第10章 机械与人 考点专训（含答案）

第10章
机械与人
考点专训
专训1.简单机械与力学综合
简单机械在生产生活中有着广泛的应用，在使用过程中必然会涉及压强、浮力、密度等知识。这也是力学知识中一个重要的结合点，也是中考命题中的热点和拔高点，在学习中一定要重视该部分知识的融会贯通。
简单机械与压力、压强的综合
1．如图所示，轻绳连接质量为m1和m2的两个物体，处于静止状态。已知m1(第1题)
(1)绳A的拉力为________；
(2)磅秤读出的质量为____________。
2．(中考·遂宁)如图，甲物体静止放置于水平地面上时，对地面的压强为p1；轻质杠杆AB的支点为O，OB＝3AO，现在杠杆的A端用轻绳将甲物体吊起，在杠杆的B端悬挂质量为4
kg的乙物体，杠杆在水平位置平衡，此时甲物体对地面的压强为p2，且p1＝3p2，(g取10
N/kg)求：
(1)杠杆A端受到的拉力是多少N
(2)甲物体的重力是多少N
(第2题)
3．(中考·佛山，开放题)小娟同学根据佛山正在创建的高新材料产业园需要，设计了一个通过强大压力改变材料内部结构和强度的实验装置。实验原理如图所示，左边小圆柱形容器内液体直径和小活塞直径均为D1，右边大圆柱形容器内液体直径和大活塞直径均为D2。
(第3题)
(1)图中ABC是________杠杆，当A点受到向下的力作用时阀门1和阀门2的开闭情况如图所示。当A点受到向上的力作用时，阀门2处在________(填“闭合”或“打开”)状态。
(2)小活塞产生向下的作用力为F1，若两活塞下端受到液体的压强相等，则作用在大活塞上的力F2大小为多少？
(3)如何通过改变实验装置才能使实验材料上获得更大的作用力(至少写出两种方法)。
简单机械与摩擦力的综合
4．工人们为了搬运一个笨重的机器进入厂房，他们设计了如图所示的四种方案(
机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的横截面)。其中最省力的方案是(　　)
5．如图所示，物体M在拉力F作用下做匀速直线运动，物体M与地面的摩擦力为24
N，则F＝________N(不计绳重、滑轮与绳间的摩擦)。若拉力F增加8
N，则物体M与地面间的摩擦力________(填“变大”“不变”或“变小”)。
(第5题)
简单机械与浮力的综合
6．(中考·广东)如图是某装置利用浮力进行自动控制的原理图，AOB为一杠杆(质量忽略不计),
OA∶OB＝1∶2。
A端用细线挂一空心铝球，质量为2.7
kg。当铝球一半体积浸在水中，在B端施加3.5
N的竖直向下的拉力F时，杠杆恰好在水平位置平衡。则铝球实心部分的体积为________m3
，铝球受到的浮力为________N，铝球空心部分体积为________m3。(ρ铝＝2.7×103
kg/m3，g＝10
N/kg)
(第6题)
7．(中考·烟台)某课外科技小组的同学对自动冲水装置进行了研究(如图所示)。该装置主要由水箱、浮球B、盖板C和一个可以绕O点自由转动的硬杆OB构成，AC为连接硬杆与盖板的细绳。随着水位的上升，盖板C所受的压力和浮球B所受的浮力均逐渐增加，当浮球B刚好浸没到水中时，硬杆OB处于水平状态，盖板C恰好被打开，水箱中的水通过排水管排出。经测量浮球B的体积为1×10－3m3，盖板的横截面积为6×10－3m2，O点到浮球球心的距离为O点到A点距离的3倍。不计硬杆、盖板以及浮球所受的重力以及盖板的厚度。(g＝10
N/kg)求：
(1)水箱内所能注入水的最大深度；
(2)在你以上的计算中忽略了硬杆、盖板以及浮球的重力，如果考虑它们的重力，你认为设计时应采取哪些措施可保证自动冲水装置正常工作？(写出一种措施即可)
(第7题)
专训2.功、功率、机械效率的综合
功、功率、机械效率是机械在使用过程中经常要考虑的几个问题，它们之间有着紧密的联系。在学习的过程中，要注意由此及彼，综合应用。特别是总功、有用功、额外功的计算，往往是这类问题求解的关键。
杠杆与功、功率、机械效率的综合
1．如图所示，是一种小型千斤顶的示意图，当手往下压动压臂时，能把重物抬高一段较小的距离。工人在2
s时间里，用100
N的力，竖直向下压动压臂50
cm，把重1
000
N的重物匀速抬高4
cm，则工人做功的功率为________W，所做的有用功是________J，千斤顶的机械效率是________。
(第1题)
　　　(第2题)
