1、1第 14 课时 简单机械 机械效率 一、选择题1.2018宜昌下列有关起重机提升货物时机械效率的说法,正确的是 ( )A.有用功越多,机械效率越高B.同一起重机提起的货物越重,机械效率越高C.额外功越少,机械效率越高D.同一起重机提起同一货物越快,机械效率越高2.2018丽水如图 14-26 所示,用刻度均匀的匀质杠杆进行“探究杠杆平衡条件”的实验(每个钩码重为 0.5 N),下列说法正确的是 ( )图 14-26A.图甲中实验前出现该情况,应将杠杆的平衡螺母向左调B.图乙中在 A、 B 处各增加一个钩码,杠杆仍然能保持水平平衡C.图丙中弹簧测力计从 a 位置转到 b,为保持杠杆在水平位置平
2、衡,其示数需变大D.图丁中用弹簧测力计在 c 点向上拉杠杆 ,为保持杠杆在水平位置平衡,其示数应小于 3 N3.2018温州如图 14-27 为吸盘式挂杆,将吸盘压在瓷砖上排尽其中的空气,挂杆就能被固定在瓷砖上。挂有平底锅的挂钩沿光滑水平横杆从 P 点开始向吸盘 B 移动,若吸盘与横杆的重力、吸盘大小均忽略不计,设挂钩与吸盘 A 的距离为 l,则吸盘 B 受到的摩擦力 F 的大小与 l 的关系图像为图 14-28 中的 ( )图 14-272图 14-284.2018重庆 B 卷部分农户在新建住房时,常利用如图 14-29 所示的简易滑轮提升建材 。在一次提升建材的过程中,建筑工人用 400
3、N 的拉力,将重 600 N 的建材在 10 s 内匀速提高 3 m。则下列判断正确的是 ( )图 14-29A.滑轮所做的有用功为 1200 JB.滑轮受到的重力为 100 NC.该滑轮的机械效率 = 75%D.绳子自由端移动的速度大小为 0.3 m/s5.2017河南如图 14-30 所示,水平桌面上有一铁块,由绕过定滑轮的细绳与重 6 N 的沙桶相连且保持静止,不计绳重及绳与滑轮间的摩擦,下列分析正确的是 ( )图 14-30A.使用定滑轮是为了省力B.铁块受到绳子的拉力为 6 NC.铁块对桌面的压力和重力是一对平衡力D.若剪断绳子,铁块由于惯性将向右运动6.如图 14-31 所示,甲、
4、乙两套装置所用滑轮质量均相等,用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若 G1=G2,所用竖直向上的拉力分别为 F1和 F2,拉力做功的功率分别为 P1和 P2,两装置的机械效率分别为 1和 2,则下列选项正确的是(忽略绳重和摩擦) ( )3图 14-31A.F1F2, 1F2, 1= 2,P1=P2C.F1 2,P1P27.2018荆州如图 14-32 所示,竖直固定的弹簧测力计下端挂一个滑轮组,已知每个滑轮重均为 50 N,滑轮组下端挂有物体 B,滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体 A 相连,物体 A 在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数为
5、550 N。在物体 B 下加挂重为 90 N 的物体 C 后,用水平向左的力 F 拉动物体 A 可使其沿水平桌面向左做匀速直线运动,此时物体 B 上升的速度大小为 5 cm/s。若不计绳重及滑轮的摩擦, g 取 10 N/kg。下列说法中正确的是( )图 14-32A.物体 A 所受滑动摩擦力大小为 275 NB.F的大小为 530 NC.F 做功的功率为 42 WD.B 的重力为 500 N8.2018十堰如图 14-33 所示,滑轮组将重 50 N 的物体 A 以 0.2 m/s 的速度沿水平地面匀速向前拉动了 1 m,拉力F 大小为 10 N,滑轮组的机械效率为 80%,下列说法中正确的
6、是 ( )图 14-33A.拉力 F 做功的功率为 2 WB.2 s 内绳子自由端移动的距离为 0.4 mC.滑轮组做的有用功为 50 JD.物体 A 受到水平地面的摩擦力为 16 N9.2017荆州如图 14-34 所示,用 F=50 N 的水平拉力拉着重为 200 N 的物体 A 沿水平地面匀速运动,且物体 A 运动的速度为 0.2 m/s,地面对物体 A 的摩擦力是物体 A 重的 0.1 倍。不计滑轮重力,则下列说法正确的是 ( )4图 14-34A.10 s 内物体 A 克服与地面之间的摩擦力做的功是 80 JB.10 s 内拉力 F 做的功是 100 JC.拉力 F 的功率是 20
