2023年北京初三一模物理分类汇编：机械和功章节综合

2023北京初三一模物理汇编

机械和功章节综合

一、单选题

1．（2023·北京西城·统考一模）如图所示，工人站在水平地面上用滑轮组提升货箱。工人用力拉绳子，使货箱以0.08m/s的速度匀速上升，此时滑轮组的机械效率为90%。已知工人体重为600N，货箱重为810N，绳子所能承受的最大拉力为1000N。若不计滑轮组的绳重和摩擦，下列判断正确的是（　　）

A．提升货箱时，此工人的拉力为300N

B．提升货箱时，此工人对地面的压力为1050N

C．提升货箱过程中，此工人拉力的功率为36W

D．此工人使用该滑轮组可以提升重为1100N的货箱

2．（2023·北京西城·统考一模）如图所示的四种工具中，正常使用时属于费力杠杆的是（　　）

A．面包夹

B．园艺剪

C．托盘天平

D．压蒜器

3．（2023·北京海淀·统考一模）如图所示的工具在使用时，属于费力杠杆的是（　　）

A．瓶盖起子 B．食品夹

C．托盘天平 D．羊角锤

4．（2023·北京朝阳·统考一模）如图所示，用动滑轮把重90N的沙子从一楼地面运上二楼地面，每层楼高3m，动滑轮重10N。第一次用桶装沙子，桶重20N，第二次用布袋装沙子，布袋重5N，两次用时均为10s。下列说法错误的是（　　）

A．第一次人对绳子的拉力为60N B．第二次动滑轮做的有用功为285J

C．第二次人拉绳子的功率为31.5W D．第一次动滑轮的机械效率为75%

5．（2023·北京房山·统考一模）如图是利用滑轮组匀速提升圆柱体M的示意图，滑轮组固定在钢架上，每个滑轮重为150N，绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为1000N。圆柱体M在绳端拉力F作用下，以0.1m/s的速度匀速上升，在这个过程中，拉力F的功率为150W，滑轮组的机械效率为η，钢架对定滑轮的拉力为T。不计绳重、轮与轴的摩擦，下列选项中正确的是（　　）

A．拉力F的大小为750N

B．拉力T的大小为1650N

C．滑轮组的机械效率η为90%

D．该滑轮组能够提升的最大物重为2700N

6．（2023·北京延庆·统考一模）如图所示的工具在正常使用时，属于省力杠杆的是（　　）

A．撬棒 B．筷子

C．食品夹 D．天平

二、多选题

7．（2023·北京海淀·统考一模）如图甲所示，滑轮组悬挂在水平支架上。两次分别匀速提升物体A、B时，卷扬机拉力F所做的功W随时间t的变化关系图线分别为图乙中的a、b、已知两个滑轮的质量相等，两次提升时物体上升的速度均为0.2m/s，物体A的质量为180kg，不计绳重和摩擦，g取10N/kg。下列说法正确的是（　　）

A．物体B的质最为80kg

B．提升物体A时滑轮组的机械效率为80%

C．提升物体A时支架受到定滑轮的拉力为3200N

D．相同时间内，滑轮组提升物体A时做的额外功大于提升物体B时做的额外功

8．（2023·北京朝阳·统考一模）杆秤作为华夏国粹，它制作轻巧、使用便利，曾是商品流通中的主要度量工具，同时它还承载着公平公正的象征意义。如图所示，是小阳同学制作的杆秤的示意图，使用时将货物挂在秤钩上，用手提起B或C（相当于支点）处的秤纽，移动秤砣在秤杆上的位置，当秤杆水平平衡时，可读出货物的质量。秤砣最远可移至D点，此秤最大称量是10kg。秤杆、秤钩和秤纽的质量忽略不计，AB、BC、BD的长度如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．秤砣的质量是0.4kg

B．提起B秤纽，可以达到最大称量

C．距离C点12.5cm，有两个刻度，分别为1kg和3.1kg

D．提起C秤纽，不挂货物时，使秤杆转动的力是秤砣的重力

9．（2023·北京门头沟·统考一模）如图所示，小型牵引车通过滑轮组可以将重物匀速吊起，每次重物均以0.4m/s的速度匀速上升，且滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计。当吊起质量为240kg的重物A时，牵引车对绳的拉力为F，滑轮组的机械效率为80% ，g 取10N/kg。下列说法正确的是（　　）

A．牵引车的速度是0.8m/s B．5s拉力F做的功为4000J

C．动滑轮所受的重力为600N D．拉力F的功率为1200W

三、计算题

10．（2023·北京西城·统考一模）有一根长为L、横截面积为S的质量分布均匀的实心木棒AB。如图所示，木棒的A端静止在水平地面上，B端用绳竖直悬挂在电子秤上，电子秤的示数为F。已知：L=2m，S=40cm2，F=20N。（取g=10N/kg）求：