2．如图所示，杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升，下表是提升物体时采集到的信息：
物重G/N
OA/m
OB/m
A端上升的高度h/m
B端下降的竖直距离s/m
40
0.8
0.4
0.2
0.1
(1)若不计杠杆自重和摩擦，求拉力F的大小；
(2)若实际拉力为90
N，求拉力做的总功及杠杆的机械效率。
滑轮与功、功率、机械效率的综合
3．(中考·孝感)如图甲所示，滑轮组在竖直向上的拉力F作用下，将重为105
N的物体匀速提起，在5
s时间内绳子自由端移动的距离为s＝3
m。图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳自由端移动距离s的关系图。
(1)计算物体上升的速度。
(2)图乙中阴影部分的面积表示的物理量是________，并列式计算出该物理量。
(3)计算滑轮组提升该物体时的机械效率。
(第3题)
4．(中考·淮安)如图所示，工人用500
N拉力F，将重为900
N的木箱匀速提升3
m，所用时间为20
s，求：
(1)拉力F做的有用功；
(2)拉力F做功的功率；
(3)动滑轮的机械效率。
(第4题)
斜面与功、功率、机械效率的综合
5．(中考·呼和浩特)已知斜面倾角为30°，斜面高为2
m。小兵同学用绳子沿斜面将重为400
N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端。拉力大小为300
N，绳重不计。求：
(1)小兵对木箱做的有用功；
(2)斜面的机械效率；
(3)斜面对木箱施加的摩擦力。
(第5题)
6．(中考·临沂模拟)如图所示，用平行于斜面的拉力F，将重为20
N的物体沿斜面从底端以0.2
m/s的速度匀速拉至顶端。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，拉力做功的功率是________W。
(第6题)
斜面、滑轮组与机械效率的综合
7．(中考·潍坊)建筑工人要向楼上运送货物，为了省力，他在斜面上安装了一个滑轮组，做成如图所示的装置，斜面的倾角为30°且固定在水平面上。运送货物时，工人用400
N的力拉绳子，重为500
N的货物在20
s内沿斜面匀速运动6
m，求此过程中：
(1)货物的速度大小；
(2)工人提升货物做的有用功；
(3)该装置的机械效率。
(第7题)
专训3.实验专题 (答案见131页))
探究杠杆平衡条件
1．(中考·南京)用如图所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。
(第1题)
(1)实验开始时，杠杆的位置如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆的平衡螺母向________移动(填“左”或“右”)。
(2)如图乙所示，在刻度线“2”处挂2个钩码。在刻度线“4”处用调好的弹簧测力计竖直向下拉杠杆，杠杆在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数为F1，将弹簧测力计斜向左拉，杠杆在水平位置时平衡时，其示数F2________F1(填“＞”“＝”或“＜”)；再将弹簧测力计斜向右拉，杠杆在水平位置平衡时，其示数F3________F1。
(3)得到实验结论后，利用图乙所示的装置，只借助杠杆上的刻度线，右侧只使用弹簧测力计，左侧只悬挂重物，若弹簧测力计的量程是0～2.5
N，当杠杆在水平位置平衡时，通过计算可知，悬挂的重物最重可达________N。
探究轮轴的特点
2．在生产、生活中，人们常会用到轮轴，轮轴由具有公共转轴的轮和轴构成。
(1)辘轳就是轮轴的一种，它的截面图如图所示，辘轳也可以看成是杠杆的变形，辘轳绕着转动的轴心就是支点，辘轳的把手转动一圈就是如图所示的轮，作用在把手上的力为动力F1，水桶对轴向下的拉力是阻力F2，请在辘轳的截面图上画出辘轳的杠杆示意图。通过示意图可以发现辘轳是________(填“省力”或“费力”)杠杆。
(第2题)
(2)动手探究：选用铅笔(或其他一端粗一端细的笔)探究轮轴的特点。
①左手捏紧笔尖，右手旋转笔身，则左手________(填“能”或“不能”)使笔尖保持不被旋转。
②左手捏紧笔身，右手旋转笔尖，则左手________(填“能”或“不能”)使笔身保持不被旋转。
③当笔身转动一圈，笔尖也转动一圈，由于笔尖的直径小于笔身的直径，所以捏住笔身的手比捏在笔尖的手________(填“省”或“费”)距离。
