第十二章 简单机械 专项综合全练（四） 人教版八年级物理下册

专项综合全练(四)   简单机械两则专项训练

第1部分  简单机械综合计算

类型一  与杠杆有关的综合计算

1.(2021安徽合肥高新质检)如图1所示，轻质杠杆的A端挂质量是50kg,边长是20cm的正方体重物，在B点施加力的作用使重物对水平地面的压强为9000Pa。已知OA:OB=3:1,求：

(1)当杠杆在水平位置平衡时，重物对地面的压力是多大？

(2)此时B点的拉力是多大？

2.(2021广东深圳中考)深圳地铁岗厦北综合交通枢纽工程工地上，一线施工人员正在紧张忙碌地进行架桥机钢梁吊装等施工作业。(g取10N/kg)

(1)图3为图2中起重机的简图，请画出阻力F2的力臂l2.

(2)图4为架桥机的装置图，已知箱梁的质量为5×103kg,体积为200m3,架桥机滑轮组总拉力为4×103N,自由端移动距离为25m,将箱梁提升1m。求：

①箱梁的密度；

②架桥机在此过程中的有用功；

③架桥机在此过程中的机械效率。

类型二  与滑轮组有关的综合计算

3.(2021江西九江期中)工人利用如图5所示的滑轮组在20s内将重400N的物体匀速向上提起2m,所用拉力为250N。

(1)求物体上升的速度；

(2)求绳子自由端移动距离；

(3)若用此滑轮组将重900N物体竖直向上匀速提升，不计绳重和摩擦力，求拉力大小。

4.(2021湖北襄阳中考)如图6所示，工人用300N的拉力，把一重为500N的货物G用滑轮组提升了3m(忽略摩擦及绳重)。求：

(1)工人做的有用功；

(2)滑轮组的机械效率(结果保留一位小数)；

(3)动滑轮重。

5.如图7所示，在3N的水平拉力F作用下，重30N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体在水平地面上匀速运动时，受到地面对它的摩擦力为4.5N。求：

(1)A处拉力大小；

(2)若拉力F以0.5m/s的速度匀速拉了4s,A处拉力所做的功是多少；

(3)滑轮组的机械效率为多少。

6.(2021独家原创试题)小明想利用如图8所示的滑轮组将一质量为56kg的石块打捞出水，已知连接滑轮组的绳子能承受的最大拉力为120N,石块的密度ρ石=2.8×103kg/m3,每个滑轮的质量为1kg,不计绳重及摩擦力，g取10N/kg。则：

(1)该石块浸没在水中时受到的浮力是多大？

(2)石块露出水面前该滑轮组的机械效率是多少？

(3)使用该绳子能否将石块完全打捞出水？请计算说明。

类型三  与斜面有关的综合计算

7.(2021安徽滁州定远二模)如图9是为了上山方便而修建的盘山公路。为什么盘山公路要修成形呢？因为盘山公路相当于斜面。若从山底到山顶的盘山公路长200m,山高30m,一辆5t的小型货车从山底开上山顶牵引力保持2.5×104N不变，求：

(1)车行驶过程中牵引力所做的功，

(2)该盘山公路的机械效率；

(3)小货车在行驶过程中所受的阻力。

8.(2021江苏无锡新吴期末)如图10所示，斜面长5m,高1m,把重为5000N的物体匀速地推向斜面顶端，此时斜面的机械效率为80%。则：

(1)有用功是多少？

(2)所用推力为多少？

(3)物体受到的摩擦力为多少？

第2部分  杠杆和滑轮组的作图

类型一  杠杆力臂作图

1.(2021内蒙古通辽中考)如图1所示是一种抽水马桶水箱自动上水装置的示意图。当水箱内的水达到一定高度时，浮标带动杠杆AOB压住入水口，停止上水。请在图中画出动力F1、阻力F2和动力臂L1。

2.如图2是一个杠杆式简易起吊机，它上面装了一个定滑轮可以改变拉绳的方向，杠杆OBA可绕O点转动。在图上画出动力臂L1和阻力F2的示意图。

3.(2021江苏南京模拟)若使图3中的杠杆OA保持水平位置平衡，现已画出F2的力臂L2,请作出力F2的示意图。

类型二  杠杆最小力作图

4.(2021独家原创试题)如图4甲所示是小明家打开盖的电饭煲，其简化图如图乙所示。当小明关上电饭煲盖时，请画出他施加在电饭煲盖A点的最小力F的示意图及其力臂l。

5.(2021山西中考)中医药文化是中华民族悠久历史文化的重要组成部分。如图5是用切刀将黄芪切片的示意图，请你在图中画出施加在手柄上A点最小力F的示意图及其力臂l。

类型三  滑轮组绕线作图

6.(2021广东惠州龙门期中)如图6所示，人站在地上用滑轮组提升重物，请用笔画线代替绳画出正确的绕法。

7.(2021新疆建设兵团第二师期末)试在如图7中画出最省力的绳子绕法。

类型四  滑轮组设计作图

8.如图8所示，站在地面上的建筑工人用滑轮组提升建筑材料。已知该工人的重力为600N,建筑材料的重力为1500N,请选用最少的滑轮组装一个滑轮组将物体提升起来，并用笔画线代替绳子在图中画出绳子的绕法。(不计动滑轮和绳子的重力及摩擦力)

【参考答案及解析】

 第1部分  简单机械综合计算

1.【答案】(1)360N  (2)420N

【解析】

(1)重物与地面的接触面积为S=(0.2m)2=0.04m2；重物对水平地面的压强为9000Pa,重物对地面的压力是F压=pS=9000Pa×0.04m2=360N；

(2)杠杆A端绳子的拉力：FA=G－F支=G－F压=50kg×10N/kg－360N=140N；由杠杆平衡条件可得：FA×OA=F×OB；B点的拉力为：F==140N×3=420N。

