3.4简单机械 同步练习（含解析）

3.4简单机械 同步练习
、选择题
下列属于费力杠杆的是（　　）
A．独轮车 B．羊角锤 C．船桨 D．开瓶器
2023年7月温州楠溪江上惊现独特的“水上轻功”独竹漂，前进时，该男子的右手（B点）撑住划竿某处，左手（A点）用力挥动划竿。下列说法正确的是（　　）
A． 划竿使用时A点为支点
B．划竿使用时是一个费力杠杆
C．将A点尽量地靠近水面，可以增大阻力臂
D．将 A 点尽量地靠近水面，可以增大动力
关于机械效率，下列说法正确的是（　　）
A．机械效率越大，越省力
B．机械效率越大，做功越多
C．机械效率越大，功率越大
D．机械效率越大，额外功在总功中所占的比例越小
为早日实现“建设美丽杭州，打造江南水乡典范”的目标，各项工程建设正在我市如火如荼的开展。如图为正在施工的工程车，下列关于工程车的说法正确的是（　　）
A．做的功越多，效率越高 B．做功多的工程车，功率大
C．延长工作时间，可提高效率 D．做功越快的工程车，功率越大
有关开瓶器的利用说法正确的是（　　）
A．要打开瓶盖，应该向下用方
B．该开瓶器的支点为B点
C．该开瓶器省距离杠杆
D．能否打开瓶盖取决于力和力臂的乘积
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．该滑轮的机械效率可能等于100%
如右图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连。此时物体A在绳的水平拉力作用下向左做匀速直线运动，此时测力计的示数为450N；在物体B下加挂重为60N的物体C后，用水平向右的力F拉动物体A可使其沿水平桌面向右做匀速直线运动，此时物体B上升的速度大小为5cm/s。已知每个滑轮重均为50N，若不计绳重及滑轮的摩擦，则下列说法中正确的是（　　）
A．物体A所受滑动摩擦力大小为100N
B．水平向右的力F的大小为400N
C．物体B所受重力为400N
D．拉力F做功的功率为63W
在水平拉力F的作用下，重100N的物体在水平桌面上以0.2m/s的速度匀速运动时，物体与桌面的摩擦力为60N(不计绳重、动滑轮重及摩擦)，F及其功率的大小分別为（　　）
A．20N 12W B．20N 20W C．60N 12W D．30N 20W
如图甲，物体A在水平拉力F的作用下，以0.2 m/s的速度在水平面上做匀速直线运动，此时弹簧测力计示数如图乙所示。若不计滑轮、弹簧测力计和绳的重及滑轮与绳之间的摩擦，则下列说法中正确的是（　　）
A．拉力F为2N
B．此滑轮是定滑轮
C．拉力F的功率为0.4W
D．以物体A为参照物，弹簧测力计是静止的
如图所示，一直杆可绕O点转动，杆下挂一重物，为了提高重物，用一个始终跟杆垂直的力F使直杆由竖直位置慢慢转动到水平位置，在此过程中这个直杆（　　）
A．始终是省力杠杆 B．始终是费力杠杆
C．先是省力杠杆，后是费力杠杆 D．先是费力杠杆，后是省力杠杆
、填空题
生活中我们经常使用简单机械。
（1）如图甲所示，已知撬棒AD=1.2米，CD=BC=0.2米，石头垂直作用在棒上的力是360牛，若要撬动石头，则施加在撬棒A点的力至少是　 　牛；
（2）如图乙所示，利用滑轮组把质量为30千克的物体提升2米，忽略滑轮自重以及滑轮与绳子的摩擦，人所做的功为　 　焦。
图甲和乙都是由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，但是它们有不同点。请回答：
（1）甲滑轮组能改变动力的　 　。
（2）甲滑轮组有　 　段绳子承担物重，而乙滑轮组有　 　段绳子承担物重， 乙滑轮组更省力些。
（3）如果都使物体上升h高度，那么甲滑轮组的绳端必须向下移动　 　，乙滑轮组的绳端必须向上移动　 　。
如图是一种健身器械，AOB可视为杠杆。图中小明同学用力竖直向下拉杠杆，重物被抬起，此时阻力臂　 　(填“大于”“小于”或“等于”)动力臂。小明同学想通过增大向下拉力来加大训练强度，请你利用杠杆平衡条件，给小明提出一条合理的建议：　 　。
