.(2022春·河南安阳·八年级统考期末)如图所示,体重为400N的小明站在水平地面上用定滑轮竖直向下匀速拉重为100N的物体。小明与地面间的接触面积为200cm2,不计绳重与摩擦,则小明对地面的压强为______Pa。若小明向右移动到A点拉住同一物体,则他需要施加的拉力将______(选填“大于”“小于”或“等于”)100N。
15.(2022春·河南驻马店·八年级统考期末)如图所示,拉力F1、F2、F3分别通过三个滑轮,拉重力为100N的同一物体A在水平地面匀速通过2米的距离。若物体A与水平地面间的滑动摩擦力大小都为50N,忽略绳重和绳子与滑轮之间的摩擦,则F2_____F3,拉力F1、F2所做的功W1_____W2。(均选填“大于”、“小于”或“等于”)
16.(2022春·河南三门峡·八年级统考期末)如图所示,用平行于斜面、大小为2.5N的拉力F,将重为3.6N的物体从斜面底端匀速拉至顶端,则有用功是______J,机械效率是______,摩擦力为______N。
17.(2022春·河南洛阳·八年级统考期末)用如图所示滑轮组拉动物体A在粗糙的水平面上运动,不计绳和滑轮的自重。当F为20N时,物体A在水平面上做匀速直线运动,此时物体A受到地面的摩擦力为30N,则滑轮组的机械效率是 ___________;当F增大到50N时,物体A受到地面的摩擦力为 ___________N。
18.(2022春·河南商丘·八年级统考期末)用如图所示的动滑轮将重25N的货物匀速提升1米的过程中,所用拉力F=15N。若不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦。则动滑轮重为 _____N;拉力移动的距离为 _____m;提升货物做的有用功为 _____J。
三、作图题
19.(2022春·河南驻马店·八年级统考期末)如图,轻质杠杆AB可绕O点转动,请在图中画出使杠杆保持平衡的最小力F的示意图并画出该力的力臂l。
20.(2022春·河南洛阳·八年级统考期末)在图中,分别画出动力臂 l1和阻力 F2的示意图。
21.(2022春·河南新乡·八年级校考期末)某剧组为拍摄节目需要,设计了如图所示的拉力装置来改变照明灯的高度,轻质杠杆ABO可绕O点转动,请在图中画出:
(1)杠杆所受拉力的力臂L1;
(2)杠杆所受阻力F2的示意图.
22.(2022春·河南濮阳·八年级统考期末)如图所示,某人站在A处通过一根绳和两个滑轮匀速提起物体B,请画出最省力的绳子绕线。
四、实验题
23.(2022春·河南洛阳·八年级统考期末)在“探究杠杆的平衡条件”实验中,每个钩码质量都相等。
(1)如图甲所示,杠杆在此位置静止,这时杠杆______(选填“平衡”或“不平衡”)。
(2)调节杠杆的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,是为了便于测量______。
(3)如图乙所示,若在A位置挂两个钩码,现有三个钩码,需挂在杠杆O点右侧第______格的位置,使杠杆再次在水平位置平衡。
(4)实验时,多次换用不同数量的钩码,并改变钩码在杠杆上的位置,重复实验,这样做的目的是______。
(5)如图丙所示,用弹簧测力计在B位置向下拉杠杆,保持杠杆在水平位置平衡,弹簧测力计由图中a位置移至b位置时,其示数______(选填“变大”“不变”或“变小”)。
24.(2022春·河南驻马店·八年级统考期末)乌海湖大桥建筑工地上矗立的塔吊,是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率,节约电能呢?为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图所示,实验数据记录如表所示。
实验次数 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5%
(1)实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计;
(2)分析表中数据可知:第4次实验是用图______所示装置来完成的;
(3)通过比较1、2两次实验数据可得出:使用同一滑轮组提升相同重物,滑轮组的机械效率与重物上升高度______;
