人教版八年级下册第十二章 简单机械综合与测试当堂检测题
展开(培优篇)2021-2022学年下学期初中物理人教新版八年级第12章练习卷
一.选择题(共12小题)
1.关于杠杆,下列说法正确的是( )
A.力臂一定是杠杆上的一部分
B.力臂就是从支点到力的作用线的距离
C.只有在费力情况时才能省功
D.杠杆平衡时,动力+动力臂与阻力+阻力臂总是相等的
2.人踮脚时脚掌可以看作一个杠杆,下列能正确表示踮脚时该杠杆的支点、动力和阻力的示意图是( )
A. B.
C. D.
3.图中正在使用的简单机械,属于费力杠杆的有( )
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
5.大人利用滑轮将重物吊到二楼,孩子想帮忙,却把自己吊了上去,如图所示。针对此过程,下列说法中错误的是( )
A.小孩在上升过程中,运动状态一定保持不变
B.他们使用的滑轮是定滑轮,目的是为了改变力的方向
C.小孩上升的高度等于重物下降的高度,小孩上升速度等于重物下降速度
D.小孩的体重小于大人的体重,大人体重大于重物重力
6.如图所示,用大小相同的拉力F把等质量的甲、乙两物体沿斜面AB、AC从底端匀速拉到斜面顶端,两次的机械效率分别为η甲、η乙,下列分析正确的是( )
A.η甲>η乙 B.η甲<η乙
C.η甲=η乙 D.条件不足,无法比较
7.关于定滑轮和动滑轮,以下说法不正确的是( )
A.定滑轮实质是个等臂杠杆
B.使用定滑轮不省力但能改变动力方向
C.动滑轮实质是个动力臂为阻力臂两倍的杠杆
D.使用动滑轮能省一半力,还能改变动力的方向
8.若用滑轮组提升物体,且提升的物体重力大于动滑轮重力。则关于滑轮组的叙述,较全面的是( )
A.一定省力,又能改变力的方向
B.一定省力,但不能改变力的方向
C.不一定省力,但一定能改变力的方向
D.一定省力,是否改变力的方向要具体分析
9.下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是( )
A.做功多的机器机械效率一定高
B.功率大的机器做功时间一定短
C.功率小的机器做功慢
D.机械效率高的机器功率一定大
10.为创建省级文明县城,提升城市品味,我县对主要街道进行改造。如图是一辆东风牌汽车发动机功率为160kW,运送5t的沙石,以5m/s的速度在30°角的东门坡匀速到达坡顶,已知东门坡长300m(g取10N/kg),则下列说法正确的是( )
A.汽车从斜坡底端到达坡顶的时间约是6min
B.汽车上坡时的牵引力是3.2×104N
C.汽车做的有用功为1.5×107J
D.汽车运送沙石的机械效率是64%
11.“节约用水,人人有责”,我们应养成随手关闭水龙头的好习惯。水龙头手柄可视为如图所示杠杆,O为支点,F为阻力,分别沿图示的三个方向用力关闭水龙头,下列说法正确的是( )
A.沿F1方向最省力 B.沿F2方向最省力
C.沿F3方向最省力 D.三个方向同样省力
12.用如图重为G的均匀杠杆,先后把同一重物挂在A、B两处匀速提升相同高度,支点处的摩擦不计,拉力方向始终竖直向上。下列说法正确的是( )
A.重物在A点处人做的有用功多
B.在提升重物时杠杆可节省距离
C.重物在A点处杠杆的机械效率更高
D.重物在B点处杠杆的机械效率更高
二.填空题(共6小题)
13.玉潭1805班一同学用如图所示的杠杆在B处提升重物,O为支点,此杠杆属于 (省力/费力)杠杆,他若将拉力位置移到C处,拉力 (变小/不变/变大)。
14.如图所示,三角支架ABC固定在客厅墙上,一花瓶正好放置在AB处,若花瓶的重力较大,为防止因A处螺钉松脱而支架绕C点倾翻,所放置花瓶时应尽量 (选填“靠近”或“远离”)墙壁可确保安全,原因是: 。
15.生活中我们经常使用滑轮来提升物体,图中 (选填“a“或“b“)图为定滑轮。使用动滑轮不能改变力的方向, 省力(选填“可以“或者“不可以”)。
16.如图甲所示的水龙头很难徒手拧开,将如图乙的钥匙,安装后(如图丙所示)容易打开,则此时钥匙相当于一个 (选填“斜面”、“滑轮”或“轮轴”),属于 (选填“省力”或“费力”)机械。
17.用5m长的木板把600N的重物推到2m高的汽车上,如果这个斜面的机械效率为80%,那么实际用的推力是 N。
18.工人把两个相同的货箱分别沿如图所示的斜面A和B以相同的速度匀速推上货车,斜面A和B的粗糙程度和高度相同,斜面A的长度小于斜面B的长度。甲图中工人对货箱做的有用功为W甲,斜面的机械效率为η甲,乙图中工人对货箱做的有用功为W乙,斜面的机械效率为η乙,则W甲 W乙,η甲 η乙(两空均选填“<”或“>”)。
三.作图题(共2小题)
