届中考物理第十二章简单机械课时作业高效提能Word文件下载.docx
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C.始终不变D.无法确定
本题考查杠杆平衡条件的应用。
如图所示,
设杠杆与水平方向的夹角为θ,则阻力臂和动力臂分别为:
LG=OB·
cosθ,LF=OA·
cosθ,由杠杆平衡条件得:
GLG=FLF,则:
F=
=
由于G、OB、OA保持不变,则力F将保持不变。
4.(2017·
丹阳质检)用滑轮组匀速提升重物,当绳子的自由端被拉下2m时,重物升高了0.5m,被提升的重物的质量为20kg。
若不计动滑轮重和摩擦阻力,则拉绳子的力应为 ( )
A.40N B.49N C.98N D.5N
【解析】选B。
本题考查滑轮组的相关计算。
绳子自由端被拉下2m时,重物升高了0.5m,则n=
=4,说明有4段绳子在拉重物,故拉力为重物重力的四分之一,即:
G=
mg=
×
20kg×
9.8N/kg=49N,故选B。
5.(2017·
江阴质检)如图所示,斜面长10m,高4m,用沿斜面方向的推力F,将一个质量为50kg的货物由斜面底端匀速推到顶端,运动过程中克服摩擦力做功500J(g取10N/kg),下列说法正确的是 ( )
A.机械效率为80%B.F=300N
C.摩擦力为100ND.条件不足无法计算
本题考查斜面机械效率的相关计算。
拉力F做的有用功为W有用=Gh=mgh=50kg×
10N/kg×
4m=2000J,W总=W有用+W额外=2000J+500J=2500J,斜面的机械效率η=
=80%,故A正确;
由W总=Fs可得:
=250N,故B错误;
摩擦力f=
=50N,故C错误。
因为A正确,所以D错误。
6.(2017·
江阴模拟)小华分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组,分别在相同时间内将同一重物匀速提升相同高度,每个滑轮的重量均相等,不计绳重及摩擦。
针对这一现象,小明得出了以下4个结论:
①F1做的功等于F2做的功;
②甲滑轮组的机械效率等于乙滑轮组的机械效率;
③使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力;
④F1做功的功率等于F2做功的功率,其中正确的结论共有几个 ( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【解析】选D。
本题考查滑轮组的相关知识及对功、功率、机械效率的理解。
不计绳重及摩擦,拉力做的功:
W1=F1s1=
(G物+G轮)×
2h=(G物+G轮)h,W2=F2s2=
3h=(G物+G轮)h,W1=W2,故①正确;
动滑轮重相同,提升的物体重和高度相同,W额
=G轮h,W有用=G物h,利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同,总功相同,由η=
可知,滑轮组的机械效率相同,故②正确;
不计绳重及摩擦,拉力F=
(G物+
G轮),n1=2,n2=3,绳子的拉力:
F1=
(G物+G轮),F2=
(G物+G轮),所以F1>
F2,故③正确;
因为W1=W2,且做功时间相同,由P=
可知,功率相同,故④正确。
综上分析,①②③④说法都正确。
故选D。
二、填空题
7.如图是小楠练习书法时的简化图。
写字时毛笔杆相当于____________(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆;
手握笔的位置向上移动,则写字时所需的动力将__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【解析】写字时,毛笔杆的支点和动力作用点都在手指上,二者距离较近,而阻力作用点是笔端,距离支点较远,动力臂小于阻力臂,所以相当于费力杠杆;
手握笔的位置向上移动,则阻力臂变大,纸张对笔的阻力基本不变;
而支点和动力作用点同时上移,所以动力臂基本不变,由杠杆平衡条件可知,写字时所需的动力将变大。
答案:
费力 变大
8.(2017·
盐城质检)在地震中,救援队员把滚落在公路上的石块撬起,如图所示,若救援队员在撬棒D点沿DM方向用力撬起石块1,撬棒的支点是__________点;
若救援队员在撬棒D点沿DN方向用力撬起石块1,撬棒的支点是________点。
这两种方式中,沿________(选填“DM”或“DN”)方向用力撬起石块比较省力。
【解析】本题考查杠杆五要素及杠杆省力情况的分析。
由图可知,当沿DM方向用力撬石块1时,杠杆围绕A点转动,因此A为这时的支点;
同样,当沿DN方向用力撬石块1时,杠杆围绕C点转动,因此C为此时的支点;
