第十二章 简单机械 期末过关检测卷解析板.docx
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第十二章简单机械期末过关检测卷解析板
第十二章简单机械期末过关检测卷
一、单选题
1.如图所示的四种工具中与钓鱼竿属于同一类杠杆的是()
A.羊角锤B.镊子C.瓶起子D.托盘天平
【答案】B
【解析】如图的钓鱼杆,靠近身体的手为支点,另一只手为动力的作用点,而阻力的作用点在钓鱼杆的最前端,明显阻力臂大于动力臂,是一个费力杠杆。
A、羊角锤使用时,动力臂大于阻力臂,为省力杠杆,不符合题意;
B、镊子使用时,动力臂小于阻力臂,为费力杠杆,符合题意;
C、起子为使用时,动力臂大于阻力臂,省力杠杆,不符合题意;
D、托盘天平是等臂杠杆的典型应用,不符合题意;
故选B。
2.下列关于简单机械的理解,正确的是()
A.钓鱼用的鱼竿是个省力杠杆
B.滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关
C.使用杠杆,就是为了省力
D.使用定滑轮不省力,但可以省距离
【答案】B
【解析】
A.钓鱼用的鱼竿在使用时动力臂小于阻力臂,所以是费力杠杆,故A错误;
B.滑轮组的机械效率与被提升的物体重力和动滑轮重力有关,故B正确;
C.使用杠杆,有时为了省距离,如费力杠杆,故C错误;
D.使用定滑轮不省力,不省距离,故D错误。
3.如图所示,体积之比为1∶2的甲、乙两个实心物块,分别挂在杠杆两端,此时杠杆恰好水平平衡,则甲、乙两个物块的密度之比为()
A.1∶1B.1∶2C.2∶1D.4∶1
【答案】D
【解析】
设杠杆上每一小格为L,根据杠杆平衡条件得
G甲×4L=G乙×8L
因为
G=mg=ρVg
所以
ρ甲V甲g×4L=ρ乙V乙g×8L
整理可得
故选D。
4.同学们“测量并探究影响滑轮组机械效率高低的因素”,使用了如图所示的装置,下列说法正确的是(每个钩码重相同)()
A.实验需要用到的测量仪器弹簧测力计、刻度尺和停表
B.实验时需要匀速拉动测力计,只有这样测力计示数才能稳定
C.当钩码个数相同时,甲的机械效率比乙高
D.把钩码提高的高度越高,做的有用功越多,机械效率越高
【答案】B
【解析】
A.由η=
知,要测量滑轮组的机械效率,需要测量物重、拉力,物体上升高度、绳子拉下长度,所以需要的测量仪器是弹簧测力计和刻度尺,不需要停表。
故错误;
B.为了保证拉力测量结果的准确,在拉动物体上升过程中需要匀速直线运动,不易时快时慢,造成拉力测量不准确。
故正确;
C.当钩码个数相同,提升相同高度时,做的有用功相同。
但不知道动滑轮的重力、绳重及摩擦,所以不能比较额外功多少,机械效率高低不能比较。
故错误;
D.由据
η=
=
可知机械效率决定于物重和动滑轮重,与物体上升高度无关。
故错误。
故选B。
5.如图所示,用20N的力F拉着重为100N的物体,使其沿水平面以2m/s的速度匀速运动了5s,若每个滑轮重10N,忽略绳重和滑轮轴的摩擦,则下列说法正确的是()
A.拉力F做的功为200J
B.拉力F的功率为120W
C.滑轮组对物体做的有用功为400J
D.滑轮组对物体所做有用功的功率为60W
【答案】D
【解析】
A.由题意知道,物体移动的距离是
s物=vt=2m/s×5s=10m
拉力端移动的距离是
s=2s物=2×10m=20m
所以拉力F做的功是
W总=Fs=20N×20m=400J
故A错误;
B.拉力F的功率是
P=
=
=80W
故B错误;
C.若忽略绳重和滑轮轴的摩擦,则额外功是
W额=G动h=10N×10m=100J
有用功是
W有用=W总-W额=400J-100J=300J
故C错误;
D.有用功的功率
P′=
=
=60W
故D正确。
故选D。
6.用图3甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体,已知滑轮重20N、绳重和摩擦力不计.则()
A.手的拉力:
F甲=F乙;机械效率:
η甲=η乙
B.手的拉力:
F甲<F乙;机械效率:
η甲<η乙
C.手的拉力:
F甲>F乙;机械效率:
η甲<η乙
D.手的拉力:
F甲>F乙;机械效率:
η甲>η乙
【答案】D
【解析】
由图可知,甲滑轮是定滑轮,使用该滑轮不省力,所以拉力等于物体的重力;乙滑轮是动滑轮,使用该滑轮可以省一半的力,即拉力等于物体和滑轮总重力的一半,则手的拉力:
F甲>F乙;两幅图中的W有是克服物体重力做的功是相同的,但乙图中拉力做功要克服动滑轮的重力做功,比甲图中做的总功要多,所以结合机械效率公式
可知,有用功相同时,总功越大的,机械效率越小;
所以选D.
