资源描述
九年级物理上册第十一章机械功与机械能定向训练
考试时间：90分钟；命题人：物理教研组
考生注意：
1、本卷分第I卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分，满分100分，考试时间90分钟
2、答卷前，考生务必用0.5毫米黑色签字笔将自己的姓名、班级填写在试卷规定位置上
3、答案必须写在试卷各个题目指定区域内相应的位置，如需改动，先划掉原来的答案，然后再写上新的答案；不准使用涂改液、胶带纸、修正带，不按以上要求作答的答案无效。
第I卷（选择题 20分）
一、单选题（10小题，每小题2分，共计20分）
1、在北京冬奥会的跳台滑雪比赛中（如图），运动员从陡坡下滑、加速、起跳，然后在落差100多米的山地上自由“飞翔”。针对从陡坡加速下滑的过程，下列说法正确的是（ ）
A．运动员的动能不变 B．运动员的重力势能不变
C．运动员的重力势能减小 D．运动员的动能转化为重力势能
2、如图所示，物块在拉力F的作用下沿斜面向上做匀速直线运动。物块的相关科学量随时间变化规律的图像正确的是（ ）
A． B．
C． D．
3、 “嫦娥一号”返回舱在距离地面一定高度时，需要打开降落伞减速，以便安全着陆，在返回舱减速下降的过程中（ ）
A．动能减小，势能减小，机械能减小 B．动能不变，势能减小，机械能减小
C．动能不变，势能减小，机械能不变 D．动能增大，势能减小，机械能不变
4、用如图所示的滑轮组提升重物时(忽略绳重及摩擦)，下列做法能提高滑轮组机械效率的有
A．增加物体被提升的高度
B．增大动滑轮的重力
C．改变绳子的绕法，减少承担重物的绳子的段数
D．增加物体的重力
5、图示为游乐场中在竖直面内转动的摩天轮，小红乘坐该摩天轮时速度大小不变，则她从最低点上升到最高点的过程中（ ）
A．动能减少 B．重力势能不变 C．机械能增大 D．机械能不变
6、在体育课上，小康用胳膊将排球向上垫起后，排球上升过程中运动得越来越慢。下列说法中正确的是（ ）
A．排球在脱离胳膊后能继续上升，是由于排球所受的重力小于排球的惯性
B．排球在脱离胳膊后的上升过程中，受到方向向上的力
C．排球在脱离胳膊后的上升过程中，重力势能逐渐减小
D．排球在脱离胳膊后的上升过程中，动能逐渐减小
7、关于功和机械能及其转化，下列说法正确的是（ ）
A．吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离时，吊车的拉力对重物做了功
B．卫星从远地点运行到近地点，重力势能减小，动能增大
C．电梯匀速上升过程中，电梯的动能转化为重力势能
D．功率越大，做功越多
8、甲、乙两车同时同地沿同一直线做匀速直线运动，它们的图像如图所示，则（ ）
A．甲车的动能大于乙车的动能 B．甲、乙两车的重力势能相等
C．经过8秒，甲、乙两车相距10米 D．运动10米，甲车比乙车少用4秒
9、如图所示，工人利用滑轮组将质量为57kg的建筑材料匀速提升，绳子自由端移动的速度为0.4m/s，动滑轮的质量为3kg，忽略绳重和摩擦，则（ ）
A．经过10s建筑材料被提升4m B．工人对绳子的拉力为300N
C．经过10s工人做的有用功为2280J D．此过程中该滑轮组的机械效率为90%
10、小明将一箱书搬上三楼，先后采用了两种方法：一是一次把所有的书搬上三楼；二是分两次把所有的书搬上三楼．假设他上楼的速度相同，则这两种方法中
A．第一种所做的总功多一些 B．第二种对书做的功多一些
C．第一种搬书的功率大一些 D．第二种搬书的效率大一些
第Ⅱ卷（非选择题 80分）
二、填空题（5小题，每小题4分，共计20分）
1、如图所示，工人用500N的力F将底面积为100cm2，重为800N的物体在10s内匀速提升了2m，在此过程中，滑轮组的机械效率为______。若改用300N的力来拉这个物体，物体未被拉起，则物体对地面的压强为为______Pa。
