第五章 简单机械与功
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一、选择题(每小题只有一个正确答案,每题2分,共30分)
1.在第十七届“渝洽会”上,重庆造恩斯特龙 408型直升机(如图所示)签下了 20架大订单。该型直升机在加速上升的过程中(忽略燃油变化),下列关于直升机的动能和势能变化情况的描述,正确的是( )
A.动能增大,势能减小 B.动能减小,势能增大
C.动能增大,势能增大 D.动能减小,势能减小
2.下列关于功和能的说法正确的是( )
A.被拉开的弹弓具有弹性势能
B.用力推车而车未动,因为用了力,所以推力做了功
C.人造地球卫星从近地点向远地点运动时势能减小,动能增大
D.速度小的物体动能一定小
3.如图所示,物体重 100 N,用 110 N的拉力将物体在 2 s内匀速提升0.5m,则( )
A.绳子自由端下降1m
B.物体上升的速度是0.5m/s
C.拉力的功率是27.5 W
D.该装置的机械效率是45.5%
4.某起重机把货物匀速提升到三楼,用时为t ;起重机经保养后,提高了机械效率,匀速提升同样货物到相同的高度,用时为 t 。与第一次提升相比,第二次( )
B.有用功较多 C.额外功较少 D.总功较多
5.如图所示是使用汽车打捞水下重物的示意图。在重物从水底拉到井口的过程中,汽车以恒定速度向右运动,忽略水的阻力和滑轮的摩擦,四位同学画出了汽车功率(P)随时间(t)变化的图像,其中正确的是( )
6.王瑞同学体重为500N,图甲为该同学在操场上练习爬杆的示意图。在某次爬杆训练中,沿杆竖直向上运动的v—t图象如图乙所示,下列判断正确的是( )
①0~6s时间内,受到摩擦力大小为500N ②6~15s时间内运动速度为0.6m/s ③6~15s时间内,克服重力做功的功率是300W ④15~18s时间内匀速下滑
A.②③ B.①③ C.①② D.②③④
7.用如图所示的滑轮组提升重150N的物体时,在12s内绳子自由端被匀速拉下 6m。已知拉绳子的力F为80N,不计绳重和摩擦,则在此过程中( )
A.物体被提升了 2m B.所做的有用功是480J
C.拉力 F的功率是 40 W D.滑轮组的机械效率是83.3%
8.如图所示,甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等,用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若 所用竖直向上的拉力分别为 F 和 F ,拉力做功的功率分别为 P 和 P ,两装置的机械效率分别为η和η(忽略绳重和摩擦),则下列关系正确的是 ( )
9.同一物体(质量为m)先用滑轮组(如图甲所示)匀速提升,后沿斜面(如图乙所示)匀速提升,两次提升高度均为h,两次拉力大小均为 斜面长 ,则这两次提升物体的机械效率相比较( )
D.条件不足无法比较
10.如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用力 匀速提升重力为( 的A、B两个物体,使物体上升的高度分别为 hB,绳子拉动的距离分别为SA、SB。不计绳重和摩擦,下列说法中正确的是( )
A.若 则 B.若 则
C.若 则 D.若 则
11.如图所示,用滑轮组提升重 900 N的物体,使它在 10 s内匀速上升1m。已知所用的拉力F为400N,则在提升重物的过程中(不计绳重和摩擦),下列说法正确的是( )
①拉力做功的功率为90W ②滑轮组的机械效率为75% ③动滑轮的重力为300N ④若用该滑轮组匀速提升更重的物体,则所用拉力会变大,但机械效率不变
A.只有①②正确 B.只有②③正确
C.只有①③正确 D.只有②③④正确
12.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 F 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%
13.如图所示,把小球放在相同的斜面上自由滚下,撞击静止在水平面上的木块进行的实验,能说明物体动能与物体的速度有关的是( )
A.甲、丙 B.乙、丙 C.甲、乙 D.甲、乙、丙
14.如图所示,有完全相同的滑轮,用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组,分别提起重为G 和G 的两个物体,比较它们的省力情况和机械效率,若不计绳重和摩擦,则下列说法中正确的是 ( )
