科学九年级上册第5章 功和简单机械综合与测试精品单元测试当堂检测题

这是一份科学九年级上册第5章 功和简单机械综合与测试精品单元测试当堂检测题，共14页。试卷主要包含了选择题，填空题，作图题，实验探究题，解答题等内容，欢迎下载使用。

第5章 简单机械与功
一、选择题(每题3分,共45分)
1.如图1所示的四种用具中,正常使用时属于省力杠杆的是(　　)

图1
2.[2019·温州] 晾晒三条相同的湿毛巾,如图2所示做法中最有可能让衣架保持水平的是(　　)

图2
3.专业蹦床运动(如图3所示)逐渐进入大众生活,下列对蹦床运动的表述错误的是
(　　)

图3
A.下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能
B.运动员下降到最低点时,蹦床的弹性势能最大
C.运动员想弹得更高,就要在蹦床上发力,消耗体能
D.若运动员不发力,会一直运动下去,因为能量是守恒的
4.如图4所示,物体在水平地面上做匀速直线运动,拉力F=60N,该装置的机械效率为70%,则物体受到的摩擦力大小是(　　)

图4
A.60N B.126N C.180N D.257.1N
5.[2019·衢州] 如图5所示是起重机用四种方案将地面上的一棵大树扶起的瞬间,其中拉力最小的是(　　)

图5
6.如图6所示,杠杆在拉力F的作用下水平平衡。现将弹簧测力计绕c点从a位置转动到b位置的过程中,杠杆始终保持水平平衡,则拉力F的变化情况是(　　)

图6
A.一直变大 B.一直变小 C.一直不变 D.先变大后变小
7.如图7所示,已知固定斜面长5m、倾角为30°,木箱重150N。某同学用大小为100N的推力沿斜面向上推木箱,使木箱沿斜面匀速从底端运动到顶端的过程中,关于木箱所受的力对木箱做的功,下列判断正确的是(　　)

图7
A.克服木箱重力做功的大小为500J
B.克服木箱与斜面间摩擦力做功的大小为125J
C.推力做功的大小为375J
D.斜面支持力做功的大小为375J
8.雨滴在空中匀速直线下落,若不考虑雨滴质量的变化,则下列说法正确的是(　　)
A.雨滴下落过程中所受重力变大 B.雨滴下落过程中受力平衡
C.雨滴下落过程中势能转化为动能 D.雨滴下落过程中机械能不变
9.部分农户在新建住房时,常利用如图8所示的简易滑轮提升建材。在一次提升建材的过程中,建筑工人用400N的拉力,将重600N的建材在10s内匀速提高3m(不计绳重和摩擦)。则下列判断正确的是(　　)

图8
A.滑轮所做的有用功为1200J B.滑轮受到的重力为100N
C.该滑轮的机械效率η=75% D.绳子自由端移动的速度大小为0.3m/s
10.如图9所示,工人师傅搬运货物时,在地面和卡车的车厢间倾斜放置一长木板搭成斜面,将地面上的货物沿斜面匀速推上车厢,用时15s。已知车厢底面离地面高度为1.5m,木板长3m,货物的质量为60kg,沿斜面所用的推力为400N,g取10N/kg,则下列说法中正确的是(　　)

图9
A.工人做的总功为900J B.工人做的额外功为300J
C.工人做功的功率为60W D.此斜面的机械效率为70%
11.小宇自制一无刻度值的杆秤,没有测量物体时,杆秤刚好水平平衡,如图10甲所示。当挂上物体后,把一瓶装有0.6kg的纯净水挂在杆秤的M处时,杆秤也能水平平衡,如图乙所示。在测物体质量的过程中,下列说法中不合理的是(　　)

图10
A.测量原理是杠杆的平衡条件 B.应测出NO和MO的长度
C.物体的质量约为0.15kg D.物体的质量约为2.4kg
12.如图11所示,重为G的物体在拉力F的作用下,以速度v匀速运动了距离s,已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的1n,不计绳重、滑轮摩擦,下列说法中正确的是(　　)