2、2020年9月19日，有“亚洲翼装飞行第一人”之称的张树鹏，在天津泰达航母主题公园精准降落在“基辅号”航母甲板的跳靶上，完成了全球首次航母翼装飞行。当其从直升机上一跃而下时，重力势能逐渐______；打开降落伞后匀速下降时，其动能______；在整个下降过程中，张树鹏的机械能______（均选填“增大”“减小”或“不变”）。
3、如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000 N的推力。将重为2000 N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m、高1.5m，则此过程中的有用功为______J ，斜面的机械效率为______。使用斜面可以______ （选填“省力”或“省功”）。
4、如图甲所示，滑轮组在竖直向上的拉力F作用下，将重为105N的物体匀速提起，在5s时间内绳子自由端移动的距离为s=3m。图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳自由端移动距离s的关系图，若绳重和摩擦力不计，则动滑轮为______N，图乙中阴影部分的面积表示的物理量是______，该滑轮组提升此重物时的机械效率为______。
5、用“模拟打桩”来探究物体重力势能的大小与哪些因素有关，物体的质量，实验时，让物体从木桩正上方的某一高度处自由下落，将木桩打入沙中，三次实验木桩进入沙中的深度如图所示，木桩进入沙中的深度越深，则物体对木桩做的功越______，比较、可知：物体重力势能的大小与物体的______有关；比较______可知：物体重力势能的大小与物体的质量有关。
三、计算题（5小题，每小题8分，共计40分）
1、快递业务服务提升了生活质量。为了提高快递配送效率，可使用如图所示的物流机器人完成最后三公里的快速智能配送，若空载时该物流机器人质量为600kg，在某平直道路上匀速行驶100 s，牵引力做功为4.8×104 J，已知机器人所受阻力是重力的0.02倍。当该物流机器人空载时，求：
（1）匀速行驶时受到的牵引力；
（2）匀速行驶时牵引力的功率；
（3）匀速行驶时的速度。
2、如图所示，当某人自由站在水平地面上时，他对地面的压强p0=1.5×104Pa；当滑轮下未挂重物时，他用力匀速举起杠杆的A端，使杠杆在水平位置平衡时，他对地面的压强p1=1.875×104Pa；当滑轮下加挂重物G后，他用力匀速举起杠杆的 A端，使杠杆在水平位置平衡时，他对地面的压强p2=5.25×104Pa，假设这个人用的力和绳端B用的力始终沿竖直方向，加挂重物前后他对杠杆A端施加的举力分别为F1、F2，已知F2=1500N，（杠杆、绳重和机械间摩擦忽略不计，g取10N/kg）求：
（1）人与地面接触面积S的大小？
（2）当重物G被匀速提升过程中，滑轮组的机械效率η？
3、如图已知斜面长为L=5m，斜面高为h=3m。小虎同学用绳子沿斜面将重为G=500N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端。拉力大小为F=400N，绳重、滑轮摩擦不计。求：
（1）小虎对木箱做的有用功W有；
（2）斜面的机械效率η；
（3）木箱受到斜面的摩擦力f。
4、如图所示是世界上第一艘飞艇，它是由法国工程师吉法尔于1852年制造的。这艘飞艇的气囊充满氢气后，长44m，直径11.9m，体积2100m3，形状像一个巨大的橄榄。这年的9月24日，吉法尔乘坐该长艇从巴黎的马戏场出发，用一台2.2kW的蒸汽机带动螺旋桨，以8km/h的速度，飞行了28km。
（1）飞艇的气囊形状像一个橄榄，在前进过程中可以减小______；
（2）充满氢气后气囊受到的浮力是多少?（空气密度取1.29kg/m3）( )
（3）这次飞行，飞行所需时间、蒸汽机做的功及飞行时受到的平均阻力各为多少? ( )
5、如图所示，斜面长s＝2m，高h＝0.8m，建筑工人将重G＝500N的货物箱，用绳子从地面匀速拉到顶端时，沿斜面向上的拉力F＝250N，不计绳重力。求：
（1）该过程拉力F做的总功是多少？
（2）该过程拉力F做的额外功是多少？
