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专题09 简单机械
五年(2021-2025)中考(一年模拟)物理真题分类汇编,研真题,明考向。为了进一步配合广大师生复习备考,21教育重磅推出《(2021-2025)五年中考真题和一年模拟分类汇编》系列。本套资料设计科学,根据地区试题汇编,按照知识点构成情况,将试题分解组合,全面呈现各学科知识点在五年中考和一年模拟题中的考查情况,是考生掌握当地中考命题动向、熟悉中考考查方式、复习备考不可或缺的精品资料!
1.(2025 河北)在跨学科实践活动中,小明用身边的器材粗略测量一件鱼形工艺品材料的密度。鱼形工艺品的材质均匀且不吸水,其内部为空腔,底部有圆孔。
(1)如图1所示,利用右侧带有小孔的刻度尺制成一个简单的杠杆。应在刻度尺的 (选填“左”或“右”)侧粘贴橡皮泥,使刻度尺在水平位置平衡。
(2)往一个空的塑料瓶内,注入400mL水。则瓶内水的质量为 g。已知水的密度ρ水=1.0×103kg/m3。
(3)将工艺品和注好了水的塑料瓶分别用细线悬挂在刻度尺两侧,使刻度尺再次水平平衡,如图2所示。小明认为塑料瓶非常轻,其质量可忽略不计。则工艺品的质量为 g。
(4)用一个足够大的塑料袋,贴着一个硬而薄的正方体(边长为20cm)纸盒的内壁铺好,注入适量的水。小明将工艺品浸没在水中,使其空腔内也充满水。因工艺品浸没,纸盒内水面上升了0.9cm,如图3所示。则工艺品材料的体积为 cm3。
(5)工艺品材料的密度为 kg/m3。
(6)实验中,下列因素对密度的测量结果没有影响的是 (选填序号)。
①忽略硬纸盒的厚度
②计算工艺品的质量时,忽略了瓶子的质量
③实验过程中,没有发现纸盒内底部的小石子
2.(2025 河北)如图为三峡船闸的示意图。船闸利用 的特点实现轮船逐级通过闸室翻越大坝。在某次检修闸门过程中应用到了定滑轮,使用这种滑轮 (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向。
3.(2024 河北)在“探究杠杆的平衡条件”实验中,小明使用可绕O点自由转动。刻度均匀的杠杆,以及多个重为0.5N的钩码进行了以下操作:
(1)不挂钩码时,杠杆在如图1所示的位置静止。小明将杠杆左边的螺母调至最左端,发现杠杆右侧还略向下倾斜。此时小明应向 (选填“左”或“右”)调节杠杆右边的螺母。使杠杆水平并静止,达到平衡状态。
(2)给杠杆两侧挂上不同数量的钩码,设右侧钩码对杠杆施的力为动力F1,左侧钩码对杠杆施的力为阻力F2,测出杠杆水平平衡时的动力臂l1和阻力臂l2;多次实验并把数据填入如表。
实验次数 动力F1/N 动力臂l1/m 阻力F2/N 阻力臂l2/m
1 0.5 0.2 1.0 0.1
2 1.0 0.15 1.5 0.1
3 0.1 3.0 2.0 0.15
4 2.0 0.15 1.5 0.2
…
小明分析表格中的数据发现,第 次实验数据有误,剔除这一组数据后,初步得出杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂。
(3)第4次实验结束后,小明撤去右侧钩码,改用弹簧测力计继续实验。如图2所示,他在左侧A点悬挂三个钩码,再用弹簧测力计(未画出)在B点拉杠杆。杠杆重新在水平位置平衡时,弹簧测力计的示数可能为 (选填序号)。
①2.0N ②2.5N ③3.0N ④3.5N
(4)筷子是中国传统餐具,体现了我国古代劳动人民的智慧。用筷子夹东西时,所属的杠杆类型与第 次实验时的杠杆类型相同。
(5)小明选用质量分布均匀但两端粗细不同的筷子玩“托筷子”游戏时,用一根筷子把另一根筷子MN水平托起来,图3为筷子稳定时的俯视图,筷子MN的重心在O′点,此时 (选填“MO′”或“O′N”)段更重一些。
【拓展】如图4所示,小明在一根均匀硬质细杆上挖出等间距的5道细凹槽,将细杆分成6等份,并分别在细杆两端和凹槽处标记出“0、1、2、3、4、5、6”然后在两端对称安装合适的螺母。支架(未画出)支撑在任一标记处时,都要重新调节螺母,使细杆不挂物体时在水平位置平衡。现把重为2N的物体悬挂在标记“6”处,仅在其他标记处放置支架和悬挂最大容积为800mL、重为1N的小桶,通过改变支架支撑的位置和小桶悬挂的位置,并调整小桶内的水量,可以有 种方案使细杆在水平位置平衡。水的密度为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。
4.(2023 河北)在均匀直尺的中央挖一小凹槽,把一个薄金属片一端插入橡皮中,另一端支在直尺的凹槽内制成一个简易“天平”。静止时直尺水平平衡。在直尺的两侧各放一个相同的小盘,在小盘中倒入质量不等的大米和小米,调整小盘在直尺上的位置,使直尺再次水平平衡。如图所示。由图可知,大米的质量 (选填“大于”或“小于”)小米的质量。F是左盘对直尺施加的力,请在图中画出F的力臂。现向左盘中再加入少量大米,写出一种能够使直尺恢复平衡的方法: 。
5.(2023 河北)下列推理正确的是( )
A.碱溶液一定呈碱性,则呈碱性的溶液一定是碱溶液
B.石墨和金刚石组成元素相同,则二者性质完全相同
C.声能传递信息,超声波是声,则超声波也能传递信息
D.简单机械可以省力,定滑轮是简单机械,则定滑轮也可以省力
6.(2022 河北)在劳动课上,小明利用钳子反复弯折铁丝,弯折处铁丝的温度升高,这是通过 的方式改变铁丝内能的。如图所示,在剪断铁丝的过程中,钳子是一个 (选填“省力”或“费力”)杠杆。
7.(2021 河北一模)如图所示的杠杆每小格的长度相等,质量不计,O为支点,物体A是边长为0.1m的正立方体。当杠杆右侧挂一个重4N的物体B时,杠杆在水平位置平衡。此时物体A对水平桌面的压强为300Pa.下列说法正确的是( )
A.物体A受到的支持力为2N
B.物体A受到的重力为5N
C.物体B向右移动1小格,物体A受到的拉力减小1N
D.物体B向右移动1小格,物体A受到的支持力减小2N
8.(2021 河北一模)用如图所示的装置提升深井底部的物体。电动机拉绳端做功的功率保持一定,绳子能承受的最大拉力是1600N。当提起重50kg的物品时,10s能上升到井口,当提起重90kg的物体时,15s能上升到井口。深井水平底面上剩余的物品共500kg,它们和底面接触面积为2m2。不计滑轮组的绳重和摩擦。g取10N/kg。求:
(1)剩余的500kg物品对深井底面的压强;
(2)动滑轮的重;
(3)使用此装置提升剩余的物品时,滑轮组的效率最高能达到多少?
