第十二章简单机械
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中最早提出了杠杆原理,而我国大约在3000年前就出现了能精准称量的天平。下列物体中,不属于杠杆的是( )
A.船桨 B.剪刀 C.剪指甲刀 D.茶壶
2.在研究定滑轮特点时,做的实验如图所示,弹簧测力计示数分别为F1、F2、F3,则三个力的大小关系是( )
A.F1最大 B.F2最大
C.F3最大 D.三者一样大
3.如图用两个完全相同的滑轮分别将重力相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,所用的拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为η甲、η乙。(不计绳重与摩擦,且动滑轮重G动小于物重G),则下列关系正确的是( )
A.F甲<F乙 B.F甲>F乙
C.η甲<η乙 D.η甲=η乙
4.小明用独轮车搬运砖头,车厢和砖头的总质量是130kg,独轮车的有关尺寸如图所示,推车时下列说法正确的是( )(g取10N/kg)
A.独轮车是费力杠杆
B.动力臂是0.7m
C.阻力臂是1m
D.人手竖直向上的力F的大小是300N
5.山间公路往往环绕山坡盘山而上,这样可以使上山的汽车( )
A.提高功率 B.减小所需牵引力
C.提高机械效率 D.减小所需的功
6.如图所示,小明在“探究动滑轮工作特点”的实验中,滑轮第一次受到F1的作用,第二次受到竖直向上F2的作用,物体都被匀速向上提起。已知物体重力为G物。若不计摩擦和绳重,则下列说法正确的是( )
A.该实验中,需要测量的物理量只有物重G物和测力计示数F
B.F2=G物
C.F1的力臂为OA
D.F17.【2017 杭州卷】如图所示装置,在水平拉力F的作用下,物体M沿水平地面做匀速直线运动,已知弹簧秤读数为10牛,物体M的运动速度为1米/秒(若不计滑轮与绳子质量、绳子与滑轮间的摩擦、滑轮与轴间摩擦),那么在此过程中( )
A.物体M与地面间的摩擦力为5牛
B.物体M与地面间的摩擦力为10牛
C.水平拉力F做功的功率为20瓦
D.1秒内滑轮对物体M做功为10焦
8.如图所示,光滑斜面AB>AC,沿斜面AB和AC分别将同一重物从它们的底部拉到顶部,所需拉力分别为F1和F2,所做的功分别为W1和W2,则
A.F1<F2,W1=W2 B.F1<F2,W1<W2
C.F1>F2,W1>W2 D.F1>F2,W1=W2
二、填空题
9.用动力臂是阻力臂9倍的撬棒撬重为1800N的石头,所用动力至少是 N.
10.如图所示,供轮椅上下的斜坡长L=4m,高h=2m。小明用120N的拉力平行于斜坡向上将重为200N的木箱从底端匀速拉到顶端。他所做的有用功为 J,斜坡的机械效率为 (精确到0.1%),木箱所受摩擦力的大小为 N。
11.小明测量斜面的机械效率实验,斜面与水平桌面夹角30°,物体B重为4N,用弹簧测力计沿斜面拉动B时,使B做 运动,实验中弹簧测力计示数如图所示,斜面的机械效率为 。
12.如图所示,建筑工人用滑轮组提升重为220 N的泥桶,其中动滑轮重为20 N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重,若工人将绳子匀速向上拉起6 m,则泥桶上升 m,手拉绳子的力为 N。
三、作图题
13.如图所示,用滑轮组提升物体,已知滑轮质量均为2kg,物体重100N,绳子能承受的最大拉力为50N。请画出绳子的正确绕法,并在绳的末端标出力的方向。(不考虑绳重及摩擦)
四、实验题
14.在探究“杠杆的平衡条件”实验中,所用的实验器材有:杠杆(杠杆上每小格长为2cm)、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个.
(1)实验时,使杠杆在 位置平衡,应将如图甲所示杠杆左端的平衡螺母适当往 (选填“左”或“右”)调.
