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初中第十二章 简单机械综合与测试单元测试一课一练
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这是一份初中第十二章 简单机械综合与测试单元测试一课一练,共26页。试卷主要包含了单选题,填空题,作图题,实验探究题,计算题等内容,欢迎下载使用。
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
第I卷(选择题)
一、单选题(本大题共12小题,共24.0分)
古代护城河上安装的吊桥可以看成一个以O为支点的杠杆,如图所示。一个人通过定滑轮用力将吊桥由图示位置缓慢拉至竖直位置,若用L表示拉力F的力臂,则关于此过程中L的变化以及乘积FL的变化情况,下列说法中正确的是。( )
A. L始终在增加,FL始终在增加B. L始终在增加,FL始终在减小
C. L先增加后减小,FL始终在减小D. L先减小后增加,FL先减小后增加
一个重为600N的物体Q底面积750cm2,将其放在水平地面上,如图所示,现将物体Q挂在杠杆的B端,在A端悬挂一个重为450N的物体P使杠杆在水平位置平衡,忽略杠杆自重的影响,若OA:OB=1:2,那么( )
A. 绳子对物体Q的拉力为375NB. 地面对物体Q的支持力为225N
C. 物体Q对地面的压强是5000PaD. 物体Q对地面的压强是10000Pa
如图所示,轻质杠杆pq可绕O点转动,当物体m浸没在水中时杠杆恰好水平静止,p、q两端的绳子均不可伸长且处于张紧状态。已知m是体积为1 dm3、重为80 N的实心物体,M是边长为20 cm、质量为20 kg的正方体,Op︰Oq=2︰1,圆柱形容器的底面积为400 cm2(取g=10 N/kg),则下列结果中不正确的是。( )
A. 物体m的密度为8×103kg/m3
B. 杠杆p端受到细线的拉力为70 N
C. 物体M对地面的压强为1.5×103Pa
D. 物体m浸没在水中前后,水对容器底的压强增大了2×103Pa
如图所示,长度为2L的铁链挂在宽度为L的桌面上,桌面与铁链之间的摩擦因数为1/3,为保证铁链静止在桌面上,铁链左端距离桌面的最短距离为。( )
A. L/3
B. L/4
C. L/5
D. L/6
在如图所示的装置中,A、B是动滑轮,C是定滑轮,D是轮轴,D的轮半径R=6 cm,轴半径r=2 cm,物重G=500 N,每个动滑轮重G=30 N。如果不计绳重和轴摩擦,各段绳的方向保持平行,为把重物提起,作用在轮上的动力F至少要大于 ( )
A. 45 N
B. 75 N
C. 90 N
D. 135 N
用水平力F1拉动如图所示装置,使木板A在粗糙水平面上向右匀速运动,物块B在木板A上表面相对地面静止,连接B与竖直墙壁之间的水平绳的拉力大小为F2.不计滑轮重和绳重,滑轮轴光滑。则F1与F2的大小关系是( )
A. F1=F2B. F2”“2F2。
故选:D。
在平衡力的作用下,物体保持静止或匀速直线运动状态。对动滑轮、物块B和木板A进行受力分析,明确各自受哪些力,方向如何,确定大小关系。
此题考查了运动和力的关系及力的作用相互性的应用,正确对物体进行受力分析,明确物体受力情况,是解答此题的关键。
7.【答案】C
【解析】解:A、物体A重100N,重力方向竖着向下,在这个方向上物体A没有移动距离,所以根据W=Gh可知重力做功为0,故A错误;
B、当A向右做匀速直线运动,A水平方向上受到水平向右的拉力和向左的摩擦力为一对平衡力,由动滑轮省一半的力,故f=12GB=12×40N=20N,故B错误;
C、当A向左做匀速直线运动,水平方向上受到水平向左的拉力、向右的摩擦力、B对A的拉力,由于滑动摩擦力的大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关,因压力不变,接触面的粗糙程度不变,故摩擦力不变,所以向右的摩擦力为:f=20N。
A向左做匀速直线运动,受到平衡力的作用,A受到的水平向左的拉力为:F=f+12GB=20N+20N=40N,
拉力F做功:W=Fs=40N×1m=40J,故C正确;
D、右下的滑轮为动滑轮,当用一水平向左的力F拉动物体A在2s内匀速向左移动1m的过程中,A移动的距离为B升高高度的2倍,B上升了hB=1m2=0.5m,故D错误。
故选:C。
A、根据W=Gh计算A的重力做功;
B、当A向右做匀速直线运动,分析其受力情况,根据二力平衡和动滑轮省一半的力分析;