一.选择题(共10小题)
1.(2025 广阳区一模)如图是杠杆在生活中的应用,能省距离的是( )
2.(2025 张家口一模)石碾(niǎn)是我国历史悠久的传统农业生产工具,能够对收获的粮食进行破碎、去壳等加工。如图为小朋友在游乐园体验推石碾乐趣的情景。下列说法正确的是( )
A.图中被推动的石碾属于费力杠杆
B.手距离石碾中心越远,推动石碾越费力
C.石碾碾碎粮食,说明力可以改变物体的形状
D.停止用力,石碾就会停下来,说明力是维持物体运动的原因
3.(2025 迁安市二模)在劳动实践活动中,小明在水平地面与车厢间用木板搭一斜面,并用平行于斜面的250N推力,将重为600N的货物匀速地从斜面底端推到顶端的车厢,如图所示。已知斜面长L为6m,斜面高h为1.5m。不计空气阻力,这一过程中( )
A.货物受到木板的摩擦力沿斜面向上
B.货物受到的摩擦力大小为100N
C.斜面可以省力也可以省功
D.小明所做的有用功为3600J
4.(2025 正定县二模)杆秤是我国度量衡“三大件(尺斗秤)”的重要组成部分,凝聚了炎黄子孙的智慧。如图是某兴趣小组用轻质杆制作的杆秤,下列说法正确的是( )
A.要使如图所示的杆秤水平平衡,秤砣向左移
B.“秤砣虽小压千斤”说明使用时杆秤相当于省力杠杆
C.如果秤砣磨损则测量结果会比真实质量偏小
D.将提纽移到O点右侧,可以增大杆秤的量程
5.(2025 馆陶县二模)图中,甲是《墨经》中记载的我国古代提升重物的工具“车梯”,乙是其等效图。若利用此“车梯”使80kg的重物在10s内匀速竖直上升2m,所用的拉力为300N,g取10N/kg。则此过程中,下列说法正确的是( )
A.使用“车梯”时,人拉绳的速度为0.2m/s
B.“车梯”的动滑轮的重力为400N
C.使用“车梯”时,人做功的功率为160W
D.“车梯”的机械效率约为66.7%
6.(2025 邯郸模拟)如图甲所示,一位同学用滑轮组拉着重700N的物体A,在水平地面上匀速前进,全过程滑轮组的部分数据如图乙所示,物体A受到阻力为其重力的0.1倍,下列说法正确的是( )
A.拉力F做功700J
B.物体A移动的距离为1m
C.只增大物体的重力,机械效率不变
D.该滑轮组的机械效率是70%
7.(2025 安次区二模)如图所示,是《天工开物》中记载的我国传统汲水工具“桔槔”,用绳子系住一根直的硬棒的O点作为支点,A端挂有重为40N的石块,B端挂有重为20N的空桶,OA长为1.2m,OB长为0.6m。使用时,人向下拉绳放下空桶,装满重为100N的水后向上拉绳缓慢将桶提起。硬棒质量忽略不计。下列说法中正确的是( )
A.向下拉绳放下空桶时桔槔为省力杠杆
B.桔槔平衡时,A、B两点所受的拉力之比为2:1
C.为了减小人向上提水所需的拉力,应将石块靠近O点
D.向上拉绳提起装满水的桶时拉力至少为40N
8.(2025 邢台模拟)将图甲中A、B两个相同的物体从粗糙程度相同的斜面底端匀速拉到顶端,做功情况如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.右侧斜面机械效率为66.7%
B.左侧给A的拉力等于A受到的摩擦力
C.对B做的有用功为2J
D.斜面可省功且倾斜程度越大,省功越多
9.(2025 邯郸二模)图甲所示的装置,A是重15N的空吊篮,质量为50kg的小明将A提升到高处,施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示,A上升的速度随时间变化关系如图丙所示。系A的绳子足够牢固,绕过滑轮的绳子能承受的最大拉力为60N。忽略绳重及摩擦,g取10N/kg。下列结论中正确的是( )
A.动滑轮的重力为15N
B.1 2s内拉力F的功率为2W
C.此装置匀速提升重物的最大机械效率约为83.3%
D.用此装置匀速提升60N的货物时,小明对地面压力为470N
10.(2025 徐水区模拟)小明和家人出门旅游,图甲是他手拉拉杆箱静止时的情形,图乙为其示意图。小明施加在拉杆顶端A点的拉力为F,方向与OA成30°夹角;B点为拉杆箱的重心。已知拉杆箱总重为200N,OA长为100cm,OC长为20cm,OA与地面成45°角。下列说法正确的是( )
A.拉杆箱此时相当于费力杠杆
B.力F的大小为80N
C.使拉杆箱保持图乙所示的情况,所需的最小力为56.56N
D.若F与拉杆的夹角不变,拉杆箱与地面的夹角越大,使拉杆箱保持静止时所需的力F越大
二.多选题(共2小题)
(多选)11.(2025 邯郸一模)某施工工地,用图示的装置,提升物料。已知物料A重为800N,物料B重为1600N,动滑轮重为200N。在卷扬机对绳子的拉力F作用下,物料A、B均可在10s内竖直匀速上升了2m。在此过程中,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是( )
A.物料A 上升的速度为0.4m/s
B.提升物料B时,天花板的A点所受拉力为900N
C.提升物料A时卷扬机拉力F的功率为200W
D.提上物料B时,滑轮组的机械效率将达到160%
(多选)12.(2025 信都区模拟)如图所示是某同学搬家时用质量相同的滑轮设计的甲、乙两个滑轮组,将物品拉到高处,利用甲、乙两个滑轮组匀速提升物品时,不计绳重和摩擦。下列分析正确的是( )
A.甲比乙的机械效率高
B.若甲、乙对绳端的拉力相同,乙能提起的物重是甲的2倍
C.甲、乙提起物品的质量相等时,a挂钩承受的拉力大小一定是b挂钩的2倍
D.提升质量相等的物品时,若绳端拉力的速度相同,则拉力功率可能相同
三.填空题(共6小题)
13.(2025 香河县一模)如图所示,这是我国古代的“舂米石臼”的简化示意图,人用力踩下A端,使B端的重锤翘起,收脚后,重锤由于受到重力作用下落,打在石臼内的谷物上,帮谷物脱壳。此装置属于 (选填“省力”或“费力”)杠杆。请举出一个生活中应用同类型杠杆的实例: 。
14.(2025 石家庄三模)在高速公路长下坡路段的外侧,常设有一段上坡的避险车道,供刹车失灵的车辆自救,当失控车辆冲上避险车道时,被强制减速停车,如图所示。避险车道相当于一个 (填简单机械名称),避险车道设计成上坡形式可以使车快速停止,请从能量转化的角度分析原因 。
15.(2025 石家庄一模)用手提起重物,从生物学的视角,可认为是桡骨在肱二头肌的牵引下绕着肘关节转动,如图所示;从物理学的视角来看,这可以简化为一种简单机械模型。图中 部位是支点,此模型属于 (选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。
16.(2025 馆陶县二模)杆秤是我国古代杠杆应用的杰作,图中的秤是我国传统的杆秤,常用来测量物体的质量。它由带有刻度的秤杆、秤钩、秤砣、秤毫(B、C)等组成,不挂重物和秤砣时,手提秤毫C,杆秤可水平平衡,已知秤砣质量m=0.2kg、AC=8cm,选用秤毫C称一条鱼的质量,如图所示、当CD=40cm时,杆秤水平平衡,则鱼的质量为 kg;使用时,由秤毫C换成秤毫B时,杆秤能测的最大值将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
