第12课时　简单机械《中考快车道》物理中考总复习课后练习

第12课时　简单机械
知能优化训练
中考回顾
1.(2025·湖南长沙中考)下列属于费力杠杆的是(　　)
答案:C
2.(2025·云南中考)《天工开物》中记载了我国古代的井上施工装置,其简化模型如图所示,O为支点,lOM∶lON=1∶2,M端用绳子悬挂重200 N的物体,在N端用竖直向下的拉力在1 s内使物体缓慢上升了0.5 m。忽略杠杆和绳的自重,下列说法正确的是(　　)
A.该杠杆是费力杠杆
B.杠杆在水平位置平衡时N端受到的拉力大小为400 N
C.M端绳子拉力对物体做功为100 J
D.M端绳子拉力对物体做功的功率为50 W
答案:C
3.(2025·四川德阳中考)塔吊是工程建设中常用的装置,其起吊部分的结构可简化为如图所示的滑轮组。用200 N的拉力F,将480 N的重物在10 s内竖直匀速提升2 m,则拉力F的功率为　　　　 W,该滑轮组的机械效率为　　　　。
答案:120　80%
4.(2025·四川凉山州中考)如图甲所示,人们用盘子夹可以既方便又安全地取出蒸食物的盘子。盘子夹的一侧可简化为图乙所示的杠杆,O为支点。请在图乙中画出作用在A点的最小动力F1及其力臂l1。
答案:如图所示
5.(2024·湖南中考)小明和小洁一起做探究杠杆的平衡条件的实验,实验室提供了如图所示的杠杆(支点为O)、支架、10个钩码(每个重0.5 N)。
(1)如图甲所示,实验开始前,应向　　　　端调节平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡;挂上钩码后,每次都要让杠杆在水平位置平衡。这样做是为了便于直接读取　　　　 　。
(2)小明取2个钩码,挂在支点左侧某处,再取4个钩码挂在支点的　　　　侧进行实验,使杠杆在水平位置平衡后,记录数据。
(3)完成三次实验后分析数据,他们得出了杠杆的平衡条件。如表所示,表中主要呈现了第3次实验数据。
实验序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1 … … … …
2 … … … …
3 2.5 20.0 2.0 25.0
小明在第3次实验的基础上,在支点左侧20.0 cm处继续加钩码直到F1为3.5 N,如图乙所示,但发现此时用剩下的3个钩码无法让杠杆再次在水平位置平衡。小洁想利用现有器材帮助小明完成F1为3.5 N的第4次实验,她应该通过　　　　 　,使杠杆再次在水平位置平衡(请结合具体数据进行说明,可保留一位小数)。
答案:(1)右　力臂大小　(2)右　(3)向右移动F1的作用点
说明:当F1为3.5 N时,F2最大为1.5 N,l2最大为25.0 cm,为使杠杆再次在水平位置平衡,应减小l1,根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2,可得l1==10.7 cm,故应将F1向右移动,至少向右移至10.7 cm处。
模拟预测
1.小梦在做探究杠杆平衡条件的实验时,先在杠杆两侧挂钩码进行实验探究,再用弹簧测力计取代一侧的钩码继续探究,如图所示。她这样做的最终目的是(　　)
A.便于直接读出拉力的大小
B.多次测量取平均值
C.便于正确认识力臂
D.便于测量力臂的大小
答案:C
解析:从支点到力的作用线的距离叫力臂,在杠杆两侧挂钩码,由于重力的方向是竖直向下的,力臂在杠杆上可以直接读出,若一侧用弹簧测力计取代钩码且弹簧测力计倾斜时,拉力不再与杠杆垂直,这样力臂会发生变化,相应变短,根据杠杆的平衡条件,力会相应增大才能使杠杆仍保持平衡,这样做实验可以加深学生对力臂的正确认识。故选C。
2.吊车从图示位置向上起吊货物的工作示意图如图所示。利用伸缩撑杆可使吊臂绕O点缓慢转动,伸缩撑杆为圆弧状,伸缩时伸缩撑杆对吊臂的支持力始终与吊臂垂直。下列说法正确的是(　　)
A.匀速缓慢顶起吊臂的过程中,伸缩撑杆的支持力大小不变
B.匀速缓慢顶起吊臂的过程中,伸缩撑杆的支持力渐渐变小
C.匀速缓慢顶起吊臂的过程中,伸缩撑杆的支持力渐渐变大
D.吊臂是一个省力杠杆
答案:B
解析:如图,画出力臂l1与l2,l13.身高相同的兄弟二人用一根重力不计的均匀扁担抬起一个900 N的重物。已知扁担长为1.8 m,重物悬挂点与哥哥的肩之间的距离 lOA=0.8 m,如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.以哥哥的肩A为支点,可计算出弟弟承担的压力为400 N
B.以O为支点,可计算出兄弟二人承担的压力之比为4∶9
C.以O为支点,可计算出兄弟二人承担的压力之比为9∶5
D.以弟弟的肩B为支点,可计算出哥哥承担的压力为600 N
答案:A
解析:以A为支点,由杠杆平衡条件FB·lAB=G·lAO得FB==400 N,即弟弟承担的压力为400 N,故选项A正确;以O为支点,由杠杆平衡条件FA·lOA=FB·lOB得,故选项B、C错误;以B为支点,由杠杆平衡条件FA·lAB=G·lOB得FA==500 N,即哥哥承担的压力为500 N,故选项D错误。
4.如图所示,用下列装置提升同一重物。若不计滑轮自重、绳重及摩擦,则最省力的是(　　)
答案:C
