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课时训练(八) 简单机械 机械效率
(限时35分钟)
|基础巩固|
一、单项选择题
1.[2019·扬州]如图K8-1所示的工具中属于省力杠杆的是 ( )
图K8-1
2.[2018·临沂]如图K8-2甲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,如图乙所示,则杠杆 ( )
图K8-2
A.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.要保持平衡应在右端再加挂一个物体
3.[2018·巴中]如图K8-3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K8-3
A.一直变大 B.始终不变
C.一直变小 D.先变小后变大
4.[2018·黄石]为探究动滑轮和定滑轮的特点,设计了如图K8-4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K8-4
A.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,且做功更少
C.减小动滑轮质量可以提高动滑轮的机械效率
D.若用定滑轮提升重物,当拉力竖直向下时最省力
5.[2019·郴州]利用如图K8-5所示的滑轮组匀速提升200 N的重物,动滑轮重为10 N,则拉力F的大小为(不计绳重与摩擦) ( )
图K8-5
A.70 N B.100 N C.105 N D.110 N
6.[2016·鄂尔多斯]如图K8-6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,下列说法正确的是(忽略绳重和摩擦) ( )
图K8-6
A.绳子自由端下降了6 m
B.动滑轮重是10 N
C.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K8-7所示,重400 N的物体在30 N的水平拉力F的作用下,以0.1 m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10 s,滑轮组的机械效率为80%,则在此过程中,下列说法不正确的是 ( )
图K8-7
A.绳子自由端移动的距离为3 m
B.有用功为400 J
C.拉力F的功率为9 W
D.物体与地面间的滑动摩擦力为72 N
8.[2018·广安]如图K8-8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,则下列说法正确的是(忽略绳子的重力) ( )
图K8-8
A.斜面上的摩擦力是50 N
B.拉力的功率是50 W
C.拉力所做的功是300 J
D.斜面的机械效率是80%
9.[2018·攀枝花]某实验小组分别用如图K8-9所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮等重)在相同时间内把重物G提升相同高度,F1和F2大小相等,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是 ( )
图K8-9
A.力F1和F2做功的功率相同
B.力F1和F2做的总功相同
C.乙滑轮组更省力,两个滑轮组机械效率一样大
D.甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高
二、填空题
10.[2019·宜昌]如图K8-10所示,赛艇的船桨是一种杠杆,划船时它是一个 力杠杆,手移动的距离
(选填“大于”或“小于”)桨在水中移动的距离。
图K8-10
11.[2012·鄂尔多斯]图K8-11所示装置中,每个滑轮的重量为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,人的拉力大小为 N;此滑轮组的机械效率为 %。
图K8-11
12.[2017·鄂尔多斯]如图K8-12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K8-12
三、作图与实验探究题
13.[2019·自贡]如图K8-13所示,轻质杠杆的A点挂一重物G,绳对杆的拉力为F2,O为杠杆的支点。请在杠杆的端点B处画出使杠杆保持静止的最小力F1的示意图,并作出F2的力臂l2。
图K8-13
14.[2015·鄂尔多斯]为了使轻质杠杆AB在如图K8-14所示位置静止,请你在杠杆上画出所施加最小力F1的示意图。
图K8-14
15.[2018·安顺]甲、乙两位同学一起做“探究杠杆平衡条件”的实验,以杠杆中点为支点,如图K8-15甲、乙所示。
图K8-15
(1)实验过程中应将杠杆调节到水平位置平衡,这样做的目的是消除杠杆自重对实验的影响和 ;若杠杆右端低左端高,为使其在水平位置静止,应将左端的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节。
