第四章机械和功（常考经典题）（含解析）上海市2023-2024八年级物理下学期单元练习（沪教版）

第四章 机械和功（常考经典题）-上海市2023-2024八年级物理下学期单元练习（沪教版）
一、单选题
1．如图5所示，“套圈”出手后，从a点到c点的过程中(不计空气阻力)，下列说法正确的是（　　）
A．“套圈”由a到b过程中，动能逐渐增大
B．“套圈”在b点的机械能大于a点的机械能
C．“套圈”由b到c过程中，机械能逐渐变小
D．“套圈”由a到b再到c过程中，重力势能先变大后变小
2．在我国古代书籍《墨经》中，对杠杆有精辟论述，并有许多巧妙的应用．如下图所示是在井上汲水的桔槔，下列对其在使用中正确的解释是
A．桔槔是等臂杠杆，不省力也不费力
B．向井内放送水桶时，人用的力气一定小于水桶的重力，所以省力
C．桔槔是不等臂杠杆，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆
D．往上提水时，人用的力气一定小于桶与水的总重，所以省力
3．如图所示的工具中，使用时属于费力杠杆的是
A． B．
C． D．
4．P、Q是同一直线上相距12米的两点，甲、乙两物体分别从P点与Q点同时出发，它们的s-t的图像如图所示，经过2秒钟，则（　　）

A．甲物体的动能一定大于乙物体的动能
B．甲、乙两物体反方向运动一定相距2米
C．甲、乙两物体可能相距8米
D．甲、乙两物体同向运动可能相距10米
5．下列工具中，在使用时属于费力杠杆的是（　　）
A．开瓶器 B．钢丝钳
C．撬棒 D．镊子
6．用下列轻质简单机械缓慢提起同一物体，不计摩擦、机械自重及绳的重，用力最小的是（　　）
A． B．
C． D．
7．如图所示，分别用力 、 、 匀速提起物体 ，不考虑摩擦、绳重，三个力的大小关系是（　　）
A． F1F2>F3 D． F2>F1=F3
8．如图所示，用5牛的拉力F匀速竖直提升重为G的物体，使其上升了0.2米。若不计滑轮自重及摩擦，关于物体的重力G和绳子自由端移动的距离s，下列判断中正确的是（　　）
A．G=2.5牛　　s=0.1米 B．G=2.5牛　　s=0.4米
C．G=10牛　　s=0.1米 D．G=10牛　　s=0.4米
9．在图中，O是杠杆PQ的支点，在P点挂一重物G，在Q点分别作用不同方向的力F。其中能使杠杆在水平位置平衡且最省力的是图（　　）
A． B． C． D．
10．在图所示的简单机械中，属于费力杠杆的是（　　）
A．定滑轮 B．扳手
C．镊子 D．独轮车
11．如图所示杠杆中，属于费力杠杆的是（　　）
A．核桃夹 B．撬棒
C．瓶起子 D．食品夹
12．如图所示为某同学在测量物体质量实验中使用镊子夹取砝码的场景，使用此镊子（　　）
A．省力且省距离 B．省力但费距离
C．费力且费距离 D．费力但省距离
13．如图所示，是我国某地的等高线图，若把同一物体分别放在A点和B点，那么在哪一点时，此物体的重力势能大（　　）
A．在A点时大 B．在B点时大
C．在两点时一样大 D．条件不足，无法判定
14．苹果从树上下落的过程中，若受到的空气阻力始终不变，则（ ）
A．苹果受到的合力为零
B．苹果的惯性不断增大
C．苹果的重力势能在不断减小
D．苹果受到的合力不断增大．
二、填空题
15．用如图所示的滑轮沿竖直方向提起一重为 20 牛的物体 A，滑轮处于静止状态，相当于一个 杠杆，力 F 的大小为 牛，此时物体 A 所受到的合力大小为 牛。
16．重为2.98N，体积为1×104m3的物体A浸没在水中，受到的浮力为 牛；若在始终浸没的情况下，用细绳竖直拉着它匀速上升1m，则拉力大小为 牛，拉力所做的功为 J。
17．2020年5月，我国新一代载人飞船试验船返回舱成功返回。在返回舱降落的过程中，以地面为参照物，返回舱是 的（选填 “运动”或“静止”），舱内物体的重力势能 ，其惯性 （后两空均选填“增大” “不变”或“减小”）。