C、当A向左做匀速直线运动,分析其受力情况,根据滑动摩擦力的大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关可知摩擦力不变,根据力的平衡求出A受到的水平向左的拉力;根据W=Fs求出拉力F做功;
D、右下的滑轮为动滑轮,根据动滑轮的特点,A移动的距离为B升高高度的2倍。
本题考查动滑轮的使用,力的平衡及功的计算、影响摩擦力大小的因素,考查知识点较多,难点是求A所受的摩擦力,关键是对物体进行受力分析。
8.【答案】D
【解析】
【分析】
本题涉及到滑轮组绳子拉力的计算、浮力的计算、滑轮组的机械效率等,考查的知识点多,用到的公式多,难点是求最大拉力,明确滑轮组有3段绳子承担,当A完全浸没时绳子对物体A拉力最大是关键。
(1)利用ρ=mV求A的质量,再利用G=mg求A的重力;A浸没在水中V排=VA,利用阿基米德原理求A浸没在水中受到的浮力;当A完全浸没时绳子对物体A拉力最大,电动机对绳子的拉力F=13(F浮−G+G动),利用P=Fv求绳子自由端运动的最小速度;物体向下移动速度v=13v绳;
(2)拉力F=13(F浮−G+G动),物体A向下运动过程中,浮力先变大、后不变,电动机拉着绳子的力先变大,后不变;
(3)当A完全浸没时,滑轮组受到的拉力最大,滑轮组的机械效率最大,有用功W有用=(F浮−G)h,总功W总=Fs=13(F浮−G+G动)3h=(F浮−G+G动)h,滑轮组机械效率等于有用功与总功之比。
【解答】
解:
BD、由ρ=mV可得A的质量:mA=ρAVA=0.4×103kg/m3×0.2m3=80kg;
A的重力:GA=mAg=80kg×10N/kg=800N;
A浸没在水中V排=VA=0.2m3,
A浸没在水中受到的浮力:F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.2m3=2×103N;
当A完全浸没时绳子对物体A的拉力最大,电动机对绳子的拉力也最大,不计绳重、摩擦和水的阻力,则电动机对绳子的最大拉力:F=13(F浮−G+G动)=13(2×103N−800N+300N)=500N,
由P=Wt=Fst=Fv可得,绳子自由端运动的最小速度:v绳=PF=1.5×103W500N=3m/s;
则物体向下运动的最小速度:v=13v绳=13×3m/s=1m/s;故B正确,D错误;
C、电动机对绳子的拉力F=13(F浮−G+G动),物体A向下运动过程中,浮力先变大、后不变,所以电动机拉着绳子的力先变大,后不变,故C正确;
A、当A完全浸没后,滑轮组受到的拉力最大,此时滑轮组的机械效率最大,有用功:W有用=(F浮−G)h,
总功:W总=Fs=13(F浮−G+G动)×3h=(F浮−G+G动)h,
滑轮组机械效率的最大值:η=W有用W总×100%=(F浮−G)h(F浮−G+G轮)h×100%=F浮−GF浮−G+G轮×100%=2×103N−800N2×103N−800N+300N×100%=80%,故A正确。
9.【答案】C
【解析】
【分析】
本题考查滑轮组中相关量的计算,不计摩擦和绳重时拉力的求法。
(1)由图可知,两滑轮组的绳子的有效股数n,不计绳重及摩擦,拉力F=1n(G物+G动)比较两滑轮组拉力的大小关系;
(2)由图可知,两滑轮组的绳子的有效股数n,绳子自由端移动的速度等于物体升高速度的n倍,据此比较甲、乙绳子自由端移动的速度关系;
(3)不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦,滑轮组的机械效率η=W有W总=G物hFs=G物hFnh=G物Fn=G物G物+G动,据此比较甲、乙滑轮组的机械效率;
(4)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;
【解答】
A.不计绳重及摩擦,因为拉力F=1n(G物+G动),n1=2,n2=3,
所以绳端的拉力:F1=12(G物+G动),F2=13(G物+G动),所以F1>F2,故A错误;
B.由图知,n甲=2,n乙=3,甲滑轮组绳子自由端移动的速度v甲=2v物,乙滑轮组绳子自由端移动的速度v乙=3v物,所以甲绳子自由端移动速度小于乙绳的自由端移动的速度,故B错误;
C.不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦,滑轮组的机械效率η=W有W总=G物hFs=G物hFnh=G物Fn=G物G物+G动,物体和动滑轮重力相等,所以甲、乙滑轮组的机械效率相等,故C正确;
D.因为绳子自由端移动的距离s=nh,n1=2,n2=3,提升物体的高度h相同,所以s1=2h,s2=3h,则s1≠s2,故D错误;