（3）货物箱在斜面上受的摩擦力大小是多少？
四、实验探究（2小题，每小题10分，共计20分）
1、在“探究杠杆的平衡条件”的实验中：
（1）实验前，在没有挂钩码和弹簧测力计时，小明发现杠杆左端低、右端高，如图甲所示。此时杠杆处于______（填“平衡”或“非平衡）状态。为了忽略杠杆自重对实验的影响，他应将杠杆右端的平衡螺母向______调节；
（2）如图乙所示，经正确调节后，小明在杠杆左边B处挂2个钩码（实验中每个钩码的重量均为0.5N），为便于实验，在右边A处用弹簧测力计沿______方向拉动杠杆，当杠杆在水平位置平衡时弹簧测力计的示数为______N；
（3）如图丙所示，改用弹簧测力计在C处竖直向上拉住杠杆，将拉力的方向逐渐向右倾斜如图丁，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将______（填“变大”“不变”或“变小”），现分别用丙、丁两种方式将相同钩码向上提升相同的高度，则两次杠杆的机械效率η丙______（填“>”“<”或“=”）η丁（不计摩擦）。
2、在探究“影响滑轮组机械效率因素”的实验中，用到的装置如图所示，实验数据记录如表所示。
实验次数
钩码重力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
1
2
0.1
1.2
0.3
2
2
0.2
1.2
0.6
3
4
0.1
1.9
0.3
4
4
0.1
1.3
0.5
（1）实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；
（2）分析表中数据可知，第4次实验是用图______所示装置来完成的；
（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与重物上升高度_______（选填“有关”或“无关”）；
（4）通过比较__两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高；
（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率_____（选填“越高”、“越低”或“不变”）。
-参考答案-
一、单选题
1、C
【详解】
A．从陡坡加速下滑的过程，运动员的质量不变，速度变大，故其动能变大，故A错误；
BC．从陡坡加速下滑的过程，运动员的质量不变，高度降低，故其重力势能减小，故B错误，C正确；
D．从陡坡加速下滑的过程，因运动员的重力势能减小，动能变大，故可知是运动员的重力势能转化为动能，故D错误。
故选C。
2、B
【详解】
A．物块在拉力F的作用下沿斜面向上做匀速直线运动，路程与时间成正比，图像应为正比例函数，故A错误；
B．物块在拉力F的作用下沿斜面向上做匀速直线运动，速度不变，动能不变，故B正确；
C．物块在斜面的位置逐渐升高，重力势能随时间的增加而增大，故C错误；
D．运动过程中，物块动能不变，重力势能增加，则机械能增加，故D错误。
故选B。
3、A
【详解】
返回舱减速下降过程中，质量不变，速度减小，故动能减小；质量不变，高度减小，故重力势能减小；动能减小，重力势能也减小，故机械能减小。故A符合题意；BCD不符合题意。
故选A。
4、D
忽略绳重及摩擦，克服物体重力所做的功为有用功，克服物体和动滑轮重力所做的功为总功，根据η=×100%=×100%=×100%进行解答．
【详解】
忽略绳重及摩擦，滑轮组的机械效率为：
η=×100%=×100%=×100%=×100%
A. 由表达式可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关，故A错误；
B. 由表达式可知, 增大动滑轮的重力G动,变大，滑轮组的机械效率变小，故B错误；
C. 由表达式可知，滑轮组的机械效率与承担重物的绳子的段数无关，故C错误；
D. 由表达式可知,增加物体的重力G,变小，滑轮组的机械效率变大，故D正确．
故选D.