(2)杠杆在水平位置平衡后,小明在杠杆A点处挂上2个钩码,做为动力F1 , B点处挂上l个钩码,做为阻力F2 , 杠杆恰好在水平位置平衡,如图乙所示,分别测量出两个力的力臂L1和L2 , 计算后发现:F1L1=F2L2 , 从而得出杠杆的平衡条件是:F1L1=F2L2 . 但小红认为小明这种实验处理方法是不完善的,理由是 .
(3)接着,小明提出新的探究问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立呢?”于是小明利用如图丙所示装置进行探究,在杠杆D点处挂上2个钩码,用弹簧测力计在C点处竖直向上拉使杠杆在水平位置处于平衡状态,此时弹簧测力计的示数如图丙所示,则弹簧测力计的拉力是 N.以弹簧测力计的拉力为动力F1′,钩码重力为阻力F2′,多次调整力和力臂的大小进行测量,发现:F1′L1′总是大于F2′L2′,其原因主要是 .
(4)小明将图丙中弹簧测力计拉力的作用点从C点移到E点,使杠杆仍在水平位置平衡,如图丁所示,请推算:此时弹簧测力计的拉力是 N.
五、计算题
15.郝强同学对建筑工地上的长臂吊车(如图甲)有些疑惑:不吊物体它能平衡,吊重物也能平衡,重物沿臂移动仍能平衡!后来他通过设计“移动支点式杠杆”模型(如图乙)弄懂了类似问题:密度及粗细都均匀的直棒AB=1.8m,放在一个宽度为40cm的凳子上,当在棒的A端固定一个铅块(忽略大小)m铅=2kg时,棒刚好绕O1点有转动的趋势(AO1=30cm)。
(1)求棒的质量m棒;
(2)当在P处挂一重物时(PB=10cm),棒刚好绕O2点有转动的趋势.求重物质量m物及此时棒对O2点的压力F(g取10N/kg);
(3)当悬线带着重物缓慢向A端移动时,可以认为凳面上只有某点E(即新支点)对棒有支持力。回答:随着重物左移,E点将“左移”或“右移”还不“不动”?棒对E点的压力FE是“变大”或“变小”还是“不变”?(不必说明理由)
六、综合题
16.图甲是某居民楼前的无障碍通道,一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行,图乙是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小,小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。(g取10N/kg)
(1)使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐,正确测量B点高度,结果如图乙,为 cm;
(2)选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象,进行了如下操作:
①正确使用弹簧测力计,测出小车重为2.0N;
②将弹簧测力计与斜面平行放置并 ,然后沿斜面方向匀速拉动小车,如图乙所示,弹簧测力计示数为 N;
③计算出将小车从A点拉到B点的过程中,拉力所做的功为 J;利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为 ;
(3)在小车上逐渐添加重物,测出小车的总重G,测出沿斜面匀速拉动小车需要的力,计算出拉小车从A点到B点所做的功W1;计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2。以功为纵坐标,以小车总重为横坐标,建立平面直角坐标系,作出W1和W2与小车总重G的关系图像,分别如图丙中的线段a和b;
①由图像可知:用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重 (选填“有关”或“无关”);
②若这位母亲的质量为50kg,所坐的轮椅质量为20kg,则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时,力的大小为 N。
