1、第十二章 简单机械一、选择题1.使用简单机械可以()A.省力B.提高机械效率C.省功D.节省能源2.下列说法正确的是()A.使用简单机械的目的都是为了省力B.使用滑轮组时,省力的同时又省距离C.螺丝刀的手柄越粗,拧螺丝时就越省力D.公路桥引桥是个斜面,引桥越长越费力3.(2015娄底)用图12-23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()图12-234.(2015雅安模拟)工人们为了搬运一个笨重的机器进入厂房,他们设计了如图12-24所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的横截面)。其中最省力的方案是()图12-24图12-255.(2015内江模拟)如图1
2、2-25所示,用一根绳子绕过定滑轮,一端拴在钩码上,手执另一端,分别用力F1、F2、F3匀速拉起钩码。忽略绳子与滑轮的摩擦,下列说法中正确的是()A.F1较小B.F2较大C.F1、F2、F3的大小不能确定D.如果将钩码提升相同的高度,那么力F1、F2、F3做的功相等6.(多选)关于功、功率和机械效率,下列说法正确的是()A.功率大的机械做功一定快B.做功多的机械,机械效率一定高C.省力的机械,机械效率一定高D.做相同的有用功,额外功少的机械,机械效率一定高7.(2015绵阳模拟)骑自行车上一个陡坡时,有经验的同学会沿S型路线骑行,他这样做是为了()A.缩短上坡过程中所走的路程B.减少上坡过程中
3、所做的功C.减小上坡过程中所施加的力D.缩短上坡过程中所用的时间8.(2015柳州模拟)如图12-26所示,质量可忽略的杠杆上所标的每一格长度都是相等的,O为支点,杠杆两边所挂的每一个钩码均相同,杠杆在水平位置平衡。在下列情况下,杠杆仍在水平位置保持平衡的是()图12-26A.两边都减少一个钩码B.两边的钩码下各加挂一个相同的钩码C.左边钩码向右移一格,右边钩码同时向左移一格D.右边钩码下加挂一个相同的钩码,左边钩码同时向左移一格9.(2015德州模拟)某实验小组分别用如图12-27所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)匀速提起相同的重物。不计绳重及摩擦,下列说法正确的是()图12-27A.
4、甲图省力,机械效率甲图大B.甲图省力,机械效率一样大C.乙图省力,机械效率一样大D.乙图省力,机械效率乙图大10.(2015成都模拟)(多选)如图12-28甲所示,建筑工人用滑轮组提升重为285 N的水泥桶,动滑轮重为15 N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。工人在将水泥桶匀速向上拉的过程中,水泥桶上升的高度h随时间t变化的关系如图乙所示。由此可知()图12-28A.水泥桶匀速上升的速度为3 m/sB.010 s内建筑工人对绳的拉力做的功为900 JC.08 s内建筑工人对水泥桶做的功为684 JD.建筑工人对绳的拉力的功率为30 W二、填空题图12-2911.(2015宁波模拟)日本丰田汽车公
5、司,因汽车脚垫和油门踏板问题引发了召回事件,如图12-29所示的油门踏板是一种(选填“杠杆”或“斜面”)类简单机械。使用简单机械的好处(选填一个方面)。请你再举一例生活中的简单机械。12.什么是螺纹呢?如图12-30所示,把三角形的纸片绕在铅笔上形成螺纹;将纸展开会发现,螺纹的实质是(选填一种简单机械),使用它可以,但不能。(后两空均选填“省距离”“省力”或“省功”)。图12-30图12-3113.如图12-31所示,质量为50 kg的人,站在质量为30 kg的吊篮内,他至少用N的拉力拉住绳子,才能使自己和吊篮在空中保持静止。(g=10 N/kg,不计轮重和摩擦)14.(2015江苏模拟)一物