19.小女孩要用如图装置提起重物,请画出该滑轮组达到此要求最省力的绕线方式。
20.如图是我们经常起瓶盖的起子。请在图中画出作用在A点最小的力F及在B点作出阻力F2。
四.实验探究题(共3小题)
21.利用杠杆开展相关实验探究:
(1)安装好杠杆,将其放到水平位置后松手,发现杠杆在竖直平面内沿顺时针方向转动,如图甲所示.则应将平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节,直到杠杆在水平位置平衡;调节杠杆在水平位置平衡的目的是 。
(2)如图乙所示,在A点挂3个重力均为0.5N的钩码,在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆,使其在水平位置平衡,弹簧测力计的示数为 N;若在第(1)小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验,弹簧测力计的示数会 (选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(3)始终垂直于杠杆向下拉弹簧测力计,使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度,如图丙所示.此过程中,弹簧测力计拉力的力臂 (选填“变大”“变小”或“不变”,下同),拉力的大小 。
22.如图所示,小明分别使用甲、乙图中两种不同的机械将同一物体M匀速提升同样高度。测得两次拉力F甲、F乙和物体M所受的重力GM如下表所示。当使用乙机械时,测得绳子自由端移动的距离是物体M上升高度的2倍。
F甲
F乙
GM
10N
5N
8N
(1)从表中数据可知:甲机械 (选填“省力”“费力”或“不省力也不费力”),甲机械所做的有用功 (选填“大于”“等于”或“小于”)乙机械所做的有用功;
(2)乙提升物体M时的机械效率是 。
23.小金用如图所示的装置研究某斜面的机械效率与木块重力大小之间的关系,实验时控制木块与斜面的粗糙程度都相同,部分实验数据如下表:
实验
次数
斜面倾
角
木块重
G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长s/m
有用功
W/J
总功W/J
机械
效率η
1
30°
1.0
0.5
0.7
1.0
0.5
0.7
71.4%
2
30°
2.0
0.5
1.4
1.0
1.0
1.4
①
3
30°
3.0
0.5
2.1
1.0
1.5
2.1
71.4
(1)表中空格①的值是 ;
(2)小明分析实验数据得出的初步结论是:在斜面倾角和木块与斜面的粗糙程度不变时,斜面机械效率与木块重力大小无关。对此,你对小明有何建议?. ;
(3)为提高测量的准确度,在用弹簧秤测拉力时,需要注意的事项是 (写一条即可)。
五.计算题(共2小题)
24.如图所示,用沿斜面向上大小为4N的拉力,将一个重5N的物体从斜面底端匀速拉至顶端。已知物体沿斜面上滑的距离为5m,上升的高度为3m。求:
(1)全过程拉力的有用功W有及总功W总各为多少J?
(2)斜面的机械效率为多少?
(3)物体受到的摩擦力为多少N?
25.滑轮组能省力又改变力的方向。建筑工人用自制的滑轮组把重600N的重物提升2m。如图所示,绳子自由端的拉力F=250N,(不计摩擦和绳子重)求:
(1)该滑轮组的机械效率;
(2)用该滑轮组提起重750N的重物时,滑轮组的机械效率。
(培优篇)2021-2022学年下学期初中物理人教新版八年级第12章练习卷
参考答案与试题解析
一.选择题(共12小题)
1.关于杠杆,下列说法正确的是( )
A.力臂一定是杠杆上的一部分
B.力臂就是从支点到力的作用线的距离
C.只有在费力情况时才能省功
D.杠杆平衡时,动力+动力臂与阻力+阻力臂总是相等的
【分析】(1)(2)力臂是从支点到力的作用线的距离,有的力臂在杠杆上,有的不在杠杆上;
(3)使用机械的主要目的是省力、省距离或改变力的方向,但任何机械都不能省功;
(4)杠杆的平衡条件:动力×动力臂与阻力×阻力臂总是相等的。
【解答】解:A、力臂不一定是杠杆的长度,力臂可能在杠杆上也可能不在杠杆上,故A错误;
B、力臂是从支点到力的作用线的距离,简单地说,就是“点到线”的距离,故B正确;
C、使用任何机械都不能省功,故C错误;
D、根据杠杆的平衡条件,杠杆平衡时,动力×动力臂与阻力×阻力臂总是相等的,故D错误。
故选:B。
【点评】本题是一道综合性较强的题目,在解题时要结合杠杆的五要素认真分析每一个选项,属于基础知识的考查。
2.人踮脚时脚掌可以看作一个杠杆,下列能正确表示踮脚时该杠杆的支点、动力和阻力的示意图是( )