图11
A.使用该滑轮组一定省力 B.拉力的功率为Fv
C.额外功为1n(2nF-G)s D.滑轮组的机械效率为G2F
13.如图12所示,粗糙水平面AB与光滑斜面BC平滑连接,弹簧左端固定。小木块P被压缩的弹簧弹出并冲上斜面BC的过程中(空气阻力忽略不计),下列说法中正确的是(　　)

图12
A.在弹簧恢复原状的过程中,弹簧的弹性势能全部转化为小木块P的动能
B.小木块P离开弹簧后在粗糙水平面AB上滑行时机械能守恒
C.小木块P在斜面上向上运动时,动能减小,重力势能增加
D.小木块P运动到最高点时处于平衡状态
14.汽车在平直公路上以速度v0匀速行驶,发动机功率为P0,牵引力为F0。t1时刻开始,司机减小了油门,使汽车保持恒定功率P行驶,到t2时刻,汽车又开始做匀速直线运动,速度为v。已知运动过程中汽车所受阻力f恒定不变,汽车牵引力F随时间t变化的图像如图13所示,则以下说法中正确的是(　　)

图13
A.t1至t2时间内,汽车做加速运动 B.F0=2f
C.t2时刻之后,汽车将保持功率P0行驶 D.v=12v0
15.[2019·绍兴] 如图14所示是上肢力量健身器示意图,杠杆AB可绕O点在竖直平面内转动,AB=3BO,配重的重力为120N,重力为500N的健身者通过细绳在B点施加竖直向下的拉力为F1时,杠杆在水平位置平衡,配重对地面的压力为85N。在B点施加竖直向下的拉力为F2时,杠杆仍在水平位置平衡,配重对地面的压力为60N。已知F1:F2=2:3,杠杆AB和细绳的质量及所有摩擦均忽略不计,下列说法正确的是(　　)

图14
A.配重对地面的压力为50N时,健身者在B点施加竖直向下的拉力为160N
B.配重对地面的压力为90N时,健身者在B点施加竖直向下的拉力为120N
C.健身者在B点施加400N竖直向下的拉力时,配重对地面的压力为35N
D.配重刚好被匀速拉起时,健身者在B点施加竖直向下的拉力为540N
二、填空题(每空1分,共17分)
16.[2020·金华] 简单机械广泛应用于日常生活。某小区物业为了方便住户扔垃圾,对垃圾桶进行了简易改装(如图15甲所示)。被拉起的垃圾桶盖可看成一个简易杠杆。图乙为桶盖与绳子成90°角且处于静止状态时的示意图,O为杠杆支点,A为绳子拉力F的作用点,B为桶盖的重心。

图15
根据图乙回答下列问题:
(1)定滑轮的作用是　　　　　　　　　　。 
(2)该状态下的桶盖属于　　　　(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。 
17.如图16所示为掉在地上的弹性小球在地面上弹跳的频闪照片。弹性小球从A点运动到B点的过程中,它的　　　　　　转化为动能;弹性小球在B点的机械能　　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)它在C点的机械能。 

图16
18.如图17所示,用30N的拉力F沿水平方向拉绳子的一端,使重400N的物体A以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速运动了10s,已知滑轮组的机械效率为80%,则此过程中物体A受到的摩擦力为　　　　N,拉力F所做的总功为　　　　J。 

图17
19.如图18所示,木块的下面拴一铁球悬浮在水中,当把细线剪断后,木块的机械能　　　　,铁球的重力势能　　　　,静止后水的重力势能　　　　。(均填“增大”“减小”或“不变”) 

图18
20.如图19所示,用固定在竖直墙上的直角三角形支架ABC放置空调室外机,已知AB长40cm,BC长50cm。室外机的质量为30kg,室外机的重力作用线正好通过AB中点,则A处螺钉的水平拉力F为　　　　N(支架重力不计)。为了安全,从力学的角度分析,室外机的位置应尽量　　　　(填“靠近”或“远离”)墙壁。(g取10N/kg) 

图19
21.[2019·温州] 为了解火箭升空过程中的相关运动状况,兴趣小组制作了一模型火箭,重为8N(不包含燃料),发射后获取模型火箭的飞行高度与时间的关系,如图20所示。