7.利用等重滑轮,分别采用如图所示的两种方式提升同一重物,升高相等高度.若绳重和摩擦不计,下列分析中正确是()
A.乙绳自由端移动距离较大
B.乙绳自由端作用力较小
C.两种方式所做额外功相等
D.增大提升高度效率都变大
【答案】C
【解析】
A.由于两种方式都是由两段绳子承担物重,所在绳端通过的距离都等于物体升高高度的二倍,所以自由端移动的距离相等,故A错误;
B.两种方式都是省一半力,所以自由端的作用力是相等的,故B错误;
C.两种方式做的额外功都是指相等的滑轮提升相同的高度,所以额外功相等,故C正确;
D.滑轮组的效率与提升物体的重的关,与提升的高度无关,故D错。
8.如下图所示的四种机械提起同一重物,不计机械自重和摩擦,最省力的是()
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】
根据题意知道,在不计机械自重和摩擦的条件下使用的简单机械;
A.图的杠杆提升重物时,由于动力臂小于阻力臂,所以是费力杠杆,即
F>G;
B.用图中的杠杆提升重物时,动力臂等于阻力臂,是等臂杠杆,即
F=G;
C.图中滑轮组承担物重的绳子的有效股数是:
n=2,
所以,绳端的拉力是:
;
D.图中滑轮组承担物重的绳子的有效股数是:
n=3
所以,绳端的拉力是:
;
综上所述,只有D图中的机械最省力。
9.如图所示的滑轮组,用F=30N的拉力,拉动水平地面上重为300N的物体,使物体匀速前进了2m.物体和地面之间的摩擦力为45N,在此过程中,下列说法正确的是()
①拉力做的功是120J②绳子自由端移动的距离是2m③滑轮组的机械效率是75%
④A点受到的拉力为300N
A.①④B.②③
C.①③D.③④
【答案】C
【解析】
①②.由图可知,n=2,则绳子自由端移动的距离:
;故②错误;
拉力做的功:
;故①正确;
③.克服物体和地面之间的摩擦力做的功为有用功,则有用功:
W有=fs物=45N×2m=90J,
滑轮组的机械效率:
故③正确;
④.因物体在水平地面上做匀速运动,则此时A处绳子的拉力与物体受到的摩擦力是一对平衡力,所以,A点受到的拉力:
FA=f=45N;故④错误;
故ABD错误,C正确。
10.用一个机械效率为70%的滑轮组,将重为2240N的重物提起,所用的拉力为800N,则滑轮组至少由( )组成.()
A.1个定滑轮和1个动滑轮
B.2个定滑轮和2个动滑轮
C.1个定滑轮和2个动滑轮
D.2个定滑轮和1个动滑轮
【答案】C
【解析】
∵η=
=
=
,∴n=
=
=4;∴应该有4股绳子承物重,∵一个动滑轮只能有2段绳子承重,∴至少需要两个动滑轮如图所示:
显而易见,至少需要一个定滑轮,故选C.