当以A为支点时,杠杆的动力臂为AD的长,当以C为支点时,杠杆的动力臂是从C点到DN的作用线的距离,显然要比AD要短,因此,沿DM方向(第一种方法)用力撬石块1更省力。
A C DM
9.(2017·
扬州质检)如图是在水平面上移动重物的装置,若物重为600N,在阻力为重力的0.3倍时,匀速移动物体,使其以20cm/s的速度前进了5s,该装置机械效率为60%,则阻力f的大小为________N,拉力F的大小为______N,拉力F所做的功为________J。
【解析】本题考查平衡力的判断、滑轮组省力情况的判断、速度、功的计算。
物体受的阻力:
f=0.3G=0.3×
600N=180N;
由v=
可得,物体移动距离:
s=vt=0.2m/s×
5s=1m,绳端移动的距离:
s′=3s=3×
1m=3m,克服阻力所做的功:
W有=fs=180N×
1m=180J,根据机械效率公式可得,拉力做的功:
W总=
=300J,由W总=Fs′可得,拉力F的大小:
=100N。
180 100 300
10.(2017·
句容市质检)如图所示,小伟同学通过斜面用平行于斜面F=200N的推力,将质量为30kg的物体在5s时间内匀速推到1m高的平台上,斜面长s=2m。
(g取10N/kg)则推力做的有用功是________J,推力做的总功是__________J,推力的功率为__________W,斜面的机械效率为________%,斜面对物体的摩擦力为________N。
世纪金榜导学号59944163
【解析】本题考查使用斜面时有用功、额外功、总功、功率和机械效率的计算。
物体的重力:
G=mg=30kg×
10N/kg=300N,推力做的有用功:
W有用=Gh=300N×
1m=300J;
推力做的总功:
W总=Fs=200N×
2m=400J,推力做功功率:
P=
=80W;
斜面的机械效率:
η=
=75%;
因为W总=W有用+W额,所以克服摩擦力做的额外功:
W额=W总-W有用=400J-300J=100J,因为W额=fs,所以斜面对物体的摩擦力:
f=
=50N。
300 400 80 75 50
【方法归纳】解读斜面机械效率
(1)分清三个功:
有用功、额外功、总功;
①有用功:
克服物体重力做的功,即W有用=G物h。
②额外功:
克服物体与斜面间的摩擦做的功,即W额外=f·
l,如果考虑牵引绳重,对绳子做的功也为额外功,即W额外=G绳h。
③总功:
拉力做的功,即W总=F拉·
l。
影响因素:
接触面光滑程度和斜面的倾角。
斜面越粗糙,倾角越小,斜面的机械效率越低。
与物体移动的距离、移动的速度、物重无关。
(2)斜面效率与拉力的关系:
①在接触面粗糙程度、物重一定时,倾角越大,越费力。
②在倾角和物重不变时,接触面越粗糙,越费力。
三、作图题
11.(2017·
连云港质检)如图,在“W对称梁型”机械的横梁AOB(O为转轴)上挂了一个重为G的物体,为使横梁在图中的位置静止,请在图上画出最小动力及其力臂。
【解析】本题考查杠杆平衡条件的应用及力臂的作图。
阻力与阻力臂的乘积一定的情况下,最省力即动力臂最长,由图知,OA等于OB,即动力臂为OA或OB时为最长动力臂,故在A点施加一个垂直于OA向下的力或在B点施加一个垂直于OB向上的力时,动力最小,且这两个力大小相等。
如图所示
12.(2016·
无锡质检)用滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来,试在图中画出最省力的绕绳方法。
【解析】本题考查滑轮组的作图。
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。
【知识拓展】动力和阻力及方向的判断
抓住“转动”的特点来判断动力、阻力的方向
(1)动力和阻力的判断:
明确使用杠杆的目的,则为了达到目的而施加的这个力即为动力。
而阻碍达到目的的力即为阻力。
如图,用钳子夹物体,我们施加在柄上的力是为了使钳口夹住物体,则施加在钳子柄上的力即为动力,而东西为了不被夹住,要产生一个反抗的力,即物体施加给钳口向外的力即为阻力。
(2)动力和阻力方向的判断:
只在动力作用下杠杆的转动认定为正转,动力作用下正转的方向为动力的方向。
则只有阻力作用时必定使杠杆反转,阻力作用点处反转方向就是阻力的方向。
如图中的F1,假定使杠杆绕O点正转,作用在A点的阻力,应使杠杆绕O点反转,即F2。
四、实验探究题
13.(2017·
扬中质检)小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系,如图甲所示。
她首先测出小车重,然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车,调节斜面倾斜角θ的大小多次测量,得如表所示的数据:
世纪金榜导学号59944164
斜面倾
斜角θ
小车重
G/N
斜面高
h/m
斜面长
s/m