④根据以上实验，铅笔相当于轮轴，笔身相当于________(填“轮”或“轴”)，笔尖相当于________(填“轮”或“轴”)，所以使用轮轴时，当轮带动轴，则________(填“省”或“费”)力，但________(填“省”或“费”)距离。
探究滑轮组的机械效率
3．如图所示是小刚同学在“测量滑轮组的机械效率”实验中使用的实验装置和得到的数据记录表格，关于小刚的实验，下列说法不正确的是(　　)
实验次数
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
1.4
2.4
绳端移动距离s/m
0.3
0.5
0.3
机械效率η
74%
57%
83%
(第3题)
A．由表中数据可知，第一次实验是使用甲图装置做的
B．由表中数据可知，第二次实验是使用乙图装置做的
C．由表中数据可知，滑轮组的机械效率与被提升的钩码的重力有关
D．进行实验时，由于提升过程中不便于读数，所以可以在钩码静止时读数
4．(中考·揭阳)在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行两次实验，实验数据如下表：
次数
钩码重/N
钩码上升高度/cm
弹簧测力计示数/N
弹簧测力计移动距离/cm
1
2
10
0.8
40
2
5
5
1.5
20
(1)第一次实验测得滑轮组的机械效率为________，两次相比较，第二次实验测得滑轮组的机械效率________第一次实验测得滑轮组的机械效率(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)根据表中数据，能否得出“滑轮组的机械效率与所挂钩码重量有关，钩码越重其效率越高”的结论？答：________；请简要说出其中一条理由：___________________________________________________________________。
5．(中考·自贡)某小组同学在探究滑轮组的机械效率与哪些因素有关时，提出了一些猜想并对猜想进行验证。
(第5题)
(1)如果影响机械效率的因素有A、B、C多个，要研究其与B因素的关系，需要先控制其他几个因素不变，而改变________因素，从而进行研究。
(2)下面是同学提出的两个猜想：
猜想一：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组细线的绕法有关；
猜想二：两个相同滑轮组成的滑轮组，其机械效率与滑轮组提升的物重有关。
(3)为了验证上述猜想是否正确，同学们准备分别按图甲、乙、丙、丁的滑轮组进行实验。验证猜想一的小组应按图________所示的两个滑轮组进行实验，若实验测得两滑轮组的机械效率大小________(填“相等”或“不相等”)，则可初步判断猜想一是错误的；
验证猜想二的小组应按图________所示的两个滑轮组进行实验，若实验测得两滑轮组的机械效率大小不相等，则可初步判断猜想二是________(填“正确”或“错误”)的。
(4)请你为该班同学提出一种提高滑轮组机械效率的方法：
________________________________________________________________。
探究斜面的机械效率
6．某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”实验时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块(如图所示)，收集到了表中的实验数据。
(第6题)
实验次数
1
2
3
斜面的倾斜程度
较缓
较陡
最陡
物块重力G/N
5
5
5
斜面高度h/m
0.2
0.5
0.7
拉力F/N
2.4
3.2
4.3
斜面长度s/m
1
1
1
机械效率η
41.7%
78.1%
81.4%
(1)分析表中的数据可得出：斜面越缓越________力(填“省”或“费”)；当粗糙程度相同时，斜面越缓，机械效率越________(填“高”或“低”)。
(2)为了探究斜面的机械效率与斜面粗糙程度的关系，该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.5
m和1
m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5