2、填空题
11.人的前臂在肌肉的作用下通过肌腱可以实现关节的转动,如图是前臂握起物体的示意图。
请在图中作出F1和F2两个力的力臂___。
可以看出此杠杆是________(选填“省力杠杆”或“费力杠杆”)。
【答案】见解析费力杠杆
【解析】
力臂是支点到力的作用线的距离,如图F1的力臂为L1,F2的力臂为L2;
从图上可以看出杠杆的动力臂小于阻力臂,为费力杠杆。
12.筷子是中国和其他部分亚洲国家特有的用餐工具,一般使用筷子的方法如图所示,则筷子是_______杠杆,其优点是_______.
【答案】费力省距离
【解析】如图筷子使用时,支路及动力的作用点都在上方手与筷子接触的地方,要夹持的物体的反作用力是阻力,在筷子的下端,明显阻力臂大于动力臂,为费力杠杆,但费力杠杆的优点是可以省距离。
故答案为:
(1).费力
(2).省距离
13.如图所示,用同一滑轮按甲、乙两种方式匀速提升同一物体,物体重100N,滑轮重25N,绳重和摩擦不计.使用图甲的好处是__________,图乙装置的机械效率η乙=________,若图乙中再加挂一物体,机械效率将________.
【答案】可以改变力的方向80%提高
【解析】
由图可知,甲滑轮是定滑轮,绳重和摩擦不计,使用该滑轮可以改变力的方向,
乙滑轮是动滑轮,绳重和摩擦不计,有用功W有用=Gh,总功W总=(G+G轮)h,
则动滑轮的机械效率η乙=
=
=
=
×100%=80%
当提升重物的重力增加,做的有用功就变大,而额外功几乎不变,有用功在总功中所占的比例变大,所以机械效率变大.
14.如图所示,在农村,人们经常用扁担挑水,有一根扁担长1.2m,在左端挂了30kg的水桶,右端挂了20kg的水桶,人的肩应靠近______端最省力,并离这端______m时,扁担才能保持水平静止.
【答案】左
【解析】
扁担在左端挂了30kg的水桶,右端挂了20kg的水桶,左端的重力大于右端的重力,因此人的肩膀应靠近左端更省力;扁担挑水,以肩膀为支点,扁担在水平位置平衡时,设肩膀到扁担左端的距离为L,则肩膀到扁担右端的距离L′=1.2m-L,由杠杆平衡条件可得:
m左g×L=m右g×L′,即:
30kg×10N/kg×L=20kg×10N/kg×(1.2m-L),解得:
L=0.48m.
15.甲、乙两名工人分别用图所示的A、B两种方式,用相同时间将同样重的两个物体提到高处,滑轮重力小于物体的重力,不计摩擦及绳重。
_____工人用力较小;_____所用滑轮的机械效率较大;_____拉力做功的功率较大。
【答案】乙甲乙
【解析】
[1]结合图象进行分析可知:
A图是定滑轮,不能省力;B图是动滑轮,能够省力,所以提起相同的重物,乙工人用力较小;
[2]用定滑轮和动滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,则所做的有用功一样大,不计绳重与摩擦,由于要克服动滑轮重力的作用,所以使用动滑轮做的总功多,由
可知定滑轮的机械效率高,即
;
[3]在相同的时间内,使用动滑轮做的总功多,拉力做功多,由
可知动滑轮拉力做功的功率较大。
16.在抗震救灾中,空降部队的战士跳伞时在空中未打开伞,且加速下降的过程中,战士的动能__,重力势能_____;如果伞打开后,战士匀速下降,则他的动能_____,机械能_____(选填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】增大减小不变减小
【解析】
[1][2]战士跳伞时在空中未打开伞,且加速下降的过程中,其质量不变,速度增大,故动能增大;同时其高度减小,重力势能减小;
[3][4]如果伞打开后,战士匀速下降,其质量不变,速度不变,则动能不变;同时高度减小,则重力势能变小,因机械能等于动能与势能的总和,所以他的机械能减小。
17.巴西奥运会中,我国运动员吴敏霞与施廷懋在女子双人三米板跳水比赛中,勇夺金牌,她们在下落过程中,重力势能变____,动能变____.
