1、1课时训练 14 简单机械 机械效率基础过关一、选择题1.2018河南下列工具中,使用时属于费力杠杆的是 ( )图 K14-12.2018巴中如图 K14-2所示,在轻质杠杆 OA的中点悬挂一个重物,在右端施加一个始终与 OA垂直的力 F,由水平位置匀速提到如图虚线所示的位置,在这个过程中,拉力 F的大小( )图 K14-2A.一直变大 B.始终不变C.一直变小 D.先变小后变大3.2018临沂图 K14-3(a)所示的杠杆是水平平衡的,如果在支点两侧的物体下方分别加挂一个等重的物体,如图(b)所示,则杠杆 ( )图 K14-3A.右端下沉B.左端下沉C.要保持平衡应将左端的物体向右移动D.要
2、保持平衡应在右端再加挂一个物体4.2018福建 B卷墨经最早记述了秤的杠杆原理。图 K14-4中“标” “本”表示力臂,“权” “重”表示力。以下说法符合杠杆平衡原理的是 ( )2图 K14-4A.“权”小于“重”时, A端一定上扬B.“权”小于“重”时,“标”一定小于“本”C.增大“重”时,应把“权”向 A端移D.增大“重”时,应换用更小的“权”5.2018黄石为探究动滑轮和定滑轮的特点,设计如图 K14-5所示的两种方式拉升重物。下面关于探究的做法和认识正确的是 ( )图 K14-5A.用动滑轮提升重物上升 h高度,弹簧测力计也上升 h高度B.若拉升同一物体上升相同高度,用动滑轮拉力更小,
3、且做功更少C.减小动滑轮质量可以提高动滑轮机械效率D.若用定滑轮 提升重物,当拉力竖直向下时最省力6.如图 K14-6所示,小华用 250 N的力将重 400 N的物体匀速提升 2 m,共用 10 s,在此过程中忽略绳重和摩擦,下列说法正确的是 ( )图 K14-6A .绳子自由端下降了 6 mB.动滑轮重是 10 NC.滑轮组的机械效率为 80%D.提升的重物变为 500 N时,此滑轮组的机械效率将变小7.2018滨州改编如图 K14-7所示,重 40 0 N的物体在 30 N的水平拉力 F的作用下,以 0.1 m/s的速度沿水平地面3向左匀速直线运动了 10 s,滑轮组的机械效率为 80%
4、,则在此过程中,下列说法不正确的是 ( )图 K14-7A.绳子自由端移动的距离为 3 mB.有用功为 400 JC.拉力 F的功率为 9 WD.物体与地面间的滑动摩擦力为 72 N8.2018广安如图 K14-8所示,斜面长 3 m、高 0.6 m,建筑工人用绳子在 6 s内将重 500 N的物体从其底端沿斜面向上匀速拉到顶端,拉力是 150 N(忽略绳子的重力),则下列说法正确的是 ( )图 K14-8A.斜面上的摩擦力是 50 NB.拉力的功率是 50 WC.拉力所做的功是 300 JD.斜面的机械效率是 80%9.2018包头关于下列四种情况说法正确的是 ( )图 K14-9A.图 K
5、14-9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 2二、填空题10.如图 K14-10所示,小强同学用动滑轮将重 400 N的物体匀速提升 2 m,已知动滑轮的机械效率是 80%,则小强同学做的有用功是 J,绳子末端的拉力是 N。 4图 K14-1011.如图 K14-11所示的是滑轮组,每个滑轮的重为 10 N(绳重、摩擦不计),用此滑轮组匀速提起重为 490 N的重物 A,人的拉力 F大小为 N;此滑
6、轮组的机械效率为 %。 图 K14-1112.如图 K14-12所示,用 40 N的力向下拉绳子,使物体在 5 s内匀速上升 0.3 m,滑轮组的机械效率为 80%,则物体的重力为 N,拉力的功率为 W,动滑轮的重力为 N。(不计摩擦和绳重) 图 K14-12三、作图题13.2018衡阳如图 K14-13所示,一根木棒以 O点为支点撬动石块,画出作用在 A点最小动力 F1,并画出阻力 F2的力臂 l2。图 K14-1314.如图 K14-14所示, O是杠杆的支点,请画出作用在 A点让杠杆保持平衡的最小力 F的示意图并标出其力臂 l。5图 K14-14四、实验探究题15.2018长沙在认识到杠