5、C
【详解】
A．小红的质量不变，乘坐该摩天轮时速度大小不变，则她从最低点上升到最高点的过程中动能不变，故A不符合题意；
B．小红的质量不变，她从最低点上升到最高点的过程中高度升高，则重力势能变大，故B不符合题意；
CD．机械能等于动能与势能之和，从最低点上升到最高点的过程中，小红的动能不变，重力势能变大，则机械能变大，故C符合题意，D不符合题意。
故选C。
6、D
【详解】
A．排球在脱离胳膊后能继续上升，是由于排球具有向上运动的惯性，一切物体都有惯性，故A错误；
B．排球在脱离胳膊后的上升过程中，如果不考虑空气阻力，排球受到方向竖直向下的重力，故B错误；
C．排球在脱离胳膊后的上升过程中，克服重力做功，位置升高，重力势能逐渐增加，故C错误；
D．排球在脱离胳膊后的上升过程中，受重力作用，速度逐渐减小，动能逐渐减小，故D正确。
故选D。
7、B
【详解】
A．吊车吊着重物沿水平方向匀速运动一段距离时，力的方向竖直向上，距离的方向水平向前，方向不一致，所以吊车的拉力对重物没有做功，故A错误；
B．卫星在大气层外运行，不受空气阻力，其机械能是守恒的，卫星从远地点运行到近地点过程中，质量不变，相对高度减小，所以重力势能减小，同时速度增大，动能增大，故B正确；
C．电梯匀速上升的过程中，质量不变、速度不变，高度增大，所以电梯的动能保持不变，重力势能增大，但是不是动能转化来的，故C错误；
D．功率大，是做功快，不一定做功多，故D错误。
故选B。
8、D
【详解】
由图可知，甲乙经过8s，甲的路程是20m，乙的路程是10m，甲的速度
A．动能与质量和速度有关，甲车的速度大于乙车的速度，由于甲乙两车的质量未知，甲车的动能不一定大于乙车的动能，故A不符合题意；
B．重力势能与质量和高度有关，由于甲乙两车的质量和高度未知，甲、乙两车的重力势能不一定相等，故B不符合题意；
C．甲乙经过8s，甲的路程是20m，乙的路程是10m，若甲、乙两车的运动方向相反，则此时甲车与乙车相距
20m+10m=30m
故C不符合题意；
D．运动10米，甲车的时间是4s，乙车的时间是8s，甲车比乙车少用4s，故D符合题意。
故选D。
9、B
【详解】
A．两根绳子分担动滑轮重，故建筑材料移动的速度为
经过10s建筑材料被提升
故A错误；
B．工人对绳子的拉力为
故B正确；
C．经过10s工人做的有用功为
故C错误；
D．此过程中该滑轮组的机械效率为
故D错误。
故选B。
10、C
【详解】
AB．这箱书的重力一定，楼的高度前后不变，由W=Gh可知，两次对书所做的有用功相等；
第一种所做的额外功为克服人的重力做的功，而第二种所做的额外功是两次克服人的重力做的功，因此第二种所做的额外功大于第一种所做的额外功，故第二种所做的总功大于第一种所做的总功，故AB不符合题意；
C．因上楼的速度相同，第二种需要上楼二次，所以第二种所用时间长;两次搬书对书做的功相同，由P=可知P1>P2，故C符合题意；
D．由η=×100%可知，η1>η2，故D不符合题意．
二、填空题
1、 80% 40000
【详解】
[1]对物体做的有用功
由图可知，动滑轮由2段绳子吊着，所以n=2，则s=2h=2×2m=4m，拉力做的总功为
则滑轮组的机械效率为
[2]工人用500N的力拉物体，物体匀速上升，处于平衡状态，受到的绳子的拉力和重力大小相等；若改用300N的力来拉这个物体，物体未被拉起，此时物体也处于平衡状态，受到的绳子的拉力、地面的支持力和重力三力平衡，则此时物体受到的支持力为减小的拉力，即
此时物体对地面的压力和地面对物体的支持力为相互作用力，大小相等，则
物体的底面积为S=100cm2=0.01m2，物体对地面的压强为
2、 减小 不变 减小
【详解】
[1]当其从直升机上一跃而下时，高度减小，质量不变，则重力势能逐渐减小。
[2]打开降落伞后匀速运动时，其速度不变，质量不变，则动能不变。