【答案】小大
【解析】
跳水运动员下落过程中,质量不变,高度减小,所以重力势能变小;同时其速度变大,所以动能变大.
18.如图所示,物体A的质量为9千克,在大小为5牛的拉力F的作用下,10秒内沿水平地面前进5米,则物体A受到的摩擦力为__牛,拉力F做的功为__焦,功率为__瓦.在此过程中重力对物体A做的功为___焦.
【答案】105050
【解析】
【分析】
【详解】
物体A受到的摩擦力等于滑轮对物体的拉力,根据动滑轮特点可得:
;
拉力做功为:
;
功率为:
;
在此过程中重力没有移动距离,所以重力对物体A做的功为0焦耳.
19.如图所示,用滑轮组拉动重70N的物体A,在10s内使A在水平方向移动5m,所用的拉力为20N,地面对A的摩擦力为30N,则A的速度是_____m/s,滑轮组的机械效率是_____.
【答案】0.575%
【解析】
【详解】
[1]A运动的速度为:
;
[2]滑轮组做的有用功:
,
由图可知:
n=2,绳子自由端移动的距离:
,
拉力F做的总功:
,
滑轮组的机械效率:
.
20.如图10所示,工人用滑轮组匀速提升重800N的货物,所用的拉力F为500N,货物在50s内匀速上升5m.拉力做功的功率是_____W;滑轮组的机械效率是______.
【答案】10080%
【解析】
已知滑轮组绳子的股数n=2,货物上升的速度为
,
绳子自由端移动速度v=2v物=0.2m/s
拉力做功的功率为:
滑轮组的机械效率
21.杠杆的应用非常厂泛,如图所示的甲、乙两种剪刀,正常使用时__________属于省力杠杆(选填“甲”或“乙”);工程车上的起重臂就是一个__________杠杆,使用它的好处是能够省__________;升旗时旗杆上的
装置是__________滑轮(选填“定”或“动”).
【答案】甲费力距离定
【解析】
图甲乙所示的两种剪刀,甲杠杆正常使用时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆;如图所示的工程车上的起重臂就是一个杠杆,使用时它的动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,其好处是能够省距离;如图所示的旗杆上的轴不随物体运动,是定滑轮,它的实质是一个等臂杠杆.
3、实验题
22.如图所示,在壶盖上的A点用力可将壶盖打开,请在A点画出所需最小力F的示意图(O为支点)。
【答案】
23.如图所示,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.
【答案】
24.一个工人站在地面上,使用如图所示的滑轮组将重物从地面提升到楼顶,要求绳子的自由端要向下拉,请你用笔画线代替绳子,画出滑轮组最省力的绕绳方法。
【答案】
4、实验题
25.如图所示是“探究物体动能的大小与什么因素有关”的实验装置.实验中,让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止滚下,碰到一木块.
(1)实验中,通过观察木块被推动的距离来判断钢球动能的大小.
(2)实验中,让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止滚下,是为了探究钢球动能的大小与其____的关系.
(3)如果水平面是光滑的,木块受到钢球撞击后将做__________________.
(4)本实验的科学研究方法用到了控制变量法,在你所学的物理探究实验中,哪些实验也用到了这个研究方法,请举一例._________________________________________.
【答案】速度匀速直线运动探究滑动摩擦力大小跟哪些因素有关
【解析】
(1)“探究物体动能的大小与什么因素有关”的实验中,让同一个钢球从斜面上的不同高度由静止滚下,钢球到达水平面时,速度不同,是为了探究钢球动能的大小与其速度的关系。
(2)如果水平面是光滑的,木块不受摩擦力的作用,木块受到钢球撞击后将做匀速直线运动。
(3)本实验的科学研究方法用到了控制变量法。
在我们所学的物理探究实验中,探究滑动摩擦力大小跟哪些因素有关,也用到了这个研究方法。
26.小明和小红仪器做探究杠杆平衡条件的实验:
(1)实验前,将杠杆的中点置于支架上,当杠杆静止时发现杠杆停在如图甲所示的位置.小明将左端的平衡螺母向右调,小红认为也可以将右端的平衡螺母向_____调(选填“右”或“左”),使杠杆在水平位置平衡.
