第十章 机械与人 综合素质评价（含解析）

第十章综合素质评价
一、选择题(每题3分，共30分)
1．如图所示的是用瓶起子打开瓶盖的情景，开启过程中某时刻，可将瓶起子看成一个杠杆(忽略杠杆所受重力)，用“O”表示支点位置，手施加的力为动力F1(方向垂直杠杆)，杠杆所受阻力为F2(方向垂直杠杆)。下图中能表示此时支点、动力和阻力示意图的是　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
　　　　　　　　　　　　　A　　　　　B　　　　　C　　　　　　D
2．下列说法正确的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
A．从支点到动力作用点的距离是动力臂
B．力臂一定在杠杆上
C．只有静止或匀速转动时，才叫杠杆平衡
D．杠杆长就是动力臂加上阻力臂的长度
3．关于动滑轮和定滑轮的特点，下列结论正确的是　　　　　　　　　　(　　)
A．动滑轮不能改变施力方向 B．定滑轮不能改变施力方向
C．动滑轮不能省力 D．定滑轮能省一半力
4．一根金属棒AB置于水平地面上，用弹簧测力计始终沿竖直方向拉棒的B端使其缓慢匀速拉离地面，如图所示。在此过程中，关于弹簧测力计对棒所做的功W与B端离开地面的高度h的关系，下列选项中最合理的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　A　　　　　B　　　　　　C　　　　　D
5．利用如图所示的滑轮，在粗糙水平面上匀速拉动物体。下列叙述正确的是(　　)
A．重力做的功是有用功
B．拉力F1做的功是额外功
C．绳子自由端的拉力F做的功是总功
D．克服物体与地面间的摩擦力做的功是额外功
6．[2022·盐城]如图所示的是小华做“探究杠杆平衡条件”实验时的情形，下列操作能使杠杆在水平位置平衡的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
A．增加钩码的个数
B．向左调节平衡螺母
C．向右移动钩码的位置
D．减小弹簧测力计的拉力
7．[2022·深圳期末]施工工地上，一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后和改进前相比　　　　　　　　　(　　)
A．总功不变，有用功变大 B．总功不变，额外功减小
C．有用功不变，总功减小 D．总功不变，有用功减小
8．下列比赛项目中用到弹性势能的是　　　　　　　　　　　　　　　　(　　)
　　　　　　　A　　　　　　B　　　　　　　C　　　　　　D
9．在“探究影响压力作用效果的因素”与“探究影响重力势能大小因素”的两个实验中，均可通过图示器材完成实验。以下关于两个实验的判断错误的是(　　)
A．前者实验不需要将木块从小桌的正上方一定高度自由释放
B．都需要观察小桌陷入沙中的深度
C．都选用大小不同的木块是为了改变相同的物理量
D．后者实验中小桌不需要倒放
10．[2023·眉山]2023年4月7日，全国航空航天模型锦标赛暨中国无人机国家队选拔赛开幕式在上海市金山区体育中心举行。下列说法正确的是(　　)
A．无人机升空主要靠空气对它的浮力
B．无人机升空时相对于地面是运动的
C．无人机匀速上升时，动能转化为重力势能
D．无人机加速上升时，始终受到平衡力的作用
二、填空题(每空2分，共20分)
11．[2022·亳州模拟]如图所示，轻质杠杆OA的中点处悬挂重为110 N的物体，在A端施加一竖直向上的力F，杠杆在水平位置平衡，则力F的大小为　　　　 N。保持F的方向始终与OA垂直，将杠杆从A位置匀速提升到虚线位置的过程中，力F的力臂将　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)，力F的大小将　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。
　(第11题)　　　　　　(第12题)　　　　　(第13题)　　　　　(第14题)
12．[2023·锦州]如图所示，重100 N的物体A在水平拉力F的作用下以0.1 m/s的速度匀速运动10 s，弹簧测力计的示数为20 N，滑轮组的机械效率为80%，则拉力F所做的功是　　　　J，拉力F的功率是　　　　W，物体A受到的摩擦力是　　　　N。(不计绳重和滑轮重)