6、体质量为18 kg,如图12-32所示,小明用动滑轮将该物体在4 s内匀速提高2 m。所用拉力为100 N。此过程中,小明做的有用功是J,动滑轮的机械效率是,拉力的功率是W。(g=10 N/kg)图12-32图12-3315.(2015南宁模拟)利用如图12-33所示的斜面提升物体可以(选填“省力”或“费力”)。用平行于斜面的拉力,将重为5 N的物体从斜面底端匀速拉上斜面,物体移动的距离为1 m,上升的高度为0.2 m。已知斜面的机械效率为50%,则拉力大小为N。若该斜面越陡,其机械效率越(选填“高”或“低”)。三、简答与作图题16.(2015南昌模拟)如图12-34所示,两小儿之辩,关于机械
7、省力、省功及机械效率的辩论,你支持哪一方的说法?不支持另外一方的原因是什么?图12-3417.用图12-35所示的滑轮组提升重物,要求绳子自由端移动的速度是物体上升速度的2倍,请在图上画出绕线的方法。图12-35四、实验题18.如图12-36甲所示的是探究“杠杆的平衡条件”的实验装置。图12-36(1)实验前,将杠杆中点置于支架上,当杠杆静止时,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时,保持在位置平衡。这样做的好处是。(2)在杠杆两端挂钩码,不断改变动力或动力臂的大小,调节阻力或阻力臂的大小,使杠杆在原来的位置重新平衡,记录数据如下表:实验次序动力F1/N动力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l
8、2/cm11.0202.01022.051.01032.0102.01043.0102.015分析上表,用F1、F2、l1和l2分别表示动力、阻力、动力臂和阻力臂,则杠杆的平衡条件可表示为。(3)杠杆在生活中有很多应用。现欲使如图乙所示的静止的跷跷板发生转动,小女孩儿可采取的做法是。19.(2015锦州模拟)在“探究滑轮组的机械效率”时,小明利用两组滑轮组进行了5次测量,用一个动滑轮和一个定滑轮测定前4组数据,用两个动滑轮和两个定滑轮得第5组数据,测得数据如下表:实验次数动滑轮重G动/N物重G/N钩码上升高度h/m动力F/N动力作用点移动距离s/m滑轮组的机械效率/%10.510.10.70.
9、347.620.510.20.70.647.630.520.11.10.360.640.540.120.35140.10.5(1)请根据前四组数据,在图12-37甲中画出实验中滑轮组的绕绳方法。图12-37(2)实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计。(3)表格中变化处数据应为;根据图乙中弹簧测力计可知编号数据应为N。(4)由表中第1、2组数据可知,同一滑轮组的机械效率与无关。(5)由表中第3、4组数据可知,同一滑轮组的机械效率与摩擦和有关。(6)有的同学认为:“机械越省力,它的机械效率越高”。你认为这句话是(选填“正确”或“错误”)的。你是用小明收集的数据中两组数据对比分析来判断的。五、计算题20
10、.(2014遵义)一体重为600 N,双脚与地面接触面积为0.05 m2的工人,用如图12-38所示的滑轮组将重为800 N的物体匀速提高了0.5 m,此时该滑轮组的机械效率为80%,则:(不计绳重及摩擦)图12-38(1)在匀速提升物体的过程中,工人对绳子的拉力为多大?(2)在匀速提升物体的过程中,工人对地面的压强为多大?(3)使用该滑轮组,这个工人最多能提起多重的物体?21.水平地面上有一个重为5 000 N的箱子,现用起重机把箱子吊到3 m高的位置,所用时间为10 s,起重臂下的钢丝绳是绕在一个动滑轮上的,如图12-39所示,钢丝绳上的拉力为3 000 N。则:图12-39(1)起重机起
11、吊该箱子的机械效率是多少?(2)钢丝绳上拉力的功率是多少?参考答案1.答案:A分析:使用简单机械可以省力(例如使用撬棒),但要费距离;可以省距离(例如钓鱼竿)但要费力;由功的原理知使用任何机械都不省功,所以使用机械不能既省力、又省距离;使用机械时,不可避免地克服机械自重和摩擦做额外功,不会提高机械效率;使用机械时,不可避免地要消耗一些能源,所以不会节省能源。2.答案:C分析:使用简单机械有时为了省力,有时为了省距离,有时为了改变力的方向等,所以A选项错;使用滑轮组既可以省力费距离,也可以省距离费力,又可以改变力的方向,所以B选项错;螺丝刀的手柄相当于轮轴的轮,轮半径越大使用时越省力,所以C选项