《第十二章简单机械》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 D D B D B C C A
1.D
【详解】ABC.船桨、剪刀、剪指甲刀在使用的过程中能够围绕支点转动,它们都属于杠杆,故ABC不符合题意;
D.茶壶的上端开口,下端连通,属于连通器,是利用了连通器的原理,故D符合题意。
故选D。
2.D
【详解】如图的定滑轮,实质相当于一个等臂杠杆,所以使用时既不省力也不费力;如图中拉力在三个方向改变时,动力臂始终为滑轮的半径,所以拉力是不变的,即拉力相等。故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
3.B
【详解】AB.不计绳重与摩擦,定滑轮实质是等臂杠杆,则有F甲=G;由动滑轮的特点可知
因动滑轮重G动小于物重G,则F乙<G。比较可得F甲>F乙,故A错误,B正确;
CD.如图所示,用定滑轮和动滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,不计绳重与摩擦,则所做的有用功一样大,乙图由于要克服动滑轮重力做额外功,所以乙使用动滑轮做的总功多,由可知,定滑轮的机械效率高,即,故CD错误。
故选B。
4.D
【详解】A.由图可知:独轮车在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故A错误;
BC.支点在车轮的轴上,力F为动力,所以动力臂的长度为1.3m,阻力是G,阻力臂的长度为0.3m,故BC错误;
D.砖头及车厢的总重
G=mg=130kg×10N/kg=1300N
由杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知,人手竖直向上的力
故D正确。
故选D。
5.B
【详解】A.由于不知道时间,所以不能确定功率的大小,故A不符合题意;
B.盘山公路相当于斜面,使用斜面可以省力,但同时越费距离,所以这车辆向上行驶可以减小汽车所需牵引力,也就是减小了阻力,故B符合题意;
CD.山高一定,车行驶到山顶,做的有用功是一样的,但盘山公路修成环绕山坡的盘山路线,车做的功会增大,所以在斜面高一定时,斜面越长,斜面越缓,机械效率越低,故CD不符合题意。
故选B。
6.C
【详解】A.应测出滑轮与物体的总重,故A错误;
B.第二次拉力等于滑轮与物体总重的一半,故B错误;
C.力臂是支点到力的作用线的距离,故C正确;
D.F1力臂小于F2力臂,力较大,故D错误。
故选C。
7.C
【详解】AB.该滑轮为动滑轮,且;由于物体做匀速运动,摩擦力等于牵引力
故A、B项均错误;
CD.1s内物体移动的距离
力F移动的距离
拉力F做功
拉力F做功的功率为
故C项正确,D项错误。
故选C。
8.A
【详解】根据功的原理可知:斜面越长越省力,斜面AB>AC,所以斜面AB更省力,即F1<F2;同一重物的重力不变,高度相等,由W=Gh得到克服重力做的功相等,斜面光滑说明摩擦力为0,由功的原理可知Fs=Gh,所以拉力做的功相等,即W1=W2.故A符合题意,BCD不符合题意.
9.200
【分析】已知动力臂和阻力臂的大小关系以及阻力大小,利用杠杆的平衡条件即可求出动力大小.
【详解】∵FL1=GL2,动力臂和阻力臂关系:L1=9L2,∴F==200N,
10. 400 83.3% 20
【详解】[1]拉力做的有用功
W有用=Gh=200N×2m=400J
[2]拉力F做的总功
W总=Fs=120N×4m=480J
斜坡的机械效率
[3]拉力做的额外功
W额=W总﹣W有用=480J﹣400J=80J
由W额=fs可得,木箱受到的摩擦力
11. 匀速直线 80%
【详解】[1]实验时要用弹簧测力计沿斜面拉动B做匀速直线运动,这样弹簧测力计示数稳定,方便读数。
[2]如图,弹簧测力计示数为2.5N,即拉力为2.5N;斜面与水平桌面夹角30°,斜面长是高的2倍,则斜面的机械效率为
12. 2 80
【详解】[1]如图滑轮组,由三段绳子拉着动滑轮,所以,则泥桶上升的高度为
[2]手拉绳子的力为
13.