7、杆转动跟力、力臂有关后,某实验小组通过实验进一步探究杠杆的平衡条件,以下是他们的部分实验过程:(1)首先,将杠杆放在水平桌面上,在不挂钩码的情况下,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在 位置平衡,以方便直接读出力臂。 (2)接下来,他们使杠杆在如图 K14-15位置静止,多次实验,记录数据如表格所示(每个钩码的重力为 1 N,杠杆质量、刻度分布均匀);小玲认为杠杆的平衡条件应为 F1=F2,l1=l2;而小军则认为实验还需要进一步改进。你认为小玲总结的杠杆的平衡条件是 (选填“正确的”或“错误的”)。 图 K14-15实验序号 F1/N l1/cm F2/N l2/cm1 2 3 2 32 3 3
8、 3 33 4 3 4 3(3)如果小军在杠杆的左端 A点处再加挂 2个钩码(即左端共 4个钩码),接下来,他应该将右侧的两个钩码向右移动 格,杠杆才会在原位置再次平衡。 16.2018鞍山斜面是在生活和生产中常见的简单机械,也是物理实验中常用的实验器材。(1)使用斜面提升物体可以省力。如图 K14-16甲所示,将重力为 5 N的木块放在长 1 m、高 0.2 m的斜面上,沿斜面向上匀速拉动弹簧测力计,记下弹簧测力计的示数为 1.6 N,则该斜面的机械效率 = %;木块在斜面上运动时受到的滑动摩擦力为 N。继续探究,可以得出斜面越陡,省力越 (选填“多”或“少”),机械效率越 (选填“高”或“
9、低”)。 图 K14-166(2)用斜面探究“物体的动能跟哪些因素有关”的实验,如图乙所示,使一个小球从斜面上不同高度由静止开始滚下,撞击水平面上的小木块,通过观察 比较小球动能的大小,可以探究物体的动能跟 这一因素的关系。 四、计算题17.2018广东如图 K14-17是建筑工地上的起重机示意图,起重机的电动机功率为 3103 W,当它把质量为 1 t的重物匀速提起 24 m时,用时 100 s。( g取 10 N/kg)(1)在这段时间内起重机提起重物做功的功率是多少?机械效率是多少?(2)若起重机 AB长为 20 m,吊起重物时 B端的配重质量为 4 t,为使起重机不翻倒,则 OB长为多
10、少?(不计摩擦和起重机自重)图 K14-17能力培优18.2018温州如图 K14-18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 ( )7图 K14-18图 K14-1919.图 K14-20为一健身器材模型,杠杆 AB可绕 O点在竖直平面内转动, OAOB =14,质量为 60 kg的小明站在水平放置的体重计上,通过该杠杆提起吊篮中的重物,吊篮重 80 N,当边长为 20 cm的正方体重
11、物甲刚被提起时,体重计示数为43 kg;当边长为 40 cm的正方体重物乙刚被提起时 ,体重计示数为 18 kg,杠杆始终在水平位置保持平衡, AB两端绳子拉力保持竖直。不计绳重、杠杆自重和摩擦, g取 10 N/kg。则重物甲与重物乙的密度之比为 ( )图 K14-20A.13 B.23C.32 D.3120.2017株洲改编如图 K14-21所示,一张重 90 N的笔记本电脑桌放在水平地面上,桌面上不放任何物品时,工字型底座右侧两个滚轮对地面的压力共 50 N,则左侧两个滚轮对地面的压力共 N。若底座的长度为 63 cm,则桌子中间支柱到底座右侧的水平距离为 cm。 图 K14-2121.