(4)通过比较______两次实验数据可得出:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高;
(5)通过比较3、4两次实验数据可得出:不同滑轮组提升相同重物,动滑轮越重机械效率______;
(6)为提高滑轮组机械效率、节约电能,根据以上结论和生活经验,你建议可采取的措施有______。
A.减轻动滑轮重 B.增加所提物体重
C.机械加润滑油 D.增加重物上升高度
25.(2022春·河南焦作·八年级统考期末)某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率,记录数据如下表
试验序号 钩码G/N 钩码上升的高度h/m 绳端的拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率η/%
① 4 0.1 1.8 0.3 74.1
② 6 0.1 2.4 0.3
(1)实验时,应沿竖直方向______拉动弹簧测力计;
(2)第2次实验中,拉力做的总功是______J,滑轮组做的有用功是______J,滑轮组的机械效率η=______(结果保留一位小数);
(3)由记录数据分析,两次机械效率不同的主要原因是______。
五、计算题
26.(2022春·河南漯河·八年级统考期末)甲、乙是两个完全相同的均匀实心圆柱体,底面积为20cm2,高为10cm,重力为5.4N。甲放在水平地面上,细绳的一端系于圆柱体甲上表面的中央,另一端竖直拉着轻质杠杆的A端,AO:OB=2:1,当把圆柱体乙悬挂在杠杆的B端,并放入装有一定量水的薄壁圆柱形容器M中,此时,杠杆在水平位置平衡,圆柱体乙刚好有体积浸在水中,容器中水的深度为20cm,如图所示。(已知ρ水=1.0×103kg/m3)求:
(1)容器M底部受到水的压强;
(2)圆柱体乙受到水的浮力;
(3)杠杆在水平位置平衡时,A端受到绳子的拉力。
27.(2022春·河南洛阳·八年级统考期末)在美丽乡村建设中,政府为某村购置一批健身器材。工人在往车上搬运装有健身器材的箱子时,用长木板搭了一个3m长的斜面,把120kg的箱子沿斜面匀速推到1m高的车厢上,如图所示。推箱子做的额外功是300J。(g取10N/kg)求:
(1)推箱子做的有用功;
(2)斜面的机械效率;
(3)沿斜面的推力。
28.(2022春·河南商丘·八年级统考期末)如图,塔式起重机上的滑轮组匀速吊起重物时,所用的拉力为 5×103N,重物升高 2m,此过程中滑轮组的机械效率为80%,g 取 10N/kg。求:
(1)拉力做的总功;
(2)有用功与物重;
(3)若克服摩擦和钢绳重所做的功为 5.0×103J,求动滑轮重。
29.(2022春·河南鹤壁·八年级统考期末)2021年7月,河南郑州及豫北出现大暴雨,局部特大暴雨,城市出现严重内涝灾害。为了尽快疏通道路,抢险救援人员利用如图所示的滑轮组将质量3t的故障车拖出公路,已知车轮与地面的总接触面积为5×10-2m2,地面对故障车的阻力为其重力的0.08倍,在水平拉力F为1×103N作用下车辆在30s内沿水平方向匀速直线移动了3m,g取10N/kg。求:
(1)故障车静止时对地面的压强;
(2)故障车受到地面的阻力;
(3)拉力F的功率;
(4)该滑轮组的机械效率。
六、综合题
30.(2022春·河南驻马店·八年级统考期末)世界最快的超高速电梯有多快?安装在我国上海中心大厦的“火箭”电梯,从1楼到118楼只需短短55s。如图甲所示是某种升降电梯工作原理图。电动机和配重通过钢丝绳分别给轿厢施加拉力,连接轿厢的两根钢丝绳非常靠近,轿厢与配重的运动方向始终相反。电动机通过切换转轴的转动方向,使轿厢升降自如。如图乙所示是某次电梯满载上升时的v—t图像(g取10N/kg)。
(1)图甲中A滑轮是___________(选填“定”或“动”)滑轮,B滑轮___________(选填“能”或“不能”)省力;电梯在匀速上升过程中,配重的重力势能___________(选填“增大”、“减小”或“不变”);
(2)该电梯满载匀速运行时,若配重的质量为450kg,电梯匀速运行阶段配重的重力做功___________J?