、实验探究题
动滑轮
⑴用弹簧测力计测出两个钩码和滑轮受到的重力。
⑵如图3-6所示，将棉线的一端系在支架上，另一端绕过滑轮，系在弹簧测力计挂钩上，把钩码挂在滑轮的轴上，这个滑轮就成了动滑轮。向上拉动弹簧测力计使钩码缓慢匀速上升，读出弹簧测力计的示数。
⑶在动滑轮旁竖直立起一把刻度尺，先记下钩码和弹簧测力计原来的位置，然后使钩码上升一段距离，再记下它们移动后的新位置，算出钩码移动的距离和弹簧测力计移动的距离。
⑷设计实验数据记录表格，把测得的数据记录在表格中。
⑸在这个实验过程中，你能得出什么结论？_
、解答题
某校科学兴趣小组用图甲所示的滑轮组和箱子运送建材上楼的装置，研究机械效率与每次运送货物重的关系。得出机械效率随物重不同的建材变化的图象如图乙所示，若滑轮与钢绳间的摩擦力及箱子和绳重忽略不计。求：
（1）若工人用100N的拉力，将建材匀速竖直向上提升了3m，工人所做功；
（2）当所运送建材的重为400N时，工人作用在绳子上的拉力；
（3）当滑轮组的机械效率为80%时，所运送建材受到的重力。
3.4简单机械 同步练习答案解析
、选择题
C
【解析】比较动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类。
A．使用独轮车时，车轮为支点，车厢和货物的重力为阻力，作用在车厢长度的一半处；人的推力为动力，作用在车把末端。此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故A不合题意；
B.使用羊角锤时，锤头的弯曲处为支点，钉子施加的阻力作用在羊角的豁口处，动力作用在手柄上。此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故B不合题意；
C.使用船桨时，最外层的手为支点，动力作用在船桨的中间，而水施加的阻力作用在船桨头上。此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故C符合题意；
D.使用开瓶器时，它与瓶盖上面的接触点为支点，下面的接触点处施加阻力，动力作用在手臂上。此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故D不合题意。
故选C。
B
【解析】（1）杠杆上固定不动的点叫支点；
（2）比较动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类；
（3）（4）根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2分析。
A．该男子用力划竿时，B点几乎不动，相当于支点，故A错误；
B.划竿时，A点施加动力，水对竿的阻力作用在竿的末端，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故B正确；
C.将A点尽量地靠近水面，此时可以增大动力臂，而阻力臂保持不变，故C错误；
D.将A点尽量地靠近水面，此时可以增大动力臂，从而减小动力，故D错误。
故选B。
D
【解析】使用机械时，有用功与总功的比值叫机械效率，机械效率的大小与功的多少和功率的大小没有直接关系；物体在单位时间完成的功叫功率。
A．机械效率是指有用功与总功的比值，其大小与机械的省力情况没有关系，故A错误；
B、机械效率是指有用功与总功的比值，其大小与机械做功的多少没有关系，故B错误；
C、机械效率是指有用功与总功的比值，功率表示了机械做功的快慢，二者没有直接的关系，故C错误；
D、总功等于有用功与额外功的总和，从可知，额外功在总功中所占的比例越小，机械效率越高，故D正确。
所以选：D。
D
【解析】（1）（3）根据机械效率的影响因素判断；
（2）（4）根据功率的公式判断。