12、2018衡阳如图 K14-22所示,用滑轮组提起一个重为 7 N的物体,在拉力 F=4 N的作用下,10 s内物体沿竖直方向匀速升高了 2 m,不计绳重和摩擦,可知拉力 F的功率为 W,此滑轮组的机械效率为 。 图 K14-2222.2018泸州如图 K14-23甲所示的滑轮组装置,不计绳重和摩擦,绳对滑轮的拉力方向均为竖直方向。用该滑轮组8提升放置在水平地面上重力 G=80 N的重物到高处。用竖直向下的拉力拉绳的自由端,拉力 F随时间 t变化的图像如图乙所示,重物上升的速度 v随时间 t变化的图像如图丙所示。已知在 24 s内重物上升的竖直高度为 2 m,求:(1)在 46 s内,重物克服重
13、力做功的功率。(2)在 24 s内,绳自由端下降的平均速度。(3)在 02 s内,重物对地面的压力大小。图 K14-2323.图 K14-24是小华利用杠杆提升浸没在水中的物体 B的示意图。杠杆 CD可绕支点 O在竖直平面内转动,OCOD= 1 2,物体 A为配重,其质量为 200 g,烧杯的底面积为 75 cm2,物体 B的质量是 320 g,体积是 40 cm3。当物体B浸没在水中时,水对杯底的压强为 p1。当用力拉物体 A,将物体 B从容器底提出水面一部分以后,杠杆恰好在水平位置平衡 ,此时,竖直向下拉物体 A的力为 F,水对杯底的压强为 p2。若 p1与 p2之差为 40 Pa,则:(
14、 g取 10N/kg)(1)物体 B浸没在水中时受到的浮力多大?(2)水对烧杯底部的压力差多大?(3)拉力 F是多少?(杠杆的质量、悬挂物体 A和物体 B的细绳的质量均忽略不计)图 K14-249参考答案1.B2.C 解析 由图可知, O为杠杆的支点,动力 F始终与 OA垂直,杠杆长即为 动力臂。将杠杆缓慢地由位置 A拉到位置B,动力臂不变,重物对杠杆的拉力为阻力,大小等于重物的重力,其力臂在杠杆由位置 A到位置 B过程中逐渐变小,根据杠杆平衡条件 F1l1=F2l2可知拉力 F一直变小,故选 C。3.A 4.C 5.C6.C 解析 由图可知,滑轮的承重绳 n=2,物体上升 2 m,绳端应该下
15、降 2h=22 m=4 m,故 A错误;因 2F=G 物 +G 动 ,故G 动 =2F-G 物 =2250 N-400 N=100 N,故 B错误; W 总 =G 总 h=(400 N+100 N)2 m=1000 J,W 有 =G 物 h=400 N2 m=800 J,则 = = =80%,故 C正确;由以上分析可知重物越重,滑轮组的机械效率越高,故 D错误。W有W总 800J1000J7.B 解析 由图可知,摩擦力由 3段绳子承担,即 n=3。物体 10 s内移动的距离 s1 =vt=0.1 m/s10 s=1 m,则绳子自由端移动的距离为 s2=ns1=31 m=3 m;拉力 F做的功为
16、总功其大小为 W 总 =Fs2=30 N30 m=90 J,则此过程中有用功为 W 有 =W 总 = 90 J80%=72 J;拉力 F的功率为 P= = =9 W;物体与地面间的滑动摩擦力 f= = =72 N。故选 B。W总t90J10s W有s172J1m8.A 9.C10.800 25011.250 9812.96 7.2 2413.如图所示14.如图所示15.(1)水平 (2)错误的 (3)3解析 (3)若 A点挂 4个钩码,即力变为原来的 2倍,右端挂 2个钩码不变,则力臂应为原来的 2倍,即应将右侧的两 个钩码向右移动 3格,杠杆才会在原位置再次平衡。16.(1)62.5 0.6