13．[2022·黑龙江]在水平地面上，小明沿水平方向推重400 N的木箱做直线运动，木箱速度随时间变化的图像如图所示。已知在4～8 s内木箱受到的推力恒为150 N，在这段时间(4～8 s)内，木箱受到的推力的功率是　　　　　　W，8～10 s内木箱受到的摩擦力是　　　　N。(忽略空气阻力)
14．在“探究影响重力势能大小因素”的实验中，小武在水平地面上铺一张白纸，将皮球表面涂黑，使其分别从不同高度处自由下落，目的是探究重力势能大小与　　　　的关系。如图所示，在纸上留下黑色圆斑A、B，圆斑　　　　(填“A”或“B”)是皮球从较高处下落形成的。
三、实验题(第15、16题各10分，第17题8分，共28分)
15．[2022·黑龙江]在“探究杠杆平衡条件”的实验中：
(1)如图甲所示，实验前杠杆左端下沉，则应将平衡螺母向　　　　(填“左”或“右”)调节，直到杠杆在水平位置平衡。
(2)如图乙所示，杠杆上刻度均匀，在A点挂3个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂　　　　个相同的钩码；当杠杆水平平衡后，将A、B两点下方同时增加一个相同的钩码，则杠杆将　　　　(填“左端下沉”“右端下沉”或“仍保持静止不动”)。
(3)如图丙所示，若不在B点挂钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉杠杆，使杠杆在水平位置平衡；当弹簧测力计从图丙位置转到图丁位置时，其示数会　　　　 (填“变大”“不变”或“变小”)，原因是　　　　　　　　　　　。
(第15题) (第16题)
16．[2023·湘潭]用如图所示的装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表：
实验序号 钩码重力G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳子自由端移动距离s/cm 机械效率η
1 2．0 5 1．0 15 66．7%
2 4．0 5 1．8 15 74．1%
3 4．0 10 1．8 30 74．1%
4 6．0 5 2．5 15
(1)实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做　　　　运动。第1次实验时，钩码上升的时间为3 s，此过程中，绳子自由端上升的速度为　　　　m/s。
(2)第4次实验时所做的有用功为　　　　J， 滑轮组的机械效率是　　　　%。
(3)分析 1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越　　　　(填“大”或“小”)，滑轮组的机械效率越高； 分析 2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度　　　　(填“有关”或“无关”)。
(4)用滑轮组提升重物时，下列选项中也可以提高机械效率的是　　　　。
A．换用更轻的动滑轮　　　　B．加快提升物体的速度
17．[2022·龙岩期末]在“探究物体的重力势能与高度、质量是否有关”的实验中，小海准备了四块相同的花泥、两个体积相同但质量不同的钢球和玻璃球(m钢＞m玻)。
(1)如图甲所示，将钢球、玻璃球从距花泥h1高处由静止释放，砸在花泥上，砸出深浅不同的痕迹，由图可知，实验的自变量是　　　　，控制不变的量是　　　　。
(2)如图乙所示，将钢球分别从距花泥h1和h2(h1＞h2)高处由静止释放，砸在花泥上，砸出深浅不同的痕迹，据图得出结论：当　　　　相同时，重力势能与　　　　有关。
四、综合运用题 (第18题10分，第19题12分，共22分)
18．[2022·呼和浩特]如图所示的为某盘山公路。汽车沿着公路，可以驶上高耸入云的山峰。为什么盘山公路要修成S形呢？因为盘山公路相当于斜面，省力而安全。若从山底到山顶的盘山公路长6 000 m，山高900 m，一辆 5 t的小型货车以恒定功率165 kW匀速沿盘山公路从山底开上山顶，用时10 min。在货车从山底到山顶的过程中，阻力大小不变。求：(g取10 N/kg)
(1)货车克服重力做的功和发动机对货车做的功。
(2)货车所受阻力大小。
19．一救援队员用如图所示的装置从水中打捞一装有贵重物品的箱子。在打捞过程中箱子始终匀速竖直上升。已知该箱子的体积为0.08 m3，质量为240 kg，该箱子上表面距水面4 m。若该箱子在救援队员施加600 N的拉力作用下在水中竖直匀速上升，绳重和摩擦不计。求：(g取10 N/kg)
(1)箱子上表面受到的水的压强。