7、WD.该装置的机械效率是 80%10.2018包头关于下列四种情况说法正确的是 ( )图 14-35A.图 14-35 甲中,物体在 27 s 内的平均速度为 2 m/sB.图乙中, a、 b 两种物质的密度之比为 1 4C.图丙中,物块 M 向左做匀速直线运动,该装置的机械效率为 75%D.图丁中,杠杆在水平位置平衡, OAAB= 1 2,则 FG= 1 211.(多选)2018聊城工人师傅搬运货物时,在地面和卡车的车厢间倾斜放置一长木板搭成斜面,将地面上的货物沿斜面匀速拉上车厢用时 15 s。已知车厢高 1.5 m,木板长 3 m,货物质量为 60 kg,沿斜面所用的拉力为 400 N,g
8、 取 10 N/kg,则下列说法正确的是 ( )A.工人做的总动为 900 JB.工人做的额外功为 300 JC.工人做功的功率为 60 WD.此斜面的机械效率为 75%12.(多选)2017河北用五个相同质量的滑轮和绳子组成如图 14-36 所示的甲、乙两个滑轮组,在绳自由端分别用力5将重为 G 的物体匀速提升,乙滑轮组的效率为 乙 ,不计摩擦、绳和木板的重。下列说法正确的是 ( )图 14-36A.两个滑轮组的机械效率可能相等B.F1一定大于 F2C.每个滑轮重为(1- 乙 )G2 乙D.甲、乙将重物提升相同的高度, F1与 F2的功率可能 相等13.2018衢州如图 14-37 所示是汽
9、车起重机,其中 A、 B 组成滑轮组(结构如示意图), C 杆伸缩可改变吊臂的长短, D杆伸缩可改变吊臂与水平面的角度, O 为吊臂的转动轴,装在 E 里的电动机牵引钢丝绳,利用滑轮组提升重物, H 为在车身外侧增加的支柱, F 为吊臂顶端受到竖直向下的力。下列 有关汽车起重机的叙述中错误的是 ( )图 14-37A.滑轮组中 A 滑轮用于改变力的方向B.当 C 杆伸长时吊臂对 D 杆的压力将变大C.当 D 杆伸长时力 F 的力臂将变小D.H 的作用是工作时以防翻车和避免轮胎受到的压力过大二、实验题14.2018泸州泸州市为了巩固创文成果下发了宣传手册绿色低碳生活,从垃圾分类开始 。图 14-
10、38 是一种轮式垃圾桶,拖动时它相当于一个 (选填“省力”或“费力”)杠杆;垃圾桶底部的小轮子是为了 (选填“增大”或“减小”)摩擦力;若拖动时垃圾桶总重为 150 N,且动力臂为阻力臂的 2 倍,则保持垃圾桶平衡的拉力 F 为 N。 图 14-3815.2018威海图 14-39 为吊装工具示意图,物体 M 为重 5000 N 的配重,杠杆 AB 的支点为 O,OAOB= 1 2,每个滑轮重 100 N。当重为 700 N 的工人用 300 N 的力竖直向下匀速拉动绳子时,工人对地面的压力为 N,物体 M 对地面6的压力为 N。(杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计) 图 14-3916.201
11、8滨州小明在“探究杠杆平衡条件”的实验中所用的实验器材有:刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的 0.5 N 重的钩码若干个。(1)如图 14-40 所示,实验前,杠杆左端下沉,则应将左端的平衡螺母向 (选填“左 ”或“右”)调节,直到杠杆在 位置平衡,目的是便于测量 。支点选在杠杆的中点是为了消除杠杆 对实验的影响。 图 14-40(2)小明同学所在实验小组完成 某次操作后,实验现象如图 所示,他们记录的数值为动力 F1=1.5 N,动力臂 l1=0.1 m,阻力 F2=1 N,则阻力臂 l2= m。 (3)甲同学测出了一组数据后,就得出了“动力 动力臂 =阻力 阻力臂”
