简单机械综合体17.docx
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简单机械综合体17
1、（10分）
（1）如图所示，用外力F把一个物体压在竖直的墙壁上使其静止，请画出物体在竖直方向上受力的示意图。
（2）如图所示，S′是烛焰上S点经凸透镜所成的实像，SA是从S点上射向凸透镜的一条任意光线，请画出光线SA经凸透镜折射后的光路图。
（3）工地上搬运砖头的独轮车，车厢和砖头总重力为G=1000N，独轮车的有关尺寸如图所示。
推车时，工人对车把向上的作用力F是__________N。
（4）投篮时，相对于空中飞行的篮球，篮球框是_________的。
（选填“运动”或“静止”）
（5）一标准大气压下，把质量为500g、初温为20℃的水加热至沸腾，水需要吸收的热量是_____________J。
【c水=4.2×103J/（kg·℃）】
【答案】
（1）如图所示：
（2）如图所示：
（3）300；（4）运动；（5）1.68×105。
【解析】
试题分析：
（1）由题意知，物体在竖直方向上受到一个竖直向下的重力，同时物体处于静止且有向下运动的趋势，故受到一个大小等于重力，竖直向上的静止摩擦力的作用，如图所示；
（2）S′是烛焰上S点经凸透镜所成的实像，即烛焰上S点所发出的所有光线经凸透镜折射后，折射光线都相交于S′点，故从S点上射出的SA经凸透镜折射后过点S′，如图所示；（3）由题意可知：
车厢和砖头总重力为G=1000N，对应的阻力臂L2=0.3m，动力臂L1=0.3m+0.7m=1m，由FL1=GL2得F×1m=1000N×0.3m，工人对车把向上的作用力F=300N。
（4）投篮时，相对于空中飞行的篮球，篮球框的位置发生了改变，故是运动的。
（5）一标准大气压下，把质量为m=500g=0.5kg、初温为20℃的水加热至沸腾，Δt=100℃－20℃=80℃，c水=4.2×103J/（kg·℃），则水需要吸收的热量Q吸=c水mΔt==4.2×103J/（kg·℃）×0.5kg×80℃=1.68×105J。
考点：
物体受力分析，凸透镜成像，杠杆原理的应用，运动的相对性，物体吸热的计算
2、在不计绳重和摩擦的情况下，利用一滑轮组匀速提升物体．下表是在利用该滑轮组将一物体匀速提升到一定高度时采集到的信息．
物体所受重力G/N
作用在绳子自由端的拉力F/N
滑轮组做的有用功W有用/J
拉力做的总功W总/J
500
200
1000
1200
（1）通过计算确定该滑轮组提起物体的绳子段数，并在右边虚线框中画出该滑轮组的组装示意图．（要求：
尽量用较少的滑轮）
（2）不计绳重和轴的摩擦，用该滑轮组将重为800N的物体匀速提升1m时，拉力做的总功为多少?
【答案】
（1）s=W总/F=1200J/200N=6m，h=W有/G="1000J/500N=2m"，n=s/h=3，滑轮组的组装如图。
（2）G动=3F-G=600N-500N=100N，W总=W有＋W额=Gh+G动h=800N×1m＋100N×1m=900J。
【解析】
试题分析：
（1）由表中相关数据知：
拉力做的总功W总=1200J，拉力F=200N，有用功W有=1000J，物重G=500N，则s=W总/F=1200J/200N=6m，h=W有/G="1000J/500N=2m"，作用在动滑轮上绳子的股数n=s/h=3，滑轮组的组装如图。
（2）当物重G′=800N，物体匀速提升h′=1m时，不计绳重和轴的摩擦，由
（1）求得G动=3F-G=600N－500N=100N，则W有=G′h′，W额=G动h′，所以W总=W有＋W额=G′h′+G动h′=800N×1m＋100N×1m=900J。
考点：
滑轮组的组装，有用功、额外功、总功的相关计算
3、许多居民楼墙外用铁三角架搁放空调主机（如图所示），要使铁架较为牢固、安全，应把主机放在A处还是B处：
。
请你在选择的主机上画出它的重力示意图和重力对O点的力臂．（注：
重力示意图、力臂各2分）
【答案】A；如图所示：
【解析】
试题分析：
由杠杆的平衡条件可知：
在动力臂和阻力大小不变时，可通过减小阻力臂来达到省力，故放在A处；重力的作用点在物体的重心，方向竖直向下，力臂是支点到力的作用线的垂直距离，如图所示。
考点：
杠杆的平衡条件的应用，力的示意图，力臂
4、基本实验回顾.