(3)该电梯满载匀速运行时,电动机钢丝绳对轿厢拉力为1.4×104N,则钢丝绳对轿厢拉力的功率为___________?
31.(2022春·河南新乡·八年级统考期末)如图甲为塔式起重机简易示意图,塔式起重机主要用于房屋建筑中材料的输送及建筑构件的安装(动滑轮重、绳重均不计),请你综合应用所学知识解答下列问题:
(1)为保持平衡,起重臂的长度越长的塔式起重机,配备的平衡重的质量应越______;图乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图,滑轮a的作用是______;
(2)若将重为1.2×104 N的货物由地面沿竖直方向匀速提升30m,再沿水平方向移动20米,则此过程中克服货物重力做功多少J?______
(3)若该起升电动机的效率为90%,将重为1.2×104 N的货物由地面沿竖直方向匀速提升30m,用时50秒,则该起升电动机做的总功多少J?______
(4)若该起升电动机的效率为90%,将重为1.2×104 N的货物由地面沿竖直方向匀速提升30m,用时50秒,则该起升电动机的实际功率是多少W?______
32.(2022春·河南开封·八年级统考期末)工地上需将一个工件从A处运到坡顶C处,如图所示,工件重为1200N,斜坡(BC段)长3m,高1m,在工人将工件由B点匀速推至C点的过程中,工人沿斜面向上的推力为560N。
(1)斜面在生活中的应用十分广泛,请你举出一个生活中的实例:_____________;
(2)由B点到C点,工人克服重力做了多少功?________
(3)斜面的机械效率是多大?(保留到0.1%)________
(4)当工件沿斜坡向上移动时,工件受到的摩擦力是多大?_______
参考答案:
1.D
【分析】把水泥板看做一个杠杆,抬起一端,则另一端为支点;由于水泥板是一个厚度、密度都均匀的物体,所以,其重力的作用点在其中心上,此时动力F克服的是水泥板的重力,即此时的阻力臂等于动力臂的一半;在此基础上,利用杠杆的平衡条件,即可确定F1与F2的大小关系.
【详解】两次抬起水泥板时的情况如图所示:
在上述两种情况下,动力克服的都是水泥板的重力,对于形状规则质地均匀的物体,其重心都在其几何中心上,所以两图中动力臂都是阻力臂的2倍;依据可得,
,
所以,前后两次所用的力相同,即,故ABC都错误,D正确.
【点睛】本题作为考查杠杆平衡条件应用的一道经典例题,很容易让学生在第一印象中选错,一定要仔细分析,重点记忆!