拉力
F/N
有用功
W有/J
总功
W总/J
机械
效率η
12°
5
0.2
1
2.1
____
48%
30°
0.5
3.6
2.5
69%
45°
0.7
4.3
3.5
__
(1)请你替小芳在表中的空格中填上适当的数据。
(2)分析表中的数据,可以得出的探究结论是:
斜面倾斜角θ越____________,斜面越省力,斜面的机械效率越________。
(3)实验过程中拉力的方向应与斜面_________________。
(4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系,则要保持________不变,斜面的光滑程度不变,只改变________,这种研究问题的方法我们称之为________法。
(5)在上述实验中,物重、斜面长度不变,若不考虑斜面摩擦,如图乙所示,哪个图能正确表示F与斜面高度h的关系 ( )
【解析】本题考查斜面机械效率的实验探究。
(1)W有1=Gh1=5N×
0.2m=1J;
W总2=F2s=3.6N×
1m=3.6J;
η3=
=81%。
(2)比较数据θ3>
θ2>
θ1时,拉力F3>
F2>
F1,机械效率η3>
η2>
η1;
即:
斜面倾斜角θ越小时,越省力,斜面机械效率越低。
(3)为了使拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上,所以应与斜面平行向上。
(4)探究斜面的机械效率与物重的关系,要保持斜面倾角不变,斜面的光滑程度不变,只改变小车重力,这种研究问题的方法我们称之为控制变量法。
(5)从表中数据可知,拉力F随着斜面高度h的增大而增大,排除C和D两个图;
随着斜面的高度增大,若不考虑斜面摩擦,物重、斜面长度不变,Fs=Gh,拉力与h成正比,故选B。
(1)1 3.6 81%
(2)小 低 (3)平行向上
(4)斜面倾角 小车重力 控制变量 (5)B
14.(2017·
宿州一模)在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中,某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如下:
次
数
钩码
重
/N
动滑
轮重
钩码上升
的距离
/cm
弹簧测
力计的
示数/N
弹簧测力
计上升的
距离/cm
效率
2
0.8
15
66.7%
4
1.7
/
3
6
83.3%
(1)在实验操作中应该使钩码__________(选填“快速”或“缓慢”)上升。
(2)进行第2次测量时滑轮组的机械效率约为__________(保留三位有效数字)。
(3)进行第3次测量时,弹簧测力计示数为________N,滑轮组做的有用功是__________J。
(4)分析实验数据,实验小组得出的实验结论是:
滑轮组的机械效率与__________有关。
(5)分析表中数据可知,F≠
可能的原因是:
___________________。
(6)某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F,钩码重记为G,动滑轮重记为G′,绳自由端移动距离记为s,钩码提升高度记为h,不计绳子重及摩擦。
则下列关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的是__________。
A.η=
B.η=
C.η=
D.η=1-
【解析】本题考查滑轮组机械效率的实验探究。
(1)在实验过程中,应缓慢竖直向上匀速拉动弹簧测力计。
(2)由表中数据可知,滑轮组的机械效率:
≈78.4%。
(3)由图示测力计可知,其分度值为0.2N,示数为2.4N;
有用功:
W有=G3h=6N×
0.05m=0.3J。
(4)从实验数据看,钩码上升的高度没有变化,所以机械效率不断增大不是由于被提升高度的变化而引起的。
钩码重不断增大,机械效率不断提高。
所以可以看出增大被提升物体的重力可以提高滑轮组的机械效率。
(5)由于拉动过程中需克服滑轮的转轴处的摩擦,所以F≠
。
(6)①有用功为W有用=Gh,总功为W总=Fs,所以η=
故A正确;
②有用功为W有用=Gh,总功为W总=(G+G′)h,所以η=
故B错误,C正确;
③额外功W额=G′h,总功为W总=Fs,有用功W有用=W总-W额=Fs-G′h,所以
=1-
故D错误。
故选B、D。
(1)缓慢
(2)78.4% (3)2.4 0.3
(4)提升钩码的重力
(5)拉动过程中需克服滑轮的转轴处的摩擦 (6)B、D
五、计算题
15.一卡车车厢底板距地面1.5m高,小军把3m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面,如图所示,他沿着斜面方向用500N的力,把一个木箱由B处推到A处,已知木箱重为800N,推木箱的时间是50s,在这一过程中,求:
