第2节 功和机械能 机械效率(4~10分)
【基础作业】
1.(2024·厦门期末)双杠屈臂伸是中学生体育测试的项目之一。它的动作过程为:双手分别握杠,两臂支撑在双杠上,肘关节慢慢弯屈,同时肩关节伸屈,使身体逐渐下降至最低位置。稍停片刻,两臂用力撑起至还原。如图所示,该学生一次屈臂伸过程克服重力做功最接近于 ( )
A.15J B.150J C.500J D.300J
2.(2024·福州二模)思思抱着作业本去办公室交作业过程中,他对作业本做功的是 ( )
A.抱着作业本在水平走廊行走
B.作业本不慎滑落到地面上
C.从地上捡起作业本并站起身
D.抱着作业本敲办公室的门
3.(2024·福州模拟)(传统文化)《天工开物》中记载了一种古代机械——踏车,它通过脚踏装置将低处的水抽到高处灌溉农田。若人踩踏车,使踏车的转动速度不变。则下列说法正确的是 ( )
A.人为踏车提供动力,消耗了弹性势能
B.取水时,水在上升过程中动能转化为重力势能
C.取水时,水在上升过程中受到的是平衡力
D.取水时,水在上升过程中重力对水不做功
4.(2024·南平期末)学习滑轮组后,某同学研究了家里的晾衣架,如图所示,他用20N的力拉绳将60N的衣物匀速拉升1m,用时5s(不计绳重及摩擦)。下列分析正确的是 ( )
A.横杆和两个轮子装置的重力为20N
B.拉力做功60J
C.拉力的功率为12W
D.整个装置的机械效率为80%
5.利用如图所示的轻质杠杆提升钩码,已知钩码总重G为1.0 N,利用弹簧测力计将杠杆缓慢拉至图中虚线位置,钩码上升高度为0.1 m,弹簧测力计竖直向上移动的距离为0.5 m,在此过程中,弹簧测力计示数如图所示。则在上述过程中,该杠杆的机械效率为 。
6.(2024·泉州测评)小明通过下面的实验,研究“动能的大小与物体运动的速度有关”的问题。质量相同的小球,从斜面上不同高度处自由滚下,小球到达水平面时的速度是 (选填“相同”或“不同”)的。
(1)实验1:让小球从斜面顶端自由滚下(图甲),观察到木块被撞出了一段距离。
(2)实验2:让小球从斜面中间自由滚下(图乙),观察到木块被撞出的距离比实验1的距离 (选填“短”“长”或“相等”)。由上述实验现象,我们可以得出结论:同一物体, ,动能越大。
(3)实验3,让小球从一光滑斜槽轨道(OAB)O点自由滚下(图丙),小球依次经过A、B两点到达C点(忽略空气阻力),设小球在A、B两点的机械能分别为EA和EB,则EA (选填“>”“=”或“<”)EB。当小球从B点做斜抛运动到达最高点C时,假设小球所受的外力全部消失,则小球将 。
A.沿a轨迹运动
B.沿b轨迹运动
C.沿c轨迹运动
D.保持静止
7.(2024·福州二模)如图所示,下列说法正确的是 ( )
A.甲、乙两图可以探究力的作用效果跟力的作用点的关系
B.甲图中弹簧没有弹性势能,乙图中弹簧有弹性势能
C.甲、乙图中,手对弹簧都做了功
D.甲图中弹簧对手的弹力和手对弹簧的压力是一对平衡力
8.(2024·宁德联考)在上周的自主复习中,物理课代表建议大家“回归课本”,课本上的原图如图所示,针对图中情境增加条件拓展科学思维:小强用100 N的力斜向上拉着总重为500 N的小车,小车在水平路面上匀速前进了10 m,用了10 s。下列说法正确的是 ( )
A.这一过程中,地面对小车的摩擦力一定是100 N
B.这一过程中,100 N的拉力对小车做的功一定是1 000 J
C.这一过程中,小车的速度为1 m/s
D.这一过程中,小车对地面的压力一定等于500 N
9.(2024·泉州联考)在实践活动基地,同学们体验使用劳动工具对工作的影响。如图所示,分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400 N的物体匀速向上提起相同的高度。已知每个滑轮重为20 N,忽略绳子的重力及滑轮与绳子的摩擦。下列判断正确的是 ( )
A.甲方式中,车对绳子的拉力为210 N
B.乙方式中,人对绳子的拉力为400 N
C.甲、乙两种方式做的有用功相等
D.甲、乙两种方式的机械效率相等