2.C
【详解】可将直尺AB看作杠杆,支点为O,质地均匀的直尺受到的重力G′的重心在几何中心,重心距离支点O的距离,即杠杠重力的力臂
B端所挂重物G的力臂
根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可得
解得,直尺受到的重力
故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
3.A
【详解】A.在升起横杆时,施加在A端的力为动力,此时的动力臂要小于阻力臂,为费力杠杆,故A正确;
B.相同条件下,在A端施加的动力越靠近O点,动力臂变小了,阻力和阻力臂不变,根据杠杆平衡条件可知,升起横杆所需的动力越大,故B错误;
C.升起横杆时,沿F1方向的动力臂比沿F2方向的动力臂要小,根据杠杆的平衡条件可知,此时会更费力,故C错误;
D.要使横杆AB保持水平平衡,根据杠杆的平衡条件可知
则
解得F=400N,即在A端施加的最小的力为400N,故D错误。
故选A。
4.A
【详解】A.餐盘夹子在使用时,动力臂小于阻力臂,所以属于费力杠杆,故A符合题意;
B.核桃夹子在使用时,动力臂大于阻力臂,所以属于省力杠杆,故B不符合题意;
C.手动榨汁器在使用时,动力臂大于阻力臂,所以属于省力杠杆,故C不符合题意;
D.压蒜器在使用时,动力臂大于阻力臂,所以属于省力杠杆,故D不符合题意。
故选A。
5.A
【详解】杠杆受到的动力和阻力使杠杆转动的方向相反,杠杆受到的物体的拉力使杠杆沿着逆时针转动,所以受到的另外一个力应该使杠杆沿着顺时针转动,所以F3和F4不符合;要想使拉力最小,根据杠杆平衡的条件,这个力的力臂最大,由图可以看出F1的力臂比F2的力臂大。
故选A。
6.D
【详解】A.①核桃夹在使用时,动力臂大于阻力臂,所以它属于省力杠杆;②船桨在使用时,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆,故A错误;
B.③手推车在使用时,动力臂大于阻力臂,所以它属于省力杠杆。但是手离车厢越近,动力臂越小,越费力,故B错误;
C.使用图④的工具把碗提起,不可避免要对碗夹做额外功,并不能提高机械效率,故C错误;
D.通过分析可知以上说法都不正确,故D正确。
故选D。
7.C
【详解】不计机械自重和摩擦,设物重为G。
A.此装置是定滑轮,不能省力,所以F1=G;
B.此装置是滑轮组,承担物重的绳子有3股,所以;
C.使用此动滑轮时,由于动力作用在轴上,所以费一倍的力,即F3=2G;
D.此装置是斜面,可以省力,所以F4比较可知,上述装置中,最费力的是C。故C符合题意,ABD不符合题意。
故选C。
8.B
【详解】图中是一定一动的滑轮组,可以将G2由于重力而对绳子施加的拉力看作是绳子末端的拉力(该拉力等于G2),最后一段绳子是由定滑轮引出的,绳子股数是2,不计摩擦及滑轮重,即理想状况下,所以
即
G1∶G2=2∶1
故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
9.C
【详解】A.依题意得,汽车的重力为
汽车对地面的压力为
汽车对地面的压强为
故A错误;
B.汽车在运动过程中,汽车在竖直方向保持静止,因此汽车重力做功为0J,故B错误;
C.由图得,滑轮组的绳子段数
汽车运动过程中,拉力移动的距离为
拉力做的功为
汽车受到的拉力为
汽车受到的拉力做的功为
汽车在运动过程中,此滑轮组的机械效率为
故C正确;
D.汽车在运动过程中,拉力做功的功率为
故D错误。
故选C。
10.A
【详解】此过程中他做的有用功为
他做的总功为
他对滑轮组做功的功率为
该滑轮组的效率为
A.该滑轮组的效率为75%,故A项符合题意;
B.他做的总功为800J,故B项不符合题意;
C.他做的有用功为600J,故C项不符合题意;
D.他对滑轮组做功的功率为80W,故D项不符合题意。
故选A。
11.CD
【详解】A.斜面的机械效率
故A不符合题意;
B.拉力做的总功
故B不符合题意;
C.由公式可得,物体沿斜面的运动速度
故C符合题意;
D.摩擦力所做的功
物体在斜面上受到的摩擦力
故D符合题意。
故选CD。
12. 220 靠近
【详解】[1]由题意可知,以C为支点,ABC是一个杠杆。AC为A处螺钉水平拉力的力臂,室外机对其压力的力臂为AB长的,由杠杆平衡条件可得
F=220N
[2]为了安全,应减小A处的拉力;在A处拉力的力臂和阻力G一定时,室外机的位置越靠近墙壁,室外机对支架压力力臂越小,根据杠杆平衡条件可知,A处的拉力将减小,以保证支架和室外机的安全。
13. B 等臂
【详解】当用力摁住C点打开该夹子时,AC是围绕B点转动的,故B为支点;由于AB=BC,故动力臂等于阻力臂,为等臂杠杆.