10.【答案】C
【解析】解:(1)每个滑轮的质量均相等且绳重和摩擦不计,由图可知,甲图n=2,而乙图n=3,所以F甲=G动+200N2,F乙=G动+100N3。故A错误。
(2)克服重力所做的功就是有用功,即W=Gh,也就是重力乘以重物被举高的高度,W甲=200N×h,W乙=100N×h,W甲不等于W乙,故B错误。
(3)绳重和摩擦不计,所以克服动滑轮所做的功就是额外功,W额=G动h,也就是动滑轮的重力乘以其上升的高度,由于每个滑轮的质量均相等且被提升相同高度,所以两装置中,额外功相同。故C正确。
(4)η=W有W总=W有W额+W有,W额相同,而有用功不同,所以机械效率不同,故D错误。
故选:C。
(1)绳重和摩擦不计,拉力大小利用F=G动+G物n来计算;
(2)克服重力所做的功就是有用功,即W=Gh;
(3)由题知,绳重和摩檫不计,使用滑轮组做的额外功等于提升动滑轮做的功,由于每个滑轮的质量相等,将重物匀速提升相同高度,做的额外功相等;
(4)机械效率的大小利用η=W有W总=W有W额+W有来判断。
本题考查了关于滑轮组的拉力大小,有用功,额外功,机械效率的相关计算,是一道综合性很强的题。
11.【答案】C
【解析】
【分析】
(1)已知滑轮组绳子的段数n和拉力F拉,物体静止,设滑轮组对物体的拉力F′,其关系为F拉=13(F′+G动);地面对物体的支持力等于物体对地面的压力,等于物体的重力G减去整个滑轮组对物体的拉力F′;
(2)由图丙确定出1~2s时物体的运动状态;
(3)由F−t图象得出在2~3s内的拉力F,由v−t图象得出重物上升的速度,求出拉力F的作用点下降的速度,利用P=Fv求拉力做功功率;
(4)知道拉力F和物重G大小,以及S与h的关系,利用效率求滑轮组的机械效率。
本题是一道力学综合题,涉及到功率、机械效率的计算,能从题目提供的图中得出相关信息是解答本题的关键。
【解答】
A.由图乙可知,在0~1s内,拉力F=30N,取动滑轮和重物为研究对象,受到向下的重力G和G动,向上的支持力F支,及三根绳子向上的拉力F′作用,处于静止状态,
地面对重物的支持力:F支=G−F′=G−3F拉+G动=100N−3×30N+G动=G动+10N,故A正确,不符合题意;
B.由图丙可知,在1~2s内物体速度在增加,做加速运动,故B正确,不符合题意
C.由图可知在2~3s内,重物做匀速运动,v3=2.50m/s,拉力F3=40N,
因为从动滑轮上直接引出的绳子股数(承担物重的绳子股数)n=3,
所以拉力F的作用点下降的速度v3′=3v3=3×2.50m/s=7.5m/s,
拉力做功功率(总功率):
P总=F3V3′=40N×7.5m/s=300W,故C错误,符合题意;
D.2~3s时滑轮组的机械效率:
η=W有用W总=Gh3F3h3=Gh3F3·3h=G3F3=100N3×40N≈83.33%,故D正确,不符合题意。
故选C。
12.【答案】B
【解析】
【分析】
(1)忽略绳重及一切阻力,图甲的机械效率,η=W有用W总×100%=GhFs×100%=GhFnh×100%=GnF×100%可求拉力F1的大小;
(2)根据F1=12(G+G动)可求动滑轮的重力;再根据η=W有用W总×100%=GhGh+G动h×100%=GG+G动×100%可求用图乙绕法匀速提升400N重物时,机械效率的大小;
(3)(4)分别用两种绕法匀速提升相同重物时,有用功相同,忽略绳重及一切阻力,克服动滑轮做的功是额外功,额外功相同,总的总功相同,机械效率相同。
理解机械效率的含义,明确额外功的产生原因,能分析出额外功相同是正确解答本题的关键。
【解答】
解:A、忽略绳重及一切阻力,用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时,机械效率为90%,
图甲中n=2,由η=W有用W总×100%=GhFs×100%=GhFnh×100%=GnF×100%可得拉力F1的大小:
F1=Gnη=900N2×90%=500N,故A错误;
B、图甲中,根据F1=12(G+G动)可得动滑轮的重力:
G动=2F1−G=2×500N−900N=100N;
忽略绳重及一切阻力,
滑轮组的机械效率η=W有用W总×100%=GhGh+G动h×100%=GG+G动×100%,则用图乙绕法匀速提升400N重物时,其机械效率为:
η′=G′G′+G动×100%=400N400N+100N×100%=80%,故B正确;