18．月球属于 （选填“行星”或“卫星”）．2019年1月，“嫦娥四号”在月球背面成功着陆．“嫦娥四号”在减速过程中，动能 （选填“增大”“不变”或“减小”），以月球为参照物，“嫦娥四号”是 的（选填“运动”或“静止”）．
19．如图（a）、（b）所示的滑轮应用情景中，不计摩擦和滑轮重力．分别用力F1、F2匀速提起重为10牛的物体，图 中的滑轮可以看作等臂杠杆；图（b）中力F2的大小为 牛；图（a）中物体被竖直提升1米过程中，力F1所做的功为 焦，
20．如图所示，小明踢球时，球向上飞出，此现象主要表明力可以改变物体的 （选择“运动状态”或“形状”）；以地面为参照物，球在上升过程中是的 （选填“运动”或“静止”），其重力势能 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。
21．如图所示，用滑轮组将重为900N的物体匀速提升2m，不计摩擦和滑轮重，所施加的拉力F= N，绳子自由端下降 m。
22．某小组同学研究动滑轮的使用特点，他们先用弹簧测力计缓慢提起钩码，如图(a)所示，再分别用重力不同的动滑轮甲、乙、丙缓慢提起相同钩码，如图(b)、(c)、(d)所示．请仔细观察图是的操作和弹簧测力计的示数，然后归纳得出结论．
(1)比较图(a)与(b)[或(a)与(c)，或(a)与(d)]两图可得： ；
(2)比较图(b)与(c)与(d)三图可得 ．
三、作图题
23．如图所示杠杆OA处于静止状态，l2是力F2的力臂；请在图中画出力F1的力臂l1和力F2 的示意图。
24．如图所示，是小明同学用撬棍撬石头的情景，石头重为600N，画出石头受到重力的示意图（O点是力的作用点），画出F的力臂。
四、实验题
25．同学们利用图一装置验证“杠杆的平衡条件”，实验中记录的数据如下：
次数 动力 F1/N 动力壁 L1/cm 阻力 F2/N 阻力臂 L 2/cm
1 1 15 1.5 10
2 2 25 2.5 20
3 3 20 4 15
(1)写出分析处理实验数据的具体过程及验证的结果 ；
(2)杠杆在生活中有很多应用.如图二所示，现欲使静止的跷跷板发生转动，可采取的做法是 ，并说出能驱使跷跷板发生转动的条件 。
五、简答题
26．某同学准备在暑期到北京去旅游，他从网上查询得到了下列信息：飞机从上海到北京的航程约为1200km，用时大约2h5min，飞机每人每百千米消耗能量约1.05×108J；高铁从上海到北京的路程约为1300km，用时大约4h48min，它的能量消耗为。如果他征求你的意见，你会给他怎样的合理建议？说说你的理由。
六、综合题
27．小明在央视科技频道看到：如图，柔软的水经过多级增压后喷射出来的水流竟然能切割各种材料，甚至是金刚石、不锈钢等坚硬的材料，觉得不可思议。为了进一步了解，小明查阅资料后得知：
（a）超高压水切割又称“水刀”，其应用的原理是基于高速水流具有极大的切割能量；
（b）切割能量越大，对切割面产生的压强越大，切割能力越强；
（c）在水中加砂使之成为加砂“水刀”（ρ砂>ρ水），其具有更大的切割能量，可以切割硬度更大的材料。下表是某高压水切割机的部分技术参数：

压强 (Pa) 喷嘴横截面积 (㎡) 排量 (L/min)
3×108 5×10-8 2.7
（1）若不考虑水从喷嘴喷出后横截面积的变化，此水切割机喷射出的高压水流对切割面产生的压力为 牛；
（2）高速水流能切割坚硬材料的物体，是因为高速水流具有很大的 ；（选填“动能”或“重力势能”）
（3）结合所学的知识及上述信息，从能量角度解释“加砂水刀可以切割硬度更大的材料”的原因是： 。
七、计算题
28．用大小为10牛的水平方向的推力F使重力为20牛的物体在5秒内匀速运动4米，求这段时间里物体推力F做的功W和功率P。
29．用大小为5牛的水平方向的拉力 F 使重力为 20 牛的物体在 10 秒内匀速运动 10 米，求这段时间里物体拉力 F做的功 W 和功率 P。
30．如图所示，用竖直向上的拉力F匀速提起物体A。已知物体A和滑轮的总重G总为100牛，且摩擦不计，求拉力F的大小。
