资源描述
专题(三) 功 功率 简单机械 机械效率
|真题回顾|
1.[2018·鄂尔多斯]如图ZT3-1所示,用不同的机械匀速提升同一物体时,最费力的是 ( )
图ZT3-1
2.[2019·鄂尔多斯]如图ZT3-2所示的轻杆(不计杠杆重力),O为支点,物重为30 N, OA∶AB=1∶2,在竖直向上的拉力作用下始终保持平衡状态。下列说法中正确的是 ( )
图ZT3-2
A.该杠杆与镊子类型相同
B.图甲位置时,拉力大小为15 N
C.图甲位置时,若仅增加物重,则拉力的变化量与物重的变化量之比为3∶1
D.如图乙所示保持拉力方向不变,将轻杆匀速提到虚线位置,拉力不变
3.[2016·鄂尔多斯]如图ZT3-3所示杠杆OA处于静止状态,l2是力F2的力臂。请在图中画出力F2的示意图。
图ZT3-3
4.[2011·鄂尔多斯]如图ZT3-4所示,一根杠杆可绕O点转动,B处挂着一重物G,为使杠杆在水平位置保持平衡,请你在A点画出所施加的最小动力F的示意图。
图ZT3-4
5.[2013·鄂尔多斯]用如图ZT3-5所示的滑轮组把170 N的重物匀速提升2 m,人对绳的拉力为100 N,不计绳重和摩擦,所做的有用功是 J,滑轮组的机械效率为 。
图ZT3-5
6.[2014·鄂尔多斯]为了将放置在水平地面上G=100 N的重物提升到高处,小飞同学设计了如图ZT3-6甲所示的滑轮组装置。当小飞用图乙所示随时间t变化的拉力F竖直向下拉绳时,重物上升的高度h随时间t变化的关系如图丙所示,重物上升的速度v随时间t变化的关系如图丁所示(不计摩擦、绳重,绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向)。求:
(1)由图甲、丙提供的信息,可知在1~2 s内,在拉力F的作用下,绳子自由端移动的距离是 m;由图甲、丁提供的信息可知,在2~3 s内,在拉力F的作用下,绳子自由端移动的速度是 m/s。
(2)在1～2 s内,拉力F做的功W。
(3)在2～3 s内,拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η。(结果保留三位有效数字)
图ZT3-6
7.[2015·鄂尔多斯]如图ZT3-7所示,“雪龙号”极地考察破冰船是我国最大的极地考察船,自身质量约为10000 t。“雪龙号”在普通海域最大航速为10 m/s;在1 m厚冰层海域破冰最大航速为3.6 km/h,所受阻力为1.5×107 N。“雪龙号”在两种海域航行时,牵引力的功率相等。请你计算:
(1)“雪龙号”在1 m厚冰层海域以最大航速匀速行驶20 min,克服阻力所做的功是多少?
(2)“雪龙号”在普通海域以最大航速匀速行驶时牵引力的大小是多少?
(3)“雪龙号”补给了100 t的物资后,吃水深度达到8 m,则船底受到海水的压强是多少?“雪龙号”排开海水的体积增加了多少?(g取10 N/kg,ρ海水=1.0×103 kg/m3)
图ZT3-7
|基础过关|
1.[2019·黑龙江省龙东地区]如图ZT3-8所示,力对物体做功的是 ( )
图ZT3-8
2.[2019·黑龙江省龙东地区]2019年3月10日凌晨,我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭,成功将“中星6C”卫星发射升空。在卫星加速升空的过程中,关于卫星的能量分析,下列说法正确的是 ( )
A.动能增加,重力势能不变
B.动能不变,重力势能增加
C.机械能总量不变
D.机械能总量增加
3.[2019·江西]如图ZT3-9所示,物重为G的物体在不同简单机械中均处于平衡状态(不计机械自重和摩擦),拉力F1、F2、F3、F4的大小关系是 ( )
图ZT3-9
A.F2<F3=F4<F1 B.F2<F4<F1<F3
C.F4=F2<F1<F3 D.F4<F2<F3<F1
4.[2019·荆州]湖北省第二届园林博览会将于2019年9月28日在荆州开幕。在某场馆建设中,采用了如图ZT3-10所示的装置提升重物,当工人师傅们用1000 N的拉力F向下拉绳,使重1600 N的重物匀速上升了5 m,此过程中克服绳重和摩擦做功500 J,下列说法中正确的是 ( )
图ZT3-10
A.拉力F做功为5×103 J
B.缠绕在动滑轮上每股绳的拉力为800 N
C.动滑轮重为300 N
D.滑轮组的机械效率为75%
5.[2019·黑龙江省龙东地区]如图ZT3-11所示,小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500 N的物体A,使它匀速前进2 m,地面对它的摩擦力为150 N,小聪施加的拉力F=100 N(忽略绳重和滑轮重),则滑轮组做的有用功为