CD、分别用两种绕法匀速提升相同重物时,有用功相同,忽略绳重及一切阻力,克服动滑轮做的功是额外功,因同一滑轮组中动滑轮的重不变、提升高度相同,额外功相同,总功相同(即F1和F2做功相同),机械效率也相同,故CD错误;
故选B。
13.【答案】100 200
【解析】解:
(1)由乙图可知,当提升货物重G=100N时,η=50%,
不考虑绳重和摩擦,滑轮组的机械效率η=W有用W总=W有用W有用+W额=GhGh+G轮h=GG+G轮,
即:50%=100N100N+G轮,
解得动滑轮重:G轮=100N;
(2)当运送3件货物时,货物的总重G′=3×100N=300N,
由图甲可知n=2,不考虑绳重和摩擦,此时绳子的拉力:
F′=12(G′+G轮)=12×(300N+100N)=200N。
故答案为:100;200。
(1)不计绳子重和摩擦,动滑轮不变,取物重G=100N,由图乙知道此时的机械效率为50%,利用η=W有用W总=W有用W有用+W额=GhGh+G轮h=GG+G动求动滑轮重;
(2)当运送3件货物时,求出货物重,不考虑绳重和摩擦,此时拉力F=12(G+G轮)。
本题考查了使用滑轮组机械效率公式的应用和拉力的计算,能从图象中得出相关信息是本题的关键。
14.【答案】2.5
80%
【解析】注意分析题目所述的各物体运动距离的关系。
15.【答案】杠杆 0.1R
【解析】解:
(1)两圆盘材质都是均匀的,可把两个圆心的相连的线段看成杠杆;
所以整个装置可以看成杠杆模型。
(2)大小圆盘的重力之比为:
由杠杆平衡的条件,G大:G小=4:1,
则力臂L大:L小=1:4;
且距O点的距离为该线段的15,而支点位置应在两个圆心相连的线段上,
所以整体重心离大圆盘圆心的距离是15×(R−12R)=0.1R;
故答案为:(1)杠杆;(2)0.1R。
两圆盘材质都是均匀的,可把两个圆心的相连的线段看成杠杆,再利用杠杆平衡的条件,计算出整体重心的位置,从而判断整体重心离大圆盘圆心的距离。
此题考查的是杠杆模型,确定重心位置,且较难的题目,通常需要先找出各部分重心再确定整体的重心,难度较大。
16.【答案】省力 180
【解析】解:
(1)独轮车在使用过程中,动力臂为1m,阻力臂为0.3m,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,费距离;
所以独轮车是省力杠杆。
(2)由FL1=GL2,即:F×1m=600N×0.3m;
解得F=180N;
由此人向上的力为180N。
故答案为:(1)省力;(2)180N。
(1)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。独轮车在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,费距离;
(2)知道阻力、阻力臂、动力臂,利用杠杆的平衡条件,求动力大小。
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,省力但费距离;②费力杠杆,动力臂小于阻力臂,费力但省距离;③等臂杠杆,动力臂等于阻力臂,既不省距离也不省力;以及杠杆平衡的条件的应用。
17.【答案】
【解析】
【分析】
根据重力的方向是竖直向下的,过重心做竖直向下的力即可。根据杠杆的平衡条件,力臂越长,作用力越小的思路,先确定最长的力臂,然后根据力与力臂垂直的关系确定杠杆的最小作用力。本题考查重力示意图的画法、杠杆中最小力的作图,画杠杆中最小作用力的关键是找出最长的力臂,一般以支点到动力作用点的距离作为动力臂最长。
【解答】
过电热水壶的重心B,沿竖直向下的方向画一条有向线段,用G表示,即为其所受重力示意图;连接OA就是最长的动力臂,根据杠杆平衡的条件,要使杠杆平衡,动力方向向上,据此可画出最小的动力F;如图所示。
18.【答案】解:找到支点O及F2的作用线,从支点开始向力的作用线作垂线,并标出力臂,如图所示:
【解析】力臂即点到线的距离。找到支点、力的作用线,再作支点到力的作用线的垂线段。
画力臂的方法是:一找点(支点),二作线(力的作用线),点向线作垂线。
19.【答案】(1)便于测量力臂 (3)小于 左(4)ρ水L1L2 (5)<
【解析】杠杆在水平位置平衡时,力臂与杠杆均水平,便于测量力臂;将装满水的矿泉水瓶悬挂在D点时,BC对电子秤的压力F=mg,由杜杆平衡条件得mg×OA=ρ水gV×L1…①,将装满待测液体的矿泉水瓶仍悬挂在D点,BC对电子秤的压力F′=m′g,有m′g×OA=ρ水gV×L1…②,因m′
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