31．杠杆平衡时，动力臂l1为0.6米，阻力臂l2为0.2米，若阻力F2的大小为60牛，求动力F1的大小．
32．如图所示，小明用98牛的拉力在4 秒内将货物匀速提升2 米，不计摩擦和绳子重力，求：
⑴货物的重量m．
⑵这段时间内，拉力所做的功W和功率P．
八、科普阅读题
33．请阅读，然后回答问题：
“有用功指对人们有利用价值的功，如简单机械提升重物所做的功就是人们需要的．额外功指对人们既无利用价值而又不得不做的功，如使用简单机械时克服机械间的摩擦和机械自重所做的功就是人们不需要的，没有利用价值而又不得不做的功．”
下图是小金同学用三种不同方法把沙子运上三楼，如图所示．下表中的数据是人、沙子、桶、滑轮、装沙子的口袋的重力．
小金重力 500牛
沙子重力 100牛
桶的重力 20牛
滑轮重力 10牛
口袋重力 5牛
根据上图中的信息和表格中数据，请判断：
（1）小金同学用三种方法把沙子运上三楼，其中哪种方法所做的额外功最多，是图中的 ．（选填“方法一”、“方法二”或“方法三”）．
（2）计算出小金同学用三种方法把沙子运上三楼，其中所做的有用功为 焦．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【分析】本题考查的是动能和势能的大小变化。根据影响动能和重力势能大小的因素来分析动能和重力势能的变化。
【详解】A．“套圈”由a到b过程中，“套圈”所处的高度增加，但它的速度减小，所以它的重力势能增加，动能减小；“套圈”由b到c过程中，“套圈”所处的高度降低，但它的速度变大，所以它的重力势能减少，动能增加。故A错误，D正确；
BC．因为在整个过程中不计空气阻力，所以“套圈”在任何一点的机械能守恒，故BC错误。
故选D。
2．D
【分析】杠杆的分类：①省力杠杆，动力臂大于阻力臂；②费力杠杆，动力臂小于阻力臂；③等臂杠杆，动力臂等于阻力臂；要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（用力点、支点和阻力点）的大小跟它们的力臂成反比。
【详解】AC．由图可见，桔槔是不等臂杠杆，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故AC错误；
B．向井内放送水桶时，人用的力通过杠杆原理，与石头的重力相关，一般比木桶的重力要大，故B错误；
D．往上提水时，因为有石头帮忙，人的力气比水和桶的总重力小，故D正确。
故选D。
【点睛】此题主要考查了对简单机械的认识，要掌握杠杆的要素。
3．B
【分析】该题考查了学生对物理模型的抽象、分析能力．判断杠杆的类型可根据生活经验结合动力臂与阻力臂的大小关系来判断。
【详解】AC．我们在使用拔钉铁锤和钢丝钳时都是为了省力，并且它们在使用的过程中都是动力臂大于阻力臂，所以它们都是省力杠杆．故AC不符合题意；
B．面包夹的手柄部分较短，在使用过程中动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，费力但省距离，故B符合题意；
D．天平是典型的等臂杠杆，故D不符合题意。
故选B。
【点睛】联系生活经验，要判断杠杆的类型，可依据杠杆的动力臂和阻力臂大小关系：若动力臂大于阻力臂，则是省力杠杆；若动力臂小于阻力臂，则是费力杠杆；若动力臂等于阻力臂，则为等臂杠杆。
4．D
【详解】由甲和乙的运动图象可知：都是一条过原点的直线，说明甲和乙都是做匀速直线运动的；甲的速度
乙的速度
所以甲的速度大于乙的速度；由图象可知：经过2秒钟，甲的运动路程
s′甲=v甲t=3m/s×2s=6m
乙的运动路程
s′乙=v乙t=2m/s×2s=4m
A．由于动能的大小与质量和速度有关，而物体的质量未知，则动能的大小无法比较，故A不符合题意；
B．甲、乙两物体同时反方向运动；若甲与乙都是远离PQ点，则甲和乙此时相距
12m+6m+4m=22m
若甲向Q点运动，乙向P点运动，则甲和乙此时相距
12m-6m-4m=2m
所以甲、乙两物体反方向运动时它们之间的距离可能是22m或2m；故B不符合题意；
