【备考2023】浙教版科学“冲刺重高”压轴训练（十八）：简单机械（含解析）

1.如图所示，重为G的物体在拉力F的作用下，以速度v匀速运动了s，已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一，不计绳重、绳与轮、轮与轴间的摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．拉力的功为Fs B．额外功为
C．拉力的功率为2Fv D．滑轮组的机械效率为
2.小明帮爸爸把一个质量为240kg的重物搬到2m高的车上。为了省力采用5m长的木板搭了一个斜面，如图所示他用1200N的力用了5min匀速将重物推到车上。关于此简易斜面装置，下列说法中正确的是（g取10N/kg）（　　）
A．重物所受到的摩擦力为1200N B．他做功的功率为20W
C．他做的有用功为6000J D．该斜面装置的机械效率为50%
3.如图所示，质量不计的杠杆支点O距左端L1=0.3m，距右端L2=0.4m。在杠杆左端用绳子悬挂边长10cm正方体A，在右端用绳子挂上质量6kg的物体B，杠杆在水平位置平衡，此时A对地面的压强是2000Pa，此时下列数据正确的是（　　）
A．A物体的密度6g/cm3
B．假如杠杆可以变长，只要把B物体向右移动10cm就能把A提起来
C．A物体受的重力和地面对它的支持力是一对平衡力
D．A物体受到的合力为80N
4.“一个和尚挑水喝，两个和尚抬水喝……”，这是我们非常熟悉的一则谚语故事。如图，小和尚甲、乙将总质量30kg的水桶（含水）用轻绳悬于轻质木杆的O点，分别在A、B点（肩膀与木杆相接触的点）以竖直向上的力共同抬起木杆，已知AO∶BO=3∶2，忽略手对木杆的作用力，若抬起水桶后木杆保持水平。则以下说法中正确的是（　　）
①以甲和尚肩膀为支点此杆是一个省力杠杆；
②以乙和尚肩膀为支点此杆是一个费力杠杆；
③若甲、乙和尚质量相等，则两和尚对地面的压力F甲∶F乙=2∶3；
④将水桶从地面缓缓抬起50cm，至少需克服水桶（含水）的重力做功150J。
A．①② B．①③ C．①④ D．②④
5.如图所示，在16N拉力F的作用下，物体以0.2m/s的速度沿斜面匀速向上运动。已知物体重力为24N，斜面高度为1m，长度为2m。物体从斜面底端匀速运动到顶端时，忽略绳重和动滑轮自重；下列说法正确的是（　　）
A．绳子自由端移动的速度为0.1m/s B．物体与斜面间的摩擦力为20N
C．该装置的机械效率为75% D．拉力F的功率为3.2W
6.在我国古代，简单机械就有了许多巧妙的应用，护城河上安装的吊桥装置就是一个例子，如图所示。在拉起吊桥的过程中，吊桥可以看成一个（　　）
A．省力杠杆，支点是点 B．省力杠杆，支点是C点
C．费力杠杆，支点是点 D．费力杠杆，支点是C点
7.重为30N的物体在大小为20N的拉力F的作用下分别在水平面和斜面上进行了两段运动，所用时间均为10s，斜面高2m。拉力F的方向始终沿着物体运动方向，物体在水平面上运动的速度-时间图像如图甲所示，物体在斜面上运动的路程-时间图像如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．两次运动物体所受的摩擦力均为20N B．斜面上拉力F的功率为0W
C．斜面上拉力F所做的功为60J D．斜面的机械效率为60%
8.一根轻质杠杆可绕O点转动，在杠杆的中点挂一重物G，在杠杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力F，如图所示，力F使杠杆从所示位置慢慢抬起到水平位置的过程中，力F和它的力臂lF、重力G和它的力臂lG的变化情况是 （　　）
A．F增大，lF增大 B．F减小，l F增大
C．G不变，lG减小 D．G不变，lG增大
9.如图所示是生活中常见的杆秤。称量时杆秤在水平位置平衡，被测物体和秤砣到提纽的距离分别为0.05m、0.2m，秤砣的质量为0.1kg，秤杆的质量忽略不计，则被测物体的质量为______kg。若秤砣有缺损，则杆秤所测物体的质量会______（选“偏大”或“偏小”）。