(2)如图甲所示,杠杆在水平位置平衡,记录数据。根据这一次实验数据,甲同学立即分析得出杠杆的平衡条件,这种做法的不足是 。
(3)如图乙所示,乙同学设计了两种实验方案:第一种,弹簧测力计沿竖直方向拉,其示数为F1;第二种,弹簧测力计倾斜拉,其示数为F2。第 (选填“一”或“二”)种实验方案更方便。在同等条件下,两次弹簧测力计示数F1 (选填“<”“=”或“>”)F2。
(4)杠杆在生活中有很多应用。现欲使如图丙所示静止的跷跷板发生转动,右边小女孩可采取的做法是 。
16.[2018·德州]测量滑轮组的机械效率。
步骤
图K8-16为测量某滑轮组机械效率的实验装置。(每个滑轮的质量都相等)
①实验时沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计。
②分析表中数据可知,实验序号2是用图 做的实验。
③实验序号3中的机械效率η=
图K8-16
表格
实验
序号
钩码重
量G/N
钩码上
升高度
h/m
绳端拉
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
8
0.1
3.1
0.3
86%
3
8
0.1
2.5
0.4
结论
通过比较 (填实验序号)两次实验数据可得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。
通过比较2、3两次实验数据可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率
问题
讨论
实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,有同学认为应静止时读数。你认为他的想法
(选填“正确”或“不正确”),因为他没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响
17.[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。
图K8-17
(1)使用斜面提升物体可以省力。如图K8-17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η= %;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“低”)。
(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
18.[2018·广东]如图K8-18是建筑工地上的起重机示意图,起重机的电动机功率为3×103 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长为多少?(不计摩擦和起重机自重)
图K8-18
|挑战自我|
19.[2014·鄂尔多斯]如图K8-19所示,杠杆OA的B点挂着重物G,A端用细绳挂在圆弧形架EF上,此时OA恰好水平,且A点与圆弧形架EF的圆心重合。在绳AM的M端从E点缓慢滑到F点的过程中,绳对A点的拉力的大小将 ( )
图K8-19
A.逐渐变小 B.逐渐变大
C.先变小再变大 D.先变大再变小
20.[2019·海南]图K8-20甲是海南网上扶贫超市给百香果配的多功能小勺子,把A点压在百香果上固定、B处的“刺刀”刺进果壳,用力使勺子绕A点转动一周,“刺刀”就把果壳切开(如图乙所示)。下列关于勺子的构造和使用说法正确的是( )
图K8-20
A.勺子转动时可作省力杠杆用
B.勺柄表面有花纹是为了减小摩擦
C.“刺刀”很尖利是为增大压力
D.勺子绕着百香果转动时运动状态不变
21. [2018·包头]下列关于如图K8-21所示四种情况的说法正确的是 ( )
图K8-21
A.图甲中,物体在2~7 s内的平均速度为2 m/s
B.图乙中,a、b两种物质的密度之比为1∶4
C.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,OA∶AB=1∶2,则F∶G=1∶2
22.[2018·内江]用如图K8-22甲所示的滑轮组运送货物上楼,每件货物重100 N,每次运送的量不定。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像,则动滑轮重为 N;当某次运送3件货物时,绳端的拉力F是 N。(不考虑绳重和摩擦)
图K8-22
23.[2018·荆州]如图K8-23所示是蒙华铁路荆州段长江大桥施工现场,工程师用起吊装置在江中起吊工件。已知工件重4000 N,每个滑轮重500 N,声音在水中的传播速度是1500 m/s。在水面上用超声测位仪向江底的工件垂直发射超声波,经过0.02 s后收到回波。(不计绳重和摩擦,g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
(1)求工件在水下的深度。
(2)不计工件的高度,求水对工件产生的压强。
(3)当工件在水面下匀速上升时,绳子自由端的拉力为500 N,求工件的体积。(不计动滑轮体积)
(4)不计动滑轮体积,求工件在水下匀速上升时滑轮组的机械效率。(结果精确到0.1%)
图K8-23