17.(2025 廊坊一模)同学们以“厨房中的物理”为主题开展了科学实践活动。如图甲是用金属螺钉、锡箔纸和饮料瓶制作的一个验电器,其工作原理是 。如图乙,用细绳将不锈钢勺子悬挂起来,使其静止在水平位置,则勺子悬挂点 (选填“左”或“右”)侧的质量较大一些。
18.(2025 裕华区一模)如图甲所示,赛龙舟是中国端午节习俗之一。图乙是运动员划船桨示意图,OA=0.6m,AB=0.4m,运动员一只手在船桨上端O点,另一只手对船桨A处的拉力F1=500N,船桨可看作一个 (选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆,水对该船桨的推力F2为 N。为获得更大的推力,A点应 (选填“靠近”或“远离”)O点一些。
四.作图题(共3小题)
19.(2024 涿州市模拟)用图所示的杠杆提起重物。O是杠杆的支点,在A点用力,在图中画出力F的力臂,并用字母l表示。
20.(2024 涿州市模拟)某同学要用滑轮组将陷入泥中的汽车拉出来,画出最省力的绕线方法。
21.(2025 河北模拟)按要求作图:
如图甲所示是一个钥匙形“瓶起子”,图乙为其简化的示意图,图中O为支点,F2是A点受到的阻力。在图乙中画出作用在B点的最小动力F1及其力臂L1。
五.实验探究题(共2小题)
22.(2025 永年区一模)小明在探究“杠杆平衡条件”的实验中,采用了如图甲所示的实验装置(实验中所用钩码均相同,杠杆质量均匀,相邻刻度线之间的距离相等)。
(1)实验前,如图甲所示,接下来应将杠杆左端或右端的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡;
(2)图乙中杠杆恰好处于水平位置平衡,小明尝试在A点下方再加2个相同的钩码,为使杠杆保持水平平衡,应将B点的钩码向右移动 个格;
(3)小明又尝试用弹簧测力计代替B点悬挂的钩码,并始终竖直向下拉弹簧测力计,使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度,此过程中弹簧测力计的示数会 (选填“变大”、“变小”或“不变”);(不计阻力影响)
(4)如图丁所示,为小华在科技创新大赛中,利用杠杆设计的可以直接测量液体密度的“密度天平”。其制作过程和原理如下:选择一根长1m的杠杆,使其中点置于支架上,调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡。在左侧离中点10cm的A位置用细线固定一个质量为100g、容积为50cm3的容器。右侧用细线悬挂一质量为50g的钩码(细线的质量忽略不计)。测量时往容器中加满水,移动钩码使悬挂点距支点 cm处杠杆在水平位置平衡。
【拓展】该“密度天平”的量程为 g/cm3。若将钩码的质量适当增大,该密度天平”的量程将 。(选填“增大”“减小”或“不变”)
23.(2025 栾城区二模)如图所示是小明和小华探究“杠杆的平衡条件”的实验装置。
(1)实验前,将杠杆置于支架上,当杠杆静止时,如图甲,此时可以把右端的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节,直至使杠杆在水平位置平衡,这样做的目的是 ;
(2)如图乙,小明在实验时先竖直向下拉弹簧测力计,然后再斜向下拉弹簧测力计,两次都能使杠杆在水平位置平衡。则弹簧测力计斜向下时示数 (选填“变大”“变小”或“不变”);
(3)改变钩码数量和位置获取三次测量数据,记录如表:
实验次序 动力F1/N 动力臂L1/cm 阻力F2/N 阻力臂L2/cm
1 2.0 5.00 1.0 10.00
2 2.0 10.00 2.0 10.00
3 3.0 10.00 2.0 15.00
根据表中数据可得出杠杆的平衡条件是 ;
(4)如图丙,调节好杠杆后在杠杆左边距离支点第3格处挂了4个钩码、每个钩码的重力均为0.5N,要使杠杆平衡,需在左侧第2格B处竖直向上拉动弹簧测力计,此时测力计的示数是 N(杠杆上每小格等距)。
(5)他们继续探究:保持钩码数量和位置不变,杠杆在水平位置平衡时,测出多组动力臂L1和动力F1的数据,绘制了L1﹣F1的关系图像,如图丁所示。请根据图像推算,当L1为25cm时,F1为 N。
六.综合应用题(共6小题)
24.(2025 桥西区一模)图甲是《天工开物》里记载的一种捣谷的舂(读作chōng),可将舂看作一个杠杆,如图乙所示,其中OA:OB=3:2。若碓(读作duì)头质量为10kg,捣谷人的质量为75kg,一只脚与地面的接触面积为200cm2,不计横木的重力和转动摩擦,捣谷人双手与扶手之间的作用力为零。g取10N/kg。
(1)在图乙中画出力F1的力臂L1。
(2)若碓头竖直下落0.3m,求重力做的功。
(3)当横木水平时,人的右脚在B点用最小力使横木刚好转动,求此时人的左脚对地面的压强。
25.(2025 唐山一模)如图是《天工开物》中记载的踏碓将稻谷去皮的情景。踏碓用柱子架起一根木杠,木杠的一端装一块大石头,木杠可绕O点转动,用脚连续踏踩木杠的另一端,石头就不断砸打,去掉稻谷的皮。踏碓相当于 (选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆,请你画出阻力F2的力臂l2。
26.(2025 正定县二模)如图所示,质量为70kg的工人师傅用滑轮组把重为1200N的物体匀速拉到10m高的楼房顶部,在拉动过程中绳端所加的拉力为600N,已知动滑轮重300N,不计绳重(g取10N/kg)。求:
(1)滑轮组的机械效率;(百分号前保留1位小数)
(2)克服摩擦所做的功;
(3)若工人师傅的两只鞋底的面积为500cm2,工人师傅对地面的压强。
27.(2025 新华区三模)如图所示,有一粗细均匀,同种材料制成的长L=4m的长木板AB,置于支架上,支点为O,且AO=1m,长木板的右端B用绳子系住,绳子另一端固定在C处,当长木板AB水平时,绳与水平面成30°的夹角,且绳子所能承受的最大拉力为60N。质量为5kg、边长为0.1m的实心正方体滑块M在水平拉力F的作用下,在长木板上匀速滑动,(g=10N/kg)求:
(1)M在长木板上水平运动时对长木板的压强;
(2)当滑块在距离O点左侧0.8米时,绳子的拉力为0,长木板刚好在水平位置平衡,求长木板的重力为多少?
(3)为了保证绳子不被拉断,滑块向右滑动到最远的位置,距离Q点多远?
28.(2025 枣强县模拟)如图甲是一种新型吊运设备的简化模型示意图,虚线框里是滑轮组(未画出),定滑轮和电动机均固定。在一次作业中,吊运设备匀速竖直提升物体时,绳子自由端的拉力为200N,此时滑轮组的机械效率为80%,被提升的物体上升的速度为0.5m/s,电动机做的功跟时间的变化关系如图乙所示。不考虑滑轮组绳子的质量、滑轮与轴和绳子间的摩擦,求:
(1)此次作业中被提升的物体受到的重力。
(2)绳子自由端移动的速度。
(3)若要使该滑轮组的机械效率提升5%,则物体的重力为多少?