根据机械效率的公式可知，工程车的机械效率只与有用功和总功的比值大小有关，与做功的多少和时间长短无关，故A．C错误；
根据可知，功率大小有做功多少和时间共同决定，即时间相同时，做功越多，功率越大，故C错误；
功率是表示物体做功快慢的物理量，即做功越快，功率越大，故D正确。
故选D。
D
【解析】根据杠杆的五要素以及平衡条件分析判断。
使用开瓶器时，C点固定不动为支点，阻力作用在B点，方向向下；动力作用在A点，方向向上。
A．要打开瓶盖，应该向上用力，故A错误；
B．该开瓶器的支点为C点，故B错误；
C.使用开瓶器时，动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，但是费距离，故C错误；
D.根据杠杆的平衡条件可知，动力臂×动力>阻力臂×阻力时，能够打开瓶盖，故D正确。
故选D。
C
【解析】动滑轮可以看做是一个省力杠杆；动滑轮的作用：可以省力，但不能改变力的方向；动滑轮的省力特点：动滑轮上有几段绳子拉着重物，拉力就是重物重力的几分之一，绳子自由端移动的距离为重物上升高度的几倍。有用功是指对人们需要的，有价值的功。额外功是并非我们需要但又不得不额外做的功，额外功加有用功就是总功。有用功和总功的百分比叫做机械效率
A．物体在水平面上运动，即重力的方向没有发生位移，所以重力不做功；故A错误；
B、由于物体在水平面上匀速运动，所以拉力F1等于物体所受到的重力，两者大小相等、方向相反，拉力F1做的功是有用功；故B错误；
C、绳子自由端的拉力F做的功是总功；故C正确；
D、此过程中，要克服绳子与动滑轮之间的摩擦力、绳子重力、动滑轮的重力做功，故该滑轮的机械效率可能小于100%；故D错误；
故答案为：C。
D
【解析】先对弹簧进行受力分析可知，弹簧测力计的示数等于受到竖直向下的力的合力，即两条绳子向下的拉力和一个定滑轮的重力；然后对与B相连的滑轮进行受力分析，即该滑轮受到竖直向下自身的重力和B的拉力的作用，受到竖直向上三条绳子的拉力，从而求出B的重力；然后根据物体A在绳的水平拉力作用下向左做匀速直线运动，根据二力平衡的条件求出摩擦力的大小；然后根据二力平衡条件和功率公式即可求出水平向右的拉力和功率的大小。
由图可知，承担重力的绳子段数n=3，
则两条绳子向下拉弹簧测力计的拉力，
对弹簧测力计进行受力分析可知，
弹簧测力计的示数等于两条绳子向下的拉力和一个定滑轮的重力：F示=G动+F下，
即；
解得：GB=550N；
则物体A在绳的水平拉力；
由二力平衡的条件可得，A物体所受摩擦力f=F=200N，故A．C错误；
根据可得，
水平向右的力：；
因为B上升的速度为v物=0.05m/s，
所以A的速度为：vA=3v物=3×0.05m/s=0.15m/s，
拉力F做功的功率：，故B错误，D正确。
故选D。
A
【解析】（1）当物体在水平面上做匀速直线运动时，它受到的摩擦力和拉力平衡，即F=f；
（2）弄清动滑轮上承担拉力的绳子段数n，然后根据计算自由端的拉力；根据v=nv'计算出拉力移动的速度，然后根据P=F拉v计算拉力的功率即可。
当物体在水平面上做匀速直线运动时，它受到的摩擦力和拉力平衡，即F=f=60N；
动滑轮上承担拉力的绳子n= 3，
那么自由端的拉力；
自由端移动的速度： v=nv' =3×0.2m/s=0.6m/s；
拉力的功率为：P=F拉v=20N×0.6m/s=12W。
故选A．
A
【解析】（1）拉力F等于测力计的示数；
（2）不随物体一起移动的滑轮是定滑轮；
（3）首先根据v=nv物计算拉力移动的速度，再根据公式P=Fv计算拉力的功率；
（4）如果物体相对参照物的位置改变，那么它是运动的；否在，它是静止的。
A．根据图乙可知，测力计的分度值为1N，那么拉力F等于2N，故A正确；
B.此滑轮跟随物体一起移动，是动滑轮，故B错误；
C.拉力移动的速度v=nv物=2×0.2m/s=0.4m/s，那么拉力F的功率：P=Fv=2N×0.4m/s=0.8W，故C错误；