A. B.
C. D.
【分析】根据杠杆绕着转动的固定点叫支点,可判断杠杆的支点;动力F1使杠杆绕固定点转动。
【解答】解:踮起脚时,脚尖O为支点,人的重力落在脚掌中为阻力,脚干对脚跟的拉力为动力,动力臂大于阻力臂,是一个省力杠杆;如A。
故选:A。
【点评】掌握杠杆的五个要素:支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。
3.图中正在使用的简单机械,属于费力杠杆的有( )
A.①③ B.②③ C.①④ D.②④
【分析】结合图片和生活经验,先判断杠杆在使用过程中,动力臂和阻力臂的大小关系,再判断它是属于哪种类型的杠杆。
【解答】解:①、起子在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;
②、镊子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;
③、筷子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;
④、羊角锤在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;
可见,属于费力杠杆的是②③。
故选:B。
【点评】此题考查的是杠杆的分类和特点,主要包括以下几种:①省力杠杆,动力臂大于阻力臂;②费力杠杆,动力臂小于阻力臂;③等臂杠杆,动力臂等于阻力臂。
5.大人利用滑轮将重物吊到二楼,孩子想帮忙,却把自己吊了上去,如图所示。针对此过程,下列说法中错误的是( )
A.小孩在上升过程中,运动状态一定保持不变
B.他们使用的滑轮是定滑轮,目的是为了改变力的方向
C.小孩上升的高度等于重物下降的高度,小孩上升速度等于重物下降速度
D.小孩的体重小于大人的体重,大人体重大于重物重力
【分析】定滑轮不能省力,也不省距离,但可以改变力的方向,物体移动的速度等于绳子自由端移动的速度。
【解答】解:A、小孩在上升过程中,受到的拉力大于本身的重力,运动状态一定发生改变,故A错误;
B、使用定滑轮目的是为了改变力的方向,故B正确;
C、定滑轮不能省力,也不省距离,物体移动的速度等于绳子自由端移动的速度,所以小孩上升的高度等于重物下降的高度,小孩上升速度等于重物下降速度,故C正确;
D、大人利用滑轮将重物吊到二楼,说明大人体重大于重物重力;孩子把自己吊了上去了,说明小孩的体重小于物体的重力,小孩的体重自然也小于大人的体重,故D正确。
故选:A。
【点评】本题考查了定滑轮的基础知识,难度较低,需掌握。
6.如图所示,用大小相同的拉力F把等质量的甲、乙两物体沿斜面AB、AC从底端匀速拉到斜面顶端,两次的机械效率分别为η甲、η乙,下列分析正确的是( )
A.η甲>η乙 B.η甲<η乙
C.η甲=η乙 D.条件不足,无法比较
【分析】根据W=Fs即可判断两拉力做功的多少;先判断有用功的关系,然后根据机械效率公式比较机械效率之间的关系。
【解答】解:已知AB>AC,拉力相同,由W=Fs可知,W1总>W2总;已知物体的重力不变,斜面的高度不变,故由W=Gh可知,将等质量的甲、乙两物体分别沿斜面AB、AC从底部匀速拉到顶点所做的有用功相同,W1有=W2有;因为W1总>W2总,由η=可得,η甲<η乙。
故选:B。
【点评】本题以斜面为载体考查了有用功和总功的大小、机械效率高低的比较,属于基础题。
7.关于定滑轮和动滑轮,以下说法不正确的是( )
A.定滑轮实质是个等臂杠杆
B.使用定滑轮不省力但能改变动力方向
C.动滑轮实质是个动力臂为阻力臂两倍的杠杆
D.使用动滑轮能省一半力,还能改变动力的方向
【分析】动滑轮的特点:动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆,使用动滑轮能省一半力,但费距离;
定滑轮实质是等臂杠杆,不省力也不费力,但可以改变作用力方向。
【解答】解:AB、定滑轮实质是等臂杠杆,不省力也不费力,但可以改变作用力方向,故AB正确;
CD、动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆,使用动滑轮能省一半力,但不能改变力的方向,故C正确,D错误。
故选:D。
【点评】解决此类题目要结合定滑轮及其定滑轮的工作特点进行分析。