J,滑轮组的机械效率为 。
图ZT3-11
6.皮划艇是我国奥运会优势项目之一,如图ZT3-12所示,比赛中运动员一手撑住桨柄的末端(视为支点),另一只手用力划桨。下列说法正确的是 ( )
图ZT3-12
A.为省力,可将用力划桨的手靠近支点
B.为省力,可将用力划桨的手远离支点
C.为省距离,可将用力划桨的手远离支点
D.将用力划桨的手靠近支点,既能省力又能省距离
7.如图ZT3-13所示,一块厚度、密度均匀的长方形水泥板放在水平地面上,用一竖直向上的力,欲使其一端抬离地面。则 ( )
图ZT3-13
A.F甲=F乙,因为动力臂都是阻力臂的2倍
B.F甲<F乙,因为乙方法的阻力臂长
C.F甲>F乙,因为乙方法的阻力臂短
D.F甲>F乙,因为乙方法的动力臂长
8.[2018·衡阳]如图ZT3-14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ZT3-14
9.[2018·山西]如图ZT3-15所示,用一根细绳将杠杆AOB在O点悬挂起来,B处挂一重物G,在杠杆上施加最小动力F,使杠杆在图示位置平衡,请你在图中画出这个力的示意图。
图ZT3-15
10.[2019·黔东南州]某大桥设计车速为60 km/h,图ZT3-16甲为该大桥的实景图,其主通航孔桥采用双塔双索面斜拉桥,可逐步抽象成图乙、图丙、图丁所示的模型。
图ZT3-16
(1)可以看出它用到了 (选填“杠杆”或“斜面”)的物理知识。为了减小钢索承受的拉力,在需要与可能的前提下,可以适当 (选填“增加”或“减小”)桥塔的高度。
(2)若某汽车质量为5×103 kg,在大桥上按设计车速水平匀速直线行驶时受到的阻力为汽车重力的0.06倍,则汽车通过该大桥时汽车发动机的功率为 W。(g取10 N/kg)
11.在“探究杠杆平衡条件”的实验中:
(1)小明调节杠杆在水平位置平衡后,按图ZT3-17甲所示,通过加挂钩码分别改变F1、F2,仍使杠杆在水平位置平衡,并用刻度尺在杠杆上测出对应的l1和l2,记录的实验数据如下表:
图ZT3-17
次数
F1/N
l1/cm
F2/N
l2/cm
1
1
8
2
4
2
2
8
1
16
3
2
12
3
8
小明通过观察以上实验装置,并分析数据得出杠杆平衡的条件是:“动力乘以动力作用点到支点的距离=阻力乘以阻力作用点到支点的距离”。小华认为小明的结论不正确,小华为了验证自己的观点,只将图甲中的F1改用弹簧测力计来拉,实验中改变拉力的 ,仍使杠杆在水平位置平衡时,比较拉力的 ,即可证明小华的观点是否正确。
(2)某同学利用身边的塑料直尺和若干硬币来验证杠杆平衡的条件,如图乙所示,当杠杆在水平位置平衡时,他测出从支点O到硬币边缘的距离作为力臂l1和l2的大小,他这种测力臂的方法是 (选填“正确”或“错误”)的。如果将两边的硬币以相同速度同时匀速向支点移动的过程中,杠杆将 (选填“仍平衡”“向左倾斜”或“向右倾斜”)。
12.某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示,实验装置如图ZT3-18所示:
图ZT3-18
实验
次数
钩码重
G/N
钩码上升
高度h/m
拉力
F/N
绳端移动
距离s/m
机械效
率η
1
4
0.1
1.8
0.3
74%
2
4
0.1
1.4
0.5
57%
3
6
0.1
2.4
0.3
(1)通过表中数据可分析出实验2是用图 (选填“甲”或“乙”)所示装置做的实验。
(2)实验3的机械效率是 。(结果保留两位有效数字)
(3)通过实验1和实验2的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,滑轮组的机械效率越 (选填“高”或“低”)。
(4)比较实验1和实验3可得结论:使用同一滑轮组, ,可以提高滑轮组的机械效率。
13.马航MH370航班失联后,各国在南印度洋展开了搜寻客机飞行数据记录仪(俗称“黑匣子”)的工作。客机上安装的黑匣子有两种,一种是座舱话音记录仪,可以记录飞机上的各种通话;另一种是飞行数据记录仪,主要记录飞机的各种飞行数据。我国“海巡01”轮和澳大利亚“海洋之盾”防卫舰相继在南印度洋侦测到疑似客机飞行记录仪发出的水下脉冲信号。之后澳大利亚的潜水员们在南印度洋搜索失联航班MH370搭载的“黑匣子”的下落。(g取10 N/kg,ρ海水=1.03×103 kg/m3)
(1)潜水员在水下80 m处受到海水的压强是多大?