(2)小明和小红再用弹簧测力计取代一侧的钩码继续探究.小明按图乙进行实验,小红按图丙进行实验,你认为____实验更好,理由是______.
(3)图乙中弹簧测力计的示数____(选填“大于”、“等于”或“小于”)图丙中弹簧测力计的示数.
【答案】右丙图弹簧测力计的拉力与杠杆垂直,力臂可以从杠杠上直接读取大于
【解析】
(1)杠杆左端下沉,应将杠杆重心向右移,所以应将两端的平衡螺母(左端和右端的均可)向右调节;
(2)力臂等于支点到力的作用线的距离,当杠杆在水平位置平衡时,力的方向与杠杆垂直,力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出来,因此小红图丙实验设计的好,此时弹簧测力计的拉力与杠杆垂直,力臂可以从杠杆上直接读取;
(3)分析图乙和图丙能看出,两图中的阻力和阻力臂都是相等的,但图乙中测力计的力臂小于图丙中测力计的力臂,故根据
=
可知,图乙中测力计的示数会大于图丙中弹簧测力计的示数.
27.如上图所示的是“探究影响重力势能大小因素”的实验过程.(容器中装有沙子,沙子上面放了一个小桌子,A和B为实心铁块,A的质量比B小).
(1)由________两图可探究重力势能的大小与质量的关系,结论是:
当________一定时,质量越大,重力势能越大.
(2)由甲丙两图________(填“能”或“不能”)探究重力势能的大小与高度的关系:
理由是________.
(3)本实验是通过观察________来判断重力势能大小的,这也是物理探究过程中较常用的________法,利用本实验装置还可探究________.
【答案】乙丙高度不能没有控制质量相等桌腿在沙子中下陷的程度转换压力的作用效果跟哪些因素有关
【解析】
(1)由乙丙图知,A.B两块铁高度相等,B的质量更大一些,所以可探究重力势能的大小与质量的关系,结论是:
当高度一定时,质量越大,重力势能越大;
(2)由甲丙两图相比,不能探究重力势能的大小与高度的关系,因为AB的质量不相等,探究中存在两个变量;(3)在此实验中,通过观察桌腿陷入沙子中的深度来比较各块铁块重力势能的大小的,这种方法叫做转换法;利用本实验装置还可探究压力的作用效果跟哪些因素有关.
【点睛】
(1)根据重力势能与高度和质量的关系进行分析;
(2)掌握影响物体重力势能的因素:
质量和被举高度;(3)掌握转换法在实验中的应用,实验中通过桌腿陷入沙子的深度比较各铁块重力势能的大小.
28.在探究“杠杆平衡条件”的实验中:
(1)没挂钩码的杠杆右端低左端高,要使它在水平位置平衡,应将杠杆右端的平衡螺母向_____(选填“左”或“右”)调节。
(2)如图甲所示,小明在杠杆左边A处挂了4个1N的钩码,要使杠杆在水平位置平衡,应在杠杆右边B处挂了6个重0.5N的钩码,使杠杆在水平位置平衡,小明根据这次试验得出结论“动力×动力臂=阻力×阻力臂”。
小明实验中的不妥之处是_____
(3)如图乙所示,用弹簧测力计在C处竖直向上拉,当保持杠杆水平平衡,把弹簧测力计逐渐向右倾斜时,小明发现弹簧测力计的示数将逐渐变大,拉力变大的原因_____。
(4)图乙和图丙中的杠杆都处于静止状态,弹簧测力计竖直向上的拉力分别为F乙和F丙,则F乙_____F丙.(选填“>”、“=”或“<”,设杠杆质地均匀,支点恰好在杠杆的重心,不计支点处摩擦)
(5)继续研究杠杆的机械效率,如图丁所示,用轻绳悬挂杠杆一端的O点作为支点,在B悬挂总重为G的钩码,弹簧测力计在A点施加竖直向上的拉力F,使杠杆缓慢匀速上升,用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2;则①杠杆机械效率的表达式为_____(用测量的物理量符号表示)