8.若用滑轮组提升物体,且提升的物体重力大于动滑轮重力。则关于滑轮组的叙述,较全面的是( )
A.一定省力,又能改变力的方向
B.一定省力,但不能改变力的方向
C.不一定省力,但一定能改变力的方向
D.一定省力,是否改变力的方向要具体分析
【分析】利用下列知识分析判断:
(1)定滑轮的特点:不省力,但可以改变力的方向。
(2)动滑轮的特点:能省一半的力,但不能改变力的方向。
(3)滑轮组是将定滑轮与动滑轮结合在一起,既能省力,又能改变力的方向。
(4)如果提升的物体重力远小于动滑轮重力,则使用滑轮组就不能省力。如果提升的物体重力大于动滑轮重力,则使用滑轮组就一定省力。
【解答】解:
A、如右图所示,滑轮组有三段绳子,力的方向向上,因此可以省力但不能改变力的方向。故A不符合题意。
B、如左图所示,滑轮组有两段绳子,力的方向向下,因此可以省力,同时能改变力的方向。故B不符合题意。
C、左图滑轮组能省力、能改变力的方向;右图滑轮组能省力,不能改变力的方向。故C不符合题意。
D、因为提升的物体重力大于动滑轮重力,则使用滑轮组一定省力,是否改变力的方向要具体分析,故D符合题意。
故选:D。
【点评】本题考查滑轮组的工作特点,属于基础性题目,难度不大。
9.下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是( )
A.做功多的机器机械效率一定高
B.功率大的机器做功时间一定短
C.功率小的机器做功慢
D.机械效率高的机器功率一定大
【分析】①功率是描述物体做功快慢的物理量,它等于单位时间内所做的功,功率大则做功快;功率与效率大小没有关系;
②机械效率反映了机械的性能优劣,是有用功与总功的比值;机械效率与做功多少没有直接关系。
【解答】解:A、有用功与总功的比值叫机械效率,故机械效率与做功的多少无关,故A错误;
B、功率等于功和做功时间的比值,功率大,功多少不确定,时间不确定,故B错误;
C、功率反映做功的快慢,功率大则做功快,功率小,则做功慢,故C正确;
D、机械效率与机械功率大小没有直接关系,机械效率高的机器功率不一定大,故D错误。
故选:C。
【点评】深刻理解功率和机械效率的概念是解决此题的关键;还要充分考虑选项中的条件,适当运用公式等方法。
10.为创建省级文明县城,提升城市品味,我县对主要街道进行改造。如图是一辆东风牌汽车发动机功率为160kW,运送5t的沙石,以5m/s的速度在30°角的东门坡匀速到达坡顶,已知东门坡长300m(g取10N/kg),则下列说法正确的是( )
A.汽车从斜坡底端到达坡顶的时间约是6min
B.汽车上坡时的牵引力是3.2×104N
C.汽车做的有用功为1.5×107J
D.汽车运送沙石的机械效率是64%
【分析】(1)已知斜坡的长度和汽车的行驶速度,根据t=求出汽车从斜坡底端到达坡顶的时间;
(2)已知汽车发动机功率和汽车的行驶速度,根据P===Fv求出汽车上坡时的牵引力;
(3)根据直角三角形的角边关系求出斜面的高度,根据W=Gh求出有用功;
(4)根据W=Fs求出总功,汽车运送沙石的机械效率等于有用功与总功之比。
【解答】解:
A.由v=可得,汽车从斜坡底端到达坡顶的时间t===60s=1min,故A错误;
B.由P=Fv可得,汽车上坡时的牵引力F===3.2×104N,故B正确;
C.坡顶的高度h=s×sin30°=300m×=150m,
汽车做的有用功:W有=Gh=mgh=5×103kg×10N/kg×150m=7.5×106J,故C错误;
D.汽车做的总功:W总=Fs=3.2×104N×300m=9.6×106J,
汽车运送货物的机械效率:η=×100%=×100%=78.125%,故D错误。
故选:B。
【点评】本题考查了速度公式、重力公式、功的公式、功率公式、效率公式的灵活运用,明确额外功以及与总功、有用功的关系是关键。
11.“节约用水,人人有责”,我们应养成随手关闭水龙头的好习惯。水龙头手柄可视为如图所示杠杆,O为支点,F为阻力,分别沿图示的三个方向用力关闭水龙头,下列说法正确的是( )
A.沿F1方向最省力 B.沿F2方向最省力
C.沿F3方向最省力 D.三个方向同样省力
【分析】根据杠杆平衡条件分析解答:动力×动力臂=阻力×阻力臂(F1 L1=F2 L2),在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小。