A.若 则 甲的机械效率较高
B.若 则 乙的机械效率较高
C.若 则 甲、乙的机械效率相同
D.若 则 乙的机械效率较高
15.如图所示为了提升重物,我们选用了粗细均匀、重力为G 的杠杆,不计杠杆支点处的摩擦,先后把同一个重物挂在 A、B两处,每次用力让杠杆上升同样的高度,下列说法正确是( )
A.重物在A点处做的有用功多,机械效率高
B.重物在A 和 B点处杠杆的机械效率相等
C.重物在B点处做的有用功多,杠杆的机械效率高
D.重物在 B点处做的额外功多,杠杆的机械效率高
二、填空题(除标注外,每空1分,共24分)
16.用如图所示的装置研究杠杆的机械效率,实验步骤如下:①用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在A 点用轻绳悬挂总重力为G 的钩码,在B点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计,使杠杆保持水平;②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升(保持O点位置不变),在此过程中弹簧测力计的读数为 F,利用刻度尺分别测出 A、B两点上升的高度为h 、h 。回答下列问题:
(1)杠杆机械效率的表达式为η= (用已知或测量物理量符号表示)。
(2)本次实验中,若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是: 。
(3)若只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若弹簧测力计拉力方向一直垂直于OB杆向上拉动,则测力计示数 (填“变大”“变小”或“不变”)。
17.用如图所示的滑轮组匀速提升 5000 N的重物,在重物上升0.8m的过程中,拉力的功率为2500W,此时滑轮组的机械效率为80%,则:
(1)滑轮组做的有用功为 J。
(2)重物上升的速度为 m/s。
(3)若增加重物的重力,该滑轮组的机械效率将 (填“增大”“减小”或“不变”)。
18.如图所示,有一长度为l的细绳,一端拴一小球,另一端悬挂于固定点O,用手拉住球,使绳伸直,小球处于A位置。放手后,小球由A到B的运动过程中,不计空气阻力,则:
(1)小球势能最大是在 点,动能最大是在 点。
(2)小球由A到B 的过程中,动能逐渐 ,机械能 。
(3)在小球运动过程中,C、D两点处的速度大小关系是 vc vD。
19.(6分)如图所示,用平行于斜面的拉力F将重为8N的物体沿斜面从底端匀速拉至顶端。若不考虑物体与斜面间的摩擦,则拉力 F 为 N;若斜面的机械效率为80%,则此时拉力F为 N。若另一斜面的高度h与长度s之比为3:5,将重 25 N的物体匀速拉至顶端的拉力为18N,则该物体所受摩擦力为 N。
20.(8分)如图甲所示,水平路面由三段长度相等的粗糙区域组成。在5 N水平拉力 F的作用下,物块(体积忽略不计)从区域①的最左端由静止开始运动,在刚进入区域③时撤去拉力,物块最终停在区域③的最右端。图乙为物块在区域①和②上运动的v-t图像,则区域①路面的粗糙程度 (填“大于”“小于”或“等于”,下同)区域②的,拉力F在区域①所做的功 区域②的,拉力在区域①中做功的功率 区域②的,物体在区域③上运动的时间 1s。
三、实验探究题(每空2分,共30分)
21.小华看到工人利用斜面把货物推到车上,联想到上课时老师讲过的知识,小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关,他提出了以下的猜想:
A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关。
B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关。
小华为了证实自己的猜想是否正确,他用同一块木板组成如图所示的装置进行了实验探究,记录的实验数据如下表:
实验次数 斜面倾角θ 物块重量 G/N 斜面高度 h/m 沿斜面的拉力 F/N 斜面 长s/m 有用功 W有/J 总功 W总/J 斜面的 机械 效率
① 30° 5.0 0.6 4.2 1.2 3.0 5.0
② 30° 3.0 0.6 2.5 1.2 1.8 60%