(2)箱子在水中所受浮力的大小。
(3)在箱子拉出水面之后，该装置的机械效率。
答案
一、1．D
2．C　【点拨】从支点到动力作用线的距离叫动力臂，故A错误；杠杆是直的，且力与杠杆垂直时，力臂才在杠杆上，故B错误；杠杆长度与动力臂、阻力臂长度没有确定的关系，故D错误。
3．A
4．D　【点拨】金属棒没离开地面时，金属棒在拉力作用下绕着A端被缓慢匀速提起，此时金属棒是杠杆，支点为A，动力为弹簧测力计对金属棒的拉力，阻力为金属棒的重力，设棒长为l，金属棒的重心离A端距离为d，如图所示；由杠杆的平衡条件可得F1l1＝Gl2，且由数学知识可得＝，所以＝，则这一过程中弹簧测力计对金属棒的拉力F1不变，且F1＜G。金属棒没离开地面时，弹簧测力计对金属棒所做的功W＝F1h，因为F1不变，所以W和h成正比关系。金属棒离开地面后，因为竖直匀速提起金属棒，所以由二力平衡条件可知，拉力F1'＝G，弹簧测力计对棒所做的功W＝F1'h，且此过程中F1'不变，故W和h也成正比关系，但F1'＞F1，所以提升相同高度时拉力做功更多，即图线更陡。故选D。
5．C
6．C　【点拨】将左侧钩码向右移动，左侧的力不变，力臂变小，则左侧的力与力臂的乘积变小，会使杠杆平衡，故C正确。
7．C　【点拨】把同一物体匀速提升同样的高度，由W有＝Gh可知，前后两次做的有用功不变；此滑轮组经改进后提高了机械效率，额外功减少了，总功减少了。故A、B、D错误，C正确。
8．C
9．C　【点拨】探究影响压力作用效果的因素时，选用大小不同的木块，是为了改变压力的大小；探究影响重力势能大小因素时，选用大小不同的木块，是为了改变质量的大小，所以改变的量是不同的。故C错误。
10．B　【点拨】无人机升空时，相对于地面的位置不断发生变化，故是运动的，故B正确。
二、11．55；不变；变小　【点拨】由题意可知，初始状态时，动力臂与阻力臂的关系为lOA＝2lG，由杠杆平衡条件知FlOA＝GlG，则F＝＝×110 N＝55 N。
12．40；4；32　【点拨】不计绳重和滑轮重，由题图可知，n＝2，绳子自由端移动的距离s绳＝2s物＝2v物t＝2×0.1 m/s×10 s＝2 m。弹簧测力计的示数为20 N，则拉力是20 N，拉力做功W总＝Fs绳＝20 N×2 m＝40 J。拉力做功的功率P＝＝＝4 W。由η＝＝＝得，物体A受到的摩擦力f＝η×2F＝80%×2×20 N＝32 N。
13．150；150　【点拨】由题知，在4～8 s内，推力F＝150 N；由题图可知，这段时间内木箱做匀速直线运动，且v＝1 m/s，则推力做功的功率P＝＝＝Fv＝150 N×1 m/s＝150 W。
14．高度；B
三、15．（1）右　 （2）4；左端下沉　 （3）变大；阻力和阻力臂不变，动力臂变小，动力变大
　　【点拨】（2）若每个钩码重G，每个小格长L，要使杠杆在水平位置平衡，由杠杆的平衡条件可得，3G×4L＝ nG×3L，解得n＝4；当杠杆水平平衡后，在A、B两点下方同时增加一个钩码，则有4G×4L＞5G×3L，故左端下沉。
16．（1）匀速直线；0.05　（2）0.3；80　（3）大；无关　（4）A
17．（1）质量；高度　（2）质量；高度
四、18．【解】（1）货车受到的重力G＝mg＝5×103 kg×10 N/kg＝5×104 N，
　货车克服重力做的功W有＝Gh＝5×104 N×900 m＝4．5×107 J，
　由P＝可知，发动机对货车做的功W总＝Pt＝165×103 W×10×60 s＝9．9×107 J。
　（2）货车克服阻力做的功Wf＝W总－W有＝9．9×107 J－4．5×107 J＝5．4×107 J，由Wf＝fs可知，货车所受阻力为f＝＝＝9 000 N。
19．【解】（1）箱子上表面受到的水的压强p＝ρ水gh＝1．0×103 kg/m3×10 N/kg×4 m＝4×104 Pa。
　（2）因为箱子在水中，即浸没水中，所以V排＝V箱＝0.08 m3，箱子受到的浮力F浮＝G排＝ρ水gV排＝1．0×103 kg/m3×10 N/kg×0.08 m3＝800 N。
　（3）由题图可知，n＝3，箱子受到的重力G箱＝m箱g＝240 kg×10 N/kg＝2 400 N，绳重和摩擦不计，箱子浸没在水中时，绳端的拉力F＝（G箱－F浮＋G动）＝×（2 400 N－800 N＋G动）＝600 N，解得G动＝200 N，箱子离开水面后，绳端的拉力F'＝（G箱＋G动）＝×（2 400 N＋200 N）＝ N，此时滑轮组的机械效率η'＝＝＝＝＝≈92．3%。