第十单元 机械与人（培优卷）——2022-2023学年八年级下学期物理单元卷（沪科版）（原卷版+解析版）

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第十单元  机械与人（B卷·能力提升练）

一．选择题（共13小题）

1．如图所示，将边长为10cm，质量为8kg的正方体合金块用细绳挂在轻质杠杆的A处，杠杆可绕O点转动，在B点施加拉力F＝80N，方向如图所示，杠杆在水平位置平衡，已知OA：AB＝2：3，则下列说法错误的是（sin37°＝0.6；cos37°＝0.8；g＝10N/kg）（　　）

A．合金块的密度是8×103kg/m3 

B．A点受到绳的拉力为24N 

C．物体对地面的压力为80N 

D．物体对地面的压强为5.6×103Pa

2．如图，轻质杠杆OA可绕O点转动，在杠杆的B点挂上重物G，并在A点施加竖直向上的拉力F1＝9N使杠杆在水平位置静止；交换重物悬挂点和拉力作用点使杠杆在水平位置平衡，所需的拉力大小F2＝16N；（不计摩擦）下列说法错误的是（　　）

A．重物的重力G＝12N 

B．16•OB＝9•OA 

C．F1：F2＝OB2：OA2 

D．此原理可用于非等臂天平的质量测量

3．如图，甲为厦漳跨海大桥的实景图，该桥可逐步抽象成乙、丙、丁所示的模型。下列说法正确的是（　　）

A．桥上无车时，桥塔增高，钢索承受的拉力不变 

B．桥上无车时，桥塔增高，钢索承受的拉力变小 

C．桥上有车时，车靠近桥塔，钢索受到的拉力不变 

D．桥上有车时，车靠近桥塔，钢索受到的拉力变大

4．质量为1.5t的汽车，在平直公路上以额定功率60kW从静止开始运动，15s运动200m恰好达到最大速度，接着匀速运动25s，关闭发动机，滑行100m停下。v﹣t图像如图所示。已知汽车在运动过程中受到的阻力恰为车重的0.2倍，下列判断正确的是（　　）

A．全程中汽车所受阻力的大小为3×102N 

B．整个过程中发动机做的功3×106J 

C．汽车的最大速度是20m/s 

D．整个过程阻力做功为3×105J

5．雨滴在空气中竖直下落，它所受的空气阻力f与速度v成正比，即f＝kv（k为比例系数）。所以雨滴速度越来越大，最终以某一速度匀速运动，雨滴在竖直下落过程中重力做功的功率P随时间t的关系图像正确的是（　　）

A． B． 

C． D．

6．如图甲所示，用竖直向上的拉力F，将静止在水平地面上的物体向上提升。图乙表示F的大小随时间t的变化关系，图丙表示物体的运动速度v的大小随时间t的变化关系。已知在10s～20s内物体上升的高度为50m。下列说法正确的是（　　）

A．物体的重力大小为55N 

B．在0～10s内，物体对地面的压力大小是30N 

C．在10s～30s内，物体上升的平均速度大小为10m/s 

D．在20s～30s内，拉力F对物体做功的功率为500W

7．北京2022年冬奥会首钢滑雪大跳台局部示意图如图所示。运动员从a处由静止自由滑下，到b处起跳，c点为a、b之间的最低点，a、c两处的高度差为h。下列说法正确的是（　　）

A．三处动能比较b＞c＞a 

B．三处重力势能比较a＞c＞b 

C．三处动能比较c＞b＞a 

D．三处重力势能比较b＞a＞c

8．在2022年北京冬奥会自由式滑雪比赛中，我国选手苏翊鸣获得冠军。如图所示，苏翊鸣在助滑区从起点A由静止开始加速下滑到最低点C的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．重力势能增大，动能减小 

B．重力势能减小，动能增大 

C．重力势能减小，动能减小 

D．重力势能增大，动能增大

9．如图，用同一滑轮组在相同时间内分别使物体A、B以相同速度匀速上升，发现提升A比提升B时，滑轮组的机械效率更大。若不计绳重和摩擦的影响，以下四个判断中，正确的是（　　）