10.如图,小明拉着质量为30kg的行李箱匀速经过一段长度s=3m、高度h=1m的斜坡路面,用时10s。若此过程,拉力方向沿斜面向上,大小为125N。行李箱放在水平地面时与地面接触面积为4×10-4m2(g取10N/kg),求:
(1)行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小和对地面的压强。
(2)小明对行李箱做的有用功和斜面的机械效率。
(3)拉力F做功的功率。
【素养作业】
11.塔吊是工程建设中经常采用的起重装置,图甲是根据塔吊抽象出来的物理模型,其水平臂AOB可视为杠杆,O为其支点,配重可以在AO之间水平移动,起吊重物的滑轮组也可以在OB之间水平移动。图乙是滑轮组的局部放大图,它将重为5 000 N的重物竖直匀速提升10 m用时20 s,滑轮组自由端绳子的拉力F为3 000 N,若不计绳重及摩擦,以下说法正确的是 ( )
A.拉力F的功率为3 000 W
B.滑轮组的机械效率为60%
C.塔吊宽大的底座可以增大它对地面的压强
D.当所吊重物向B端移动时,配重应适当向O点移动
12.(2024·厦门测评)在长为1 000 m、高为100 m的爬坡路段,一辆质量为1 800 kg的电动汽车在3 000 N的牵引力作用下匀速上坡,电动汽车受到的重力方向是 ,斜面的机械效率为 。(g取10 N/kg)
13.(2024·福州一模)某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示。请回答下列问题:
实验次数 1 2 3 4 5 6
钩码重G/N 4 4 6 10 15 20
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4 3.7 5.6 7.6
绳端移动的距离s/m 0.3 0.4 0.3 0.3 0.3
机械效率η 74.1% 62.5% 90.9% 89.3% 87.7%
(1)实验时,应竖直向上使钩码上升,在弹簧测力计处于 (选填“静止”或“匀速上升”)状态时读数。
(2)通过表中数据可分析出,第2次实验是用 (选填“甲”或“乙”)图所示装置做的。
(3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率 (选填“越高”“不变”或“越低”)。
(4)小组同学再次使用第1次实验中的装置做第3次实验,表中第3次实验中空缺的数据应为绳端移动距离s= m,机械效率η= 。
(5)陈茗同学使用第1次实验中的装置做了第4、5、6次实验,发现滑轮组的机械效率在物重增加时反而降低了,请你分析其原因: 。
14.(2024·福州联考)马路清扫车是代替环卫工人清扫马路的自动化机械,这种清扫车以汽油发动机作为动力,并配有大功率吸尘器,可将灰尘和垃圾吸进车上的垃圾箱。请回答下列有关问题:
(1)马路清扫车在作业时,灰尘和垃圾为什么会被“吸”入车上的垃圾箱内 请运用所学的物理知识加以解释。
(2)一辆清扫车在较脏的平直马路上匀速前进实施清扫,在清扫过程中,清扫车的动能将如何变化 写出你的判断及理由。
15.生活中,有些低层建筑没有电梯。房屋装修时,聪明的工人常用滑轮组提升沙石等物料。如图,物料及桶总质量为60 kg,工人质量为80 kg,工人的双脚与水平地面接触面积为400 cm2,某段时间内,工人将物料及桶缓缓匀速提升了3 m。不计滑轮组和绳的重量及绳与轮之间的摩擦。图中拉力的方向近似认为是竖直方向,g取10 N/kg。
(1)工人拉绳子的力是多大
(2)这段时间内,工人提升物料及桶做了多少功
(3)这段时间内,工人对地面的压强是多少
【参考答案】
1.B 2.C 3.C 4.A 5.40%
6.不同 (2)短 (运动)速度越大 (3)= A
7.C 8.C 9.C
10.解:(1)行李箱受到的重力:
G=mg=30kg×10N/kg=300N
因为行李箱在水平地面,所以行李箱对水平地面的压力:
F压=G=300N
行李箱对地面的压强:
p===7.5×105Pa
(2)沿斜面拉行李箱时,所做有用功:
W有=Gh=300N×1m=300J