D．甲、乙两物体同向运动，若甲都沿PQ方向运动，则甲和乙此时相距
12m-6m+4m=10m
若甲都沿QP方向运动，则甲和乙此时相距
12m+6m-4m=14m
故D符合题意；
C．由上分析可知：甲、乙物体没有可能相距8m，故C不符合题意。
故选D。
5．D
【详解】A．开瓶器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A不符合题意；
B．钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B不符合题意；
C．撬棒在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C不符合题意；
D．镊子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故D符合题意。
故选D。
6．B
【详解】不计摩擦、机械自重及绳的重。
A．图中滑轮是定滑轮，拉力；
B．图中滑轮是动滑轮，拉力；
C．设杠杆一格长为L，由杠杆平衡条件得
F3×2L=G×5L
D．设杠杆一格长为L，由杠杆平衡条件得
F4×3L=G×2L
由此分析比较可知F2最小，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．B
【详解】定滑轮相当于一等臂杠杆，能改变力的方向，但不能省力。利用定滑轮沿三个不同方向拉同一物体时，所用拉力的大小均等于物体的重力大小，故有
F2=F1=F3
故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
8．D
【详解】由图可知，该装置为动滑轮，使用动滑轮可以省一半的力，费一倍的距离，物体上升的高度为0.2m，则绳子自由端通过的距离为
s=0.2m×2=0.4m
不计滑轮自重及摩擦，则
解得
G=2F=2×5N=10N
故ABC错误，D正确。
故选D。
9．B
【详解】根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，在阻力和阻力臂确定的情况下，要想动力最小，则动力臂需最大，则当力与杠杆垂直时，力最小，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
10．C
【详解】A．定滑轮既不省力又不省距离，实质是等臂杠杆，故A不符合题意；
B．扳手使用时动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B不符合题意；
C．镊子的支点在最上端，使用时动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故C符合题意；
D．独轮车的支点在其轮轴处，动力作用在车把上，阻力是车内物体对车的压力，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故D不符合题意；
故选C。
11．D
【详解】A．核桃夹在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故A不符合题意；
B．撬棒在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B不符合题意；
C．瓶起子在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故C不符合题意；
D．食品夹在使用时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D符合题意。
故选D。
12．D
【详解】使用镊子夹取砝码时，镊子的上端为支点，与手接触点为动力作用点，与砝码接触点为阻力作用点，使用时，动力臂小于阻力臂，所以镊子是一个费力杠杆；在使用镊子过程中，手移动的距离比砝码移动的距离短，所以使用使用费力杠杆的好处是省距离，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