29.(2025 邯郸一模)如图所示,图甲是某大型起吊装置,图乙是其机械起吊部分的简化示意图,已知物体A质量为500kg,底面积为1.25m2,不计绳重量、机械部分摩擦和水的阻力,请完成以下问题(g=10N/kg)
(1)起吊前物体A静止在地面上,其对地面的压强是多少?
(2)如图乙所示,当绳子自由端的拉力为1000N时,地面对物体A的支持力为1650N,增加绳子自由端的拉力后物体A被成功匀速提升2m,请计算此时整个机械的机械效率。
(3)工人师傅利用该装置将另一物体B以0.1m/s的速度匀速放入水中过程中,绳子拉力功率随时间变化关系如图丙所示,请计算物体B的密度。(ρ水=1.0×103kg/m3)
五年真题参考答案与试题解析
1.【考点】利用杠杆测量密度.版权所有
【专题】应用题;简单机械;应用能力.
【解答】(1)刻度尺右端上翘,则应在刻度尺的右侧粘贴橡皮泥,使刻度尺在水平位置平衡。
(2)已知水的体积V=400mL=400cm3,由ρ可得,水的质量:
m=ρV=1g/cm3×400cm3=400g,
(3)由杠杆平衡条件可得,m工艺品×(30cm﹣20cm)=400g×(48cm﹣30cm),
解得m工艺品=720g,
(4)正方体纸盒的底面积S=20cm×20cm=400cm2。水面上升了0.9cm,则工艺品材料的体积V=SΔh=400cm2×0.9cm=360cm3。
(5)工艺品材料密度ρ 2g/cm3=2×103kg/m3。
(6)①忽略硬纸盒的厚度:若考虑硬纸盒厚度,会使测量的水上升的体积偏小,从而使计算出的工艺品体积偏小,密度偏大,所以忽略硬纸盒厚度对测量结果有影响。
②计算工艺品的质量时,忽略了瓶子的质量:由杠杆平衡条件可知,若考虑瓶子质量,会使计算出的工艺品质量偏大,而体积测量不变,根据ρ 可知,则密度偏大,所以忽略瓶子质量对测量结果有影响。
③实验过程中,没有发现纸盒内底部的小石子:小石子在纸盒底部,不影响水面上升的高度,即不影响工艺品体积的测量,同时对工艺品质量测量也无影响,所以对密度测量结果没有影响。
故答案为:(1)右;(2)400;(3)720;(4)360;(5)2×103;(6)③。
2.【考点】定滑轮改变力的方向;船闸工作原理.版权所有
【专题】压强、液体的压强;简单机械;理解能力.
【解答】船闸利用连通器的特点实现轮船逐级通过闸室翻越大坝。
在某次检修闸门过程中应用到了定滑轮,使用这种滑轮不能省力,但可以改变力的方向。
故答案为:连通器;可以。
3.【考点】探究杠杆的平衡条件的实验中使用弹簧测力计的问题;探究杠杆的平衡条件;探究杠杆的平衡条件的实验前调节杠杆平衡.版权所有
【专题】实验题;简单机械;科学探究能力.
【解答】(1)小明将杠杆左边的螺母调至最左端,发现杠杆右侧还略向下倾斜,即左端上翘,平衡螺母向上翘的左端移动;
(2)由题知,杠杆两侧挂上不同数量的钩码,且每个钩码重为0.5N,那么动力和阻力应为0.5N的整数倍,由表中数据知,第3次实验中,动力F1为0.1N是一个钩码重的五分之一,故第3次实验数据有误;
(3)设杠杆上每一格长为L,左侧A点(距离支点5L处)悬挂三个钩码(重1.5N),B点在距离支点3L处,当作用在B点的弹簧测力计垂直杠杆向上拉(竖直向上)时,力臂最长,弹簧测力计示数最小,由杠杆的平衡条件有:
1.5N×5L=F最小×3L,
弹簧测力计作用在杠杆上的最小力:F最小=2.5N,弹簧测力计与杠杆不垂直,则示数会大于2.5N,所以示数可能为②③④;
(4)筷子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,由表中数据知,第4次实验中动力大于阻力,与筷子的杠杆类型相同;
(5)用一根筷子把另一根筷子MN水平托起来,筷子MN的重心在O′点,将筷子以O′分为左右两部分,
根据杠杆平衡条件:F1L1=F2L2,由题意可得:GMO′L左=GO′NL右,
L左>L右,则GMO′<GO′N,即O′N段更重一些;
(6)小桶内的水量可调整,不装水时其重力最小,等于桶重1N,
当桶中装满水时,装水重力最大,G水最大=m水最大g=ρ水V水最大g=1.0×103kg/m3×800×10﹣6m3×10N/kg=8N,
总重力最大为G最大=G桶+G水最大=1N+8N=9N,
即:桶的总重力范围为:1N≤G总≤9N,
若相邻两凹槽间距离为L,重为2N的物体悬挂在标记6处,
①若以标记5处为支点,桶的总重力最小时,由杠杆的平衡条件有:G总最小×L最大=2N×L,L最大2L,小桶可挂在标记3和4处,即有两种方案可使细杆在水平位置平衡;
②若以标记4处为支点,桶的总重力最小时,由杠杆的平衡条件有:G总最小×L最大=2N×2L,L最大4L,小桶可挂在标记0、1、2、3处,即有四种方案可使细杆在水平位置平衡;
③若以标记3处为支点,若桶挂在标记0处时,由杠杆的平衡条件有:G总×3L=2N×3L,G总=2N;
若桶挂在标记2处时,G总×L=2N×3L,G总=6N,满足桶的总重力范围,小桶可挂在标记0、1、2处,即有三种方案可使细杆在水平位置平衡;
④若以标记2处为支点,若桶挂在标记0处时,由杠杆的平衡条件有:G总×2L=2N×4L,G总=4N;
若桶挂在标记1处时,G总×L=2N×4L,G总=8N,满足桶的总重力范围,小桶可挂在标记0、1处,即有两种方案可使细杆在水平位置平衡;
⑤若以标记1处为支点,桶只能挂在标记0处时,由杠杆的平衡条件有:G总×L=2N×5L,G总=10N,大于桶的总重力最大值,所以不能使细杆在水平位置平衡。
综上所述,有2+4+3+2=11种方案使细杆在水平位置平衡。
故答案为:(1)左;(2)3;(3)②③④;(4)4;(5)O′N;(6)11。
4.【考点】杠杆的平衡条件;力和力臂的画法.版权所有
【专题】应用题;简单机械;应用能力.
【解答】直尺水平平衡时,根据图示可知,此时L大米>L小米;杠杆的平衡条件可知:m大米g×L大米=m小米g×L小米,由于L大米>L小米,则m大米<m小米;
过支点O作F的作用线的垂线,该垂线端为F的力臂L,如图所示:
;
现向左盘中再加入少量大米,左盘中大米的质量变大,重力变大,对杠杆的压力变大,则左侧杠杆受到的力与力臂的乘积变大;使直尺恢复平衡,根据杠杆的平衡条件可知,可以向右盘中加入小米或装有小米的小盘向右移动一段距离。
故答案为:小于;见解析;向右盘中加入小米。
5.【考点】定滑轮的实质;声与信息;定滑轮;定滑轮不省力.版权所有
【专题】应用题;声现象;粒子与宇宙、材料世界;简单机械;应用能力.
