3.4简单机械 同步练习（含解析）

3.4 简单机械 同步练习
一 、选择题
1.如图所示， 用三种不同的方式分别拉同一物体在水平地面上做匀速直线运动，所用拉力分别为 F1、
F2 和 F3 ，则它们的大小关系正确的是（ ）（不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦）
A．F3＜F1＜F2 B．F1＜F2＜F3 C．F2＜F1＜F3 D．F3＜F2＜F1
2.图 1 为一个平衡的杠杆， 左端挂有充足气的篮球和套扎在气针尾端的气球， 右端为钩码．将气针头
插入篮球中，气球膨胀， 此时杠杆如图 2。下列分析不正确的是( )
A．图 1 中，杠杆左右两边所受拉力的力臂相等
B．图 2 中，气球的体积越大，它受到的浮力也越大
C．图 2 中，杠杆的左端上翘是因为气球受到的浮力变大
D．实验过程中，杠杆左端所挂物体的总重始终不变
3.如图画出了自行车手闸工作时的支点、动力和动力臂、阻力和阻力臂， 则阻力臂是( )
第 8 题图
A．l1 B．l2 C．F1 D．F2
4.今年 2 月，我国台湾省发生地震，一个结构坚固的水塔因地基松软而倾斜。为阻止水塔继续倾斜， 第 1 页（共 12 页）
救援队借助山石用钢缆拉住水塔。下列方案中，钢缆对水塔拉力最小的是( )
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A.
B． C.
D.
5.如图所示， 一根绳子绕过定滑轮，一端拴在钩码上，手执另一端， 分别用力 F1 、F2 、F3 拉起钩码， 实
验表明下列说法正确的是( )
A．F1 较大 B．F2 较大
C．F3 较大 D．三个力一样大
6.人在踮脚时主要靠腓肠肌收缩， 假设人的重力作用线通过 N 点，如图所示。若某人的重力为 600 牛，
MO=2NO，则双脚同时踮起时，每只脚的腓肠肌作用力是( )
A．150 牛 B．300 牛 C．600 牛 D．1200 牛
7.用四个相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，把相同的重物匀速提升相
同的高度， 若不计绳重及摩擦， 下列说法正确的是( )
第 7 题图
A．甲滑轮组较省力，机械效率较高
B．乙滑轮组较省力，机械效率较高
C．绳子自由端移动的距离不相等，拉力所做的功相等
D．绳子自由端移动的距离不相等，拉力所做的功不等
8.如图所示筷子盒在 A 处施加向下的力时， 筷子会从出口滚出。忽略筷子的压力，以下能正确表示按
下 A 处时杠杆示意图的是( )
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A.
C.
B.
D.
9.如图所示， 把同一物体沿斜面 BA 和 CA 分别拉到顶端 A，若沿斜面的拉力 F1=F2 ，则斜面两边的机械
效率 ηB 、 ηC ，斜面两边的摩擦力分别为 fB 和 fC ，则下列判断正确的是( )
A．fB＞fC B．fB＜fC C. ηB<ηC D. ηB=ηC
10.如图所示， 甲、乙两套装置所用的滑轮质量相等， 用它们分别将相同质量的钩码匀速竖直提升， 在
相等时间内，绳端 A．B 移动相同的距离（忽略绳重和摩擦），在此过程中，下列选项正确的是( )
A．两钩码上升的速度相等
B．两滑轮组绳端的拉力相等
C．甲滑轮组的总功比乙少
D．两滑轮组的机械效率相等
二 、填空题
11.如图所示， 物体甲和乙所受重力都为 160N，滑轮重力及摩擦忽略不计， 当用力分别匀速提起物体甲
和物体乙时，F 甲为 N，F 乙为 N。
12.如图所示， 物体 G 在水平拉力 F 作用下向右匀速运动了 0.3 米， 物体 G 受到的摩擦力为 2 牛， 绳、
滑轮重及滑轮与绳之间摩擦不计，则拉力 F 的大小为 牛，拉力 F 做的功为 焦。
13.如图所示， 物体 A 的质量 m =20kg，在 30 N 的水平拉力 F 的作用下，物体 A 以 0.4m/s 的速度在水 平面上做匀速直线运动， 忽略滑轮与绳子的摩擦力以及滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力，并且绳
子足够长。
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（1）物体 A 与水平面间摩擦力为 N；
（2）拉力 F 做功的功率 W；
（3）如果将水平拉力 F 增加到 60N，使物体 A 向右运动， 此时物体 A 与水平面间摩擦力为 N
三 、实验题
14.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， 利用图甲和图乙装置进行实验，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 h/m 有用功 W 有用/J 拉力 F/N 绳端移动的距离 S/m 总功 W 总/J 机械效率/η
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 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
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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
四 、解答题
15.如图甲是学校重大活动时常用的伸缩隔离柱。均质底座呈圆盘形， 底座直径 30cm，质量为 4.5kg， 厚度不计；正中立柱杆 AB 长 75cm，其顶端 A 为伸缩头固定位置，伸缩头中有可收缩的布带，内部有弹 性装置固定， 松手后布带会自动收回伸缩头中，收缩布带的拉力与伸长量成正比。其结构可简化为如
图乙。
（1）将图甲中的收缩布带向右拉出时，可将隔离柱整体伸缩头看成是一根杠杆。请在图乙上画出杠杆
的支点 O、隔离柱受到的拉力 F 和拉力的力臂 L；
（2）在使用“标配底座”时，布带可承受的最大拉力为多少？
（3）为使布带承受更大的拉力， 可对伸缩隔离柱进行怎样的改进： （写出一种方法即可）。
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3.4 简单机械 同步练习答案解析
一 、选择题
1.