N，他们测得这种情况下斜面的机械效率为________，通过与表中第________次实验的数据对比可以初步得到结论：在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。
(3)通过对斜面机械效率的探究，你觉得用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，拉力F与摩擦力f的大小关系为F__________
f(填“＞”“＜”或“＝”)，理由是____________________________________________。
7．小明在探究“斜面的机械效率”的实验中，用长度s＝0.50
m的木板搭成一个斜面，用弹簧测力计将重力G＝5.0
N的物块从斜面底端匀速拉至斜面顶端。
(第7题)
(1)小明在实验中，调整斜面的高度为h＝0.22
m，将物块从斜面底端匀速拉至顶端的过程中，弹簧测力计的示数F＝4.0
N，则有用功为________J，机械效率为________。
(2)小明利用上述器材进一步研究发现，木板搭成倾角不同的斜面时，将物块从斜面底端匀速拉至斜面顶端的过程中，额外功W额外与斜面的水平长度l(木板在水平面上的正投影长度)有如下关系：
l(m)
0.45
0.40
0.35
0.30
W额外(J)
0.90
0.80
0.70
0.60
通过数据分析，小明得出初步结论：W额外与l成________比，小明查阅资料后证实此结论是正确的。根据此结论，当斜面的水平长度l＝0.40
m时，斜面的机械效率为________；当木板平放在水平桌面上，水平匀速拉动木板上的物块时，弹簧测力计的示数为________N。
考点专训答案
1．(1)m1g　(2)m2－m1　点拨：(1)由图可知，滑轮为定滑轮，且m12．解：(1)根据杠杆平衡条件知FA·OA＝FB·OB，则杠杆A端受到的拉力FA＝＝＝3FB＝3m乙g＝3×4
kg×10
N/kg＝120
N；
(2)由图可知，两种情况下甲物体与地面的接触面积相同，根据p1＝3p2可得，F1＝3F2，由于F1＝G甲，则F2＝F1＝G甲；分析甲物体的受力情况可得，G甲＝FA′＋F支持，根据力的相互性，FA′＝FA＝120
N，F支持＝F2＝G甲，则G甲＝120
N＋G甲，解得G甲＝180
N。
点拨：由两种情况下，甲物体对地面的压强的关系p1＝3p2可得，甲物体对地面的压力的关系F1＝3F2,
即第二种情况的支持力是重力的1/3；甲物体悬挂在杠杆上平衡时受三个力作用，重力、地面对它的支持力、杠杆对它的拉力，根据力的关系列等式即可求解。
3．解：(1)省力；闭合
(2)两活塞受到的压强相等，p1＝p2，
即：＝，＝；所以F2＝F1。
(3)使实验材料获得更大的作用力，可以采用的方法：①加大作用在杠杆上的力F；②增大杠杆的动力臂与阻力臂的比值；③增加大活塞与小活塞面积的比值；④减少摩擦；⑤减少大活塞自身的重力。
4．C　点拨：在四种情况中，B、C、D都将机器与地面之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了机器与地面之间的摩擦力，而A没有，所以首先可以排除A。B中使用的是定滑轮，只能改变力的方向不能省力，其所用力的大小与D是一样的，都等于机器与地面之间的滚动摩擦力。C中使用的是动滑轮，动滑轮能够省一半的力，所以，此时的拉力等于机器与地面之间滚动摩擦力的一半，所以此时所用的力最小，即最省力。故选C。
5．12；不变　点拨：由图可知，滑轮组由2股绳承担摩擦力，则F＝f＝×24
N＝12
N；若拉力F增加8
N，由于物体M与地面间的粗糙程度、压力大小都不变，因此物体M与地面间的摩擦力大小不变。
6．1×10－3；20；3×10－3　点拨：铝球实心部分的体积为V铝＝＝＝1×10－3
m3；空心铝球的重力G球＝m球g＝2.7
kg×10
N/kg＝27
N；杠杆平衡时，FA·OA＝FB·OB，则杠杆A端受到的拉力FA＝＝＝2FB＝2×3.5
N＝7
N；对铝球进行受力分析可知，铝球受重力、浮力、杠杆对它的拉力三个力作用保持平衡状态，则G球＝FA′＋F浮，根据力的相互性，FA′＝FA＝7
N，因此F浮＝G球－FA′＝27
N－7
N＝20
N，根据公式F浮＝ρ水gV排可得，V排＝＝＝2×10－3
m3，则铝球的体积V球＝2V排＝2×2×10－3
m3＝4×10－3
m3；铝球空心部分体积为V空＝V球－V铝＝4×10－3