【解答】A、碱溶液一定呈碱性,呈碱性的溶液不一定是碱溶液,也可能是碳酸钠等盐溶液,故A错误;
B、石墨和金刚石的组成元素都是碳,但是他们的性质不完全相同,例如金刚石不导电,石墨易导电,故B错误;
C、声能传递信息,超声波是声,则超声波也能传递信息,故C正确;
D、定滑轮是简单机械,是等臂杠杆,不能省力,但能改变力的方向,故D错误。
故选:C。
6.【考点】杠杆的分类;做功改变物体的内能.版权所有
【专题】分子热运动、内能;简单机械;理解能力.
【解答】(1)弯折铁丝时,人对铁丝做功,机械能转化为内能,物体的内能增大,温度升高,分子热运动更加剧烈,这是通过做功的方式改变铁丝的内能;
(2)钢丝钳在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆。
故答案为:做功;省力。
7.【考点】压强的公式的应用;杠杆的平衡条件的计算.版权所有
【专题】计算题;压轴题;图析法;压强、液体的压强;简单机械.
【解答】
A、此时物体处于静止状态,其对地面的压强是300Pa,其底面积S=(0.1m)2=0.01m2,
根据p可得此时物体对地面的压力:F=pS=300Pa×0.01m2=3N;
由于此时物体对地面的压力和地面对物体的支持力是一对作用力与反作用力,大小相等,则此时物体A受到的支持力是3N,故A错误;
B、据杠杆的平衡条件知,此时杠杆对A的拉力是F拉,故F拉LA=FBLB,
故F拉2N,由于此时的F拉=G﹣F支,故G=F拉+F支=3N+2N=5N.故B正确;
C、当物体B向右移动一个小格,此时符合杠杆的平衡条件,即F拉3N,故此时物体A受到的拉力增大1N,故C错误;
D、据上面的分析不难看出,此时物体A受到的拉力增大1N,即此时物体A受到的支持力减小1N,故D错误。
故选:B。
8.【考点】压强的公式的应用;滑轮组绳子上的拉力;滑轮组中的相关计算;滑轮、滑轮组机械效率的计算.版权所有
【专题】计算题;压强、液体的压强;简单机械;功、功率、机械效率;分析、综合能力.
【解答】(1)剩余的500kg物品对深井底面的压力:
F1=G1=m1g=500kg×10N/kg=5000N,
剩余的500kg物品对深井底面的压强:
p2500Pa;
(2)当提起重m2=50kg和m3=90kg的物体时,两物体的重力分别为:
G2=m2g=50kg×10N/kg=500N,G3=m3g=90kg×10N/kg=900N,
由图可知,滑轮组绳子的有效股数n=3,
不计滑轮组的绳重和摩擦,两次滑轮组绳子的拉力分别为:
F2(G2+G动)(500N+G动),F3(G3+G动)(900N+G动),
则,
因电动机拉绳端做功的功率保持一定,且物体上升的高度h相同,由s=nh可知绳子自由端移动的距离也相同,
所以,由P可得:
,即,
解得:G动=300N;
(3)由题意可知,绳子能承受的最大拉力F大=1600N,则滑轮组提升物体的最大重力:
G大=nF大﹣G动=3×1600N﹣300N=4500N,
由η100%100%100%100%可知,
当提升物体的重力越大时,滑轮组的机械效率越大,
则η大100%100%=93.75%。
答:(1)剩余的500kg物品对深井底面的压强为2500Pa;
(2)动滑轮的重为300N;
(3)使用此装置提升剩余的物品时,滑轮组的效率最高能达到93.75%。
一年模拟参考答案与试题解析
一.选择题(共10小题)
1.【考点】杠杆的分类.版权所有
【专题】应用题;简单机械;应用能力.
【解答】A、核桃夹在使用过程中,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,省力费距离,故A错误;
B、筷子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆,费力省距离,故B正确;
C、托盘天平在使用过程中,动力臂等于阻力臂,属于等臂杠杆,等臂杠杆既不省力也不费力,既不省距离也不费距离,故C错误;
D、开瓶器在使用过程中,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,省力费距离,故D错误。
故选:B。
2.【考点】杠杆的平衡条件的应用;杠杆的分类;力可以使物体发生形变;力与运动的关系.版权所有
【专题】简单机械;分析、综合能力.
【解答】A、图中转轴是支点,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,故A错误;
B、手距离石碾中心越远,动力臂越大,根据杠杆平衡条件知,在阻力和阻力臂一定时,动力臂越大,动力越小,故推动石碾越省力,故B错误;
C、压力作用碾碎粮食是形状的改变,故说明力可以改变物体的形状,故C正确;
D、停止用力,石碾受摩擦力的作用就会停下来,说明力是改变物体运动状态的原因,故D错误。
故选:C。
3.【考点】功的原理;摩擦力的方向;斜面及其应用;有用功的计算.版权所有
【专题】应用题;简单机械;应用能力.
【解答】A、小明推着货物沿斜面向上运动,则货物受到木板的摩擦力沿斜面向下,故A错误;
BD、小明克服货物重力做的有用功为:
W有=Gh=600N×1.5m=900J,
小明所做的总功为:
W总=FL=250N×6m=1500J,
根据W总=W有+W额可知,小明做的额外功为:
W额=W总﹣W有=1500J﹣900J=600J,
则物体受的摩擦力为:
f100N,故B正确、D错误;
C、由功的原理可知,使用斜面可以省力,但不能省功,故C错误。
故选:B。
4.【考点】杠杆在生活中的应用.版权所有
【专题】简单机械;理解能力;应用能力.
【解答】
A、秤杆右侧抬高,说明动力×动力臂<阻力×阻力臂,因此希望杆秤在水平位置平衡,应当让秤砣向右移,适当增大动力臂。故A错误。
B、“秤砣虽小压千斤”意思是秤砣对应的动力比秤杆受到的阻力小,说明杆秤省力,是省力杠杆。故B正确。
C、秤砣磨损使得秤砣对杆秤的压力变小。当放的物体相同时,动力偏小,阻力和阻力臂相同,会使得动力臂偏大,秤砣离提纽偏远,从秤杆刻度上读出的物体的质量就偏大。故C错误。
D、将提纽向右移动,会使得阻力臂变大,动力臂的变化范围略微变小。当使用的秤砣相同时,动力相同,将秤砣移动到最右端,动力臂基本与原来相同,因此阻力×阻力臂大小基本不变。阻力臂变大,阻力变小,秤盘上放的物品最大质量变小,量程减小。故D错误。
故选:B。
5.【考点】滑轮、滑轮组机械效率的计算;功率的计算;动滑轮的重力;绳子自由端移动的速度.版权所有
【专题】应用题;简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】A、由图可知,n=4,绳子自由端移动的速度为:
v绳=nv物0.8m/s,故A错误;
B、不计绳重和摩擦,动滑轮重为:
G动=nF﹣mg=4×300N﹣80kg×10N/kg=400N,因题干中没有不计绳重和摩擦,因此动滑轮重应该小于400N,故B错误;
C、人做的总功为:
W总=Fs=Fnh=300N×4×2m=2400J,
人做功的功率为:
P240W,故C错误;
D、人做的有用功为:
W有=Gh=mgh=80kg×10N/kg×2m=1600J,
“车梯”的机械效率为:
η100%≈66.7%,故D正确。
故选:D。
6.【考点】滑轮、滑轮组机械效率的计算;功的简单计算.版权所有
【专题】计算题;简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】A、由图可知,拉力F做的功为:
W总=W有+W额=700J+300J=1000J,故A错误;
B、物体A受到阻力为其重力的0.1倍,则阻力f=0.1G=0.1×700N=70N;克服阻力做的功为有用功,根据W有=fs可知,物体A移动的距离为:
s10m,故B错误;
C、增大物体的重力,物体对地面的压力变大,与地面间的滑动摩擦力变大,有用功变大,而额外功几乎不变,由η可知滑轮组的机械效率变大,故C错误;
D、该滑轮组的机械效率为:
η100%=70%,故D正确。
故选:D。
7.【考点】杠杆的平衡条件的计算;杠杆的分类.版权所有
【专题】简单机械;分析、综合能力.