17、 少 高(2)小木块移动的距离 速度10解析 (1)木块 在斜面上运动时,拉力做的总功为 W 总 =Fs=1.6 N1 m=1.6 J,有用功为 W 有 =Gh=5 N0.2 m=1 J,则斜面的机械效率 = = =62.5%,额外功为 W 额 =W 总 -W 有 =1.6 J-1 J=0.6 J,滑动摩擦力为 f= = =0.6 N。继续探究,W有W总 1J1.6J W额s0.6J1m可得结论:斜面越陡,省力越少,机械效率越高。17.解:(1)起重机做的功W 有 =Gh=mgh=103 kg10 N/kg24 m=2.4105 J,功率 P= = =2400 W,Wt2.4105J100s机
18、械效率 = = = =80%。W有W总 PP总 2400W3103W(2)根据杠杆平衡条件,有 FAOA=FBOB,即 mAgOA=mBgOB ,OA+OB=AB=20 m , 联立,代入数 据解得, OB=4 m。18.D 19.D20.40 28解析 桌子重 90 N,由左右两侧各两个滚轮支持,右侧两个滚轮对地面的压力为 50 N,则对桌子的支持力为 50 N,可知左侧两个滚轮对桌子的支持力为 90 N-50 N=40 N,对地面的压力共 40 N;由杠杆的平衡条件 F1l1=F2l2可得 50 Nl1=40 Nl2 ,且 l2+l2=63 cm ,联立 可得 l1=28 cm。21.1.
19、6 87.5%22.解:(1)由图丙可知,在 46 s内,重物匀速上升,速度为 2 m/s,重物克服重力做功的功率 P= =Gv=80 N2 m/s=160 W。Ght(2)由图甲可知,该滑轮组 n=2,24 s内重物做加速直线运动,重物上升的平均速度 v= = =1 m/s,绳自由端下降的平st2m2s均速度 v 拉 =nv=21 m/s=2 m/s。(3)46 s内重物匀速上升,处于平衡状态,则动滑轮重力 G 动 =nF-G=250 N-80 N=20 N,02 s内,重物静止,此时滑轮组绳子自由端的拉力为 30 N,即 F 拉 = (G 动 +F 绳 ),物体上方的绳子对物体的拉力 F
20、绳 =nF 拉 -G 动 =230 N-20 N=40 N,1n重物静止,受力平衡,则地面对重物的支持力 F 支 =G-F 绳 =80 N-40 N=40 N,重物对地面的压力和地面对重物的支持力是一对相互作用力,大小相等,则重物对地面的压力也是 40 N。23.解:(1)由阿基米德原理可知,物体 B浸没在水中时的浮力 F 浮 = 水 V 排 g=1103 kg/m34010-6m310 N/kg=0.4 N。(2)前后两次水对烧杯底的压强差 p=40 Pa,则前后两次水对烧杯底的压力差 F= pS=40 Pa7510-4 m2=0.3 N。11(3)物体 A的重力为 GA=mAg=20010
21、-3 kg10 N/kg=2 N,物体 B的重力为 GB=mBg=32010-3 kg10 N/kg=3.2 N;当用竖直向下的力 F拉物体 A,将物体 B提出水面一部分后,杠杆在水平位置平衡时,物体 B受到的浮力减小;因为容器中水的重力不变,容器底受到压力的变化是由浮力变化引起的,故浮力减小值为 F 浮 = F =0.3 N;物体受到的浮力减小,则杠杆右端受到拉力增大量为 F= F 浮 =0.3 N,此时杠杆 恰好在水平位置平衡,由杠杆的平衡条件可得(GA+F)OC=(GB-F 浮 + F)OD,即(2 N +F)OC=(3.2 N-0.4 N+0.3 N)OD ,已知 OCOD= 1 2 ,联立 解得 F=4.2 N。