①物体A与物体B的重力更小

②提升A比提升B时的有用功更大

③提升A比提升B时的额外功更小

④提升A比提升B时，人做功的功率更大

A．①② B．①③ C．②③ D．②④

10．小明分别使用甲、乙、丙三种机械将物体M匀速提升2m（绳长不变），测得物体M所受重力和各拉力如表所示，则（　　）

A．乙、丙的机械效率相等 

B．使用图乙动滑轮可以省力 

C．甲、乙的机械效率相等 

D．使用图丙斜面可以省力

11．工人用定滑轮提升质量为20kg的物体，绳自由端在2s内匀速移动了1m，滑轮的机械效率为80%，以下结论正确的是（　　）

A．工人做的有用功为200J 

B．该滑轮的重力为50N 

C．人对绳自由端的拉力F为125N 

D．拉力F的功率为62.5W

12．用如图所示的滑轮组提升重物，在电动机拉力的作用下，重为40N的物体在10s内匀速竖直上升了2m，已知动滑轮重为8N，忽略绳重与摩擦。下列说法中正确的是（　　）

A．电动机对绳的拉力为16N 

B．绳子自由端的移动速度为0.6m/s 

C．滑轮组的机械效率为80% 

D．有用功的功率为8W

13．如图所示，斜面长10m，高4m，用沿斜面方向的推力F，将一个重为500N的货物由斜面底端匀速推到顶端，运动过程中克服摩擦力做功500J，下列说法正确的是（　　）

A．机械效率为75% B．F＝300N 

C．摩擦力为50N D．推力做的总功为3000J

二．多选题（共2小题）

（多选）14．如图所示用一个始终垂直于杠杆的拉力将重物由a提升到b位置，重物挂在杠杆上的位置不变，若杠杆始终保持平衡状态且不计杠杆的自重，下列说法正确的是（　　）

A．提升的过程中，始终是省力杠杆 

B．拉力先变大后变小 

C．拉力大小始终不变 

D．拉力一直变小

（多选）15．物体在同一水平地面上做直线运动，通过相等的路程s，当物体运动的路程和时间图像如图甲时，受到的水平推力为F1；当物体运动的速度和时间图像如图乙时，受到的水平推力为F2；两次推力做功分别为W1、W2；两次推力的功率分别为P1、P2。则下列关系正确的是（　　）

A．W1＜W2，P1＝P2 B．W1＝W2，P1＜P2 

C．F1＜F2，P1＝P2 D．F1＝F2，P1＜P2

三．填空题（共15小题）

16．如图所示，小明正在做俯卧撑，这时可以把他的身体看作一个杠杆。图中A为身体的重心，小明的体重为500N，手臂长约50cm。则地面对手臂的支持力F的大小为 　   　N；若小明30s内完成了20个标准的俯卧撑，则小明这段时间内做功的功率约为 　   　W。

17．如图所示，一块厚度、密度均匀的长方形水泥板放在水平地面上，用甲、乙两种方法使其一端缓慢抬离地面，若F甲和F乙始终竖直向上，则F甲　   　（＞/＜/＝）F乙，如果两种方法都将水泥板缓慢拉到竖直位置，不计空气阻力等因素，两次拉力做功W甲　   　（＞/＜/＝）W乙。

18．“节约用水，人人有责”，应养成随手关闭水龙头的好习惯，如图甲所示。水龙头手柄可视为如图乙所示的杠杆，O为支点，F为阻力，分别沿a、b、c、d方向关闭水龙头，其中用力最小的是 　   　（填“a”“b”“c”或“d”），其原理是 　   　。

19．如图所示，两位同学各持一根较光滑的木棍，在相距1m处面对面站立。另外一位同学取一根绳子，将绳子的一端系在其中一根木棍上，再按图所示依次绕过两根木棍，然后缓慢拉动绳子的另一端，这两根木棍将 　   　（选填“合拢”或“分开”），木棍和绳子组成了一种简单机械，叫 　   　。

20．中国高铁运营里程突破4万公里，稳居世界第一，高速铁路的输电线，无论冬、夏都绷得直直的，如图甲采用坠砣牵引以保障列车电极与输电线的良好接触。图乙为输电线的牵引装置工作原理图，其中滑轮B为 　   　滑轮。钢绳通过滑轮组悬挂总重40000N的坠砣，若某段时间内坠砣下降了20cm，不计滑轮和钢绳自重、摩擦，输电线P端受到的拉力大小为 　   　N，输电线P端向左移动了 　   　cm。

21．如图所示的单摆，让小球从A点静止释放，小球从A点向B点摆动的过程中，细绳对小球的拉力　   　（选填“做”或“不做”）功，小球在B点受合力　   　（选填“等于零”或“不等于零”）。