⑴在装着红棕色二氧化氮气体的瓶子上面（二氧化氮的密度大于空气密度），倒扣一个空瓶子，使两个瓶口相对，两瓶口之间用一块玻璃板隔开（图甲）．抽掉玻璃板后，最终发现两瓶内气体颜色基本相同（图乙）．这是一种 现象，它说明了 ．
⑵在探究“导体的电阻大小与横截面积有什么关系”的实验中，请你根据下表所提供的信息，选出合适的金属丝．答：
和 ．（填编号）
编号
材料
长度/m
横截面积/mm2
A
镍铬合金
0.5
0.5
B
镍铬合金
1.0
0.5
C
镍铬合金
0.5
1.0
D
锰铜合金
0.5
0.5
⑶在“测定动滑轮机械效率”的实验中，小明用如图所示的动滑轮进行实验．实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起止位置，这是为了 和 ．
⑷如图所示，用滑轮组将物块从位置A匀速拉到位置B，请在图中画出最省力的绕线方法．
【答案】
（1）扩散；分子在不停地做无规则运动；
（2）A；C；（3）钩码移动的距离；弹簧测力计移动的距离（4）如图所示：
【解析】
试题分析：
（1）不同物质接触时，彼此进入对方的现象叫扩散，扩散现象说明分子在不停地做无规则运动．两瓶气体在抽掉玻璃板后，颜色变得相同，说明二氧化氮分子、空气分子彼此进入了对方，是扩散现象；
（2）导体的电阻与导体的材料、长度和横截面积有关．在研究时要采用控制变量法。
要研究电阻大小与横截面积的关系时，要保持材料、长度都相同，横截面积不同，由数据知：
需要选择AC进行实验．
（3）要测滑轮组的机械效率，需测出G、h、F、s，所以需要测量钩码和弹簧测力计移动的距离，从而计算有用功和总功．实验中为了测量钩码和弹簧测力计移动的距离，应分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置．
（4）滑轮组的省力情况取决于承担物重或阻力的绳子的段数，也就是看有几段绳子连着动滑轮，段数越多越省力．从动滑轮的挂钩开始依次绕绳子，最后有三段绳子承担物体与水平面的摩擦阻力，这就是最省力的绕法．如图所示：
考点：
扩散现象，控制变量法与探究性实验方案，测动滑轮的机械效率，滑轮组的绕线。
5、如图是某科技小组设计的一个提升重物的装置，CD是一个以O点为转轴的水平杠杆，CO：
OD=3：
2。
滑轮组固定在杠杆C点，通过固定在水平地面的电动机匀速提升重物，每个滑轮的质量均为m0。
放置在水平地面上的配重E通过细绳竖直拉着杠杆D点，使杠杆CD始终保持水平平衡，配重E的质量mE为100kg。
当电动机用拉力F1匀速提升重物A时，滑轮组的机械效率为η1，物体A匀速上升的速度为v1；当电动机用拉力F2匀速提升重物B时，滑轮组的机械效率为η2，物体B匀速上升的速度为v2。
在匀速提升重物A、B的过程中，电动机的功率保持不变。
已知F2-F1=50N，v1:
v2=5:
4，η2=90%。
细绳和杠杆的质量、滑轮与轴的摩擦均忽略不计，g取10N/kg。
求：
（1）拉力F1的大小；
（2）滑轮组的机械效率η1；
（3）当电动机用拉力F2匀速提升重物B时，配重E对地面的压力N2。
【答案】
（1）200N
（2）87.5% （3）137.5N
【解析】
试题分析：
（1）因为在匀速提升重物A、B的过程中，电动机的功率保持不变，所以：
P=F1×3v1=F2×3v2 解得：
F1:
F2=v2:
v1=4:
5
又因为F2-F1=50N，所以F1=200N，F2=250N
（2）以动滑轮和重物A整体为研究对象，进行受力分析，如图所示。
3F1=G0+GA ①
同理有 3F2=G0+GB ②
当电动机用拉力F2匀速提升重物B时，滑轮组的机械效率为η2=90%
GB:
G0=9:
1 ③
由①②③联立得：
GA=525N，GB=675N，G0=75N。
当电动机用拉力F1匀速提升重物A时，滑轮组的机械效率为η1
（3）当电动机用拉力F2匀速提升重物B时，设滑轮组对杠杆C点的拉力为FC2，配重E对杠杆D点的拉力为FD2，地面对配重E的支持力为N2。
以定滑轮为研究对象，进行受力分析，如图所示，
FC2=G0+2F2=75N+2×250N=575N
以杠杆CD为研究对象进行受力分析，如图所示，
FC2×OC=FD2×OD
解得FD2=FC2×OC/OD=575N×3/2=862.5N
以配重E为研究对象，进行受力分析，如图所示。
FD2+N2=GE
得：
N2=GE-FD2=mEg-FD2=100kg×10N/kg-862.5N=137.5N
考点：
滑轮组机械效率，杠杆平衡条件，功率的计算
6、如图装置为某学生在科技创新大赛时发明的可以直接测量密度的“密度天平”。
其制作过程如下：
选择一根长1米杠杆，调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡。
在左侧离中点10厘米的A位置用细线固定一个质量为150克、容积为80毫升的容器。
右侧用细线悬挂一质量为50克钩码（细线的质量忽略不计）。
测量时往容器中加满待测液体，移动钩码使杠杆在水平位置平衡，在钩码悬挂位置直接读出液体的密度。
（1）该“密度天平”的“零刻度”应标在右端离支点O cm处。
（2）该“密度天平”的量程为多大？
（3）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”）.
【答案】
（1）30
（2）1.25g/cm3 （3）增大
【解析】
试题分析：
本题中的密度天平是利用了杠杆平衡原理，当左边小桶内不放物体时，杠杆在水平位置平衡，钩码所对应的位置就是0刻度线所在的位置。
根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2，150g×10cm="50g×L"2，则L2=30cm
所以此密度天平的零刻度线所在位置距O点30cm处。
密度天平的量程是指当钩码移至最右端时容器内液体的密度，只要求出此时小桶内液体的质量即可。
当钩码位于最右端时，L2’=50cm，再次利用杠杆平衡条件m×10cm=50g×50cm，则m=250g
桶内液体的质量为100g，液体的密度为
若将钩码的质量适当增大，则杠杆右侧的力和力臂乘积会增大，小桶能装的液体质量也变大，则能测的液体的密度也会变大。
考点：
杠杆平衡条件的应用
7、（6分）小明做“测滑轮组机械效率”实验时，用图中所示的滑轮，组装成滑轮组，请在图中画出使用该滑轮组时最省力的绕法。
用此滑轮组将重为3.6N的物体匀速提起时，拉力的功率为0.36W，滑轮组的机械效率为75%。
（忽略摩擦及绳重）求：
（1）绳子自由端移动的速度和动滑轮的总重。
（2）若用此滑轮组提起小于3.6N的重物时，其机械效率将如何改变？
说明理由。
【答案】
（1）0.3m/s 1.2N
（2）变小 由于额外功不变，但有用功变小
【解析】
试题分析：
滑轮组使用时要最省力绳子股数应最多。
滑轮组的绕线有两种情况：
第一种情况：
动滑轮和定滑轮个数一样多，可以根据“奇动偶定”原则。
即，最省力的连法----“奇动”，将绳子的一端固定在动滑轮上；如果想同时改变力的方向，就应该选择---“偶定”，把绳子的一端固定在定滑轮上。
第二种情况：
动、定滑轮数目不同。
选择把绳子固定在数目少的滑轮上，可以达到最
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