【解答】解:由杠杆平衡条件F1 L1=F2 L2可知,在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小;
在杠杆的最上端点施加动力,当动力的方向与支点和力的作用点的连线垂直时,动力臂最大,此时最省力,即沿F2方向最省力。
故选:B。
【点评】此题主要考查了学生对杠杆平衡条件的应用,要使动力最小,则力臂应最长,找到动力作用点A到支点O的最长动力臂是解决问题的关键。
12.用如图重为G的均匀杠杆,先后把同一重物挂在A、B两处匀速提升相同高度,支点处的摩擦不计,拉力方向始终竖直向上。下列说法正确的是( )
A.重物在A点处人做的有用功多
B.在提升重物时杠杆可节省距离
C.重物在A点处杠杆的机械效率更高
D.重物在B点处杠杆的机械效率更高
【分析】(1)知道重物重力和重物上升的距离,根据W=Gh求出有用功;
(2)根据动力臂和阻力臂的大小分析;
(2)由于拉力总是竖直向上的,重物挂在杠杆的A、B两处,所以动力臂不变,阻力臂变大,知道利用杠杆所做的额外功就是克服杠杆的重力而做的功,则根据杠杆的重力和杠杆中点上升的距离,根据W=Gh求出额外功;求出总功;根据机械效率公式求出机械效率。
【解答】解:
A、利用杠杆提升重物时,所做的有用功为W有用=Gh,在A、B两处提升的是同一个重物,上升同样的高度,所以在A、B两处人做的有用功相同,故A错误;
B、根据力臂的定义,由图可知,动力臂大于阻力臂,则该杠杆为省力杠杆,费距离,故B错误;
CD、由图可知,在A、B两处提升重物,重物上升同样的高度时,杠杆的重心上升的高度hA>hB,
由W额外=G杆h可知,W额外A>W额外B,
在A、B两处人做的有用功相同,而W总=W有用+W额外,所以W总A>W总B,
由η=可知ηA<ηB.故C错误,D正确。
故选:D。
【点评】对于已知机械效率或要求机械效率的问题,想法求出有用功、总功,本题关键是判断出在A、B两处提升重物,上升同样的高度时,杠杆的重心上升的高度的关系。
二.填空题(共6小题)
13.玉潭1805班一同学用如图所示的杠杆在B处提升重物,O为支点,此杠杆属于 费力 (省力/费力)杠杆,他若将拉力位置移到C处,拉力 变小 (变小/不变/变大)。
【分析】(1)O为支点,先判断杠杆在使用过程中,动力臂和阻力臂的大小关系,再判断它是属于哪种类型的杠杆;
(2)阻力、阻力臂一定,由杠杆平衡条件可知,在动力臂变大时,动力变小。
【解答】解:
(1)O为支点,动力臂OB小于阻力臂OA,所以此杠杆为费力杠杆;
(2)阻力大小等于物体重力、大小不变,阻力臂OA、大小不变,他若将拉力位置移到C处,动力臂变大,由杠杆平衡条件可知,动力变小。
故答案为:费力;变小。
【点评】本题考查了杠杆分类、杠杆平衡条件的应用,属于基础题目。
14.如图所示,三角支架ABC固定在客厅墙上,一花瓶正好放置在AB处,若花瓶的重力较大,为防止因A处螺钉松脱而支架绕C点倾翻,所放置花瓶时应尽量 靠近 (选填“靠近”或“远离”)墙壁可确保安全,原因是: 靠近支点,可以减小压力的力臂,从而减小A处的拉力 。
【分析】在阻力与阻力臂一定的情况下,动力臂越大,动力越小,力越小,花瓶越安全,据此根据图示情景分析答题。
【解答】解:
若花瓶的重力较大,为了安全,花瓶的位置应尽量靠近墙壁,即靠近支点,可以减小压力的力臂,从而减小A处的拉力。
故答案为:靠近;靠近支点,可以减小压力的力臂,从而减小A处的拉力。
【点评】此题考查了杠杆平衡条件的应用,关键是将实际问题转化为杠杆问题,体现了物理知识与生活的紧密联系。
15.生活中我们经常使用滑轮来提升物体,图中 b (选填“a“或“b“)图为定滑轮。使用动滑轮不能改变力的方向, 可以 省力(选填“可以“或者“不可以”)。
【分析】(1)轴固定不动的滑轮是定滑轮,定滑轮不能省力,但能改变动力的方向;
(2)轴随物体一起运动的滑轮是动滑轮,动滑轮可以省力,但不能改变力的方向。
【解答】解;(1)轴固定不动的滑轮是定滑轮,所以b图为定滑轮;
(2)轴随物体一起运动的滑轮是动滑轮,a图为动滑轮,动滑轮可以省力,但不能改变力的方向。
故答案为:b;可以。
【点评】本题考查定滑轮和动滑轮的定义及实质,是对基础知识的考查。
16.如图甲所示的水龙头很难徒手拧开,将如图乙的钥匙,安装后(如图丙所示)容易打开,则此时钥匙相当于一个 轮轴 (选填“斜面”、“滑轮”或“轮轴”),属于 省力 (选填“省力”或“费力”)机械。