(1)小军做的功。
(2)小军做功的功率。
(3)斜面的机械效率。
【解析】
(1)小军做的功为
W总=Fs=500N×
3m=1500J;
(2)小军做功的功率为P=
=30W;
(3)小军推木箱做的有用功为
W有=Gh=800N×
1.5m=1200J;
斜面的机械效率为η=
=80%。
(1)1500J
(2)30W (3)80%
16.2015年10月5日考古学家在黄海海域发现甲午海战沉船“致远舰”的消息轰动了整个考古界,随着水下考古工作的进行,一些重要文物陆续出水重见天日,关于这艘在海水中沉睡了120余年的战舰是如何被打捞起的谜题也逐步解开。
现某课外活动小组,照此设计了如图所示的简单机械,模拟打捞沉船,实验中用实心立方体A代替沉船,已知A的体积为0.1m3,质量为280kg。
(设整个过程A均为匀速直线运动状态,忽略钢绳重及滑轮摩擦,不考虑风浪、水流等因素的影响)
(1)A完全浸没在水中时受到的浮力是多大?
(ρ水=1.0×
103kg/m3)
(2)若A完全浸没在水中时,滑轮组的机械效率为60%,那么A完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力F为多大?
(3)若A完全打捞出水面后,以0.1m/s的速度被匀速提升,求岸上钢绳拉力F的功率。
(1)A完全浸没在水中时受到的浮力:
F浮=ρ液gV排=ρ水gV=1.0×
103kg/m3×
9.8N/kg×
0.1m3=980N
(2)物体A的重力G=mg=280kg×
9.8N/kg=2744N,A完全浸没在水中时,总功为W总=(G+G动-F浮)h,有用功为W有=(G-F浮)h,所以,滑轮组的机械效率η=
=60%,解得G动=1176N,由图可知,n=5,A完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力F=
(G+G动)=
(2744N+1176N)=784N。
(3)A完全打捞出水面后,以0.1m/s的速度被匀速提升时,绳端的速度v绳=nv物=5×
0.1m/s=0.5m/s,岸上钢绳拉力F的功率P=Fv绳=784N×
0.5m/s=392W。
(1)980N
(2)784N (3)392W
【学科素养题】
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)实验前,杠杆静止在如图甲所示的位置,此时杠杆处于________(选填“平衡”或“不平衡”)状态。
(2)实验时,使杠杆在水平位置平衡,主要是为了_____________,因此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。
(3)杠杆在水平位置平衡后,小明在杠杆A点处挂上2个钩码,作为动力F1,B点处挂上1个钩码,作为阻力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,便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____________________。
(4)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?
”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′,其原因主要是受________的影响。
(5)实验中,用图丁所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师建议同学不宜采用这种方式,该种方式的不足主要是因为________。
A.一个人无法独立操作
B.力臂与杠杆不重合
C.力和力臂数目过多,不易得出结论
D.杠杆受力不平衡
【解析】本题考查探究杠杆平衡条件的实验。
(1)杠杆静止在如图甲所示位置,杠杆静止,此时杠杆处于平衡状态。
(2)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。
(3)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。
(4)由图可知,弹簧测力计的分度值为0.1N,指针在3N以下三格处,示数为
3.3N;
用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。
(5)实验中,图丁所示的方式悬挂钩码,杠杆平衡是杠杆的左侧在多个力共同作用下的结果,采用这种方式是不妥当的。
这主要是因为杠杆的力和力臂数目过多,故选C。
(1)平衡
(2)便于测量力臂大小 右
(3)通过一次实验就得出结论具有偶然性,不能得出普遍规律 (4)3.3 杠杆自重 (5)C