10.如图所示，为一可绕点自由转动的轻质杠杆，垂直于，且长度为，长度为，在中点处挂一质量为的物块，要求在端点处施加一个最小的力，使杠杆在图示位置平衡，则力的力臂应是______，最小的力是______。
11.在“探究杠杆的平衡条件”实验中：
（1）小明安装好杠杆后，发现其左端下沉，如图甲所示。为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向　 　调节：
（2）如图乙所示，杠杆调节平衡后，在A处悬挂3个钩码，每个钩码重0.5N。如果在B处施加一个拉力使杠杆在水平位置再次平衡，拉力最小为　 　N；
（3）课后，小明制作了一个简易杠杆，调节杠杆在水平位置平衡，然后在它两边恰当位置分别放上2枚和4枚同种硬币，使其在水平位置再次平衡，如图丙所示，则力臂L1：L2=　 　
12.在“探究杠杆平衡条件”的实验中：
（1）小科先把杠桩的中点支在支架上，杠杆静止在如图甲所示的位置，为了使杠杆在水平位置平衡，此时应向　 　调节平衡螺母。
（2）如果利用如图乙所示装置进行实验，每个钩码重0.5N，杠杆平衡时弹簧测力计的读数应为　 　，如果保持弹簧测力计拉力作用点的位置不变，把弹簧测力计沿虚线方向拉，为了保证杠杆在水平位置平衡，其示数　 　(选填“变大” “不变”或“变小”)。
（3）某同学想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量如图丙所示。
①将刻度尺平放在支座上，左右移动刻度尺找出能够使刻度尺在水平位置保持平衡的支点位置，记下这个位置，它就是刻度尺的重心；
②将质量为M的物体挂在刻度尺左边某一位置， 向右移动刻度尺，直到刻度尺能够在支座七重新保持水平平衡。记录物体悬挂点到支座的距离L1和刻度尺的　 　到支座的距离L2；
③根据杠杆的平衡条件，可以计算出刻度尺的质量m=　 　(用题目中所给物理量表示)。
13.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，利用图甲和图乙装冒进行实验，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g/m 有用功W有用/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总共W总/J 机械效率
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：在所有滑轮组一定时，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动滑轮的重有关。
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次实验是利用了图　 　的装置完成的。
⑤利用图甲的装置，把重6N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
14.在探究“滑轮组机械效率”时，用两组滑轮组进行了4次测量，用一个动滑轮和一个定滑轮测得前3组数据，再用两个动滑轮和两个定滑轮测得第4组数据，如下表：
实验次数 物重G物/N 动滑轮重G 动g/N 钩码上升的高度h/m 动力F/N 动力作用点移动的距离s/m 滑轮组的机械效率η
1 1 0.5 0.1 0.7 0.3 47.6%
2 2 0.5 0.1 1.1 0.3 60.6%
3 3 0.5 0.1 5 0.3 　
4 4 1 0.1 　 0.5 50.0%
（1）根据表中前3次实验数据，画出甲图滑轮组的绕绳方法。
（2）实验中，测量绳端拉力F时，应尽量缓慢竖直向上匀速拉动测力计，读出乙图中测力计的示数为　 　N，第3次实验时滑轮组的机械效率为　 　。
（3）某同学认为测力计静止时读数比较方便，其实他测得的机械效率　 　（选填“偏大”或“偏小”)。
（4）由表中第1、2、3组数据可知：同一滑轮组，提升的重物越　 　（选填“轻”或“重”)，机械效率越大。