22．如图所示，小明用沿斜面向上的力F＝400N，把一个重600N的木箱沿斜面推到1.8m高处，斜面长4.5m，此过程中木箱受到的摩擦力为 　   　N。

23．一个60kg的同学，徒手从教室的1楼走到4楼（走了3层楼），每层楼的层高为4m，他克服重力做的功是 　   　J，他消耗的体内化学能是 　   　J。

24．在水平地面上有一长方体木箱，小群用水平推力F把木箱向前推动，此过程中，推力F随时间t的变化情况如图乙所示，木块前进的速度v的大小随时间t的变化情况如图丙所示，从3s至5s内，摩擦力为 　   　N，从3s至4s内，推力对木块所做的功 　   　J。从0s至1s内，推力对木块所做的功为 　   　J。

25．甲、乙两辆相同的汽车在同一水平地面上做直线运动的图象分别如图甲、乙所示（空气阻力忽略不计）。由图可知，甲车的速度 　   　（大于/小于/等于）乙车的速度，甲车的功率 　   　（大于/小于/等于）乙车的功率，经过相同的时间，甲、乙两车牵引力做的功之比为 　   　。

26．如图是小明在做俯卧撑和引体向上时的锻炼场景：

（1）图甲中小明静止时地面对双手的支持力为F1，图乙中小明静止悬挂在单杠上时，单杠对他的作用力为F2，则F1　   　F2。

（2）如图乙，小明的质量为60kg，做一次引体向上需克服重力做功 　   　J，如果小明1min完成10个引体向上，则他的功率是 　   　W。（g取10N/kg）

27．如图同一个实心小球以同样的速度v分别沿着甲、乙两个光滑的弧槽运动，两弧槽弧形相同，弧长相等。小球到达B点的动能 　   　（选填“大于”“小于”或“等于”下同）到达D的动能，小球通过甲弧槽的时间 　   　小球通过乙弧槽的时间，甲图中小球由A到B的过程中动能的变化情况是 　   　（空气阻力不计）。

28．2021年4月29日，长征五号搭载空间站天和核心舱发射成功，标志着我国空间站时代已经到来。如图所示，天和核心舱沿椭圆轨道环绕地球运行，不受空气阻力，因此机械能守恒。

（1）长征五号搭载空间站天和核心舱升空过程中，以长征五号为参照物，天和核心舱的运动状态是 　   　的；

（2）天和核心舱沿椭圆轨道从近地点经远地点再回到近地点的过程中，天和核心舱的动能变化情况是 　   　。

29．如图甲所示，小明利用滑轮组提升不同重物，重为500N的小明最大臂力为600N，动滑轮重100N，绳子能承受的最大拉力为800N，随着货物从某个重量增加到最大时，小明绘制了滑轮组的机械效率η和物重G的关系图，如图乙所示，则A、B两点的机械效率为ηA＝　   　%、ηB＝　   　%。（不计绳重及滑轮轴间的摩擦）

30．如图所示，手用F1的力直接将物体A匀速提升h，做功300J；若借助长5m的斜面用力F2把A匀速提升相同高度，斜面的机械效率是60%，借助斜面做的有用功为 　   　J，拉力F2是 　   　N，物体A受到斜面的摩擦力是 　   　N。

四．作图题（共4小题）

31．如图1是一款升降座椅装置，其简图如图2，请在图2中画出滑轮组的绕线情况，要求绳子的末端绕至按钮处。

32．如图甲所示，用弹簧测力计拉动水平面上的物块，拉力大小和物块的速度随时间变化情况分别如图乙、丙所示。请在图丁中画出拉力的功率随时间变化的图象。（注：P＝Fv）

33．如图甲所示的是在中考体育考试中小刚投掷实心球的场景。请你在图乙中画出实心球离手后，在空中飞行过程中动能E，随时间t变化的大致曲线。

34．跳伞运动员从足够高的悬停直升机上跳下，其下落过程简化为竖直向下的直线运动（图甲）。运动员从O位置由静止开始加速运动到A位置，立即打开降落伞（开伞后人和伞所受空气阻力突然增大且大于总重力），在B位置安全着地。若下落过程中空气阻力随速度的增大而增大，请在图乙中画出运动员从O位置到B位置（刚好触地）这一过程中，动能Ek随位置S变化关系的大致图像。

五．简答题（共5小题）

35．如图所示是家庭装修常用的长方体木板，当一个人要把平放在地板上的一块均匀木板立起来靠在墙上的时候，是从长边a还是从短边b搬动木板更容易？请用学过的物理知识来分析。

36．拔河比赛时，运动员的身体会适当地向后倾斜，如图所示．这样做对方很难把他拉向前倒．如果把运动员身体模型化成杠杆，请用杠杆原理分析其中的原因．

37．如图所示，水平桌面的中间有一均匀的磁场区域（“×”表示垂直于桌面向下的磁感线）。桌面左端放有质量和大小均相同的金属框和塑料框。现分别用水平向右的力将它们从图中的A位置匀速拉动到B位置。请你从能量转化的角度判断这一过程中拉力分别对金属框和塑料框做的功是否相同？请说明理由。（假设两框与桌面间的接触粗糙程度相同）