②若只将测力计的作用点由点A移至C点,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,不计摩擦,杠杆的机械效率将_____(选填“变大”、“变小”或“不变)
(6)如图戊所示为家庭电路常用的两种墙壁开关,其按钮可绕面板内的轴转动。
根据你的生活经验,你认为_____较易损坏,这是因为按动这种开关的_____较小,按动需要的力较大。
【答案】左实验次数太少,结论可能有偶然性拉力的力臂变短=η=
不变1力臂
【解析】
(1)杠杆的左端高说明左端轻,因此应将杠杆右端的平衡螺母向左调节;
(2)实验次数太少可能导致实验结论错误,因此小明实验次数太少,结论可能有偶然性;
(3)当保持杠杆水平平衡,把弹簧测力计逐渐向右倾斜时,动力臂会逐渐减小,阻力和阻力臂不变,根据杠杆的平衡条件可知拉力变大;
(4)当杠杆在水平位置平衡时,
,当杠杆倾斜平衡时,如图所示:
动力臂是OD,阻力臂是OE,
,因为△OAE≈△OCD,所以
,那么F乙=F丙;
(5)①由题知,在图丁中,测力计在A点施加竖直向上的拉力F,使杠杆缓慢匀速上升,用刻度尺分别测出A、B两点上升的高度为h1、h2;
克服钩码重力做的是有用功W有=Gh2,总功是W总=Fh1,
杠杆的机械效率为:
η=
=
;
②将测力计的作用点由点A移至C点,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,这时有用功和总功都不变,因此机械效率不变;
(6)如图戊所示为家庭电路常用的两种墙壁开关,其按钮可绕面板内某轴转动,图1中开关动力臂较小,按动需要的力较大,较易损坏。
五、计算题
29.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F为90N,求拉力做的功.
(3)此杠杆的机械效率.
【答案】
(1)80N
(2)9J(3)88.9%
【解析】
(1)不计杠杆自重和摩擦,由杠杆平衡条件得:
拉力为:
(2)拉力所做的功:
(3)杠杆的机械效率
答:
(1)若不计杠杆自重和摩擦,拉力F为80N;
(2)若实际拉力F为90N,拉力做的功为9J;
(3)此杠杆的机械效率为88.9%。
30.某人用如图所示的牵引装置来锻炼关节的功能。
重物的质量为3千克,若小腿拉绳使重物匀速上升。
求:
小腿对绳的拉力。
【答案】29.4牛
【解析】
图中滑轮为定滑轮,定滑轮不省力,小腿对绳的拉力
F=G=mg=3kg×9.8N/kg=29.4N
答:
小腿对绳的拉力是29.4N。
31.如图所示,有一重力不计、质量分布均匀的长方形薄板,薄板的长度为L。
将薄板最左端置于支架上,支点为O,薄板的最右端用绳子系住,绳子另一端固定在天花板上。
当薄板水平时,绳与薄板所在平面间的夹角为
,此时一个边长为a、密度为
的小正方体滑块A在水平推力F的作用下,从薄板最左端开始在薄板上以v的速度向右做匀速直线运动。
若绳子所能承受的最大拉力为T,求:
(1)滑块在薄板上匀速运动时所受的摩擦力;
(2)滑块滑动过程中对长木板的压强;
(3)绳子刚好被拉断时,滑块在薄板上滑动的时间。
【答案】
(1)F;
(2)
;(3)
【解析】
(1)因为滑块做匀速直线运动,受到的摩擦力
。
(2)滑块滑动过程中对对长木板的压力等于其重力
而受力面积为
;滑块滑动过程中对长木板的压强
滑块滑动过程中对长木板的压强
。
(3)绳子刚好被拉断时滑块在薄板上滑动的时间t,则通过的距离为
,即为阻力臂;根据数学知识,动力臂为
;
根据杠杆的平衡条件
即
绳子刚好被拉断时,滑块在薄板上滑动的时间
所以绳子刚好被拉断时,滑块在薄板上滑动的时间是
。
答:
(1)滑块在薄板上匀速运动时所受的摩擦力为F。
(
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