图20
(1)模型火箭燃料耗尽后仍能向上飞行一段距离,这是因为模型火箭具有　　　　　。 
(2)图中标注的A、B、C三个位置中,模型火箭的重力势能最小的是　　　　　　。 
(3)模型火箭从最高点B下落到地面,重力做功的平均功率是　　　　W。 
22.小金将长为0.6m、质量可忽略不计的木棒搁在肩上,棒的后端A处挂一个40N的物体,肩上支点O离后端A的距离为0.2m,他用手压住前端B使木棒保持水平平衡,如图21所示。小金的质量为50kg,则此时手对木棒的压力大小为　　　　N,肩对木棒的支持力大小为　　　　N,人对地面的压力大小为　　　　N。(g取10N/kg) 

图21
三、作图题(共4分)
23.如图22甲所示是一款水管扳手钳,用它夹水管时,AOB部分可视为一个杠杆,其简化示意图如图乙所示。请在图乙中画出:
(1)阻力F2的力臂L2。
(2)杠杆平衡时,作用在B点的最小动力F1及其力臂L1。

图22
四、实验探究题(每空2分,共18分)
24.在“探究杠杆的平衡条件”实验中:

图23
(1)在杠杆上挂钩码前,杠杆静止在图23甲所示的位置,为使杠杆水平平衡,应将右端的平衡螺母向　　　　(填“左”或“右”)调节。将杠杆调节水平平衡的目的是避免　　　　　　对实验的影响。 
(2)图乙中杠杆恰好处于水平平衡状态,若在A处下方再挂一个相同的钩码,为使杠杆保持水平平衡,则应将挂在B处的钩码向右移动　　　　格。 
(3)若取掉图乙中挂在B处的钩码,改用弹簧测力计钩在C处对杠杆施加拉力,为使杠杆保持水平平衡,且弹簧测力计的示数最小,则弹簧测力计对杠杆的拉力方向是　　　　　　。 
(4)此实验多次改变挂在支点O两侧钩码的质量和悬挂位置,收集杠杆平衡时多组动力、动力臂、阻力和阻力臂的数据,其目的是　　　　　　(填“减小误差”或“寻找普遍规律”)。 
25.如图24所示是探究物体的动能跟哪些因素有关的实验装置图,艾力同学让同一钢球A分别从不同的高度由静止滚下,观察木块被撞击后在木板上移动的距离s,水平木板粗糙程度相同。

图24
(1)实验表明,同一物体A从同一斜面不同高度由静止滚下,高度越大,物体B被撞得越远,可得结论:　。 
(2)若艾力第一次把钢球A从h1的高度由静止滚下,第二次把钢球A从h2的高度由静止滚下,h1>h2,木块B两次移动的过程中受到的摩擦力分别为f1和f2,则f1　　　　f2;两次克服摩擦力所做的功为W1和W2,则W1　　　　W2。(均填“>”“=”或“<”) 
(3)若水平面绝对光滑,则本实验　　　　(填“能”或“不能”)达到探究的目的。 
五、解答题(共16分)
26.(6分)如图25所示,利用汽车液压起重机从矿井中提升重物。起重机起动时滑轮组将重物竖直向上匀速提起,其中N是柱塞,可向上支撑起起重臂ODC。重物和动滑轮总重为15000N,不计摩擦和滑轮组上钢丝绳重。问:
(1)钢丝绳自由端上作用力F的大小为　　　　N。 
(2)当柱塞向上支撑起起重臂使其绕固定端O转动时,起重臂ODC是　　　　力杠杆。 
(3)当重物以0.4m/s的速度匀速上升时,钢丝绳自由端上作用力F的功率是多少?