38．如图是人们常用的订书机，它的结构设计和工作原理运用了许多物理知识。在底部垫了两块橡皮而且有条纹，目的是什么？钉书针很尖细，目的是什么？按下压柄，弹簧发生弹性形变，弹簧具有什么能量？

39．张工、李工两位是建筑设计师，均受某公司邀请参加某火车站进站段铁路工程的设计，最后张工上交了甲图所示的设计方案图，李工上交了乙图所示的设计方案图，若你是此公司代表，你将选择　   　图的设计方案，结合你学到的物理知识，请简要谈谈你选择的理由。

六．实验探究题（共5小题）

40．小明在探究杠杆平衡条件的实验中（每个钩码的重力均为G，杠杆上每格长度均为a，弹簧测力计自重不计）。

（1）挂钩码前，杠杆在如图甲所示的位置静止，此时杠杆 　   　（选填“是”或“不是”）平衡状态，接下来小明向 　   　调节杠杆两端的螺母，使杠杆保持水平并静止；

（2）如果小明同学面对甲图状况，没有调至水平平衡就匆忙进行乙图实验（弹簧测力计在右侧第4格处），杠杆虽然此时水平平衡，但可以判断2G•3a 　   　（选填“＞”、“＝”或“＜”）F1•4a；（F1是弹簧测力计的示数）

（3）面对甲图状况，小明同学按正确的操作将杠杆调至水平平衡后，进行如图丙所示的实验，记录下杠杆水平平衡时弹簧测力计示数F2，发现2G•3a＝F2•4a，于是就得出了“动力×动力臂＝阻力×阻力臂”的结论，同组的同学认为他的做法不合理，理由是 　   　；

（4）小明同学将甲图状况调节成水平平衡后，进行丁图实验（测力计挂钩钩在右侧第4格处）。

①将弹簧测力计向右下方拉，示数为F3，力与水平方向成θ角，杠杆水平平衡；

②将该弹簧测力计的方向改为向左下方拉，示数为F4，力与水平方向成β角，杠杆水平平衡.若F3＞F4，则θ　   　（选填“＞”、“＝”或“＜”）β。

41．在“探究杠杆的平衡条件”实验中。

（1）如图所示甲中杠杆 　   　（选填“是”或“否”）在平衡状态。

（2）图乙中，在已调平的杠杆A处挂两个钩码，则在B处需挂 　   　个钩码时，杠杆才能继续保持在水平位置平衡。

（3）将图丙中弹簧测力计向右逐渐倾斜时，其示数将 　   　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。其原因是：　   　。

（4）实验中保持钩码个数及位置不变，多次收集数据并在坐标系中绘制出动力臂L1与动力F1的关系图象，由图象可知：当F1＝0.5N时，L1＝　   　cm。

（5）根据杠杆平衡的条件分析图丁可知：A端胡萝卜相比B端胡萝卜 　   　（选填“更重些”、“一样重”或“更轻些”）。

42．小明利用以下器材：中间有沟槽的木质轨道，如图甲所示，其中AB部分倾斜并与平直部分BC平滑连接，沟槽较光滑）、大小与沟槽相当的玻璃球、铁球各一个，轻质弹簧、刻度尺各一个，开展了探究“动能大小与哪些因素有关”的活动。实验步骤如下：

步骤1：让质量为m1铁球从斜面高h1处自由滑下，记录弹簧被压缩的长度x1。

步骤2：让质量为m2铁球从斜面高h1处自由滑下，记录弹簧被压缩的长度x2。

步骤3：让质量为m1铁球从斜面高h2处自由滑下，记录弹簧被压缩的长度x3。

（1）利用这套器材进行实验时，可以通过比较 　   　来比较小球动能的大小。

（2）步骤 　   　（选填“1”“2”或“3”）两个步骤是为了研究动能与质量大小的关系，步骤 　   　（选填“1”“2”或“3”）两个步骤是为了研究动能与速度大小的关系。

（3）若弹簧可以自由伸缩，压缩的弹簧可以将小球向上弹回，说明发生弹性形变的物体具有 　   　能。小球离开弹簧后可以继续向上运动，但是每一次反弹的高度逐渐变小，说明此过程小球机械能 　   　（选填“增大”“减小”或“不变”）。