14. 等于
【详解】[1]不计绳重与摩擦,绳子自由端的拉力
则小明对地面的压力为
所以小明对地面的压强为
[2]使用定滑轮,不省力也不费力,小明向右移动到A点拉住同一物体,则他需要施加的拉力将保持不变,仍为。
15. 小于 等于
【详解】[1]由图可知,F2是是绕过定滑轮的拉力,故
拉力F3作用在动滑轮的轴上,故
由以上结果可知
F2[2]由题意可知,拉力F1是绕过动滑轮的力,大小为
物体移动2m,则拉力F1移动4m,故拉力F1做的功
W1=F1s1=25N×4m=100J
拉力F2是绕过定滑轮的力,只改变了力的方向,不省力也不费力,物体移动2m,则拉力F2移动的距离s2=2m,故F2做的功
W2=F2s2=50N×2m=100J
由以上结果可知
W1=W2
16. 0.72 72% 0.7
【详解】[1]由图示知,斜面的高度
h=20cm=0.2m
拉力做的有用功
W有=Gh=3.6N×0.2m=0.72J
[2]斜面长
s=40cm=0.4m
拉力做总功
W总=Fs=2.5N×0.4m=1J
斜面的机械效率
[3]拉力做的额外功
W额=W总-W有=1J-0.72J=0.28J
由W额=fs得物体在斜面上受到的摩擦力
17. 30N
【详解】[1]滑轮组的机械效率是
[2]当F增大到50N时,物体A对地面的压力保持不变,接触面的粗糙程度不变,因此物体A受到地面的摩擦力仍为30N。
18. 5 2 25
【详解】[1]由图知绳子的有效段数n=2,不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦,由
可得,动滑轮的重力
G动=nF-G=2×15N-25N=5N
[2]货物匀速提升1的过程中,拉力移动的距离为
s=nh=2×1m=2m
[3]将重25N的货物匀速提升1m,则做的有用功
W有用=Gh=25N×1m=25J
19.
【详解】由杠杆平衡条件可知,在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小;图中支点在O点,因此以OA作为动力臂时最长,由图知动力的方向应该向上,据此从A点作OA的垂线,表示最小力F,如图所示:
20.
【详解】由力臂的定义可知,力臂为支点到力的作用线的垂线段,过支点O作力F1的垂线段即为对应的动力臂l1,过阻力臂l2的下端点作垂线段,即为阻力F2的方向,阻力作用在杠杆上,因动力竖直向上,故可知阻力应斜向下,杠杆才能保持平衡,如下图所示
21.如图所示
【详解】过A点作竖直向下的力,即阻力F2;过支点O作垂直于动力作用线的垂线段,即动力臂L1.如图所示
22.
【详解】由题意知,此滑轮组要最省力且人要站在A处拉绳子,所以拉力方向向上,绳端应从动滑轮绕起,然后顺次绕过定滑轮、动滑轮,如下图所示
23. 平衡 力臂 2 避免结论的偶然性,得出普遍规律 变大
【详解】(1)[1]因杠杆静止,故此时杠杆处于平衡状态。
(2)[2]调节杠杆的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,是为了便于测量力臂。
(3)[3]若杠杆在水平位置平衡,则此时杠杆左端力为2G,力臂为3,杠杆右端力为3G,则由杠杆原理可知,此时右端力臂为2,即需挂在杠杆O点右侧第2格的位置,使杠杆再次在水平位置平衡。
(4)[4]实验时,多次换用不同数量的钩码,并改变钩码在杠杆上的位置,重复实验,可以对多组数据进行分析,避免结论的偶然性,得出普遍规律。
(5)[5]弹簧测力计由图中a位置移至b位置时,动力臂变小,而阻力与阻力臂不变,故由杠杆原理可知,动力变大,即弹簧测力计示数变大。
24. 匀速 丙 无关 1、3 越低 ABC