m3－1×10－3
m3＝3×10－3
m3。
7．解：(1)当浮球B刚好浸没到水中时，排开水的体积和自身的体积相等，则浮球B受到的浮力：
F浮＝ρgV排＝ρgVB＝1.0×103
kg/m3×10
N/kg×1×10－3m3＝10
N，
此时硬杆OB处于水平状态，由杠杆的平衡条件可得：
FA·OA＝F浮·OB，
则盖板受到绳子的拉力：FA＝F浮＝3×10
N＝30
N，盖板C恰好被打开时，处于平衡状态，受到的绳子的拉力和液体对盖板的压力是一对平衡力，
所以，水对盖板的压力F压＝FA＝30
N，
p＝＝＝5
000
Pa，由p＝ρgh可得，水箱内所能注入水的最大深度：
h＝＝＝0.5
m；
(2)考虑硬杆、盖板以及浮球的重力时，绳子对盖板的拉力减小，
根据杠杆的平衡条件可知，要使盖板被打开，应增大绳子的拉力，
可以增大浮球体积增大浮力的大小(或使硬杆的AB段比OA段更长一些)。
1．25；50；80%　点拨：工人所做的功W总＝Fs＝100
N×0.5
m＝50
J，工人做功的功率P＝＝＝25
W；工人所做的有用功W有＝Gh＝1
000
N×0.04
m＝40
J；千斤顶的机械效率η＝×100%＝×100%＝80%。
2．解：(1)杠杆在水平位置平衡时，根据杠杆平衡条件可知，G·OA＝F·OB，即40
N×0.8
m＝F×0.4
m，解得F＝80
N；
(2)拉力所做的总功W总＝F′s＝90
N×0.1
m＝9
J；拉力所做的有用功W有＝Gh＝40
N×0.2
m＝8
J；杠杆的机械效率η＝×100%＝×100%＝88.9%。
3．解：(1)滑轮组由三段绳子承担总重，s＝3h，h＝s＝×3
m＝1
m，物体上升的速度v＝＝＝0.2
m/s；
(2)功；W＝Fs＝50
N×3
m＝150
J；
(3)滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝70%。
点拨：(2)纵坐标表示力的大小为50
N，大小不变，横坐标表示距离，大小为3
m，所以阴影部分的面积表示力所做的功。本题考查了滑轮组的特点和速度、功、机械效率公式的灵活运用，能够正确识图和辨别滑轮组承担总重的绳子的段数是解题的关键。
4．解：(1)拉力F做的有用功为：W有用＝Gh＝900
N×3
m＝2
700
J；(2)拉力F做的总功为：W总＝Fs＝Fnh＝500
N×2×3
m＝3
000
J；功率为：P＝＝＝150
W；(3)动滑轮的机械效率为：η＝×100%＝×100%＝90%。
5．解：(1)有用功：W有＝Gh＝400
N×2
m＝800
J；
(2)斜面倾角为30°，斜面高为2
m，所以斜面长为s＝2h＝2×2
m＝4
m，
斜面的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%≈66.7%；
(3)W总＝Fs＝300
N×4
m＝1
200
J，
W额＝W总－W有＝1
200
J－800
J＝400
J，f＝＝＝100
N。
6．10；12.5；2.5　点拨：(1)若不考虑物体与斜面间的摩擦，根据功的原理可知，Fs＝Gh，则F＝＝＝10
N。(2)使用斜面所做的有用功W有＝Gh＝20
N×0.2
m＝4
J；由η＝×100%可得，拉力所做的功即总功W总＝＝＝5
J；由W总＝F′s可得，F′＝＝＝12.5
N；拉力做功的功率P＝＝＝F′v＝12.5
N×0.2
m/s＝2.5
W。
7．解：(1)货物的速度大小v＝＝＝0.3
m/s。
(2)货物上升的高度h＝s·sin30°＝＝＝3
m，所做的有用功W有＝Gh＝500
N×3
m＝1
500
J。
(3)绳子自由端移动的距离s绳＝2s＝2×6
m＝12
m，工人做的总功W总＝Fs绳＝400
N×12
m＝4
800
J，该装置的机械效率η＝×100%＝×100%＝31.25%。
1．(1)右　(2)＞；＞　(3)12.5
(第2题)
2．解：(1)如图所示；省力　(2)①不能　②能　③费　④轮；轴；省；费
3．D
4．(1)62.5%；大于　(2)不能；只有一次对比实验，偶然性太大
5．(1)B　(3)甲、丙(或乙、丁)；相等；甲、乙(或丙、丁)；正确　(4)尽量让滑轮组满负荷工作、在转轴上加润滑油、减轻动滑轮的自重等
6．(1)省；低　(2)55.6%；2　(3)＞；拉力做的是总功，克服摩擦力做的是额外功，总功一定大于额外功，即Fs＞fs，所以可推出F＞f
7．(1)1.1；55%　(2)正；65.2%；2