总功:
W总=Fs=125N×3m=375J
斜面的机械效率:
η=×100%=×100%=80%
(3)拉力F做功的功率:
P===37.5W
11.A
12.竖直向下 60%
13.(1)匀速上升 (2)乙 (3)越低 (4)0.3 83.3%
(5)绳子与滑轮的摩擦增大,额外功增多
14.答:(1)吸尘时,打开大功率的吸尘器,吸尘器口处的空气流速大,压强小,而较远的一侧相对来说空气流速小,压强大,所以灰尘和垃圾在外侧比较大的压强的作用下被吸入吸尘器中。
(2)一辆清扫车在一条较脏的平直马路上匀速前进,速度不变,实施清扫作业,不断地有垃圾进入清扫车,质量不断地增加,动能逐渐增大。
15.解:(1)如图所示,承担物重的绳子的股数n=2,工人拉绳子的力:
F拉====300 N
(2)工人提升物料及桶做的功:W=mgh=60 kg×10 N/kg×3 m=1 800 J
(3)人受到竖直向下的重力、地面竖直向上的支持力和绳子竖直向上的拉力作用,这3个力是平衡的,即m'g=F拉+F支持,
因为支持力和压力是一对相互作用力,大小相等,则工人对地面的压力:
F压=F支持=m'g-F拉=80 kg×10 N/kg-300 N=500 N
工人对地面的压强:
p===1.25×104 Pa。第8章 机械与人(7~13分)
第1节 简单机械(2~3分)
【基础作业】
1.(2024·福州期末)下列工具中,属于费力杠杆的是 ( )
A.动滑轮 B.订书机
C.羊角锤 D.镊子
2.(2024·厦门期末)如图,升旗时,旗杆顶端的装置是 ( )
A.定滑轮——可改变用力的方向
B.动滑轮——可以省力
C.动滑轮——可改变用力的方向
D.定滑轮——可以省力
3.小强开启饮料时,瓶起子可视为一个杠杆,如图所示。下列各图能正确表示其工作原理的是 ( )
A B
C D
4.(2024·泉州联考)用如图所示的四种简单机械,将同一重物从低处匀速提升到高处,在不计机械自重及摩擦的情况下,最省力的是 ( )
A B
C D
5.(2024·南平一模)杆秤是一种中国传统的称量工具,凝聚着中国人民的智慧。如图所示,O为杆秤提纽,OA=8 cm,秤砣质量m=0.2 kg,不挂重物和秤砣时,手提提纽,杆秤可水平平衡。用它称鱼,当秤砣置于B点时,杆秤再次水平平衡,测得OB=32 cm,则鱼的质量为 ( )
A.1.0 kg B.0.8 kg
C.0.6 kg D.0.4 kg
6.(2024·厦门联考)如图所示,每个钩码的质量为50 g,在均匀杠杆的A处挂2个钩码,B处挂1个钩码,杠杆恰好水平平衡。在A、B两处再各加1个钩码,那么 ( )
A.杠杆仍水平平衡
B.杠杆的左边向下倾斜
C.杠杆的右边向下倾斜
D.将A处的钩码向左移动一格,杠杆仍能水平平衡
7.如图所示,这是三种类型的剪刀,请为铁匠师傅选择一把剪铁皮的剪刀,你会选择 (选填“A”“B”或“C”)剪刀,这样选择的目的是 (选填“省力”“省距离”或“省功”)。
8.(2024·宁德一模)如图所示,轻质杠杆的支点O距左端l1=0.6 m,距右端l2=0.3 m。在杠杆左端悬挂重为30 N的物体A,右端挂正方体B,杠杆在水平位置平衡。
(1)求杠杆平衡时,左端所受拉力大小。
(2)若地面对正方体B的支持力为20 N,正方体B的重为多少
【素养作业】
9.(传统文化)图甲是我国古代汲水装置——桔槔,图乙是它水平静止时的简化模型,该装置是 (填简单机械名称);此时配重物所受重力为G1,水桶所受重力为G2,l1︰l2=2︰1,若不计杆重,则G1︰G2= 。
10.两个滑轮用如图所示的方式组合,其中B是 滑轮,用力F拉动绳端时,物体向左做匀速直线运动,此时物体所受摩擦力为0.8 N,不计绳、滑轮重及滑轮的摩擦,则拉力F为 N。
11.(2024·福州期中)如图所示,有一质量不计的光滑长木条左端可绕O点转动,在它正中间的位置有一个可以自由移动的圆环,圆环下方用细绳吊着一重为10N的物体,若要使木条在水平位置保持平衡,则需要给木条施加竖直向上的力F的大小为 N;当圆环与物体向左匀速移动时,木条始终在水平位置保持静止,在此过程中,拉力F逐渐 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