【分析】简单机械包括:杠杆、滑轮、轮轴、斜面等,从钥匙的使用情况判断,使用轮轴时,若动力作用在轮上、阻力作用在轴上,为省力机械;否则为费力机械。
【解答】解:钥匙在使用时绕中心轴转动,属于轮轴;使用钥匙时,动力作用在轮上、阻力作用在轴上,为省力机械。
故答案为:轮轴;省力。
【点评】本题考查了轮轴的应用,属于基础题目。
17.用5m长的木板把600N的重物推到2m高的汽车上,如果这个斜面的机械效率为80%,那么实际用的推力是 300 N。
【分析】知道斜面高h、物体重G,利用W有用=Gh求推力做的有用功;知道斜面的机械效率,利用效率公式求推力做的总功,再利用W总=Fs求实际推力。
【解答】解:
推力做的有用功:
W有用=Gh=600N×2m=1200J,
由η=得推力做的总功:
W总===1500J,
由W总=Fs得实际推力大小:
F===300N。
故答案为:300。
【点评】本题考查了使用斜面时有用功、总功的计算。注意:斜面是能够省力的机械,分清哪是有用功、哪是总功是解题的关键。
18.工人把两个相同的货箱分别沿如图所示的斜面A和B以相同的速度匀速推上货车,斜面A和B的粗糙程度和高度相同,斜面A的长度小于斜面B的长度。甲图中工人对货箱做的有用功为W甲,斜面的机械效率为η甲,乙图中工人对货箱做的有用功为W乙,斜面的机械效率为η乙,则W甲 = W乙,η甲 > η乙(两空均选填“<”或“>”)。
【分析】(1)根据W有用=Gh比较有用功的大小;
(2)斜面的机械效率的大小与斜面的倾斜程度有关,倾斜程度越大,机械效率越高。
【解答】解:(1)由题意可知,两斜面的高度相同,最终上升的高度也相同,由公式W有用=Gh得,重力做的功相同,即W甲=W乙;
(2)斜面A和B的粗糙程度和高度相同,斜面A的长度小于斜面B的长度;A中斜面受到的货箱的压力要小于B中斜面受到货箱的压力,则A中货箱受到的摩擦力要小一些,根据W额=fs可知,甲中所做的额外功小于乙中所做的额外功,则甲中的总功小于乙中的总功,根据η=可知,有用功相同,甲做的总功小,所以甲的机械效率大于乙的机械效率,即η甲>η乙。
故答案为:=;>。
【点评】此题考查了斜面中功的大小比较、机械效率的大小比较,掌握它们的概念了解各个量之间的关系,是正确判断的关键。
三.作图题(共2小题)
19.小女孩要用如图装置提起重物,请画出该滑轮组达到此要求最省力的绕线方式。
【分析】知道承担物重的绳子段数越多越省力。在此题中,人在地面用力,所以拉力方向下。
【解答】解:要使滑轮组最省力,需要承担物重的绳子段数最多,所以要从动滑轮绕起,最终绳端回到人的手中。如图所示:
故答案为:见上图。
【点评】该题考查滑轮组的绕线方法,对于给定的滑轮组,应选择承担重物的绳子根数最多的绕法,当然,有时也要兼顾拉力的用力方向。
20.如图是我们经常起瓶盖的起子。请在图中画出作用在A点最小的力F及在B点作出阻力F2。
【分析】(1)杠杆平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂(F1 L1=F2 L2),在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小;
(2)阻力是阻碍杠杆转动的力,据此确定阻力的方向,然后按照力的示意图的画法画出阻力示意图。
【解答】解:根由杠杆平衡条件F1 L1=F2 L2可知,在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小;图中支点在O点,因此OA作为动力臂最长,连接OA,过A点垂直于OA向上作出作用在A点最小的力;
起瓶盖时,动力的方向使杠杆按逆时针转动,因此阻力应该使杠杆沿顺时针转动,从B点开开始沿竖直向下的方向作出阻力F2,如下图所示:
【点评】此题考查力的示意图、杠杆最小力的画法,解题关键是通过杠杆的平衡条件得出:在阻力跟阻力臂的乘积一定时,动力臂越长,动力越小的结论。
四.实验探究题(共3小题)
21.利用杠杆开展相关实验探究:
(1)安装好杠杆,将其放到水平位置后松手,发现杠杆在竖直平面内沿顺时针方向转动,如图甲所示.则应将平衡螺母向 左 (选填“左”或“右”)调节,直到杠杆在水平位置平衡;调节杠杆在水平位置平衡的目的是 便于测量力臂大小 。