2.【答案】

(1)见解析图

(2)①2.5×103kg/m3   ②5×106J   ③50%

【解析】

(1)力臂是支点到力的作用线的距离，如图所示。

(2)①箱梁的密度ρ＝＝=2.5×103kg/m3②箱梁的重力G=mg=5×105kg×10N/kg=5×106N架桥机在此过程中的有用功W有=Gh=5×106N×1m=5×106J③架桥机在此过程中的总功W总=Fs=4×105N×25m=1×107J架桥机在此过程中的机械效率η＝×100%＝×100%=50%。

3.【答案】(1)0.1m/s  (2)4m  (3)500N

【解析】

(1)物体上升的速度为：v物=＝＝0.1m/%:

(2)绳子白由端移动的距离为s=2h=2×2m=4m；

(2)由F=(G+G动)可得动滑轮的重力为：G动=2F1－G1=2×250N－400N=100N；当提起G2=900N的物体时，所用拉力为F2=(G2+G动)=×(900N+100N)=500N。

4.【答案】(1)1500J  (2)83.3%  (3)100N

【解析】

(1)工人做的有用功：W有用=Gh=500N×3m=1500J；

(2)绳子自由端移动的距离：s=nh=2×3m=6m,绳子自由端拉力做的功：W总=Fs=300N×6m=1800J,滑轮组的机械效率：η=＝≈83.3%:

(3)忽略摩擦及绳重，由F=(G+G动)可得，动滑轮重：G动=nF－G=2×300N－500N=100N。

5.【答案】(1)4.5N  (2)4.5J  (3)75%

【解析】

(1)A处拉力：FA=f=4.5N；

(2)绳端移动的距离：s绳=vt=0.5m/s×4s=2m,物体运动的距离：s物＝==1m,则A处拉力所做的功：W=FAs物=4.5N×1m=4.5J；

(3)滑轮组的机械效率为：η=＝＝＝=75%。

6.【答案】(1)200N  (2)94.7%  (3)见解析

【解析】

(1)石块的体积V=＝=0.02m3,石块浸没在水中时V排=V,所受到的浮力F浮＝ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m3=200N；

(2)石块的重力G=mg=56kg×10N/kg=560N,动滑轮的总重力G动=m动g=2kg×10N/kg=20N,滑轮组对石块的拉力F拉=G－F浮=560N－200N=360N,石块露出水面前该滑轮组的机械效率η=＝＝＝＝≈94.7%；

(3)当石块完全露出水面后，绳子自由端的拉力F=＝=145N>120N,所以使用该绳子不能将石块完全打捞出水。

7.【答案】(1)5×106J  (2)30%  (3)1.75×104N

【解析】

(1)车行驶过程中牵引力所做的功W总=Fs=2.5×10N×200m=5×106J；

(2)货车重力G=mg=5000kg×10N/kg=5×104N,牵引力做的有用功：W有用=Gh=5×104N×30m=1.5×106J,该盘山公路的机械效率：η===30%:

(3)额外功W额外=W总－W有用=5×106－1.5×106J=3.5×106J,阻力f=＝=1.75×104N。

8.【答案】(1)5000J  (2)1250N  (3)250N

【解析】

(1)所做的有用功：W有=Gh=5000N×1m=5000J；

(2)总功为：W总＝＝=6250J；F=＝=1250N:

(3)此过程的额外功为：W额=W总－W有=6250J－5000J=1250J,f=＝＝250N。

第2部分  杠杆和滑轮组的作图

1.【答案】如图所示

【解析】由图和题意可知，O为支点，水对浮标的向上的作用力为动力，入水口对B端的向上的作用力为阻力；过杠杆B点作竖直向上的力即为阻力F2,过浮标重心作竖直向上的力即为动力F1,过支点O作动力F1作用线的垂线段，垂线段的长度即为动力臂L1。

2.【答案】如图所示

【解析】杠杆OBA受到绳子的拉力斜向上，从支点O向动力作用线作垂线段，所得垂线段长即为动力臂L1；物体通过绳对杠杆的拉力为阻力F2,方向竖直向下。

3.【答案】如图所示

【解析】由题图可知，O为支点，力F1方向向下，动力和阻力使杠杆转动的效果相反，则力F2方向应向上；过力臂L2的右端垂直于L2沿向上的方向画出F2,F2的作用点在杠杆上。

4.【答案】如图所示

【解析】由杠杆的平衡条件F1l1=F2l2,可知在阻力和阻力臂一定的条件下，动力的力臂越长，动力越小，力F作用在A点，故OA长即为最长力臂，过A点垂直于力臂OA向下即可作出最小动力F。

5.【答案】如图所示

【解析】根据杠杆的平衡条件可知，在阻力与阻力臂一定时，动力臂越长越省力，OA长是最长的动力臂；阻力使杠杆逆时针转动，动力应使杠杆顺时针转动，故应过A点作垂直于OA向下的动力F

6.【答案】如图所示

【解析】因为人站在地面上用滑轮组提升重物，所以由2段绳子承担物重，应从定滑轮开始绕起，经过动滑轮，据此作图。

7.【答案】如图所示

【解析】只有一个动滑轮，要求最省力，绳子先系在动滑轮的左边挂钩上，然后绕过左边的定滑轮，再绕过动滑轮。

8.【答案】如图所示

【解析】人的重力为600N,所以人向下拉绳子时最大能够施加600N的拉力，不计动滑轮和绳子的重力及摩擦时，由F=,可得n=＝=2.5,所以至少需要三段绳子承担物重才能将其拉起，应该至少选择两个定滑轮和一个动滑轮组成如答案所示的滑轮组，绕绳方式见答案。