图25

27.(10分)如图26甲所示为“塔吊”设备,它是建筑高楼的材料搬运工。图乙是根据图甲抽象出来的物理模型——杠杆,水平臂AB被O点分成两段,其中AO段称为平衡臂,长度为25m,OB段称为吊臂,长度为80m;图乙中滑轮部分与电动机的连接方式如图丙所示。忽略水平臂重、动滑轮重、绳重及摩擦,g取10N/kg。

图26
(1)图丙中,连接电动机端的拉力F与物体重力G物的关系为:F=　　　　G物。 
(2)已知A端所加的配重为4t,现在要在B端吊起货物,问:能吊起货物的最大质量是多少千克?
(3)已知电动机的功率为104W,它工作时有20%的能量损耗,求电动机工作30s,可以将质量为103kg的物体竖直提升多少米。

答案
1.B
2.B　[解析] 设每条湿毛巾的重力为G,每个小格的长度为L。图A:左侧力与力臂的乘积为M1=2G×2L=4GL,右侧力与力臂的乘积为M2=G×L=GL,M1≠M2;图B:左侧力与力臂的乘积为M1=2G×L=2GL,右侧力与力臂的乘积为M2=G×2L=2GL,M1=M2;图C:左侧力与力臂的乘积为M1=2G×L=2GL,右侧力与力臂的乘积为M2=G×L=GL,M1≠M2;图D:左侧力与力臂的乘积为M1=2G×2L=4GL,右侧力与力臂的乘积为M2=G×2L=2GL,M1≠M2。
3.D　[解析] 运动员不发力,不会一直运动下去,因为机械能不守恒。
4.B
5.C　[解析] 把大树当作杠杆,阻力和阻力臂一定,其中图C中的动力臂最大,拉力最小。
6.A　[解析] 将弹簧测力计绕c点从a位置转动到b位置的过程中,钩码的重力不变,钩码对杠杆拉力的力臂不变,即阻力与阻力臂的乘积不变,拉力F的力臂逐渐变小,由杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知,拉力F逐渐变大。
7.B　[解析] 由题意知,木箱的重力G=150N,斜面高h=s×sin30°=5m×12=2.5m,克服木箱重力做功:W有用=Gh=150N×2.5m=375J;克服木箱与斜面间摩擦力做的额外功:W额外=W总-W有用=500J-375J=125J;推力F做的功:W总=Fs=100N×5m=500J;木箱的移动方向与支持力方向垂直,没有在支持力的方向上移动距离,所以斜面的支持力做功为零。
8.B
9.C　[解析] 有用功:W有用=Gh=600N×3m=1800J;不计绳重和摩擦,动滑轮的重力:G动=nF-G=2×400N-600N=200N;绳子自由端移动的距离为s=nh=2×3m=6m,总功:W总=Fs=400N×6m=2400J,机械效率:η=W有用W总×100%=1800J2400J×100%=75%;绳子自由端移动的速度:v=st=6m10s=0.6m/s。
10.B　[解析] 货物所受的重力:G=mg=60kg×10N/kg=600N,有用功:W有用=Gh=600N×1.5m=900J,总功:W总=Fs=400N×3m=1200J;额外功:W额外=W总-W有用=1200J-900J=300J;工人做功的功率:P=W总t=1200J15s=80W;机械效率:η=W有用W总×100%=900J1200J×100%=75%。
11.C　[解析] 杆秤在水平位置平衡,可视为一杠杆,测量原理是杠杆的平衡条件;由图可知,提绳处是支点,NO和MO为力臂,要测出物体的质量,应测出NO和MO的长度;由图可知,MO≈4NO,根据杠杆的平衡条件有:m物g×NO=m水g×MO,所以m物=MONO×m水=4×0.6kg=2.4kg。
12.C　[解析] 由图可知,连接动滑轮绳子的股数n'=2,由于不计绳重、滑轮摩擦,所以,绳自由端的拉力F=1n'(f+G动),由于f与G动的大小关系未知,所以无法比较F与f的大小关系,则使用该滑轮组不一定省力;绳自由端移动的速度v绳=n'v=2v,则拉力的功率:P=Fv绳=2Fv;由题意可知,物体运动时受到的摩擦阻力f=1nG,克服摩擦阻力做的功为有用功,则W有用=fs=1nGs,绳自由端移动的距离:s绳=n's=2s,拉力F做的总功:W总=Fs绳=2Fs,则额外功:W额外=W总-W有用=2Fs-1nGs=1n(2nF-G)s;滑轮组的机械效率:η=W有用W总=1nGs2Fs=G2nF。
13.C　[解析] 在弹簧恢复原状的过程中,由于小木块克服摩擦力做功,弹簧的弹性势能不会全部转化为小木块的动能。小木块P在粗糙水平面AB上滑行时,由于克服摩擦力做功,所以机械能减小。小木块P在斜面上向上运动时,高度增加,故重力势能增加,速度减小,故动能减小。小木块P运动到最高点时受力不平衡,不会处于平衡状态。