D.以物体A为参照物，弹簧测力计相对与它的位置不断变化，因此它是运动的，故D错误。
故选A．
C
【解析】（1）力臂的概念：从支点到力的作用线的距离叫做力臂。
（2）运用杠杆的平衡条件F1L1=F2L2分析动力的大小变化。
由图可知，动力F的力臂始终保持不变，物体的重力G始终大小不变。在杠杆从竖直位置向水平位置转动的过程中，重力的力臂逐渐增大，在L2＜L1之前杠杆是省力杠杆，在L2＞L1之后，杠杆变为费力杠杆，故C正确，而A．B、D错误。
故选C。
、填空题
（1）60
（2）600
【解析】（1）撬棒的支点在D点，阻力臂为CD，动力臂为AD，根据杠杆的平衡条件列式计算即可；（2）如果忽略滑轮自重以及摩擦，那么自由端拉力做的总功与克服物体重力做功大小相等，即W=Gh。
（1）根据杠杆的平衡条件得到：
G×CD=F×AD；
360N×0.2m=F×1.2m；
解得：F=60N；
（2）忽略滑轮自重以及滑轮与绳子的摩擦，
人所做的功为W=Gh=30kg×10N/kg×2m=600J。
（1）方向
（2）2；3
（3）2h；3h
【解析】定滑轮的中心轴固定不动。定滑轮的功能是改变力的方向，但不能省力。使用时，轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮；动滑轮可以看做是一个省力杠杆；动滑轮的作用：可以省力，但不能改变力的方向；动滑轮的省力特点：动滑轮上有几段绳子拉着重物，拉力就是重物重力的几分之一，绳子自由端移动的距离为重物上升高度的几倍；
（1）甲滑轮组提升物体拉力的方向向下，即甲滑轮组能改变动力的方向；
（2）甲滑轮组的动滑轮上有2段绳子承担重物，乙滑轮组的动滑轮上有3段绳子承担重物，在不考虑动滑轮、绳子的重量及摩擦时，动滑轮上有几段绳子拉着重物，拉力就是重物重力的几分之一；故乙滑轮组更省力一些；
（3）动滑轮上有几段绳子拉着重物，绳子自由端移动的距离为重物上升高度的几倍，如果都使物体上升h高度，那么甲滑轮组的绳端必须向下移动2h，乙滑轮组的绳端必须向上移动3h；
故答案为：（1）方向；（2）2；3；（3）2h；3h。
小于；增大物重
【解析】杠杆平衡条件为：动力×动力臂=阻力×阻力臂；在杠杆平衡的条件下，动力F1大于阻力F2，动力臂L1小于阻力臂L2时，杠杆为费力杠杆；杠杆绕着转动的固定点叫做支点，通常用O表示；力臂的定义一般为：支点到力的作用线的垂直距离。
AOB为杠杆，当用力竖直向下拉杠杆时，根据力臂的定义可知，此时，阻力臂小于动力臂；根据杠杆平衡的条件可知，在动力臂和阻力臂不变的条件下，要想增大动力，需增大阻力，即可以增大重物；
故答案为：小于；增大重物。
、实验探究题
使用动滑轮可以省一半的力，但是要多费1倍的距离。
【解析】根据实验现象和数据，分析测力计的示数和钩码重力之间的数量关系，分析钩码上升的高度与测力计移动距离之间的关系即可。
①根据实验数据可知，弹簧测力计的示数大约等于钩码重力的，那么得到：使用动滑轮可以省一半的力；
②根据实验数据可知，弹簧测力计移动的距离大约是钩码上升高度的2倍，那么得到：使用动滑轮需要费1倍的距离。
、解答题
（1）解：由图甲可知n=2，拉力端移动的距离为：S=nh=2×3m=6m
绳子上拉力所做的功：w=FS=100N×6m=600J
（2）解：由图乙得当G=400N时，η=50%
由 可知
此时
（3）解：由 可得：
当 时，有 ，即 ，可得
【解析】（1）使用滑轮组提升重物时，首先根据s=nh计算拉力移动的距离，再根据公式W=Fs计算拉力做的功；
（2）首先根据乙图确定建材重力为400N时滑轮组的机械效率，然后根据 列出方程，从而计算出绳子上的拉力。
（3）当建材的重力为400N时，根据计算出动滑轮的重力，再根据公式列出方程，计算出机械效率为80%时建材的重力即可。
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