【详解】(1)[1]为了准确测出滑轮组的机械效率,应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动,此时弹簧测力的示数才等于其对绳子自由端的拉力。
(2)[2]由数据表知,在第四次实验中绳端移动距离s=0.5m,钩码上升高度h =0.1m,由s=nh可得n=5,即承担物重的绳子股数n=5,所以第4次实验是用丙图所示装置来完成的。
(3)[3]通过比较实验1、2数据可得出:使用同一滑轮组提升相同重物,物体上升的高度不同,滑轮组的机械效率相同,所以滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。
(4)[4]由1、3两次实验,绳端移动距离s=0.3m,钩码上升高度h=0.1m,由s=nh可得n=3,使用同样的滑轮组,即使用的甲、乙两图,通过得出的实验数据可知提升的物体重力越大,滑轮组的机械效率越高,得出结论:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高。
(5)[5]通过比较3、4两次实验数据可得出:不同滑轮组提升相同重物,动滑轮的重力不同,机械效率不同,动滑轮越重机械效率越低。
(6)[6]要提高滑轮组的机械效率,可以
A.减轻动滑轮重力,在提升相同重物、提升相同高度时,减小额外功,而有用功不变,总功减小,有用功与总功的比值增大,提高了滑轮组的机械效率;故A正确;
B.由实验得出的结论可知,增大提升的物体重力,可以提高滑轮组的机械效率,故B正确;
C.机械加润滑油,在提升相同重物、提升相同高度时,减小额外功,而有用功不变,总功减小,有用功与总功的比值增大,提高了滑轮组的机械效率;故C正确;
D.滑轮组的机械效率
可见滑轮组的机械效率与提升物体的高度无关,所以增加重物上升高度,不能提高滑轮组的机械效率,故D错误。
故选ABC。
25. 匀速 0.72 0.6 83.3% 钩码重不同
【详解】(1)[1]实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计,以保证拉力大小恒定。
(2)[2][3][4]由表可知,第二次实验中绳自由端拉力2.4N,移动距离0.3m,则拉力所做总功为
钩码重6N,上升高度0.1m,则滑轮组所做有用功为
滑轮组机械效率为
(3)[5]根据第1次和第2次数据可知,用同一滑轮组将不同重物提升高度相同时,由于钩码重相差较大,导致所做的有用功相差较大,但额外功相差无几,所以两次实验机械效率不同,即两次机械效率不同的主要原因为钩码重不同。
26.(1)2×103Pa;(2)1.5N;(3)1.95N
【详解】解:根据题意可知
(1)因为容器M中水的深度
h水=20cm=0.2m
则容器M底受到水的压强为
(2)圆柱体的体积为
V=Sh=20cm2×10cm=200cm3=2×10-4m3
圆柱体乙刚好有体积浸在水中,排开水的体积为
则圆柱体乙受到水的浮力为
(3)B端受到绳的拉力为
F2=G-F浮=5.4N-1.5N=3.9N
因为
AO∶OB=2∶1
所以
OB∶OA=1∶2
设A端受到绳子的拉力为F1,根据杠杆的平衡条件可知
F1×AO=F2×OB
则A端受到绳子的拉力为
答:(1)容器M底部受到水的压强为2×103Pa;
(2)圆柱体乙受到水的浮力为1.5N;
(3)杠杆在水平位置平衡时,A端受到绳子的拉力为1.95N。
27.(1)1200J;(2);(3)500N
【详解】解:(1)推箱子做的有用功
W有=Gh=mgh=120kg×10N/kg×1m=1200J
(2)推箱子做的总功
W总= W有+W额=1200J+300J=1500J
由得斜面的机械效率
(3)由W总=Fs得沿斜面的推力
答:(1)推箱子做的有用功1200J;
(2)斜面的机械效率是;
(3)沿斜面的推力为500N。