15.在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，某实验小组用同一滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录如表。
次数 钩码重/N 钩码上升距离/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计上升距离/cm 机械效率/%
1 2 10 0.8 30 83.3
2 4 10 1.5 30 　
3 6 10 　 30 90.9
（1）在第2次实验中，滑轮组的机械效率η为　 　。（保留一位小数）
（2）分析数据可得结论：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越　 　（填“高”或“低”）。
（3）根据实验结论推测，使用该滑轮组再次将重为8N的物体匀速提升10cm，此时滑轮组的机械效率可能为 。
A．71.6% B．82.6% C．92.4% D．100%
（4）另一实验小组改变动滑轮的重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图丁的图像。分析图像中的A点可知，被提升物体所受的重力为 　 　N。（忽略绳重和摩擦）
16.在“探究滑轮组的机械效率”时，小金利用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组实验，实验中测得数据真实可靠，见下表：
实验次数 物重G/N 物体上升高度h/m 拉力F/N 拉力作用点移动距离s/m 机械效率η/%
　1 　1 0.1　 　0.7 　0.3 　47.6
　2 　1 　0.2 　0.7 　0.6 　47.6
　3 　2 　0.1 　1.1 　0.3 　60.6
　4 　4 　0.1 　2 　0.3 ①
（1）请根据表中数据，在图中画出实验中滑轮组的绕绳方法。
（2）表格中编号①处数据应填　 　；
（3）由表中第1、2组数据可知，同一滑轮组的机械效率与　 　无关。
（4）分析表中第1、3、4组数据，你得出的本实验结论是：同一滑轮组匀速提升重物时，机械效率随　 　的增加而增大。
参考答案
1.C
【解析】A．由图可知，连接动滑轮绳子的股数为2，绳子自由端移动的距离为2s，拉力做的总功为 ·W=Fs绳=2Fs
故A错误；
B．由题意可知，物体运动时受到的摩擦阻力为
克服摩擦阻力做的功为有用功为
则额外功为
故B错误；
C．绳端移动的速度为 v绳=2v
则拉力的功率为 P=Fv绳=2Fv
故C正确；
D．滑轮组的机械效率为
故D错误。
故选C。
2.B
【解析】B．他做的总功 W总=Fs=1200N×5m=6000J
他做功的功率
故B正确；
C．物体的重力 G=mg=240kg×10N/kg=2400N
他做的有用功 W有=Gh=2400N×2m=4800J
故C错误；
D．该斜面装置的机械效率
故D错误；
A．克服摩擦力做的功为额外功 W额=W总﹣W有=6000J﹣4800J=1200J
重物所受到的摩擦力
故A错误。
3.B
【解析】A．由题意可知，A的底面积为 S=10cm×10cm=100cm2=0.01m2
故由F=pS可得，A对地面的压力为 F压=pS=2000Pa×0.01m2=20N
因A对地面的压力F压与地面对A的支持力F支是一对相互作用力，大小相等，故可得地面对A的支持力为 F支=F压=20N
由G=mg可得，B的重力为 GB=mBg=6kg×10N/kg=60N
由杠杆的平衡条件可得 FA×L1=GB×L2
解得绳子对A的拉力为
对A受力分析可得，A受到向上的绳子拉力FA和地面的支持力F支，向下的重力GA，因A处于受力平衡状态，故由力的平衡可得，A的重力为 GA=FA+F支=80N+20N=100N
则A物体的密度为
故A错误；
B．设A物体被提起来时，B物体到支点O的距离为L′，由杠杆的平衡条件可得 GA×L1=GB×L′
解得此时B物体到支点的距离为
故B物体向右移动的距离为 ΔL=L′-L2=0.5m-0.4m=0.1m=10cm
故B正确；