【参考答案】
1.D [解析]镊子、船桨、钓鱼竿在使用时动力臂均小于阻力臂,为费力杠杆,扳手在使用时动力臂大于阻力臂,为省力杠杆。
2.A
3.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的过程中逐渐变小,根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知拉力F一直变小,故选C。
4.C 5.C
6.C [解析]由图可知,滑轮组的承重绳股数n=2,物体上升h=2 m,绳端应该下降s=2h=2×2 m=4 m,故A错误;由F=1n(G物+G动)可得nF=G物+G动,故动滑轮重G动=nF-G物=2×250 N-400 N=100 N,故B错误;拉力做的总功W总=G总h=(400 N+100 N)×2 m=1000 J,有用功W有=G物h=400 N×2 m=800 J,则该过程滑轮组机械效率η=W有W总=800J1000J=80%,故C正确;由η=W有W总=G物hG物h+G动h=G物G物+G动可知,重物越重,滑轮组的机械效率越高,故D错误。
7.B
8.A [解析]拉力所做的有用功为W有=Gh=500 N×0.6 m=300 J,拉力所做的总功为W总=Fs=150 N×3 m=450 J,C错误。斜面的机械效率为η=W有W总=300J450J≈66.7%,D错误。额外功为W额=W总-W有=450 J-300 J=150 J,斜面上的摩擦力为f=W额s=150J3m=50 N,A正确。拉力的功率为P=W总t=450J6s=75 W,B错误。
9.D
10.费 小于
[解析]赛艇的船桨,在划船时,它的动力臂小于阻力臂,所以船桨在划船时是一个费力杠杆,手移动的距离小于桨在水中移动的距离。
11.250 98
12.96 7.2 24
[解析]由题意可知n=3,由η=W有W总=GhFs=Gh3Fh=G3F,可得物体重力G=3Fη=3×40 N×80%=96 N;拉力的功率P=Fst=3Fht=3×40N×0.3m5s=7.2 W;额外功W额=G动h=W总-W有,则动滑轮重力G动=W总-W有h=3Fh-Ghh=3F-G=40 N×3-96 N=24 N。
13.如图所示
14.如图所示
15.(1)便于测量力臂 左
(2)实验次数太少,结论具有偶然性
(3)一 <
(4)远离支点(或向右移动)
16.步骤 ②乙 ③80%
结论 1、2 越低
问题讨论 不正确 摩擦力
17.(1)62.5 0.6 少 高
(2)小木块移动的距离 速度
[解析](1)木块在斜面上运动时,拉力做的总功为W总=Fs=1.6 N×1 m=1.6 J,有用功为W有=Gh=5 N×0.2 m=1 J,则斜面的机械效率η=W有W总=1J1.6J=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=W额s=0.6J1m=0.6 N。继续探究,可得结论:斜面越陡,省力越少,机械效率越高。
18.解:(1)起重机做的功
W有=Gh=mgh=103 kg×10 N/kg×24 m=2.4×105 J,
做有用功功率P有=W有t=2.4×105J100s=2400 W,
机械效率η=W有W总=P有tP总t=P有P总=2400W3×103W=80%。
(2)根据杠杆平衡条件,有FA·OA=FB·OB,
即mAg·OA=mBg·OB①,
OA+OB=AB=20 m②,
①②联立,代入数据解得,OB=4 m。
19.C 20.A
21.C [解析]由图甲可知,物体在2~7 s内通过的距离为s=6 m-2 m=4 m,则平均速度v=st=4m5s=0.8 m/s,故A错误。由图乙可知,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ρa∶ρb=20g4cm3∶5g4cm3=4∶1,故B错误。由图丙可知,承担对物块M拉力的绳子股数n=2,此滑轮组的机械效率为η=W有W总=fsFns=fnF=15N2×10N=75%,故C正确。根据图丁和杠杆平衡条件,可得F·OB=G·OA,FG=OAOB=OAOA+AB=11+2=13,故D错误。
22.100 200
23.解:(1)工件在水下深度h=v×12t=1500 m/s×0.02 s×12=15 m。
(2)水对工件产生的压强
p=ρ水gh=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×15 m=1.5×105 Pa。
(3)由图知,滑轮组n=3,不计绳重及摩擦,不计动滑轮体积,工件在水面下匀速上升时有F拉=1n(G物+G动-F浮),
则工件所受浮力
F浮=G物+G动-nF拉=4000 N+500 N-3×500 N=3000 N,
则工件的体积
V=V排=F浮ρ水g=3000N1.0×103kg/m3×10N/kg=0.3 m3。
(4)工件在水中匀速上升时, 滑轮组的机械效率η=(G物-F浮)h'F拉s=G物-F浮nF拉=4000N-3000N3×500N≈66.7%。
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