解：不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦：
假设物块与地面的摩擦力为 f，
左滑轮为定滑轮，F1 处于绳端， 所以 F1 ＝f；
中滑轮为动滑轮，F2 处于绳端， 则 F2 ＝f；
右滑轮为动滑轮，滑轮、物体匀速运动， 滑轮受到向左的力 2f 等于向右的拉力 F3 ，即 F3 ＝2f；
故 F2＜F1＜F3。
故选： C。
2.A
【解析】（1）当杠杆在水平位置平衡时， 力的作用点与支点间的距离即为力臂；
（2）根据 F 浮=ρ 气 gV 排进行分析；
（3）浮力总是竖直向上的；
（4）根据图 1、图 2 杠杆左端重力的多少进行分析。
A．由图 1 可知， 杠杆在水平位置平衡，设一格距离为 L，则左边力臂为 5L，右边力臂为 4L，则杠杆左
右两边所受拉力的力臂不相等， 故 A 错误；
B、由 F 浮=ρ 气 gV 排可知，当球的体积越大，它受到的浮力也越大， 故 B 正确；
C、因为浮力竖直向上， 因此图 2 中， 杠杆的左端上翘是因为气球受到的浮力变大， 故 C 正确；
D、实验过程中，杠杆左端所挂物体的多少不变，因此总重始终不变，故 D 正确。
故答案为： A
3.B
4.B
【解析】以支点和力的作用点的连线为力臂时力臂最大， 所用的力最小。
由以支点和力的作用点的连线为力臂时力臂最大， 即四个图中 B 图中的钢缆对水塔拉力的力臂最大，
由杠杆平衡条件 F1L1=F2L2 知钢缆对水塔的拉力最小。
故答案为： B。
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5.D
【解析】根据定滑轮的特点分析判断。
根据图片可知， 滑轮固定在天花板上不动，为定滑轮。定滑轮的本质为等臂杠杆， 即不省力不费力，
且拉力的大小与方向无关，故 D 正确，而 A．B、C 错误。
故选 D。
6.A
【解析】根据杠杆原理解题，据图可知， 支点是 O 点，重力力臂是 NO，腓肠肌作用力的力臂是 MO。
解： 人在踮脚时，依靠腓肠肌的收缩提供力， 从而克服重力做功； 根据杠杆平衡可知， 重力×NO=腓肠
肌收缩力×MO；
即： 600N×NO=腓肠肌收缩力×2NO；
求得： 腓肠肌收缩力=300N,
而此时的腓肠肌收缩力为双脚共同提供的，
故每只脚的腓肠肌作用力为： 300N÷2=150N
故答案为： A.
7.C
8. 【分析】根据支点的位置、动力的方向分析阻力的方向， 然后选出正确的杠杆示意图。
【解答】解： A 处施加的动力的方向是向下的，支点在杠杆的最左侧，所以阻力的方向是向上的，根据
四个选项可知， A 中图正确。
故选： A.
9.B
【解析】已知高度相同， 根据公式 W=Gh 可求有用功的大小，还知道拉力的大小和通过的路程大小，根
据公式 W=Fs 可求拉力做的总功； 根据” = w (w)总 (有)比较机械效率的大小。
同一物体升高的高度相同，根据公式 W 有=Gh 可知， 有用功相同；
因为 CA＞BA，拉力相同，根据公式 W 总=Fs 可知，F2 做的功多；
有用功相同，F2 做的总功多，由” = w (w)总 (有)可知，其机械效率低， 即 ηB＞ηC ，故 C、D 错误。
影响滑动摩擦力大小的因素有两个： 压力大小和接触面的粗糙程度；
物体分别沿斜面 BA 和 CA 运动， 可认为接触面的粗糙程度相同，斜面越陡， 则压力越小，滑动摩擦力
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越小， 则 fB＜fC ，故 B 正确， A 错误。
故选 B。
10.