解析:由题图可知,若不计滑轮自重及摩擦,F1=G,F2=G,F3=G,F4=G,故正确的选项是C。
5.如图所示,用20 N的力F拉着重为100 N的物体,使其沿水平面以2 m/s的速度匀速运动了5 s,若每个滑轮重10 N,忽略绳重和摩擦,则下列说法正确的是(　　)
A.拉力F做的功为200 J
B.拉力F的功率为120 W
C.滑轮组对物体做的有用功为400 J
D.滑轮组对物体所做有用功的功率为60 W
答案:D
解析:由v=可得,物体移动的距离s物=vt=2 m/s×5 s=10 m,拉力端移动的距离s=2s物=2×10 m=20 m,拉力F做的功W总=Fs=20 N×20 m=400 J,故A错误;拉力F的功率P==80 W,故B错误;忽略绳重和滑轮轴的摩擦,则额外功W额外=G动h=10 N×10 m=100 J,有用功W有用=W总-W额外=400 J-100 J=300 J,故C错误;有用功的功率P'==60 W,故D正确。
6.如图所示,有一斜面长为l、高为h,现用力F沿斜面把重为G的物体从底端匀速拉到顶端。已知物体受到斜面的摩擦力为Ff,则下列关于斜面机械效率η的表达式正确的是(　　)
A.η= B.η=
C.η= D.η=
答案:D
解析:斜面的机械效率η=。
7.用四个完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,把相同的物体匀速提升相同的高度。若用η甲、η乙表示甲、乙两滑轮组的机械效率,W甲、W乙表示拉力所做的功(不计绳重与摩擦),则(　　)
A.η甲=η乙,W甲=W乙
B.η甲>η乙,W甲>W乙
C.η甲<η乙,W甲D.η甲>η乙,W甲答案:A
解析:此题中,钩码的重力相同,钩码上升的高度相同,据W有用=Gh可知,所做的有用功相同;此时对动滑轮做的功是额外功,不计绳子和摩擦,滑轮相同,即额外功相同,即W额外是相同的,据W总=W有用+W额外可知,所以W总是相同的,故拉力做的功相同,即W甲=W乙,机械效率η=,故也是相同的,即η甲=η乙。
8.如图所示,古代士兵常用定滑轮把护城河上的吊桥拉起。使用定滑轮可以　　　　　　　　(选填“省力”“省距离”或“改变动力的方向”)。吊桥可以看作杠杆,绳子对它的拉力是动力,吊桥的重力是阻力。在拉起吊桥的过程中,阻力臂大小　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
答案:改变动力的方向　变小
解析:(1)图中使用定滑轮的作用是改变动力的方向;(2)吊桥的重心在中点,重力的方向是竖直向下的,在吊起桥的过程中,从支点O到重力的作用线的距离变小,即阻力臂变小。
9.小雪用三个相同的滑轮组成如图所示的滑轮组,将重为120 N的物体匀速提高了4 m。若机械效率为80%,不计绳重及摩擦,则每个滑轮重　　　　N。
答案:30
解析:由题图可知,n=3,η=,则F==50 N;
若不计绳重和摩擦,F=(G+G动),则G动=3F-G=3×50 N-120 N=30 N。
10.在右图中,画出杠杆平衡时施加在杠杆上的最小动力F1的作用点和方向,并画出挂重物的绳子对杠杆拉力的力臂l2。
答案:如图所示
11.如图所示,利用动滑轮来提升一个物体,拉力F竖直向上。动滑轮其实就是一个变形的杠杆,请在图中标出它的支点O,并画出F的力臂l。
答案:如图所示
解析:动滑轮的支点O在绳子与边框的接触点上,动力F为绳子的拉力,方向向上,过支点O向动力作用线作垂线,就得到动力臂l。
12.右图是探究杠杆的平衡条件的实验装置。
(1)实验过程中应将杠杆调节到水平位置平衡,这样做的目的是消除杠杆自重对实验的影响和　　　　　　　　　　　　　。如果杠杆的右端向下倾斜,那么平衡螺母应向　　　　(选填“左”或“右”)端调节。
(2)在杠杆的左边A处挂2个相同的钩码,要使杠杆在水平位置平衡,应在杠杆右端B处挂　　　　　个相同的钩码。
(3)在(2)杠杆平衡的基础上,将A、B两处的钩码同时减去1个,那么杠杆　　　　　(选填“能”或“不能”)在水平位置保持平衡。
(4)去掉B处的钩码用弹簧测力计在C处由竖直向上拉动改为逐渐倾斜时,为使杠杆仍在水平位置平衡,则弹簧测力计示数将　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
答案:(1)便于测量力臂　左　(2)3　(3)不能　(4)变大
解析:(1)当在杠杆上挂物体时,杠杆在水平位置平衡,力臂在杠杆上,便于测量力臂,同时消除了杠杆自重对杠杆平衡的影响;杠杆的右端向下倾斜,说明这一侧的自重与力臂的乘积大,应将平衡螺母向左调节;
(2)设一个钩码的重为G,杠杆一个小格的长度为L,由F1L1=F2L2可得FB==3G,所以应在杠杆右端B处挂3个相同的钩码;
(3)设一个钩码的重力为G,杠杆一个小格代表L,如果将图中A、B两处的钩码同时减去1个,杠杆的左端:G×3L=3GL,杠杆的右端:2G×2L=4GL,杠杆左端力和力臂的乘积不等于右端力和力臂的乘积,所以杠杆不能在水平位置保持平衡;
(4)用弹簧测力计在C处由竖直向上拉动改为逐渐倾斜时,仍然使杠杆在水平位置平衡时,动力臂变小,阻力、阻力臂不变,根据杠杆平衡条件可知,动力将变大,即弹簧测力计示数将变大。