【详解】滑轮的重力
则滑轮和物体的总重力为
100N+20N=120N
已知绳子能承受的最大拉力为50N,当绳子承担重物的段数为3时,则能够提升物体的最大重力为
当绳子承担重物的段数为2时,则能够提升物体的最大重力为
物体重100N,大于80N,小于130N,所以滑轮组上绳子承担重物的段数为3,起点从动滑轮的挂钩开始,绳子末端的拉力向上,如图所示
14. 水平 右 试验次数太少,结论不具有普遍性 3.3 杠杆自身有重力 1.1
【详解】(1)为了便于测量力臂,应使杠杆在水平位置平衡,由图知,右端偏高,为使杠杆在水平位置平衡,需要将平衡螺母向右调节;
(2)小明仅凭一次测量就得出杠杆平衡条件,这种实验处理方法是不完善的,因为实验次数过少,会导致实验结论具有偶然性,应该改变动力或阻力的方向进行多次测量,寻找普遍规律,以避免偶然性.
(3)由图可知,弹簧测力计的刻度值为0.1N,指针在3N以下三格处,示数为3.3N.
用如图丙所示装置进行探究,杠杆的重心没有通过支点,杠杆的自重对杠杆平衡有影响.
(4)根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可得3.3N×4L=G×6L,
解得G=2.2N,
将图丙中弹簧测力计拉力的作用点从C点移到E点,使杠杆仍在水平位置平衡,则F×12L=G×6L,即F×12L=2.2N×6L,解得F=1.1N.
故答案为(1). 水平 (2). 右 (3). 试验次数太少,结论不具有普遍性 (4). 3.3 (5). 杠杆自身有重力 (6). 1.1
【点睛】本题考查了探究杠杆平衡条件的实验过程,从原理到实际操作、实验方法、数据分析等,考查较为全面,是我们应该掌握的重点实验.
15.(1)1kg;(2)1.2kg,42N;(3)随着重物左移,E点将左移,棒对E点的压力FE不变
【详解】解:(1)如图
设棒的中心为O,则AO=90cm,O1O=60cm,以O1为转轴,由杠杆平衡条件可得
m铅g×AO1=m棒g×O1O
即
m铅g×30cm=m棒g×60cm
即
(2)以O2为转轴,由杠杆平衡条件可得
m铅g×AO2=m棒g×O2O+mg×O2P
即
m铅×AO2=m棒×O2O+m×O2P
即
2kg×70cm=1kg×20cm+m×100cm
解得
m=1.2kg
此时棒对O2点的压力F
F=(m铅+m棒+m)g=(2kg+1kg+1.2kg)×10N/kg=42N
(3)随着重物左移,铅块、棒和物的总重心左移,凳面上某点E(即新支点)对棒支持力左移。压力等于铅块、棒、物三重力之和,故压力FE不变。
答:(1)棒的质量m棒为1kg;
(2)当在P处挂一重物时,棒刚好绕O2点有转动的趋势,重物质量m物为1.2kg,此时棒对O2点的压力F为42N;
(3)随着重物左移,E点将左移,棒对E点的压力FE不变。
16. 9.00cm 重新调零 0.3 0.3 60% 无关 105
【详解】(1)[1]由图乙可知,该刻度尺每大格为1cm,平均分成10小格,即分度值为0.1cm,故B点高度为9.00cm。
(2)②[2]弹簧测力计在不同方向上使用时,都需要重新进行调零。
[3]由图乙可知,弹簧测力计每大格表示0.2N,平均分成10小格,即分度值为0.02N,故弹簧测力计示数为0.3N。
③[4]将小车从A点拉到B点的过程中,距离为1m,则拉力所做的功为
[5]有用功为
故机械效率为
(3)①[6]机械效率等于有用功与总功的比值,即W2与W1的比值,由图丙可得,W1与W2分别与物体的重力成正比,即
,
则W2与W1的比值为
而k1、k2为定值,即W2与W1的比值也为定值,故用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关。
②[7]由图丙可以,随着总重的增加,拉小车从A点到B点所做的功W1成正比例增加,当总重为1N时,W1为0.15J,故它们之间的函数关系为
若这位母亲的质量为50kg,所坐的轮椅质量为20kg,则此时总重
则此时拉小车从A点到B点所做的功
则此时推力