(2)假设潜水员在水下用竖直向上的力举着体积为0.02 m3、密度为2.7×103 kg/m3的物体静止不动,则潜水员的举力是多大?
(3)若潜水员在水下运动时,所受海水阻力与速度的关系如图ZT3-19所示,求潜水员在水下以0.5 m/s的水平速度匀速运动时,潜水员的水平推进力在10 s内所做的功。
图ZT3-19
14.如图ZT3-20所示是打捞沉船中一封闭货箱的模拟装置。已知货箱重5600 N,动滑轮总重400 N,声音在海水中的传播速度是1500 m/s。在海面上用超声测位仪向海底垂直发射声波,经过0.06 s后收到回波。(不计绳重和摩擦,g取10 N/kg,ρ海水=1.0×103 kg/m3)
(1)沉船在水下的深度是多少?
(2)海水对沉船产生的压强是多少?(不计沉船的高度)
(3)货箱离开水面匀速上升过程中,该滑轮组的机械效率是多少?(结果保留三位有效数字)
(4)当货箱在水面下匀速上升时,如果绳子自由端的拉力为800 N,那么货箱的体积是多少?(不计动滑轮体积)
图ZT3-20
|拓展延伸|
15.[2019·广安]如图ZT3-21所示,甲、乙两个滑轮组,其中每个滑轮的质量都相同,分别用拉力F1、F2将重物G1、G2提升相同高度,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是 ( )
图ZT3-21
A.若G1=G2,则拉力F1、F2做的总功相同
B.若G1=G2,则拉力F2做的有用功多
C.若G1>G2,则甲的机械效率大于乙的机械效率
D.若G1>G2,则甲、乙两个滑轮组的机械效率相等
16. [2019·贵州省黔三州]图ZT3-22是某科技小组设计的在岸边打捞水中金属块的装置示意图,每个滑轮重为100 N,均匀实心金属块的密度为8×103 kg/m3,金属块的质量为80 kg。绳重和摩擦、滑轮与轴及杠杆支点处的摩擦、水对金属块的阻力均忽略不计,金属块一直匀速上升。(水的密度ρ水=1.0×103 kg/m3, g取10 N/kg)
(1)在金属块还未露出水面时,求此时金属块所受到的浮力。
(2)在金属块未露出水面时,求人的拉力F。
(3)金属块在水中匀速上升2 m,且金属块未露出水面时,求人的拉力所做的功。
图ZT3-22
17.[2018·桂林]小熊在课外实践活动中,用如图ZT3-23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,滑轮组的机械效率是多大?
(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,该滑轮组做有用功的功率是多大?
(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ZT3-23
【参考答案】
真题回顾
1.D 2.D
3.如图所示
4.如图所示
5.340 85%
6.解:(1)3 6
(2)拉力F做的功
W=Fs=Fnh=50 N×3×1 m=150 J。
(3)拉力的功率
P=F'v绳=40 N×6 m/s=240 W。
2~3 s内拉力做的有用功
W有=Gh'=100 N×2 m=200 J,
做的总功W总=F's'=F'nh'=40 N×3×2 m=240 J,
滑轮组的机械效率η=W有W总=200J240J≈83.3%。
7.解:(1)行驶时间t=20 min=13 h,
行驶的路程s=vt=3.6 km/h×13 h=1.2 km=1200 m,
因为匀速行驶,所以F牵引力=f=1.5×107 N,
克服阻力所做的功W=F牵引力s=1.5×107 N×1200 m=1.8×1010J。
(2)v=3.6 km/h=1 m/s,
牵引力的功率P普=P破冰=F牵引力×v=1.5×107 N×1 m/s=1.5×107 W,在普通海域行驶时牵引力为F普=P普v普=1.5×107W10m/s=1.5×106 N。
(3)船底在8 m深处受到海水的压强p=ρ海水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×8 m=8×104 Pa;
又因为船始终漂浮,故始终有F浮=G物,
F浮增=G物增=100×103 kg×10 N/kg=106 N,
排开海水的体积增加量
V排增=F浮增ρ海水g=106N1.0×103kg/m3×10N/kg=100 m3。
基础过关
1.C 2.D
3.B [解析]因不计机械自重与摩擦,图甲中重物G离支点3个小格,F1离支点3个小格,根据杠杆平衡条件得F1=G;图乙中滑轮组有三段绳子吊着物体,则F2=13G;图丙中F3下方吊着两段绳子,其中一段吊着物体,则F3=2G;图丁中设斜面长为s,则斜面高为h=sin 30°×s,F4=sin30°×S×GS=12G。故有F2<F4<F1<F3。故选B。