28.(1)3×104J;(2)2.4×104J; 1.2×104N;(3)500N
【详解】解:(1)由图可知,物体由3根绳承担,所以
s=3h=3×2m=6m
拉力做的总功为
W总=Fs=5×103N×6m=3×104J
(2)根据公式 可得,拉力所做的有用功为
W有用=ηW总=80%×3×104J=2.4×104J
物重为
(3)拉力所做的额外功为
W额外=W总-W有用=3×104J-2.4×104J=6×103J
其中克服动滑轮的重所做的额外功为
W额动=6.0×103J-5.0×103J=1.0×103J
动滑轮的重为
答:(1)拉力做的总功为3×104J;
(2)有用功为2.4×104J;物重为1.2×104N;
(3)若克服摩擦和钢绳重所做的功为 5.0×103J,动滑轮重为500N。
29.(1)6×105Pa;(2)2.4×103N;(3)300W;(4)80%
【详解】解:(1)由题意中车得质量
m车=3t=3×103kg
则汽车对地面压力
F压=G车=m车g=3×103kg×10N/kg=3×104N
则车对地面压强
(2)由题意得车受到阻力
F阻=0.08G车=0.08×3×104N=2.4×103N
(3)由图可知该滑轮组绳子承重段数n=3,自由端移动距离
s=3×3m=9m
拉力做功
W=Fs=1×103N×9m=9×103J
拉力的功率
(4)拉力做的有用功
W有=F阻s车=2.4×103N×3m=7.2×103J
拉力做的总功
W总=Fs=1×103N×9m=9×103J
滑轮组的机械效率
答:(1)故障车静止时对地面的压强为6×105Pa;
(2)故障车受到地面的阻力为2.4×103N;
(3)拉力F的功率为300W;
(4)该滑轮组的机械效率80%。
30. 定 不能 减小 5.4×104 2.4×104W
【详解】(1)[1][2]由图甲可知,A、B滑轮都是定滑轮,都不能省力,只能改变力的方向。
[3]当电梯匀速上升时,轿厢也匀速上升,轿厢与配重的运动方向始终相反,所以配重的高度减小,质量不变,其重力势能减小。
(2)[4]由图乙可知,电梯匀速运行阶段,轿厢运行的时间
轿厢的速度
配重下降的高度等于轿厢上升的高度,所用由速度公式可得,电梯匀速运行阶段配重下降的高度
配重的重力
则配重的重力做功
(3)[5]电动机钢丝绳对轿厢的拉力的功率
31. 大 改变用力的方向 3.6×105J 4×105J 8000W
【详解】解:(1)[1]设平衡臂这一侧的力为阻力,起重臂这一侧的力为动力,平衡臂的长度不变(阻力臂不变),当吊起的物重一定时动力大小不变;由杠杆的平衡条件可得,,由此可知当阻力臂和动力不变时,阻力与动力臂成正比,即动力臂越大,阻力越大;故为保持平衡,起重臂的长度越长的塔式起重机,配备的平衡重的质量应越大。
[2]图乙中滑轮a为定滑轮,其作用是改变用力的方向。
(2)[3]此过程中克服货物重力做功为
W有用=Gh=1.2×104N×30m=3.6×105J
由于水平移动时,在重力方向上没移动距离,故没有克服重力做功。
(3)[4]该起升电动机的效率为90%,则该起升电动机做的总功为
(4)[5]起升电动机的实际功率
答:(1)起重臂的长度越长的塔式起重机,配备的平衡重的质量应越大。图乙中滑轮a的作用是改变用力的方向;
(2)此过程中克服货物重力做功为3.6×105J;
(3)该起升电动机做的总功为4×105J;
(4)该起升电动机的实际功率为8000W。
32. 盘山公路 1200J 71.4% 120N
【详解】(1)[1]斜面在生活中的一个应用实例:盘山公路,螺丝钉等。
(2)[2]由B点到C点,工人克服重力做的功为
(3)[3]推力做的总功为
斜面的机械效率为
(4)[4]当工件沿斜坡向上移动时,工件受到的摩擦力做额外功,工人做的额外功为
工件受到的摩擦力为