12、正确;斜面越长越省力,所以D选项错。3.答案:D分析:A为费力杠杆,B既不省力也不费力,C只省一半的力,D有3段绳子拉着,能省三分之二的力,所以D最省力。4.答案:C分析:在四种情况中,B、C、D选项都将物体与地面之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,减小了物体与地面之间的摩擦力,而A选项没有,所以首先可以排除A选项;在B选项中使用的是定滑轮,只能改变力的方向不能省力,其所用力的大小与D选项是一样的,都等于物体与地面之间的滚动摩擦力;在C选项中使用的是动滑轮,动滑轮能够省一半的力,此时的拉力等于物体与地面之间滚动摩擦力的一半,所以此时所用的力最小,即最省力。5.答案:D分析:由题图可知,图中滑轮是定滑轮
13、,定滑轮不能省力,所以F1、F2、F3都与物体重力相等,所以三种拉法所用的拉力一样大,A、B、C选项错误;如果将钩码提升相同的高度,由W=Fs=Gh可知,力F1、F2、F3做的功相等,D选项正确。6.答案:AD分析:功率是表示做功快慢的物理量,机器的功率越大,做功就越快,故A选项正确;因为机械效率是有用功与总功的比值,所以做功多,不一定机械效率就高,故B选项错误;省力的机械,额外功不一定小,机械效率不一定高,故C选项错误;因为机械效率是有用功与总功的比值,所以有用功相同时,额外功越小,有用功与总功的比值越大,机械效率越高,故D选项正确。7.答案:C分析:上坡时,自行车上升的高度不变,走S形路线
14、所走的路线较长,A选项错;使用任何机械都不省功,B选项错;上坡时,走S形路线所走的路线较长,相当于增长了斜面的长度,斜面越长越省力,C选项正确;速度一定,走S形路线所走的路线较长,所用的时间较长,D选项错。8.答案:D分析:左边力力臂=23=6,右边力力臂=32=6,杠杆在水平位置平衡。A选项中两边都减少一个钩码,左边力力臂=13=3,右边力力臂=22=4,杠杆不平衡,右端下降,A选项错。同理,我们可分析出B、C选项错;D选项中左边力力臂=42=8,右边力力臂=42=8,杠杆仍在水平位置保持平衡。9.答案:C分析:由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n,则绳子自由端移动的距离s=nh;把相同的
15、重物匀速提升相同的高度,做的有用功相同;不计绳重及摩擦,利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度,做额外功相同;而总功等于有用功加上额外功,可知利用滑轮组做的总功相同,再根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系即可。10.答案:BC分析:由题图知,水泥桶在10 s内上升了3 m,水泥桶匀速上升的速度v=st=3 m10 s0.3 m/s,A选项错;由题图知,010 s内水泥桶上升的高度h1=3 m,拉力端移动的距离s=3h=33 m=9 m,因为不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重,所以F=13(G轮+G物)=13(285 N+15 N)=100 N,拉力做的功W=Fs=100 N9 m=900 J,B选
16、项正确;在08 s内水泥桶上升的高度h2=vt=0.3 m/s8 m=2.4 m,建筑工人对水泥桶做的功W=Gh=285 N2.4 m=684 J,C选项正确;拉力端移动的速度v=3v=30.3 m/s=0.9 m/s,建筑工人对绳的拉力的功率P=Fv=100 N0.9 m/s=90 W,D选项错。11.答案:杠杆省力撬棒(不唯一)分析:油门踏板,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,属于杠杆类的简单机械;使用简单机械,可以省力也可以省距离;生活中省力的有撬棒、扳手等,省距离的有钓鱼竿等。12.答案:斜面省力省功分析:螺纹的实质是一个斜面(如盘山公路),使用它可以省力,但不能省功。图D12-113.