14.D　[解析] 由题知,在t1时刻以前,汽车以速度v0匀速行驶,发动机功率为P0,牵引力为F0,则P0=F0v0①;在t1时刻,司机减小了油门,汽车的功率突然减小为P,在该瞬间汽车的速度不变(仍为v0),由图像知牵引力由F0突然减小为12F0,所以P=12F0v0②。由①②可知P=12P0(即汽车的功率突然减小为原来的一半)。
由图可知,t1至t2时间内,汽车受到的牵引力增大,功率不变,由P=Fv可得,汽车行驶的速度减小,所以汽车做减速运动。
汽车做匀速直线运动时,牵引力与阻力平衡,所以F0=f。
由题可知,t1时刻后汽车的功率保持恒定,由前面的分析知,汽车的功率将保持P=12P0不变。
由题知,到t2时刻,汽车又开始做匀速直线运动,速度为v;由图可知,汽车再次做匀速直线运动时的牵引力与最初做匀速直线运动时的牵引力大小相等,均为F0。
根据P=Fv可得第二次做匀速直线运动时的速度:v=PF0=12P0F0=12F0v0F0=12v0。
15.C　[解析] 当配重在地面上保持静止状态时,它受到的绳子的拉力F为F=G-FN;因为动滑轮上有2段绳子承担物重,因此杠杆A点受到的拉力:FA=2F+G动=2×(G-FN)+G动;
根据杠杆的平衡条件得到:FA×OA=FB×OB,即[2×(G-FN)+G动]×OA=FB×OB,
因为AB=3BO,所以,AO=2BO,那么[2×(G-FN)+G动]×2=FB×1,即FB=4×(G-FN)+2G动。当压力为85N时,F1=4×(120N-85N)+2G动;当压力为60N时,F2=4×(120N-60N)+2G动。因为F1:F2=2:3,所以,4×(120N-85N)+2G动4×(120N-60N)+2G动=23,解得:G动=30N。
当配重对地面的压力为50N时,B点向下的拉力为FB1=4×(G-FN1)+2G动=4×(120N-50N)+2×30N=340N;
当配重对地面的压力为90N时,B点向下的拉力为FB2=4×(G-FN2)+2G动=4×(120N-90N)+2×30N=180N;
健身者在B点施加400N竖直向下的拉力时,根据FB=4×(G-FN)+2G动得到:400N=4×(120N-FN3)+2×30N,解得:FN=35N;
配重刚好被拉起,即它对地面的压力为0,根据FB=4×(G-FN)+2G动得到:FB3=4×(120N-0N)+2×30N=540N>500N,因为人的最大拉力等于自重500N,因此配重不可能被匀速拉起。
16.(1)改变力的方向　(2)省力
[解析](1)定滑轮的作用是可以改变力的方向;(2)由图可知,垃圾桶盖使用过程中,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆。
17.重力势能　大于
[解析] 弹性小球从A点运动到B点的过程中,质量不变,高度变小,其重力势能变小,同时速度变大,则动能变大,所以该过程中重力势能转化为动能;由图知,小球弹跳的高度越来越低,说明小球在运动过程中受到空气阻力的作用,则小球的机械能逐渐减小,且B点在C点之前,所以弹性小球在B点的机械能大于它在C点的机械能。
18.72　90
[解析](1)由图知,n=3,则绳子自由端移动的距离:s绳=3s物=3v物t=3×0.1m/s×10s=3m,拉力做的有用功W有=fs物,W总=Fs绳,因为η=W有用W总×100%=fs物Fs绳×100%=fs物F3s物×100%=f3F×100%,所以物体A与地面间的滑动摩擦力:f=η×3F=80%×3×30N=72N。
(2)拉力做功为W总=Fs绳=30N×3m=90J。
19.增大　减小　减小
[解析] 当把细线剪断后,木块上升,高度增大,重力势能增大,速度不再为零,则木块的机械能增大;铁球下降,重力势能减小;木块最后漂浮,排开水的体积减小,水面下降,则水的重力势能减小。
20.200　靠近
[解析] 由勾股定理可得,AC=BC2-AB2=(50cm)2-(40cm)2=30cm。
由题意可知,三角形支架ABC为以C为支点的杠杆。AC为A处螺钉水平拉力的力臂,室外机对其压力的力臂为AB长的12,由杠杆平衡条件可得:F×AC=G×12AB,
即F×30cm=30kg×10N/kg×12×40cm,
解得:F=200N。
为了安全,应减小A处的拉力(若拉力过大,支架对螺钉的拉力会使螺钉松动而造成危险);在拉力力臂和阻力G一定时,室外机的位置越靠近墙壁,室外机对支架压力的力臂越小,根据杠杆平衡条件可知,A处的拉力将减小,以保证支架和室外机的安全。
21.(1)惯性　(2)C位置　(3)70
22.20　60　540
[解析] 根据杠杆的平衡条件有:F×OB=G×OA,即F×(0.6m-0.2m)=40N×0.2m,所以F=20N,即手对木棒的压力大小为20N;肩对木棒的支持力大小为F'=F+G=20N+40N=60N;人对地面的压力大小为F″=G人+G=50kg×10N/kg+40N=540N。
23.如图所示