③ 45° 3.0 0.8 2.8 1.2 2.4 3.4 71%
(1)在实验操作过程中,应沿斜面向上 拉动木块;实验时要使木板的倾斜角变大,应该把木板下面的木块向 移动(填“左”或“右”)(2分)。
(2)根据表格中数据,第①次实验斜面的机械效率为 ,第②次实验中总功为 J。
(3)通过对比实验①②数据,可验证小华的猜想 (填字母);通过对比实验②③数据,可以得出的探究结论是 。
(4)此实验主要用到的研究方法是 。
(5)除了小华的猜想以外,请你猜想斜面的机械效率还可能与 (写出一个)有关。
22.用如图所示的装置测量滑轮组的机械效率,相关数据记录在下表中。
实验序号 钩码重/N 钩码上升的高度/m 绳端的拉力/N 绳端移动的距离/m 机械效率
1 4.0 0.10 1.8 0.30
2 6.0 0.10 2.5 0.30
3 6.0 0.15 2.5
(1)实验中,使用滑轮组提升钩码时,应竖直向上 拉动弹簧测力计。
(2)第2次实验中,钩码上升的高度为0.10m,已知动滑轮重1.0N,则克服绳重及摩擦力所做的额外功是 J。
(3)第3次实验中,3s内钩码上升的高度为0.15m,则拉力 F做功的功率为 W,滑轮组的机械效率为 。
(4)分析比较第1、2两次实验数据,有用功W1有 W2有,滑轮组的机械效率η η (均填“>”“=”或“<”)。 由此可知:可采用 的方法来提高滑轮组的机械效率。
四、计算题(23题6分,24题10分,共16分)
23.如图甲所示,动滑轮重6N,所吊物体B重40N,物体A重240N,此时物体 B恰好以0.1m/s的速度匀速下降。不计绳重、摩擦及绳子的伸长。
(1)求物体A受到绳子的拉力及水平面对物体A 的摩擦力。
(2)求滑轮组的机械效率(结果保留两位小数)。
(3)如图乙所示,要使物体B恰好以0.2m/s的速度匀速上升,求要对物体A 施加水平向右拉力F的功率。
24.如图所示是小明家使用的升降衣架的结构示意图,它可以很方便地晾起洗好的衣服,它是通过一些简单机械的组合来实现此功能的。已知晾衣架上所挂衣服质量为5kg,动滑轮、横梁和衣架总质量为 1 kg。小明同学用力 F 拉动绳子自由端,在5 s时间内使衣服匀速上移了1m,不计绳重和摩擦(g取 10N/ kg)。求:
(1)小明所用拉力的大小。
(2)拉力的功率。
(3)升降衣架的机械效率。
(4)小明想提高升降衣架的机械效率,可以怎么做 并说明理由。
第五章 简单机械与功
1. C 2. A 3. C 4. C 5. D 6. A 7. C 8. B 9. C 10. B11. B 12. C 13. C 14. D 15. C
(2)杠杆的自重 (3)变大(4)变小
17.(1)4000 (2)0.4 (3)增大
18.(1)A B (2)增大 不变 (3)<
19.4 5 3 20.小于 等于 小于 大于
21.(1)匀速 左 (2)60% 3.0 (3)A 在其他条件相同时,斜面的倾斜程度越大,斜面的机械效率越高(或在其他条件相同时,斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关) (4)控制变量法
(5)斜面的粗糙程度(或木板长度或物块速度或木板的面积)
22.(1)缓慢匀速 (2)0.05 (3)0.375 80%
(4)< < 增大物重
23.(1)由图知,n=2,不计绳重、摩擦及绳子的伸长,当物体 B 匀速下降时,绳子的拉力:
23N;由力的相互性可知,绳子拉物体的力大小也为23N,物体A还受到水平向右的滑动摩擦力,物体 B速度匀速下降,A也在匀速向左运动,由二力平衡可知,水平面对物体A的摩擦力 f=23N。
(2)不计绳重、摩擦及绳子的伸长,故克服动滑轮重力做的功为额外功的唯一来源,滑轮组的机械效率
(3)当物体 B匀速上升时,绳子的拉力 不变,物体A 受到的向左的摩擦力大小不变,由力的平衡条件可得,对物体A施加水平向右的拉力 物体A 向右运动的速度2 ,
拉力 F的功率.
24.解:(1)晾衣架上所挂衣服的重力为 N,动滑轮、横梁和衣架的总重量为 10N,由图可知,n=4,则不计绳重和摩擦时,小明所用拉力为 F
(2)绳端移动的距离为 ,拉力做的总功为 ,拉力的功率为
(3)克服衣服重力所做的有用功为 升降衣架的机械效率为
(4)不计绳重和摩擦,升降衣架的机械效率为
小明想提高升降衣架的机械效率,可以增大晾衣架上所挂衣服的重力即增大其质量,也可以减小动滑轮、横梁和衣架的总重力即减小它们的总质量。