17、答案:200分析:如图D12-1所示,人和吊篮的总质量m=50 kg+30 kg=80 kg,人和吊篮受到的重力G=mg=80 kg10 N/kg=800 N,因为2F+F1=G,F1=2F,所以4F=G,因此F=14G=14800 N=200 N。14.答案:36090%100分析:物体的重力G=mg=18 kg10 N/kg=180 N;克服重力做的功W有=Gh=180 N2 m=360 J;拉力做的功W总=Fs=F2h=100 N22 m=400 J;动滑轮的机械效率=W有W总 =360 J400 J=90%;拉力的功率P=Wt=400 J4 s=100 W。15.答案:省力2高分析:解
18、决此题需要掌握斜面的作用及特点,并且掌握功的原理。斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和斜面的粗糙程度有关,斜面越陡、斜面越光滑,效率越高。16.答案:支持乙的说法。不支持甲的原因:使用任何机械都不省功;使用机械时额外功越多,机械效率越低。分析:根据功的原理,使用任何机械都不省功,因此无论使用哪种机械,都不省功,所以甲的说法不正确;而甲的提升方案中,额外功存在且很大,故机械效率不会很高,乙的提升方案中,额外功很小,故机械效率高,所以我们应支持乙的说法。图D12-217.答案:如图D12-2所示。分析:本滑轮组的结构为一定一动滑轮组,因此有两种绳子的绕法。始端系在定滑轮上,将有2股绳子承担重物;始端系
19、在动滑轮上,将有3股绳子承担重物,要注意拉力移动的速度是物体上升速度的2倍,因此我们选择前种。根据“奇动偶定”的原则,绳子的固定端应该固定在定滑轮上,即从定滑轮开始绕线组装滑轮组。18.答案:(1)水平便于测量力臂(2)F1l1=F2l2(3)向远离支点方向移动分析:第(1)题,在“探究杠杆的平衡条件”实验中,应先调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,这样做是为了便于测量力臂。第(2)题,分析表中的实验数据,发现动力动力臂=阻力阻力臂,用F1、F2、l1和l2分别表示动力、阻力、动力臂和阻力臂,杠杆平衡条件可表示为F1l1=F2l2。第(3)题,要使跷跷板转动,可采取的做法是小男孩儿不
20、动,小女孩儿向远离支点方向移动(或者小女孩儿不动,小男孩儿向靠近支点方向移动;或者小女孩儿不动,小男孩儿蹬地,减小小男孩儿对跷跷板的压力)。图D12-319.答案:(1)如图D12-3所示。(2)匀速(3)66.71.6(4)物体被提升的高度(5)被提升的物重(6)错误4、5分析:(1)由前4组实验数据知,s=3h,所以滑轮组由3股绳子承担物重,因此应从动滑轮绕起,如图D12-3所示。(2)实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,这样才能准确测出拉力的值。(3)=W有W总 =GhFs=4 N0.1 m2 N0.3 m66.7%;由题图知,测力计的分度值为0.2 N,所以其示数为1.6 N。(4)
21、第1、2组数据,动滑轮重、钩码重相同,钩码被提升的高度不同,机械效率相同,可知同一滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关。(5)第3、4组数据,动滑轮、钩码被提升的高度相同,被提升的钩码重不同,机械效率不同,可知同一滑轮组的机械效率与被提升的物重有关。(6)由表格中数据知,第5组滑轮组由5股绳子承担物重,=W有W总=GhFs=4 N0.1m1.6 N0.5 m=50%;由计算知,第5组比第4组滑轮组省力,但机械效率更低,所以“机械越省力,它的机械效率越高”的说法不正确。20.答案:(1)500 N (2)2103 Pa (3)1 000 N分析: 由题图可知,n=2,s=2h=20.5 m=1
22、 m。(1)当提升G=800 N的重物时,W有=Gh=800 N0.5 m=400 J;根据=W有用W总可知,拉力做的功W总=W有用=400 J80%=500 J,拉力为F=W总s=500 J1 m=500 N。(2)地面受到的压力F压=G人-F=600 N-500 N=100 N,工人对地面的压强p=FS=100 N0.05m2=2103 Pa。(3)根据滑轮组拉力与总重的关系F=(G+G动),在不计绳重和摩擦的情况下可求得,动滑轮重G动=nF-G=2500 N-800 N=200 N;人能施加的最大拉力F大=G人=600 N,提升最大物重:G最大=nF大-G动=2600 N-200 N=1 000 N。21.答案:(1)起重机起吊该箱子的机械效率约为83.3%。(2)钢丝绳上拉力的功率是1 800 W。分析:(1)有用功W有=Gh=5 000 N3 m=15 000 J,总功W总=Fs=F2h=3 000 N23 m=18 000 J,起重机起吊该箱子的机械效率=W有W总 =15 000 J18 000 J83.3%。(2)钢丝绳上拉力的功率P=W总t=18 000 J10 s=1 800 W。
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