【解答】
A.向下拉绳放下空桶时,动力臂是OB,阻力臂是OA,OA = 1.2m,OB = 0.6m,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故A错误;
B.根据杠杆平衡条件FA×OA=FB×OB,即,故B错误;
C.向上提水时,根据杠杆平衡条件,G石×OA=(G桶+G水﹣F拉)×OB,将石块靠近O点,OA减小,在G石、G桶、G水、OB不变时,F拉会增大,故C错误;
D.向上拉绳提起装满水的桶时,根据杠杆平衡条件,G石×OA=(G桶+G水﹣F拉)×OB,即40N×1.2m=(20N+100N﹣F拉)×0.6m,得F拉=40N,所以拉力至少为40N,故D 正确。
故选:D。
8.【考点】斜面机械效率的计算;有用功的计算.版权所有
【专题】定量思想;简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】AC、由题知,A、B是完全相同的物体,则A、B的重力相同,上升的高度相同,由W=Gh可知,拉力做的有用功相同,拉力对B物体做的有用功:
W有B=W有A=W总A﹣W额A=3J﹣1J=2J,拉力对B物体做的有用功为2J,故C正确;
右侧斜面机械效率:
ηB100%100%=80%,故A错误;
B、由图乙知A的总功大于额外功,由于W总=Fs、W额=fs,所以左侧给A的拉力大于A受到的摩擦力,故B错误;
D、由图乙知由于额外功的存在,所以有用功会小于总功,所以使用斜面不能省功,故D错误。
故选:C。
9.【考点】滑轮、滑轮组机械效率的计算;功率的计算;动滑轮的重力.版权所有
【专题】计算题;简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】A、由图丙可知,在1~2s内A被匀速提升,由图乙可知此时拉力F=10N,
由图甲知,通过动滑轮绳子的段数n=2,忽略绳重及摩擦,拉力F(GA+G动),则动滑轮重力:
G动=2F﹣GA=2×10N﹣15N=5N,故A错误;
B、由图丙可知,1~2s内A上升的速度vA=0.2m/s,拉力端移动速度v=2vA=2×0.2m/s=0.4m/s,
1~2s内拉力F的功率:
PFv=10N×0.4m/s=4W,故B错误;
C、忽略绳重及摩擦,绕过滑轮的绳子能承受的最大拉力为60N,
C处绳子拉力:FC(FB+G动)(FB+5N),
B处绳子的最大拉力:FB最大=2FC最大﹣G动=2×60N﹣5N=115N,
此装置最多能匀速运载货物的重力:G最大=FB最大﹣GA=115N﹣15N=100N,
此装置提升重物的机械效率随提升物重的增大而增大,则此装置提升重物的最大机械效率:
η最大100%≈83.3%,故C正确;
D、提升60N货物时,绳端人的拉力:
F拉(G货+GA+G动)(60N+15N+5N)=40N,
小明对地面压力:
F压=G小明﹣F拉=m小明g﹣F拉=50kg×10N/kg﹣40N=460N,故D错误。
故选:C。
10.【考点】杠杆的最小动力;杠杆的分类.版权所有
【专题】简单机械;分析、综合能力.
【解答】AB、根据重力是阻力,阻力臂是OC长为20cm;而动力臂是OA的一半,即50cm,阻力臂大于动力臂,属于省力杠杆,故A错误;
根据杠杆平衡条件可得G×OC=FL,代入数据可得200N×20cm=F×50cm,解方程可得F=80N;故B正确;
C、使拉杆箱保持图乙所示的情况,阻力和阻力臂不变,当动力臂等于OA的长时,动力最小,则根据杠杆平衡条件可得G×OC=FL',代入数据可得200N×20cm=F×100cm,解方程可得F=40N;故C错误;
D、若F与拉杆的夹角不变,动力臂不变,拉杆箱与地面的夹角越大,OC长变短,则阻力臂减小,根据杠杆平衡条件可知,动力减小,故D错误。
故选:B。
二.多选题(共2小题)
11.【考点】滑轮、滑轮组机械效率的计算;速度公式的简单计算;功率的计算;滑轮组绳子上的拉力.版权所有
【专题】应用题;简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】A、物料A上升的速度为:
v0.2m/s,故A错误;
B、由图可知,n=2,不计绳重和摩擦,绳子自由端的拉力为:
F(GB+G动)(1600N+200N)=900N,
根据力的作用是相互的可知,天花板上的A点受到的向下拉力为900N,故B正确;
C、不计绳重和摩擦,提升物料A时绳子自由端的拉力为:
F'(GA+G动)(800N+200N)=500N,
提升物料A时卷扬机拉力F的功率为:
PF'v'=F'nv=500N×2×0.2m/s=200W,故C正确;
D、提上物料B时,滑轮组的机械效率为:
η100%≈88.9%,故D错误。
故选:BC。
12.【考点】机械效率的比较大小;功率的大小比较;滑轮组绳子上的拉力.版权所有
【专题】简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】A、甲中两个定滑轮,乙中一个动滑轮,一个定滑轮,不计绳重和摩擦,将物品拉到相同高处,做的有用功相同,甲的机械效率为100%;而乙中要克服动滑轮做额外功,机械效率小于100%,故甲比乙的机械效率高,故A正确;
B、甲、乙中的拉力分别为
F甲=G﹣﹣﹣①
F乙②
若甲、乙对绳端的拉力相同,可知乙能提起的物重不是甲的2倍,故B错误;
C、a挂钩承受的拉力大小
Fa=2G+G轮
FbG轮=G+2G轮
a挂钩承受的拉力大小不是b挂钩的2倍
故C错误;
D、若绳端拉力的速度相同,由①②知,当动滑轮的重力等于物体的重力时,拉力相同,根据P=Fv可知,则拉力功率可能相同,故D正确。
故选:AD。
三.填空题(共6小题)
13.【考点】杠杆的分类.版权所有
【专题】简单机械;应用能力.
【解答】在图中B端所受石锥的重力为阻力,脚的力为动力,阻力臂>动力臂,所以此装置属于费力杠杆。
生活中应用同类型杠杆的实例:钓鱼竿、筷子等。
故答案为:费力;钓鱼竿。
14.【考点】斜面及其应用;动能和重力势能的相互转化.版权所有
【专题】应用题;简单机械;机械能及其转化;应用能力.