24.(1)右　杠杆自重　(2)1　
(3)竖直向上
(4)寻找普遍规律
[解析](1)实验前调节杠杆在水平位置平衡时,杠杆左端偏低,应将右端的平衡螺母向右端调节,使杠杆在水平位置平衡。(2)设一个钩码重为G,一格的长度为L,根据杠杆的平衡条件可得:4G×2L=2G×nL,解得n=4,故应将挂在B处的钩码向右移动1格。(3)阻力与阻力臂一定时,由杠杆平衡条件可知,当动力臂最大时,动力最小;力的作用点与支点一定,最大力臂为支点到力的作用点的距离,此时拉力最小,且拉力方向为竖直向上。(4)探究杠杆平衡条件时,多次改变挂在支点O两侧钩码的质量和悬挂位置,收集杠杆平衡时多组动力、动力臂、阻力和阻力臂的数据,其目的是通过实验数据总结实验结论,使实验结论具有普遍性。
25.(1)质量相同时,速度越大,物体动能越大　(2)=　>　(3)不能
26.(1)5000　(2)费
(3)解:钢丝绳自由端移动的速度为v=3×0.4m/s=1.2m/s,
钢丝绳自由端上作用力F的功率:P=Wt=Fst=Fv=5000N×1.2m/s=6000W。
[解析](1)由图知,承担总重的绳子股数n=3,
不计摩擦和滑轮组上钢丝绳重,则钢丝绳自由端上的作用力:
F=13(G+G动)=13×15000N=5000N。
(2)起重臂的支点在O点,滑轮组和重物对C端的拉力为阻力,由图知,柱塞施加动力的力臂明显小于阻力的力臂,所以起重臂是费力杠杆。
27.(1)12
解:(2)配重对水平臂AB的拉力:F1=G1=m1g=4000kg×10N/kg=4×104N,
该拉力的力臂:L1=OA=25m,
B端拉力的力臂L2=OB=80m,
根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2可得,B端的拉力:F2=F1L1L2=4×104N×25m80m=1.25×104N,
因滑轮组所受重力及摩擦均不计,则此时能吊起货物的最大重力G大=F2,能吊起货物的最大质量:m大=G大g=1.25×104N10N/kg=1.25×103kg。
(3)电动机做的总功:W总=Pt,
电动机做的有用功:W有用=ηW总=ηPt=Gh=mgh,
则将质量为103kg的物体竖直提升的高度:
h=ηPtmg=80%×104W×30s103kg×10N/kg=24m。