(2)如图乙所示,在A点挂3个重力均为0.5N的钩码,在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆,使其在水平位置平衡,弹簧测力计的示数为 2 N;若在第(1)小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验,弹簧测力计的示数会 偏小 (选填“偏大”“偏小”或“不变”);
(3)始终垂直于杠杆向下拉弹簧测力计,使杠杆从水平位置缓慢转过一定角度,如图丙所示.此过程中,弹簧测力计拉力的力臂 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”,下同),拉力的大小 不变 。
【分析】(1)在调平杠杆平衡时,杠杆的向哪端转动,那端沉,平衡螺母要向另一端移动;调节天平在水平位置平衡,目的是便于测量力臂大小;
(2)根据杠杆平衡条件可求出弹簧测力计的示数;根据力与力臂乘积的大小变化可判断弹簧测力计的示数变化。
(3)图丙使杠杆由水平位置缓慢转动到图中位置,求出各自的力臂根据杠杆平衡条件即可求判断F的大小变化。
【解答】解:
(1)安装好杠杆,将其放到水平位置后松手,发现杠杆沿顺时针方向转动,左端上翘,如图甲所示。则应将平衡螺母向左调节,直到杠杆在水平位置平衡;调节天平在水平位置平衡,目的是便于测量力臂大小;
(2)由图可知,根据杠杆平衡条件得:FA×LA=FB×LB,3×0.5N×4L=FB×3L,解得FB=2N;
若在第(1)小题所描述的情形中未调节平衡螺母而直接开展上述实验,由于右侧已经存在杠杆的力与力臂的乘积,故弹簧测力计的示数会偏小;
(3)图丙使杠杆由水平位置时,根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得:
G×4L=F2×3L,
则F2=G;
当转动到图中位置时,设杠杆与水平位置的夹角为α,物体的力臂、弹簧测力计拉力的力臂均变小;则根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2得,
G×4L×cosα=F2′×3L×cosα,
则:F2′=G;
所以,在此过程中拉力F的大小不变。
故答案为:(1)左;便于测量力臂大小;(2)2;偏小;(3)变小;不变。
【点评】本题考查为探究杠杆平衡条件的实验题目,易错点在第三问,分析变化过程,得出动力臂、阻力臂变化相同是关键。
22.如图所示,小明分别使用甲、乙图中两种不同的机械将同一物体M匀速提升同样高度。测得两次拉力F甲、F乙和物体M所受的重力GM如下表所示。当使用乙机械时,测得绳子自由端移动的距离是物体M上升高度的2倍。
F甲
F乙
GM
10N
5N
8N
(1)从表中数据可知:甲机械 费力 (选填“省力”“费力”或“不省力也不费力”),甲机械所做的有用功 等于 (选填“大于”“等于”或“小于”)乙机械所做的有用功;
(2)乙提升物体M时的机械效率是 80% 。
【分析】(1)根据表格数据读出物体M的重力和甲机械的拉力,然后比较两者的大小关系判断出甲机械的类型;使用甲、乙图中两种不同的机械将同一物体M匀速提升同样高度时,根据W有=GMh比较甲、乙机械所做的有用功关系;
(2)当使用乙机械时,测得绳子自由端移动的距离是物体M上升高度的2倍,总功W总=Fs=F×2s,有用功W有=GMh,利用η=×100%求出乙提升物体M时的机械效率。
【解答】解:(1)由表格数据可知:F甲>GM,则甲机械费力;
使用甲、乙图中两种不同的机械将同一物体M匀速提升同样高度时,由W有=GMh可知,甲机械所做的有用功等于乙机械所做的有用功;
(2)当使用乙机械时,测得绳子自由端移动的距离是物体M上升高度的2倍,
则乙提升物体M时的机械效率:η乙=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=80%。
故答案为:(1)费力;等于;(2)80%。
【点评】本题考查了简单机械省、费力情况的判断以及滑轮组机械效率的计算,从表格中获取有用的信息和明确滑轮组绳子的有效股数是关键。
23.小金用如图所示的装置研究某斜面的机械效率与木块重力大小之间的关系,实验时控制木块与斜面的粗糙程度都相同,部分实验数据如下表:
实验
次数
斜面倾
角
木块重
G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长s/m