【解答】由图可知,避险车道相当于一个斜面。
上坡路段刹车失灵的车辆向上运动的过程中,动能转化为重力势能,车辆的动能减小,速度减小,使刹车失灵的车辆获得自救。
故答案为:斜面;动能转化为重力势能。
15.【考点】杠杆的分类;杠杆及其五要素.版权所有
【专题】定性思想;简单机械;理解能力.
【解答】(1)杠杆绕着转动的固定点叫支点;用手提起重物时,前臂围绕肘关节转动,因此支点在肘关节处;
(2)用手提起物体时,人的前臂相当于一个杠杆,肱二头肌给桡骨的力是动力,物体给前臂的力是阻力,用手向上提物体时,动力臂小于阻力臂,因此前臂是一根费力杠杆。
故答案为:肘关节;费力。
16.【考点】杠杆的平衡条件的应用.版权所有
【专题】简单机械;分析、综合能力.
【解答】不挂重物和秤砣时,手提秤毫C,杆秤可水平平衡,说明自重对平衡没有影响,
杆秤绕提纽C转动,点C是杆秤的支点,CA、CD分别为两边拉力的力臂,根据杠杆的平衡条件F1×L1=F2L2可得:
G物×CA=G秤砣×CD,
m物g×CA=m秤砣g×CD,
m物×8cm=0.2kg×40cm,
解得:m物=1kg。
使用时,由秤毫C换成秤毫B时,左侧物体的拉力力臂减小,而右侧秤砣的力臂增大,秤砣重力不变时,物体的拉力增大,杆秤能测的最大值将变大。
故答案为:1;变大。
17.【考点】验电器的原理;杠杆在生活中的应用.版权所有
【专题】应用题;电流和电路;简单机械;应用能力.
【解答】验电器的原理是同种电荷相互排斥;
不锈钢勺子悬挂起来,使其静止在水平位置,根据杠杆平衡条件可得:F左l左=F右l右,即m左gl左=m右gl右;因为l左>l右,所以m左<m右。
故答案为:同种电荷相互排斥;右。
18.【考点】杠杆的平衡条件的计算;杠杆的分类.版权所有
【专题】简单机械;分析、综合能力.
【解答】由图可知,动力臂小于阻力臂,故是费力杠杆;
F1×OA=F2×OB,代入数据有:500N×0.6m=F2×(0.6m+0.4m)解得:F2=300N;
若想使水对龙舟产生更大的推力,即F2变大,阻力臂不变,动力不变,则动力臂应该尽量变大,即A点应尽量远离O点一些。
故答案为:费力;300;远离。
四.作图题(共3小题)
19.【考点】力和力臂的画法.版权所有
【专题】简单机械;分析、综合能力.
【解答】过支点O作力F的作用线的垂线,支点与垂足之间的线段l,即为力F的力臂,如下图所示:
20.【考点】滑轮组的设计与组装.版权所有
【专题】作图题;设计与制作题;比较思想;简单机械.
【解答】只有一个动滑轮,要求最省力,绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,然后绕过左边的定滑轮,再绕过动滑轮。如图所示:
21.【考点】杠杆的最小动力;力和力臂的画法.版权所有
【专题】定性思想;简单机械;应用能力.
【解答】由杠杆平衡条件F1 L1=F2 L2可知,在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小;图中支点在O点,因此OB作为动力臂L1最长;动力的方向应该向上,过点B垂直于OB向上作出最小动力F1的示意图,如图所示:
五.实验探究题(共2小题)
22.【考点】探究杠杆的平衡条件;探究杠杆的平衡条件的实验前调节杠杆平衡;探究杠杆的平衡条件的实验中使用弹簧测力计的问题.版权所有
【专题】实验题;密度及其应用;简单机械;应用能力;分析、综合能力;实验基本能力.
【解答】(1)实验前发现杠杆静止时,左端高,则杠杆的重心在支点的右侧,为了使杠杆在水平位置平衡,接下来应将杠杆左端或右端的平衡螺母向左调节。
(2)设杠杆的一个小格为L,一个钩码重为G,为使杠杆保持水平平衡,根据杠杆平衡条件可得(3G+2G)×2L=2G×nL
解得:n=5
为使杠杆保持水平平衡,应将B点的钩码向右移动2个格。
(3)用弹簧测力计代替B点悬挂的钩码,并始终竖直向下拉弹簧测力计,结合数学知识可知,则支点左、右两侧动力臂和阻力臂之比与原来相等,由杠杆平衡条件可知,在阻力不变时,即弹簧测力计的示数不变。
(4)容积为50cm3的容器加满水时水的质量为
m水=ρ水V=1g/cm3×50cm3=50g
左侧的质量为
m1=100g+50g=150g=0.15kg
根据杠杆的平衡条件公式F1l1=F2l2得
m1gl1=m2gl2
即
0.15kg×0.1cm=0.05kg×l2
解得l2=0.3m=30cm
应将该“密度天平”的“零刻线”标在支点“O”右侧30cm处。
根据题意钩码移动至最右端,该“密度天平”达到最大量程,O点距最右端的距离为l2,容器的质量为m容,容器中加满液体的质量为m11,由杠杆的平衡条件得
(m11+m容)gl1=m2gl22
即(ρ×50×10﹣6m3+0.1kg)×0.1m=0.05kg×0.5m
ρ=3×103kg/m3=3g/cm3
所以“密度天平”的量程为 0~3g/cm3。
当钩码的质量适当增大时,说明杠杆一侧的力增大,另一侧的力也会增大,即该“密度天平”的量程将增大。
故答案为:
(1)左;(2)2;(3)不变;(4)30;
【拓展】
0﹣3;增大。
23.【考点】探究杠杆的平衡条件;探究杠杆的平衡条件的实验前调节杠杆平衡;探究杠杆的平衡条件的实验中杠杆水平平衡的原因;探究杠杆的平衡条件的实验中使用弹簧测力计的问题.版权所有
【专题】简单机械;实验基本能力.
【解答】(1)发现杠杆左端下沉,应把杠杆的平衡螺母向右调节,直至杠杆在水平位置平衡;在杠杆两端加挂钩码并移动钩码,使杠杆在水平位置平衡,支点到力的作用点的距离就是力臂,便于在杠杆上直接测量力臂,消除杠杆自重对实验的影响。
(2)斜向下拉弹簧测力计时,拉力的力臂变小,在阻力和阻力臂不变时,根据杠杆平衡条件,拉力将会变大,弹簧测力计示数变大。
(3)根据表中数据可知杠杆平衡时,动力和动力臂的乘积等于阻力和阻力臂的乘积,可得出杠杆平衡条件为动力×动力臂=阻力×阻力臂。
(4)若杠杆上每个小格长度是L,根据杠杆的平衡条件有
4×0.5N×3L=F×2L,
解得F=3N,所以此时测力计的示数是3N。
(5)保持钩码数量和位置不变,即阻力和阻力臂大小不变,根据F1L1=F2L2可知,F2L2为定值,则F1L1也为定值,由图像可知
F1L1=1N×0.15m=3N×0.05m=0.15N m,
当L1为25cm时,拉力
,F1为0.6N。
故答案为:(1)右;便于测量力臂;(2)变大;(3)F1L1=F2L2;(4)3;(5)0.6。
六.解答题(共2小题)
24.【考点】杠杆的平衡条件的计算;压强的公式的应用;功的简单计算;力和力臂的画法.版权所有
【专题】简单机械;分析、综合能力.