4.C [解析]由图知,n=2,拉力端移动距离s=2h=2×5 m=10 m,拉力F做功W总=Fs=1000 N×10 m=1×104 J,故A错误。已知绳子末端的拉力F为1000 N,则缠绕在动滑轮上每股绳的拉力都为1000 N,故B错误。拉力做的有用功W有=Gh=1600 N×5 m=8×103 J,拉力做的额外功W额=W总-W有=1×104 J-8×103 J=2×103 J,此过程中克服绳重和摩擦做的功W额1=500 J,则提升动滑轮做的额外功W额2=W额-W额1=2×103 J-500 J=1.5×103 J,由W=Gh可得动滑轮重力G轮=W额2h=1.5×103J5m=300 N,故C正确。该过程滑轮组的机械效率η=W有W总=8×103J1×104J=80%,故D错误。
5.300 75%
6.B 7.A
8.如图所示
9.如图所示
10.(1)杆杆 增加 (2)5×104
11.(1)方向 大小
(2)错误 向左倾斜
12.(1)乙 (2)83% (3)低 (4)增加被提升物体的重力
13.解:(1)潜水员所受海水压强p=ρ海水gh=1.03×103 kg/m3×10 N/kg×80 m=8.24×105 Pa。
(2)物体在水下受平衡力的作用,则有
G=F浮+F举,
可得潜水员的举力
F举=G-F浮=ρ物gV物-ρ海水gV物=2.7×103kg/m3×10 N/kg×0.02 m3-1.03×103kg/m3×10 N/kg×0.02 m3=334 N。
(3)由图像可知,海水阻力与潜水员的运动速度成正比,则当潜水员运动速度为0.5 m/s时,阻力f=70N0.2m/s×0.5 m/s=175 N,潜水员匀速前进时,潜水员的水平推进力等于阻力,即F=f=175 N,潜水员的水平推进力在10 s内所做的功W=Fs=Fvt=175 N×0.5 m/s×10 s=875 J。
14.解:(1)沉船在水下的深度h=v×12t=1500 m/s×12×0.06 s=45 m。
(2)海水对沉船产生的压强
p=ρ海水gh=1.0×103kg/m3×10 N/kg×45 m=4.5×105 Pa。
(3)沉船离开水面上升的过程中,滑轮组机械效率η=W有W总=G货hG货h+G动h=G货G货+G动=5600N5600N+400N≈93.3%。
(4)货箱在水中匀速上升时,受到竖直向上的拉力、浮力和竖直向下的重力作用处于平衡状态,则有G货=F拉+F浮,
由F=1n(F拉+G动)及n=4可得,
F拉=4F-G动=4×800 N-400 N=2800 N,
所以货箱所受浮力F浮=G货-F拉=5600 N-2800 N=2800 N,
货箱的体积V货=V排=F浮ρ海水g=
2800N1.0×103kg/m3×10N/kg=0.28 m3。
拓展延伸
15.C
16.解:(1)金属块的体积
V=mρ=80kg8×103kg/m3=0.01 m3,
金属块浸没在水中,排开水的体积
V排=V=0.01 m3,
金属块所受浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.01 m3=100 N。
(2)金属块的重力
G=mg=80 kg×10 N/kg=800 N,
金属块对动滑轮的拉力
F1=G-F浮=800 N-100 N=700 N,
该滑轮组n=2,则人的拉力
F=1n(F1+G动)=12(700 N+100 N)=400 N。
(3)拉力端移动的距离s=nh=2×2 m=4 m,
人拉力所做的功W=Fs=400 N×4 m=1600 J。
17.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η1=50%。
(2)当η1=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=f1=100 N,
根据η=W有W有+W额=Fas物Fas物+G动s物=FaFa+G动得,
动滑轮重G动=(1-η)Faη=(1-50%)×100N50%=100 N,
当η'=75%时,绳对物体的拉力
Fa1=η'1-η'G动=75%1-75%×100 N=300 N,该滑轮组做有用的功率P有=Fa1v物=300 N×0.1 m/s=30 W。
(3)由图甲可知,与动滑轮相连的绳子段数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=1n(Fa2+G动)=13×(1500 N+100 N)≈533 N>G小熊=500 N,
所以体重为500 N的小熊不能用此滑轮组竖直向下拉绳拉动物体。
15
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