12、的结论,乙同学认为他的做法不合理,理由是 。 (4)丙同学通过对数据分析后得出的结论是:动力 支点到动力作用点的距离 =阻力 支点到阻力作用点的距离。与小组同学交流后,乙同学为了证明丙同学的结论是错误的,他做了如图 所示的实验,此实验 (选填“能”或“不能”)说明该结论是错误的。图 实验中,已知杠杆上每个小格长度为 5 cm,每个钩码重 0.5 N,当弹簧测力计在 A 点斜向上拉(与水平方向成 30角)杠杆,使杠杆在水平位置平衡时,动力 动力臂 (选填“等于”或“不等于”)阻力 阻力臂。 三、计算题17.2018乌鲁木齐如图 14-41 所示,长 1 m、重 5 N 的匀质杠杆 OB 连接在竖
13、直墙壁的 O 点,在杠杆的中点 A 处悬挂45 N 的重物。固定在 A 点的绳子跨过定滑轮,在拉力 F 作用下使杠杆在水平位置平衡,此时 OAC=45。不计绳子重力和转动部分的摩擦。求:(1)缓慢地将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中,拉力做的功。(2)杠杆从水平位置逆时针缓慢转动多大角度后,绳子拉力开始小于 50 N。7图 14-4118.2018桂林小熊在课外实践活动中,用如图 14-42 甲所示的滑轮组匀速拉动放在水平地面上的不同物体,物体受到的摩擦力从 100 N 开始逐渐增加,每次物体被拉动的距离均为 1 m。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的关系图像,如
14、图乙所示,不计绳重和绳与滑轮间的摩擦。(1)由图乙可知,当物体受到的摩擦力为 100 N 时,滑轮组机械效率是多大?(2)当滑轮组的机械效率为 75%,物体以 0.1 m/s 的速度匀速运动时,该滑 轮组的有用功率是多大?(3)当物体与地面的摩擦力为 1500 N 时,体重为 500 N 的小熊竖直向下拉绳还能用此滑轮组拉动物体吗?用计算结果说明。图 14-42四、综合题19.2018白银如图 14-43 所示为钓鱼竿钓鱼的示意图, O 为支点,请画出 F1、 F2的力臂 l1、 l2。8图 14-4320.2018攀枝花如图 14-44 所示,一个绕 O 点转动的杠杆,已知动力 F1的方向和
15、阻力 F2的力臂 l2,请画出动力 F1的力臂 l1以及阻力 F2。图 14-4421.2018常州南极冰面上,科考队用拖拉机借助绳索水平牵引装有货物的轻质木箱,运输货物。(1)木箱底面积为 5 m2,质量不计,水平冰面能承受的最大压强为 1104 Pa,g 取 10 N/kg,求木箱内可装货物的最大质量。(2)某次运输过程 中,拖拉机用绳索牵引装有货物的木箱在水平冰面上以 36 km/h 的速度匀速直线行驶 10 km、消耗柴油 1 kg,牵引木箱做功的功率为 9 kW,q 柴油 =4.5107 J/kg。求该运输过程中,冰面对木箱的摩擦力大小。求该运输过程中,柴油完全燃烧释放的内能转化为绳
16、索牵引木箱做功的效率。图 14-45参考答案1.B 2.C 3.D 4.C 解析 滑轮所做的有用功为 W 有 =Gh=600 N3 m=1800 J,A 错误。因为 F= (G 轮 +G),即 400 N= (G 轮 +600 N),则12 129G 轮 =200 N,B 错误。动力作用点通过的距离 s=2 h=23 m=6 m,总功 W 总 =Fs=400 N6 m=2400 J,该滑轮的机械效率= = =75%,C 正确。绳子自由端移动的速度 v= = =0.6 m/s,D 错误。W有W总 1800J2400J st6m10s5.B 6.B 7.B 8.D 9.D 10.C 解析 由图甲可
17、知,物体在 27 s 通过的距离为 s=6 m-2 m=4 m,则平均速度 v= = =0.8 m/s,故 A 错误。由图st4m5s乙可知,当两物质的体积同为 4 cm3时, a 的质量为 20 g,b 的质量为 5 g,所以 a、 b 两物质的密度之比 a b= 20g4cm3=4 1,故 B 错误。由图丙可知,承担摩擦阻力的绳子股数 n=2,此滑轮组的机械效率为 = = = = =75%,故5g4cm3 W有W总 fsFnsfnF15N210NC 正确。根据图丁和杠杆平衡条件,可得 FOB=GOA, = = = = ,故 D 错误。FGOAOBOAOA+AB11+21311.BD 12.