[3]在整个下降过程中，张树鹏需要克服空气阻力做功，机械能转化为内能，则机械能减小。
3、 3×103 75 % 省力
【详解】
[1]斜面作为简单机械使用时，有用功等于克服物体重力做的功，因此
[2]总功等于推力做的功，因此
所以，机械效率为
[3]任何机械都不能省功，反而会需要做额外功。使用斜面的时候，推力比重力小，因此可以省力。
4、 45 功 70%
【详解】
[1]物体在5s内的移动距离s=3m，连接动滑轮的绳子段数n=3，则物体及动滑轮移动的距离
绳重和摩擦力不计，物体被匀速提起，则可列出
得出动滑轮受重力
[2]图乙中的阴影面积为Fs，而功W=Fs，故图乙中阴影部分的面积表示的物理量是功。
[3]机械效率是机械做的有用功和无用功之比，则该滑轮组提升重物时的机械效率
5、 多 高度 a、c
【详解】
[1]物体下落过程中，物体的重力势能转化为动能，物体的重力势能就越大，对木桩做功越多，木桩陷入沙坑越深，所以我们可以通过木桩陷入沙坑的深度观察来判断重力势能的大小，这用到了转换法。
[2]由、两图可知，物体的质量，从不同高度落下，落下的位置越高，木桩被打得越深，物体的重力势能越大，说明重力势能与高度有关。
[3]比较、两图可知，物体的质量，物体从同一高度落下，质量越大，木桩被打得越深，说明重力势能与质量有关。
三、计算题
1、（1）120N；（2）480W；（3）4m/s
【详解】
解：（1）机器人匀速运动时所受的阻力
f=0.02G=0.02mg=0.02×600kg×10N/kg=120N
机器人匀速运动时所受的牵引力和阻力是平衡力，牵引力
F=f=120N
（2）机器人匀速行驶时牵引力的功率
（3）由
得机器人匀速行驶时的速度
答：（1）匀速行驶时受到的牵引力是120N；
（2）匀速行驶时牵引力的功率是480W；
（3）匀速行驶时的速度是4m/s。
2、（1）0.04m2；（2）90%
【详解】
解：（1）人自由站在水平地面上，人的重力等于对于对地面的压力，由可得
G人=F=p0S
当滑轮下加挂重物G后，他用力匀速举起杠杆的A端，使杠杆在水平位置平衡时，人对杠杆的举力为F2，由可得
F2+G人=p2S
由此得出
F2 =p2S－p0S=(5.25×104Pa－1.5×104Pa)×S=3.75×104Pa×S=37500S
已知F2=1500N，即
37500S=1500N
解得
S=0.04m2
即人与地面接触面积0.04m2。
（2）当滑轮下未挂重物时，他用力匀速举起杠杆的A端，使杠杆在水平位置平衡时，人对杠杆的举力为F1，由可得
F1+G人=p1S
由此得出
F1=p1S－p0S=(1.875×104Pa－1.5×104Pa)×S=0.375×104Pa×S=3750S
当滑轮下未挂重物时，他用力匀速举起杠杆的A端，使杠杆在水平位置平衡时，假设人使杠杆A端上升高度h，则F做的功为
W1=F1h=3750Sh
这时，因没有提升任何物体，所的功为额外功。
当滑轮下加挂重物G后，他用力匀速举起杠杆的A端，使杠杆在水平位置平衡时，假设人使杠杆A端上升高度h，则F做的总功为
W2 =F2h=37500Sh
故滑轮组的机械效率
即滑轮组的机械效率为90%。
答：（1）人与地面接触面积为0.04m2；
（2）当重物G被匀速提升过程中，滑轮组的机械效率为90%。
3、（1）1500J；（2）75%；（3）100N
【详解】
解：（1）小虎对木箱做的有用功
W有=Gh=500N×3m=1500J
（2）拉力做的总功
W总=FL=400N×5m=2000J
斜面的机械效率
（3）克服摩擦力所做的额外功
W额=W总-W有=2000J-1500J=500J
由W额=fL可得物体受到的摩擦力
答：（1）小明做的有用功为1500J；
（2）斜面的机械效率为75%；
（3）物体所受的摩擦力是100N。