【解答】(1)力臂是从支点到力的作用线的垂直距离;图乙中画出力F1的力臂L1如图所示:
(2)碓头的重力为:G=mg=10kg×10N/kg=100N;
碓头竖直下落0.3m,重力做的功为:W=Gh=100N×0.3m=30J;
(3)当横木水平时,人的右脚在B点用最小力使横木刚好转动,此时动力方向竖直向下,
根据杠杆的平衡条件可得F1×OB=G×OA,
F1×2=100N×3;
解得F1=150N;
捣谷人的重力为:G人=m人g=75kg×10N/kg=750N,
以捣谷人为研究对象,根据力的平衡条件可得:G人=F右支+F左支,
则左脚受到地面的支持力:F左支=G人﹣F右支=750N﹣150N=600N,
左脚对地面的压力和左脚受到地面的支持力是一对相互作用力,大小相等,则:F压=F左支=600N,
左脚对地面的压强为:p3×104Pa。
答:(1)见解答;
(2)重力对它做的功为30J;
(3)捣谷人左脚对地面的压强为3×104Pa。
25.【考点】力和力臂的画法;杠杆的分类.版权所有
【专题】应用题;简单机械;应用能力.
【解答】由图及题干信息分析可知:该杠杆的动力臂小于阻力臂,该杠杆为费力杠杆;
作出力F2所在的直线,由支点O向这条线作垂线标出力臂l2,如图所示:
故答案为:费力;见解答。
七.计算题(共4小题)
26.【考点】滑轮、滑轮组机械效率的计算;压强的公式的应用;功的简单计算.版权所有
【专题】应用题;简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】(1)由图可知,n=3,克服物重做的有用功为:
,
拉力做的总功为:
,
则滑轮组的机械效率为:
;
(2)克服动滑轮重做的功为:
W动=G动h=300N×10m=3000J,
不计绳重,克服摩擦所做的功为:
W摩=W总﹣W有﹣W动=1.8×104J﹣1.2×104J﹣3000J=3000J;
(3)工人师傅对地面的压力等于自身的重力与绳的拉力之和,即F压=G人+F=m人g+F=70kg×10N/kg+600N=1300N,
则工人师傅对地面的压强为:
。
答:(1)滑轮组的机械效率为66.7%;
(2)克服摩擦所做的功为3000J;
(3)若工人师傅的两只鞋底的面积为500cm2,工人师傅对地面的压强为2.6×104Pa。
27.【考点】杠杆的平衡条件的计算;速度公式的应用;压强的公式的应用.版权所有
【专题】压强、液体的压强;简单机械;理解能力.
【解答】(1)M的重力G=mg=5kg×10N/kg=50N,
M对长木板压强p5000Pa;
(2)长木板的长为4m,OA=1m,粗细均匀同种材料制成的长木板的重心在几何重心,所以阻力臂L2=1m,动力臂L1=0.8m,
由杠杆的平衡条件得:F1L1=F2L2,
F240N
所以长木板的重力G木板=F2=40N;
(3)设M运动到支点O右侧,距离O点长为L时,绳子的拉力到达最大值60N,由杠杆的平衡条件得:LG+L2G木板=F拉L1,
LG+L2G木板=F2 sin30° OB
L,
解得:L=1m,
答:(1)M在长木板上水平运动时对长木板的压强是5000Pa;
(2)长木板的重力是40N
(3)为了保证绳子不被拉断,滑块回右滑动到最远的位置,距离Q点1m。
28.【考点】滑轮、滑轮组机械效率的计算;滑轮组的特点;滑轮组绳子上的拉力;绳子自由端移动的速度.版权所有
【专题】简单机械;功、功率、机械效率;应用能力.
【解答】(1)由图乙知,当t=1s时,绳子自由端拉力做的总功W总=300J,绳子自由端拉力的功率P总= 300W,
滑轮组的机械效率η= 100%= 100%= 100%,
则有用功功率P有=ηP总=80%×300W=240W,
由PGv得,被提升物体的重力G物= 480N;
(2)由η= 100%= 100%= 100%得G物+G动= 600N,
由绳端拉力F= 可得,n= 3,
绳端移动速度v绳=nv物=3×0.5m/s=1.5m/s;
(3)由于G物+G动=600N,
则动滑轮的重力G动=600N﹣G物=600N﹣480N=120N,
根据题意要将滑轮组的效率提升5%,
则η′=η+5%=80%+5%=85%,
根据η′= 100%= 100%= 100%,
代入数值可得G'物=680N。
答:(1)此次作业中被提升的物体受到的重力为480N;
(2)绳子自由端移动的速度为1.5m/s;
(3)若要使该滑轮组的机械效率提升5%,则物体的重力为680N。
29.【考点】功、功率的图像问题;压强的公式的应用;阿基米德原理的理解;功率的计算;功率的推导式P=Fv.版权所有
【专题】计算题;密度及其应用;浮力;简单机械;功、功率、机械效率;分析、综合能力.
【解答】(1)起吊前物体A静止在地面上对地面的压力:FA=GA=mAg=500kg×10N/kg=5000N,
起吊前物体A静止在地面上对地面的压强:p4000Pa;
(2)当绳子自由端的拉力为1000N时,地面对物体A的支持力为1650N,
以动滑轮总重力和物体A为整体受力分析可知,受到竖直向上4股绳子的拉力、地面对物体A的支持力和竖直向下的动滑轮与物体总重力作用处于平衡状态,
由整体受到的合力为零可得:4F1+F支持=G动+GA,
则动滑轮的总重力:G动=4F1+F支持﹣GA=4×1000N+1650N﹣5000N=650N,
增加绳子自由端的拉力后物体A被成功匀速提升2m,
因不计绳重量、机械部分摩擦和水的阻力,
所以,此时整个机械的机械效率:η100%100%100%100%≈88.5%;
(3)工人师傅利用该装置将另一物体B以0.1m/s的速度匀速放入水中过程中,
由图乙可知,滑轮组绳子的有效股数n=4,拉力端移动的速度v=4v物=0.4m/s,
由图丙可知,当物体B位于空中匀速下降时,绳子的拉力功率P=335W,
由PFv可得,绳子的拉力:F2837.5N,
由F(G+G动)可得,物体B的重力:GB=nF2﹣G动=4×837.5N﹣650N=2700N,
则物体B的质量:mB270kg,
当物体B完全浸没在水中匀速下降时,绳子的拉力功率P′=235W,
绳子的拉力:F3587.5N,
由F(G+G动﹣F浮)可得,物体B受到的浮力:F浮=GB+G动﹣nF3=2700N+650N﹣4×587.5N=1000N,
由F浮=ρ液gV排可得,物体B的体积:VB=V排0.1m3,
则物体B的密度:ρB2.7×103kg/m3。
答:(1)起吊前物体A静止在地面上,其对地面的压强是4000Pa;
(2)此时整个机械的机械效率为88.5%;
(3)物体B的密度为2.7×103kg/m3。
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