有用功
W/J
总功W/J
机械
效率η
1
30°
1.0
0.5
0.7
1.0
0.5
0.7
71.4%
2
30°
2.0
0.5
1.4
1.0
1.0
1.4
①
3
30°
3.0
0.5
2.1
1.0
1.5
2.1
71.4
(1)表中空格①的值是 71.4% ;
(2)小明分析实验数据得出的初步结论是:在斜面倾角和木块与斜面的粗糙程度不变时,斜面机械效率与木块重力大小无关。对此,你对小明有何建议?. 改变斜面的倾角,再重复实验 ;
(3)为提高测量的准确度,在用弹簧秤测拉力时,需要注意的事项是 拉力的方向与木块运动的方向在同一直线上 (写一条即可)。
【分析】(1)根据η=求出第2次实验时斜面的机械效率;
(2)实验时,需改变斜面的角度进行多次实验,据此对实验过程进行评价,并提出合理的建议;
(3)让拉力的方向与木块运动方向在一条直线进行分析。
【解答】解:
(1)第2次实验时斜面的机械效率:η=×100%=×100%=71.4%;
(2)实验时,需改变斜面的角度进行多次实验,因此小明得到的结论不具有普遍性,需改变斜面的倾角,再重复实验;
(3)实验中,需保证拉力的方向与木块运动的方向在同一直线上。
故答案为:(1)71.4%;(2)改变斜面的倾角,再重复实验;(3)拉力的方向与木块运动的方向在同一直线上。
【点评】本题考查斜面的机械效率的实验,涉及到斜面效率效率的计算以及改变斜面倾角进行多次实验的目的。
五.计算题(共2小题)
24.如图所示,用沿斜面向上大小为4N的拉力,将一个重5N的物体从斜面底端匀速拉至顶端。已知物体沿斜面上滑的距离为5m,上升的高度为3m。求:
(1)全过程拉力的有用功W有及总功W总各为多少J?
(2)斜面的机械效率为多少?
(3)物体受到的摩擦力为多少N?
【分析】(1)知道物体重力和斜面的高度,根据W=Gh求出拉力做的有用功;知道斜面的长度和拉力,根据W=Fs求出拉力做的总功;
(2)斜面的机械效率等于有用功与总功之比;
(3)克服摩擦力的功即为额外功,额外功等于总功减去有用功,再利用W=fs求摩擦力。
【解答】解:(1)拉力做的有用功:
W有用=Gh=5N×3m=15J,
拉力做的总功:
W总=Fs=4N×5m=20J;
(2)斜面的机械效率为:
η=×100%=×100%=75%;
(3)拉力做的额外功:W额=W总﹣W有用=20J﹣15J=5J,
由W额=fs得物体与斜面间的摩擦力:
f===1N。
答:(1)全过程拉力的有用功、总功各为15J、20J;
(2)斜面的机械效率为75%;
(3)物体受到的摩擦力为1N。
【点评】本题考查了使用斜面时有用功、总功、额外功、机械效率的计算,关键是知道利用斜面做的额外功等于克服摩擦力做的功。
25.滑轮组能省力又改变力的方向。建筑工人用自制的滑轮组把重600N的重物提升2m。如图所示,绳子自由端的拉力F=250N,(不计摩擦和绳子重)求:
(1)该滑轮组的机械效率;
(2)用该滑轮组提起重750N的重物时,滑轮组的机械效率。
【分析】(1)根据图示滑轮组可知绳子的有效股数,又知道重物的重力和绳子自由端的拉力,根据η=×100%=×100%=×100%=×100%求出滑轮组的机械效率;
(2)不计摩擦和绳子重,根据F=(G+G动)求出动滑轮的重力,用该滑轮组提起重750N的重物时,拉力做的总功W总=(G+G动)h,有用功W有=Gh,利用η=×100%求出此时滑轮组的机械效率。
【解答】解:(1)由图可知,滑轮组绳子的有效股数n=3,则滑轮组的机械效率:
η1=×100%=×100%=×100%=×100%=×100%=80%;
(2)不计摩擦和绳子重,由F=(G+G动)可得,动滑轮的重力:
G动=nF﹣G=3×250N﹣600N=150N,
用该滑轮组提起重750N的重物时,拉力做的总功W总′=(G′+G动)h′,有用功W有′=G′h′,
此时滑轮组的机械效率:
η2=×100%=×100%=×100%=×100%≈83.3%。
答:(1)该滑轮组的机械效率为80%;
(2)用该滑轮组提起重750N的重物时,滑轮组的机械效率为83.3%。
【点评】本题考查了滑轮组机械效率的计算,明确拉力做的有用功和总功是关键,要注意滑轮组机械效率公式的灵活运用。
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