4、 空气阻力 27090N 3.5h，2.772×107J，990N
【详解】
解：（1）飞艇的气囊形状像一个橄榄，可以减小迎风面积，从而减小前进过程中受到的空气阻力。
（2）充满氢气后气囊受到空气的浮力是
F浮=ρ空气gV排=ρ空气gV=1.29kg/m3×10N/kg×2100m3=27090N
（3）这次飞行，飞行所需时间为
t=3.5h=1.26×104s
蒸汽机做的功为
W=Pt=2.2×103W×1.26×104s=2.772×107J
飞行时受到的平均阻力为
f=F=990N
答：（1）飞艇的气囊形状像一个橄榄，在前进过程中可以减小空气阻力；
（2）充满氢气后气囊受到的浮力是27090N；
（3）这次飞行，飞行所需时间为3.5h，蒸汽机做的功为2.772×107J，飞行时受到的平均阻力为990N。
5、（1）500J；（2）100J；（3）50N
【详解】
解：（1）所做总功为
W总＝Fs＝250N×2m＝500J
（2）所做有用功为
W有＝Gh＝500N×0.8m＝400J
额外功为
W额＝W总﹣W有＝500J﹣400J＝100J
（3）由W额＝fs得摩擦力为
答：（1）该过程拉力F做的总功是500J；
（2）该过程拉力F做的额外功是100J；
（3）货物箱在斜面上受的摩擦力大小是50N。
四、实验探究
1、 平衡 右 竖直向下 1.5 变大 =
【详解】
（1）[1]图甲所示，此时杠杆处于静止状态，所以杠杠是平衡状态。
[2]实验前杠杆左端低、右端高，应将平衡螺母向右调节，直到杠杠在水平位置平衡，水平位置平衡时，杠杠重心在支点处，能忽略杠杆自重对实验的影响。
（2）[3]如图乙所示，B处受到竖直向下的拉力，要让杠杠在水平位置平衡，右边A处弹簧测力计应沿竖直向下拉杠杆。
[4] 每个钩码的重量为0.5N，B处受到竖直向下的拉力为
当杠杆在水平位置平衡时，由杠杠平衡条件得弹簧测力计的示数为
（3）[5]当C处的拉力的方向逐渐向右倾斜时，拉力的力臂lC变小，杠杆仍然在水平位置平衡，力和力臂乘积不变，由杠杠平衡条件可知弹簧测力计的示数将变大。
[6]图丙、丁中，将相同钩码向上提升相同的高度，则杠杠重心上升高度也相等，所以拉力做的有用功相等，克服杠杠重力做的额外功也相等。总功等于有用功加额外功，所以图丙、丁中拉力的总功也相等，由 可知两次杠杆的机械效率相等。
2、 匀速 丙 无关 1、3 越低
【详解】
（1）[1]实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计，以保证拉力大小不变。
（2）[2]在第4次实验中
s4=0.5m，h4=0.1m
由s=nh可得n=5，即承担物重的绳子股数n=5，所以第4次实验是用丙图所示装置来完成的。
（3）[3]比较实验1、2数据，使用同一滑轮组提升相同重物，物体上升的高度不同，滑轮组的机械效率相同，所以滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。
（4）[4]1、3两次实验
s=0.3m，h=0.1m
由s=nh可得n=3，使用同样的滑轮组，即使用的甲、乙两图，通过实验数据可知，第3次实验物体的重力较大，滑轮组的机械效率较高，得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。
（5）[5]比较3、4两次实验数据，第3次实验使用的是乙图滑轮组，第4次实验使用的是丙图滑轮组，提升相同的重物，第4次实验动滑轮的重力较大，滑轮组的机械效率较低，可以得到不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越低。
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