12.小明用图示装置探究杠杆的平衡条件。
(1)杠杆安装后静止在图甲所示位置,为使杠杆在水平位置平衡,应把杠杆两端的平衡螺母向右调节,这样做的目的是消除杠杆自身重力对实验的影响和便于 。
(2)在位置A挂上两个钩码,在位置B用弹簧测力计拉,如图乙所示,沿两个方向拉弹簧测力计,使杠杆保持水平平衡,则两次施加的拉力大小关系为F1 (选填“>”“=”或“<”)F2,你的依据是 。
(3)为了继续探究杠杆的平衡条件,小明直接将右侧的弹簧测力计移到左侧C点,竖直向上拉杠杆,使之在水平位置再次平衡,如图丙所示,读取弹簧测示数,请指出小明实验过程中的不足: 。
13.(2024·福州期末)如图所示,质量为9kg、棱长为5cm的正方体物块A置于水平地面上,通过细绳系于轻质杠杆BOC的B端,杠杆可绕O点转动,且CO=3BO,在C端用F=20N的力竖直向下拉杠杆,使杠杆在水平位置平衡,且细绳被拉直。(细绳重力不计,g取10N/kg)
(1)B端细绳的拉力F拉是多少
(2)物体A对地面的压强是多少
(3)当F等于多少牛时,物体A对地面的压力恰好为零
14.小明用如图所示装置拉住浸在水中的物体乙,已知甲重为120 N,定滑轮重为60 N,小明重为600 N,小明与地面接触面积为4 dm2,杠杆处于水平位置平衡,乙的体积为20 dm3,乙露出水面的体积为自身体积的,AO∶OB=2∶3。求:(不考虑绳重及摩擦,ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)小明对地面的压强。
(2)乙物体的密度。
【参考答案】
1.D 2.A 3.A 4.B 5.B 6.C
7.A 省力
8.解:(1)物体A的重力为30 N,则杠杆平衡时,左端所受拉力大小为30 N。
(2)设杠杆右端的拉力为FB,根据杠杆平衡条件可得GA×l1=FB×l2,即30 N×0.6 m=FB×0.3 m,解得FB=60 N;
B受到三个力的共同作用,分别是竖直向下的重力、竖直向上的支持力、竖直向上的拉力,地面对正方体B的支持力为20 N,B的重力GB=F支+FB=20 N+60 N=80 N。
9.杠杆 1∶2
10.定 0.4
11.5 变小
12.(1)测量力臂 (2)< F1的力臂大于F2的力臂 (3)测力计未重新校零
13.解:(1)在C端用F=20N的力竖直向下拉杠杆,动力臂的长为OC,
由杠杆平衡条件得F拉×OB=F×OC,且CO=3BO,则B端细绳的拉力:
F拉===60N。
(2)物体A的质量m=9kg,重力G1=mg=9kg×10N/kg=90N;
物体A对地面的压力:
F压=G1-F拉=90N-60N=30N
物体A与地面的接触面积,即受力面积S=5cm×5cm=25cm2=2.5×10-3m2
物体A对地面的压强:
p===1.2×104Pa。
(3)物体A对地面的压力恰好为零,物体刚刚被拉起,它受到的拉力F拉'=G1=90N
由杠杆平衡条件得F拉'×OB=F'×OC,
则此时右侧的拉力:
F'===30N。
14.解:(1)由图像可知,重物甲对小明竖直向上的拉力为120 N,所以小明对地面的压力:
F压=G-F拉=600 N-120 N=480 N
根据p=得,小明对地面的压强:
p===1.2×104 Pa。
(2)乙物体排开水的体积:V排=(1-)V=×20×10-3 m3=8×10-3 m3
乙物体受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×8×10-3 m3=80 N
B端受到的拉力:
FB=2F拉+G定=2×120 N+60 N=300 N
因为AO∶OB=2∶3,所以OB=1.5AO
根据杠杆的平衡条件得,FA×AO=FB×OB
解得A端受到的拉力FA=FB×=FB×=300 N×1.5=450 N
乙的重力:G乙=FA+F浮=450 N+80 N=530 N
因为G=mg=ρVg,所以乙的密度:
ρ乙===2.65×103 kg/m3。