13.某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示,实验装置如图所示。
实验序号 1 2 3
钩码重G/N 4 4 6
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4
绳端移动距离s/m 0.3 0.4
机械效率η 74.1% 62.5%
(1)实验中应沿竖直方向　　　　拉动弹簧测力计,使钩码上升。
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用　　　　(选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验。
(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)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第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)比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组,　 。
答案:(1)匀速　(2)乙　(3)越低　(4)0.3　83.3%　(5)提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高
解析:(1)实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,使钩码上升。
(2)由表中实验数据可知,第2次实验绳端移动的距离是钩码上升高度的4倍,由图示滑轮组可知,实验使用的是乙图所示装置做的实验。
(3)由表中第1次实验和第2次实验的数据可知,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),滑轮组的机械效率越低。
(4)由表中第1次实验数据可知,绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,第三次实验使用同样的装置,则第3次实验:绳端移动距离s=3h=3×0.1 m=0.3 m,机械效率η=×100%≈83.3%。
(5)由表中第1次实验和第3次实验数据可知:使用同一滑轮组,提升的重物越重,滑轮组的机械效率越高。
14.如图所示,滑轮组在向上的拉力F作用下,将重为120 N的物体匀速提起,在10 s内物体上移的距离为2 m。
(1)求物体上升的速度。
(2)求有用功。
(3)若拉力F为50 N,则滑轮组提升该物体时的机械效率是多少
答案:(1)0.2 m/s　(2)240 J　(3)80%
解析:(1)物体上升的速度v==0.2 m/s;　
(2)有用功W有用=Gh=120 N×2 m=240 J;
(3)由题图可知n=3,则绳子自由端移动的距离s=3h=3×2 m=6 m,
总功W总=Fs=50 N×6 m=300 J,
η=×100%=80%。
15.利用电子秤显示压力大小反映水箱水位变化的装置示意图如图所示。该装置由滑轮C,长方体物块A、B以及杠杆DE组成。物块A通过细绳与滑轮C相连,物块B放在电子秤上并通过细绳与杠杆相连,杠杆可以绕支点O转动并始终在水平位置平衡,且lDO∶lOE=1∶2。已知物块A的密度为1.5×103 kg/m3,底面积为0.04 m2,高为1 m,物块A的上表面与水箱顶部相平,物块B的重力为 150 N。滑轮与轴的摩擦、杠杆与轴的摩擦,以及滑轮、杠杆和绳的自重均忽略不计。g取10 N/kg,水的密度为1.0×103 kg/m3。
(1)当水箱装满水时,物块A的下表面受到水的压强是多大 此时物块A所受的拉力是多大
(2)从水箱装满水到水位下降1 m,电子秤所显示的压力示数变化范围是多少
答案:(1)104 Pa　200 N
(2)0~100 N
解析:(1)物块A的下表面受到水的压强:
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1 m=1.0×104 Pa。
物块A排开水的体积V排=VA=Sh=0.04 m2×1 m=0.04 m3。
物块A受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.04 m3=400 N。
物块A受到的重力GA=ρAgVA=1.5×103 kg/m3×10 N/kg×0.04 m3=600 N。
物块A受到的拉力F=GA-F浮=600 N-400 N=200 N。
(2)当物块A全部浸没水中时,通过滑轮对D点的拉力FD==100 N
物块B对杠杆的拉力F1==50 N
电子秤的示数F1'=GB-F1=150 N-50 N=100 N
当物块A全部露出水面时,通过滑轮对D点的拉力FD'==300 N
物块B对杠杆的拉力F2==150 N　
电子秤的示数F2'=GB-F2=150 N-150 N=0
从水箱装满水到水位下降1 m,电子秤所显示的压力示数变化范围为0~100 N。
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