C．对A物体受力分析可知，A受到向上的绳子拉力FA和地面的支持力F支，向下的重力GA，A物体在这三个力的作用下处于受力平衡状态，故可知A物体受的重力和地面对它的支持力不是一对平衡力，故C错误；
D．因A物体处于受力平衡状态，故可知A物体受到的合力为0，故D错误。
4.C
【解析】①②以A为支点，水桶对O点的拉力为阻力，乙对杆的支持力为动力，由图可知动力臂大于阻力臂，故为省力杠杆，同理以B为支点时也是省力杠杆，故①正确，②错误；
③以A为支点时，设乙和尚对杆的支持力为F2，已知 AO∶BO=3∶2
由数学知识可知 AO∶AB=3∶5
根据杠杆平衡条件得
解得
同理计算可得甲和尚对杆的支持力为
则和尚对杆的支持力大小等于杆对和尚的压力大小，故甲、乙和尚受到的杆的压力之比为
但是甲、乙和尚对地面的压力要加上各自的重力，设他们的重力都是G则甲、乙和尚对地面的压力之比为
故③错误；
④因为机械不省功，至少需克服水桶（含水）的重力做功为
故④正确。
故C正确，ABD错误。
5.B
【解析】A．绳子的段数为2，则绳子自由端移动的速度是物体移动速度的两倍，则绳子自由端移动的速度为0.4m/s，故A错误；
B．绳子自由端移动的距离为斜面长度的两倍，则绳子自由端移动的距离s为4m，则
忽略绳重和动滑轮自重，额外功为
则物体与斜面间的摩擦力为
故B正确；
C．该装置的机械效率为
故C错误；
D．拉力F的功率为
故D错误。
6.B
【解析】在拉起吊桥的过程中，吊桥可以看成一个杠杆，它是绕C点转动的，故C点是支点。要判断是省力杠杆还是费力杠杆，就要比较动力臂和阻力臂的大小关系：省力杠杆，动力臂大于阻力臂；费力杠杆，动力臂小于阻力臂；等臂杠杆，动力臂等于阻力臂。如图所示，可以看出动力的力臂大于阻力的力臂，也就是说动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
7.D
【解析】A．由甲图可知物体在水平面上做匀速直线运动，此时物体处于平衡状态，受水平方向拉力和水平面对物体的摩擦力作用，可知拉力和摩擦力为平衡力，由二力平衡可知，拉力和摩擦力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，可知摩擦力大小等于拉力等于20N；由乙图可知物体在斜面上做匀速直线运动，此时物体处于平衡状态，沿斜面方向上，物体受到拉力、滑动摩擦力，还受到重力沿斜面方向向下的分力，所以拉力大于物体受到的滑动摩擦力，物体受到的滑动摩擦力小于20N，故A错误；
BC．由乙图可知物体运动t=10s时物体运动的路程为s=5m，拉力F=20N，可知拉力做功的总功为 W总=Fs=20N5m=100J
拉力做功的功率为
故B错误，C错误；
D．物体的重力G=30N，斜面对物体提升的高度h=2m，可知拉力对物体做的有用功为
W有=Gh=30N2m=60J
则斜面的机械效率为
故D正确。
8.D
【解析】杠杆从所示位置慢慢抬起到水平位置的过程中，支点到力F作用线的垂直距离在变短，即动力臂lF变短，支点到重力作用线的垂直距离在变长，即阻力臂lG变长，由杠杆平衡条件可知，在G不变，lG变长，lF变短，则F变大。故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
9.0.4 偏大
【解析】如图所示：
由杠杆平衡条件得到 m1g×OA=m2g×OB
若秤砣有缺损，m2减小，而G1×OA不变，所以OB要变大，杆秤所示的质量值要偏大。
10. 50 4
【解析】连接，以这条线段作为该力的力臂时，力臂最长力最小，所以力的力臂就是图中的，根据直角三角形的性质，直角边为，为，则斜边为。
物体的重力
根据杠杆的平衡条件可知
即
解得。
11.（1）右（2）2（3）2：1
【解析】（1）根据甲图可知，杠杆的右端上翘，则右端轻，那么平衡螺母应该向右调节；
（2）根据乙图可知，当弹簧测力计的拉力方向与杠杆垂直时动力臂最长，
根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2得到：（0.5N×3）×4L=F×3L；
解得：F=2N；