（4）根据实验结论和生活经验，在发生汽车碰撞事故时，事故的严重程度与下列哪个因素无关 　   　。

A.载重大小

B.车速大小

C.是否系安全带

D.是否安装行车记录仪

43．高空抛物不仅是一种不文明行为，还会带来很大的安全隐患。小华设计了如图所示的实验：让三个体积相同的实心铁球A、铁球B和铝球C同时由静止释放落到沙地上，其中A、C球离沙地的高度相同。实验数据记录如表。（ρ铁＞ρ铝）

（1）本实验中，球的重力势能大小是通过 　   　来反映的。

（2）比较A、C两球，得出的结论是 　   　。

（3）B球落入沙中后，速度不断减小直至静止，B球的机械能转化为 　   　能。

（4）请你给高空抛物者提出一条警示语：　   　（合理即可）。

44．小羽设计的测量斜面的机械效率实验如图所示。用高为30cm的木块将带有刻度的平木板垫起，构成一个斜面，并使它固定，把小车放在斜面底端A处，用弹簧测力计拉着小车从位置A沿斜面匀速上升到位置B，上升过程中弹簧测力计的示数如图所示。

根据题中提供的信息，填写下面的实验记录表。

七．计算题（共6小题）

45．青竹湖湘一2020届同学设计了一款如图甲所示的力学装置，杠杆OAB始终在水平位置保持平衡，O为杠杆的支点，OB＝3OA，竖直细杆a的上端通过力传感器连在天花板上，下端连在杠杆的A点，竖直细杆b的两端分别与杠杆和物体M固定，水箱的质量为0.8kg，不计杠杆、细杆及连接处的重力。当图甲所示的水箱中装满水时，水的质量为3kg。力传感器可以显示出细杆a的上端受到作用力的大小，图乙是力传感器的示数大小随水箱中水的质量变化的图象：

（1）图甲所示的水箱装满水时，水受到的重力为多少N；

（2）物体M的重力；

（3）当细杆a上得传感器显示为24N时，细杆b上的力为多大；

（4）当向水箱中加入质量为1kg的水时，力传感器的示数大小为F；继续向水箱中加水，则当力传感器的示数大小变为4F时，水箱对桌面的压力为多少N？

46．某兴趣小组用如图所示的滑轮组（物体与动滑轮用绳子连接）匀速拉动放在同一水平面上的不同物体，物体的质量为100kg，受到的摩擦力为200N，用80N的拉力F，10秒内把物体拉动的距离为2m。（不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，g取10N/kg）求：

（1）物体的重力；

（2）滑轮组中动滑轮的重力；

（3）拉绳子的速度。

47．如图所示是一台火灾现场侦察、灭火的消防机器人，其质量为600kg，与地面的总接触面积为300cm2，以3m/s的速度在水平地面沿直线匀速前进了1min，行驶时所受阻力为自取的0.02倍（g取10N/kg）。求：

（1）消防机器人所受的重力；

（2）消防机器人静止在水平面上时对地面的压强；

（3）消防机器人牵引力做的功。

48．中国研发的万米载人潜水器“奋斗者”号，成功下潜到全球海洋10909m最深处（不考虑海水密度的变化，ρ海水＝1.0×103kg/m3，g＝10N/kg）。则：

（1）“奋斗者”号下潜到最深处时，潜水器所受到海水的压强为多少Pa？

（2）“奋斗者”号完成任务后，漂浮在海面上，由图乙所示的起重装置将其匀速竖直吊离水面，起重装置起吊拉力的功率随时间变化的图像如图丙所示，图中P2＝2P1。起吊过程中“奋斗者”号总质量为36吨，求t1时刻“奋斗者”号的排水体积（不考虑水的阻力）。

49．通过“探究物体不受力时怎样运动”和“物体动能大小的影响因素”两个实验，可知小球滑到斜面最底端的速度，只与小球在斜面的起始高度有关，与小球本身质量无关，小球从斜面滑下的过程中，动能的增加量等于重力对小球做的功（不计摩擦和空气阻力），已知动能的表达式为EK＝mv2：其中m为物体的质量，v是物体的运动速度，让质量分别为m1和m2的小球从同一斜面的同一高度h由静止开始滑下，v1、v2是两球到达最低端的速度，请证明v1＝v2。

50．在小型建筑工地，常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料，其工作原理相当于如图所示的滑轮组，某次将质量为400kg的砖块匀速吊运到高为10m的楼上，用时40s，卷扬机提供的拉力F为2500N。求在此过程中：

（1）有用功；

（2）拉力F做的总功；

（3）滑轮组的机械效率；

（4）拉力F做功的功率。