13．B
【详解】由题图可看出，A点所在的海拔为995m，B点所在的海拔为1040m，而对同一个物体，它的位置越高，重力势能越大，故物体在B点时重力势能大。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
14．C
【详解】AD．苹果重力竖直向下，下落时空气阻力向上且始终不变，苹果向下落速度逐渐增大，所受合力向下且保持不变不为零，故AD不符合题意；
B．惯性大小只于质量有关，苹果下落过程中质量不变，则惯性大小不变，故B不符合题意；
C．重力势能大小与高度和质量有关，下降过程中质量不变，高度降低，则重力势能减小，故C符合题意；
15． 省力 10 0
【详解】[1]如图所示，滑轮随着物体一起运动，故是动滑轮，省一半的力，相当于一个省力杠杆。
[2]一共有2段绳子分担动滑轮重，故动滑轮省一半的力，力 F 的大小为
[3]滑轮处于静止状态，则物体A也处于静止状态，处于平衡状态，故合力为0。
16． 0.98 2 2
【详解】[1]若将物体A浸没在水中时排开水的体积
V排=V=1×10-4m3
则物体受到水的浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×1×10-4m3=0.98N
[2]根据题意知道，物体受到竖直向上的拉力F、浮力F浮和竖直向下的重力G，由平衡条件知道，拉力大小为
[3]拉力F所做的功
W=Fs=2N×1m=2J
17． 运动 减小 不变
【详解】[1]根据运动的相对性原理，在返回舱降落的过程中，以地面为参照物，返回舱相对于地面发生了位置的变化，所以返回舱是运动的。
[2]物体的重力势能与物体的质量和距离参照面的高度有关。返回舱降落的过程中，舱内物体的质量不变，高度减小，所以，舱内物体的重力势能减小。
[3]惯性是物体本身固有的属性，惯性的大小只与物体的质量有关，降落过程中，舱内物体的质量不变，所以惯性不变。
18． 卫星 减小 运动
【详解】[1]月球属于卫星，围绕地球这个行星运转；
[2] “嫦娥四号”减速落月过程中，质量不变，速度减小，其动能减小；
[3] 由于“嫦娥四号”相对于月球的位置发生变化，故以月球为参照物是运动的．
19． a 5 10
【详解】[1]由图知，（a）是定滑轮，本质是等臂杠杆；（b）是动滑轮，本质是动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆；
[2]（b）是动滑轮，不计滑轮重和摩擦，能省一半力，拉力
[3]当物体上升1米的过程中，图a中绳子的拉力F1=G=10N，绳端向下移动的距离s=1m，力F1所做的功
20． 运动状态 运动 增大
【详解】[1]小明踢球时，球由于受到脚的作用力，由静止变为运动，说明力可以改变物体的运动状态。
[2][3]球在上升过程中，与地面的位置在不断发生改变，所以以地面为参照物，球是运动的；球在上升过程中，质量不变，高度增大，所以重力势能增大。
21． 300 6
【分析】已知动滑轮上绳子的段数，拉力为物体重的，拉力移动的距离是物体升高距离的3倍。
【详解】[1]由滑轮组知道，承担重物的绳子的股数为3段，则所施加的拉力
[2]绳子自由端下降距离
22． （1）动滑轮省力 （2）动滑轮自重影响机械效率
【详解】（1）由于图（a）与（b）[或（a）与（c），或（a）与（d）]的不同点是：（a）图是直接提起钩码，图（b）、（c）、（d）是使用简单的机械，由图中弹簧测力计的读数可看出（a）图中弹簧测力计的示数最大．故得出的结论是：使用动滑轮能够省力；
（2）图（b）与（c）与（d）的不同点是动滑轮的重力不同，由图中弹簧测力计的读数可看出（b）图中弹簧测力计的示数最大．
而（b）图中动滑轮的重力最大，故比较图（b）与（c）与（d）三图可得：当阻力一定时，动滑轮本身的重力越大，所需的动力也越大．
23．