（3）根据丙图可知，将2枚硬币的重力看作动力，将4枚硬币的重力看作阻力，根据杠杆的平衡调节F1L1=F2L2得到：2G×L1=4G×L2，解得：L1：L2=2：1。
12.（1）左（2）2.25N；变大（3）重心；M1L1/L2
【解析】（1）杠杆右端下沉，说明杠杆右端重而左端轻，那么此时应该向左调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡；
（2）设一格的长度为L，杠杆在水平位置平衡，则力F1的方向应竖直向上，
由F1L1=F2L2得，0.5N×3×6L=F1×4L，解得：F1=2.25N；
从乙图中可以看出，弹簧秤的作用力最长的力臂为4L，即杠杆的长度，当拉力的方向发生改变时，力臂将减小，因此作用力将变大；
（3）②将质量为M1的物体挂在刻度尺左边某一位置，如图所示，移动刻度尺，知道刻度尺能够在支座上重新保持水平平衡。纪录物体悬挂点到支座的距离L1和刻度尺的重心到支座的距离L2．；
③根据杠杆平衡的条件动力×动力臂=阻力×阻力臂得到：G1L1=G×L2，
即M1gL1=mgL2， 所以直尺的质量。
13.（1）重力越大；2和3；乙；80%（2）减小接触面的粗糙程度（3）不省功；B
【解析】（1）①根据表格1和2可知，当钩码的重力从1N变成2N时，滑轮组的机械效率从56%变成67%，那么得到：在所有滑轮组一定时，提升的钩码重力越大，机械效率越高。
③探究滑轮组的机械效率与钩码高度的关系时，需要控制其它因素相同，只改变钩码的高度，故选数据2和3；
④在实验⑤中，钩码的重力为2N，拉力F=2.1N，即拉力几乎等于钩码重力，即不省力，那么应该用的是定滑轮，故选乙。
⑤利用图甲的装置，滑轮组的机械效率为：；
（2）保持斜面倾斜程度不变，可以采用减小接触面的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；可见使用任何机械都不省功。
本实验使用了科学推理的方法。
A.焦耳定律中使用了控制变量法，故A不合题意；
B.牛顿第一定律使用了实验+科学推理的方法，故B符合题意；
C.阿基米德原理使用了实验法，故C不合题意；
D.欧姆定律使用了控制变量法，故D不合题意。
故选B。
14.（1）（2）1.6；66.7%（3）偏大（4）重
【解析】（1）根据实验1可知，承担重力的绳子段数；
根据“奇动偶定”的规律可知，绳头应该系在动滑轮上，如下图所示：
（2）根据乙图可知，测力计的分度值为0.2N，则测力计的示数为1.6N。
在实验3中，有用功W有=Gh=3N×0.1m=0.3J，
总功W总=Fs=1.5N×0.3m=0.45J；
则机械效率为：。
（3）某同学认为测力计静止时读数比较方便，其实他测得的机械效率偏大；
（4）由表中第1、2、3组数据可知：同一滑轮组，提升的重物越重，机械效率越大。
15.（1）88.9%（2）高（3）C（4）12
【解析】（1）第2次实验中滑轮组的机械效率为：；
（2）纵向分析数据可得结论：用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高；
（3）根据“用同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高”可知，使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm（此时物重比第3次实验的物重还大），则此时滑轮组的机械效率应该大于90.9%，而它又不可能是100%，只能为92.1%，故选C；
（4）根据图丁可知，当动滑轮重为4N时，滑轮组的机械效率为75%；
若忽略绳重和摩擦，滑轮组的机械效率 ， 即：； 解得：G=12N。
16.（1）（2）66.7（3）物体上升高度（4）物重
【解析】（1）根据第1组数据得到，承担重力的绳子段数：。因为n为奇数，所以绳头系在动滑轮上，如下图所示：
（2）表格中编号①处数据：。
（3）由表中第1、2组数据可知，同一滑轮组的机械效率与物体上升高度无关。
（4）分析实验1、3、4可知，当物体的重力增大时，机械效率增大，那么得到结论：同一滑轮组匀速提升重物时，机械效率随物重的增加而增大。
简单机械