解： A．图甲使用的是动滑轮， 承担物重的绳子股数 n 甲 ＝2；图乙使用的是滑轮组，承担物重的绳子股
数 n 乙 ＝3；
因为拉力端移动的距离 s＝nh，所以拉力端移动的速度等于物体升高速度的 n 倍，
已知在相等时间内绳端 A．B 移动相同的距离， 则由速度公式 v＝可知绳端 A．B 移动的速度相等，设
其大小为 v，
则由 v 绳 ＝nv 物可知， 钩码上升的速度分别为： v 甲＝v，v 乙 ＝v，
所以两钩码上升的速度： v 甲＞v 乙 ，故 A 错误；
B、提升钩码的质量相同、重力相同，且滑轮的质量相同、重力相同，不计绳重及摩擦，拉力 F＝（G+G
动），n 甲 ＝2，n 乙 ＝3，
所以绳端的拉力分别为： F 甲 ＝（G+G 动），F 乙 ＝（G+G 动），则绳端的拉力 F 甲＞F 乙 ，故 B 错误；
C、绳端拉力 F 甲＞F 乙 ，绳端 A．B 移动相同的距离， 由 W＝Fs 可知拉力做的总功 W 甲总＞W 乙总 ，即甲滑轮
组的总功比乙多，故 C 错误；
D、忽略绳重和摩擦，机械效率 η = = = ,
因为提升钩码的质量相等、重力相等， 动滑轮的质量相等、重力相等，所以动滑轮和滑轮组的机械效
率相等，故 D 正确。
故选： D。
二 、填空题
11.
解：左图的滑轮不随物体一起运动， 所以甲是定滑轮，定滑轮不省力， 所以 F 甲 ＝G＝160N；
右图滑轮随物体一起升降，所以是动滑轮，所以可以省一半的力， F 乙＝G= ×160N＝80N
故答案为： 160；80。
12.1；0.6
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【解析】（1）根据动滑轮的特点计算拉力的大小；
（2）首先根据 s=ns 物计算出拉力移动的距离， 再根据 W=Fs 计算拉力做的功。
（1）根据图片可知，该滑轮为动滑轮，有 2 根绳子承担拉力， 那么拉力F = = = 1N；
（2）自由端的拉力移动的距离 s=ns 物=2×0.3m=0.6m，那么拉力做功：W=Fs=1N×0.6m=0.6J。
13.（1）15
（2）6
（3）15
【解析】（1）首先对动滑轮进行受力分析，根据二力平衡原理计算出物体受到的拉力， 然后对物体进
行受力分析，根据二力平衡原理计算出物体受到的摩擦力；
（2）首先根据v = v物计算出拉力的速度，然后根据 P=Fv 计算拉力的功率；
（3）根据影响滑动摩擦力的影响因素分析判断。
（1）当物体做匀速直线运动时， 动滑轮也处于平衡状态，
根据 2F 拉=F 得到：物体 A 受到的拉力为： F拉 = F = × 30N = 15N;
因为物体 A 处于平衡状态，
所以 A 受到的摩擦力 f=F 拉=15N；
（2）拉力 F 的速度为： v = v物 = × 0.4m/s = 0.2m/s；
拉力 F 的功率为：P=Fv=30N×0.2m/s=6W；
（3）物体 A 对地面的压力不变， 接触面的粗糙程度不变，因此物体 A 与水平面间的摩擦力保持不变，
还是 15N。
三 、实验题
14.（1）重力越大；动滑轮的重力； 2 和 3；乙； 80%
（2）减小接触面的粗糙程度
（3）不能省功；B
【解析】（1）①比较表格中第 1、2 次数据， 分析哪个因素变化即可；
②比较表格中第 3、4 次数据，分析哪个因素变化即可；
③根据控制变量法的要求选择对比实验；
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④比较钩码上升的高度与绳端移动的距离，从而确定 s=nh 中的 n 的数值， 进而确定滑轮组的类型；
⑤根据公式η = w (w)总 (有) = 计算机械效率。
（2）物体受到的摩擦力越小，克服摩擦做的额外功越小， 自然机械效率越高；
（3）额外功越小，机械效率越高，这个可以通过实验数据分析得到；但是没有额外功的情形无法实现，
只能通过科学推理得到， 据此对各个选项进行判断即可。
（1）①比较实验 1 和 2 可知，在所有滑轮组一定时，提升的钩码重力越大， 机械效率越高。
②比较实验 3 和 4 可知， 二者动滑轮的重力不同， 因此滑轮组的机械效率还与动滑轮的重力有关；
③探究滑轮组机械效率与提升钩码的高度无关是， 必须控制其它因素相同而改变高度， 故选 2 和 3；
④在第 5 次实验中， 钩码上升的高度 h=0.2m，绳端移动的距离也是 s=0.2m。根据 s=nh 可知，承担绳
子的段数 n=1，应该是乙图；
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η = w (w)总 (有) = = = 80%；
（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）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能省功。
这里使用的研究方法为实验+科学推理。
焦耳定律、阿基米德原理和欧姆定律，主要使用控制变量法，而只有牛顿第一定律使用实验+科学推理
的方法，故选 B。
四 、解答题
15.
解：（1）如下图所示：
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（2）根据杠杆的平衡条件得： F 最大 ×L＝mg ×OB，
所以， F 最大 ＝ ＝9N；
（3）为使布带承受更大的拉力， 由上式可知： 增大底座质量； 增大底座直径等。
答：（1）；
（2）在使用“标配底座”时，布带可承受的最大拉力为 9N；
（3）增大底座质量。
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