18、BCD 解析 因不计摩擦、绳和木板的重,则滑轮组的机械效率 = = = = ,甲、乙两图中的物体W有W总 W有W有 +W额 GhGh+G动 h GG+G动重力相等,但动滑轮重力不同,故机械效率不同,故 A 错误。 F1= (G+G 动 )= G+ G 动 ,F2= (G+2G 动 )= G+ G 动 ,所以 F1F2,故12 12 12 14 14 12B 正确。由 乙 = ,解得 G 动 = G,故 C 正确。拉力功率 P=Fv,由于拉力 F、拉力的作用点运动速度未知,所以GG+2G动 (1- 乙 )2 乙F1与 F2的功率可能相等,故 D 正确。13.A 14.省力 减小 75解析 垃圾桶
19、的轮子是支点,垃圾桶的重力是阻力,动力臂大于阻力臂,因此拖动时是一个省力杠杆;小轮子是为了将滑动摩擦变成滚动摩擦来减小摩擦;根据杠杆平衡条件 F1l1=F2l2可知,动力臂为阻力臂的 2 倍时,拉力为重力的一半,即 F= G= 150 N=75 N。12 1215.400 4500 解析 700 N 的工人用 300 N 的力竖直向下匀速拉动绳子时,工人对底面的压力等于 700 N-300 N=400 N。杠杆 A 端受到的拉力 FA=3300 N+100 N=1000 N,根据杠杆平衡条件有 FBOB=FAOA,则 FB= =500 N,所以物体 M 对地面1000N12的压力为 5000
20、N-500 N=4500 N。16.(1)右 水平 力臂 重力 (2)0.15(3)只做一次实验,结论具有偶然性 (4)能 等于解析 (1)题图 I 中,杠杆左端下沉,则应将左端的平衡螺母向右调节,使杠杆在水平位置平衡,此时作用点到支点的距离和力臂相等,便于测量力臂;支点选在杠杆的中点与杠杆的重心重合,消除杠杆重力对实验的影响。(3)甲同学只做一次实验,结论具有偶然性,找不到普遍规律,做法不合理。17.解:(1)题图中的滑轮为定滑轮,不计绳子重力和转动部分的摩擦,则拉力 F 做的功等于克服杠杆与物重所做的功。10根据题意可知,杠杆 OB 长 1 m,将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中,杠杆
21、和重物上升的高度 h= OB= 1 12 12m=0.5 m,即 W=W 杠 +W 物 =G 杠 h+G 物 h=5 N0.5 m+45 N0.5 m=25 J。(2)如下图所示,由题可知, OAC=45,所以 OC=OA,根据杠杆平衡条件可得 G 总 OM=FON,其中 G 总 =G 杠 +G 物 =50 N,当逆时针转动至某一角度时, G 总 =50 N,拉力 F=50 N,则 50 NOM=50 NON,所以, OM=ON,又因为 OC=OA=OA,根据三角形知识可得 OCN OAN OAM,则 MOA= AON= NOC=30。当杠杆从水平位置沿逆时针缓慢转动 30角后,绳子拉力开始小
22、于 50 N。18.解:(1)由图乙可知,当物体受到的摩擦力为 100 N 时,滑轮组机械效率 1=50%。(2)当 1=50%时,因为物体被匀速拉动,做匀速直线运动,故绳对物体的拉力 Fa=f=100 N,根据 = = = 得,W有W有 +W额 Fas物Fas物 +G动 s物 FaFa+G动动滑轮重 G 动 = = =100 N,(1- )Fa (1-50%)100N50%当 = 75%时,绳对物体的拉力 Fa1= G 动 = 100 N=300 N, 1- 75%1-75%该滑轮组的有用功率 P 有 =Fa1v 物 =300 N0.1 m/s=30 W。(3)由图甲可知,与动滑轮相连的绳子
23、段数 n=3,当物体与地面的摩擦力为 1500 N 时,绳对物体的拉力 Fa2=f2=1500 N,作用在绳子自由端的拉力 F= (Fa2+G 动 )= (1500 N+100 N)533 NG 小熊 =500 N,所以体重为 500 N 的小熊竖直向下拉1n 13绳不能用此滑轮组拉动物体。19.如图所示20.如图所示21.解:(1) F 大 =p 大 S=1104 Pa5 m2=5104 N,11m 大 = = = =5103 kg。G大gF大g5104N10N/kg(2) 由 P= = =Fv 可得 F 牵 = = =900 N。WtFst Pv 9000W3613.6m/s木箱随拖拉机匀速运动时处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,二力大小相等,则冰面对木箱的摩擦力 f=F牵 =900 N。 克服摩擦力所做的功 W=fs=900 N10103 m=9106 J,1 kg 柴油完全燃烧放出的热量 Q 放 =m 柴油 q 柴油 =1 kg4.5107 J/kg=4.5107 J;做功的效率 = = =20%。WQ放 9106J4.5107J率 P= = =5Fv0。Wt总 20Fl34l3v0