【详解】过力臂l2的右端，作垂直于l2的直线，与杠杆的交点为力F2的作用点，方向竖直向上，过支点O做力F1作用线的垂线段l1，则线段l1为力F1的力臂，如下图所示:
24．
【详解】石头重力的作用点在重心，过重心沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段，并用符号G表示；过支点O作垂直于动力作用线的垂线段，即为F的力臂，如下图所示：
25． 见详解 甲不动，乙向远离支点方向移动（或乙不动，甲向靠近支点方向移动；或乙不动，甲蹬地，减小甲对跷跷板的压力） 使跷跷板顺时针和逆时针方向转动的力和力臂的乘积不相等（或动力×动力臂≠阻力×阻力臂，或F1L1≠F2L2）
【分析】（1）记录中有四组数据，分别是动力、动力臂、阻力、阻力臂，分析动力与动力臂的乘积、阻力与阻力臂的乘积，得出杠杆的平衡条件；
（2）跷跷板就是杠杆的应用，它是通过改变力的大小或者力臂的长度使杠杆发生转动的。
【详解】（1）[1]①分析处理实验数据的具体过程如下：分别计算出动力×动力臂（或F1L1）和阻力×阻力臂（或F2L2），即第一组
、
第二组
、
第三组
、
经过比较发现：每一组的动力和动力臂的乘积与阻力和阻力臂的乘积都相等；
②验证的结果：经验证可得出杠杆平衡时满足：动力×动力臂=阻力×阻力臂（或F1L1≠F2L2）。
（2）[2][3]要使翘翘板转动，可采取的做法是：甲不动，乙向远离支点方向移动（或者乙不动，甲向靠近支点方向移动；或者乙不动，甲蹬地，减小甲对跷跷板的压力）；根据杠杆平衡条件，能驱使跷跷板发生转动的条件是：使跷跷板顺时针和逆时针方向转动的力和力臂的乘积不相等（或动力×动力臂≠阻力×阻力臂，或F1L1≠F2L2）。
26．见详解
【详解】若他坐飞机从上海到北京，至少需要消耗的能量是
若他坐高铁从上海到北京，至少需要消耗的能量是
因此，从节约能量角度来看，建议该同学坐高铁去北京；因为坐高铁去北京比坐飞机去北京要多用2h43min，因此若从节约时间角度来看，建议该同学坐飞机去北京。
27． 15 动能 加砂水刀具有更大的动能
【详解】（1）[1]若不考虑水从喷嘴喷出后横截面积的变化，此水切割机喷射出的高压水流对切割面产生的压力
F =pS=3×108×5×10-8=15N
（2）[2]由于高速水流速度很大，因此排量一定的情况下，水刀具有的动能很大。
（3）[3]由于加砂水的密度大于水的密度，同体积的加砂水的质量更大，则同体积的加砂水刀的动能大于不加砂水刀，因此可以切割硬度更大的材料。
28．40J，8W
【详解】解：推力F做的功W
推力F的功率
答：这段时间里物体推力F做的功W为40J，功率P为8W。
29．50J；5W
【详解】解：物体沿水平方向做匀速直线运动，此过程中拉力做的功
W=Fs=5N×10m=50J
拉力的功率
答：这段时间内拉力做的功为50J，功率为5W。
30．50牛
【详解】解：因为使用动滑轮，有两股绳子承担物重，且摩擦不计，所以拉力
答：拉力F的大小为50N。
31．20N
【详解】由杠杆平衡条件F1l1＝F2l2可得，动力为
F1＝＝＝20N．
答：动力F1为20N．
32．（1）10kg；（2）196J，49W
【详解】（1）因为匀速提升，所以T=G=98N，所以
m=G/g=98N/9.8N/kg=10kg
（2）拉力所做的功为
W=FS=TS=98N×2m=196J
拉力的功率为
P=W/t=196J/4s=49W
33． 方法一 600
【详解】(1)小金同学的三种运沙子的方法中，将沙子提升的高度相同
做的额外功：
方法一：提升沙子的同时将人和桶提升，对人和桶做的额外功
方法二：提升沙子的同时将动滑轮和桶提升，对动滑轮和桶做的额外功
方法三：提升沙子的同时将口袋提升，对口袋做的额外功
可见方法一做的额外功最多；
(2)小金同学用三种方法把沙子运上三楼，所做的有用功
答案第1页，共2页
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