（1）实心木棒的重力G；

（2）实心木棒的密度ρ。

11．（2023·北京海淀·统考一模）《天工开物》中记载了中国古人利用桔槔汲水的情景，如今一些农田在灌溉时仍然传承着这种汲水方式。桔槔的主要结构如图所示，其上方的横杆是一根硬棒，横杆由竖木支撑，可绕通过O点的转轴转动，横杆A点绑有配重石块，B点连接一根细杆，细杆下方连有木桶，使用时人可对细杆施加向上或向下的力。已知OA长为1m，OB长为3m。横杆的自重、支点处的摩擦均忽略不计，汲水过程中细杆始终竖直。

（1）若配重石块重300N，当横杆在水平位置静止时，求B点受到的拉力F的大小。

（2）木桶装满水时，细杆、木桶和水总重140N，要使横杆提着装满水的木桶在水平位置静止（木桶完全离开井内水面），当所用配重石块重300N时，人对细杆的力为F1，当所用配重石块重600N时，人对细杆的力为F2。请通过计算说明F1与F2的大小关系。

12．（2023·北京丰台·统考一模）某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物重4.5 N，绳子自由端的拉力F为1.5 N。在0~2 s的过程中，求：

（1）有用功；

（2）拉力F的功率；

（3）滑轮组的机械效率。

13．（2023·北京延庆·统考一模）用如图所示的滑轮组，将质量为80kg的建筑材料A从地面匀速提高了2m，用时10s，在这个过程中，拉力F为500N，g取10N/kg。求：

（1）建筑材料受到的重力G；

（2）滑轮组的机械效率η；

（3）拉力F做功的功率P。

四、实验题

14．（2023·北京海淀·统考一模）小海和小妍想探究：使用动滑轮提升物体时，绳子自由端的拉力大小与被提升物体所受重力大小的关系。实验桌上有如图所示的实验装置和质量分别为50g、100g、200g的钩码若干。小海先用调节好的弹簧测力计测出钩码所受的重力G物并记录；再利用图示的实验装置，将钩码挂在动滑轮下，用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端，记录拉力大小F。更换钩码进行多次实验，实验数据记录如下表（已知动滑轮所受的重力G动为1.2N）。

根据数据，小海认为：使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力F总是小于物重G物。

（1）小妍分析G物、F的变化趋势，认为小海的观点是错误的，请你只利用上述实验器材，设计实验证明小海的观点是错误的；写出实验步骤和实验现象；

（2）若不计绳重和摩擦，请分析并说明使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力F小于物重G物的条件。

15．（2023·北京房山·统考一模）实验桌上有满足实验要求的器材：调节好的弹簧测力计一个，重力为1N的钩码两个，在水平位置调节平衡的杠杆一个。杠杆上相邻刻度间距离相等，刻线上下靠近杠杆边缘处均有圆形小孔，可用来挂钩码或弹簧测力计，如图所示。请利用上述实验器材，设计一个实验证明：“杠杆在水平位置平衡时，如果动力臂、阻力臂保持不变，则动力F1与阻力F2有关”。要求：

（1）用点A表示钩码作用在杠杆上的位置，用点B表示弹簧测力计作用在杠杆上的位置，请在图中的杠杆上标出A点和B点；

（2）写出主要实验步骤；

（3）画出实验数据记录表格。

五、填空题

16．（2023·北京丰台·统考一模）杆秤是中国古老的衡量工具，如图所示。它的原理和制作工艺无一不渗透着中国古代人民的智慧。在交易中，卖家将货物放入秤盘，提起提纽后移动秤砣直到秤杆在水平位置静止，便可通过读取秤杆上的刻度得知货物质量；称量不同货物，相应调整秤砣的位置，秤杆在水平位置再次静止，就能读出该货物质量。细心的小京发现杆秤的结构可以抽象为杠杆模型，提纽位置为支点。请结合杠杆模型及杆秤的使用过程，提出一个可探究的科学问题：______。

17．（2023·北京门头沟·统考一模）【2016·北京卷】如图所示，OB是以O点为支点的杠杆，F是作用在杠杆B端的力。图中线段AB与力F的作用线在一条直线上，且OA⊥AB，线段________表示力F的力臂。（选填“OA”、“AB”或“OB”）

参考答案

1．D

【详解】A．由图可知，滑轮组的动滑轮绕2段绳子，不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率

此时滑轮组的机械效率为90%，即

解得动滑轮的重力G动=90N，提升货箱时，此工人的拉力为

故A错误；

B．提升货箱时，此工人受到的支持力

F支=G人-F=600N-450N=150N

由力的作用相互性可知此工人对地面的压力为

F压=F支=150N

故B错误；

C．自由端绳子移动的速度

v=2v物=2×0.08m/s=0.16m/s

提升货箱过程中，此工人拉力的功率为

故C错误；

D．工人体重为600N，绳子所能承受的最大拉力为1000N，则提升货箱的最大拉力是600N，提升货箱的最大重力

G大=2F大-G动=2×600N-90N=1110N

此工人使用该滑轮组可以提升重为1100N的货箱，故D正确。

故选D。

2．A

【详解】A．面包夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故A符合题意；

B．园艺剪在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B不符合题意；

C．托盘天平的动力臂等于阻力臂，属于等臂杠杆，故C不符合题意；

D．压蒜器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故D不符合题意。

故选A。

3．B

【详解】A．瓶盖起子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A不符合题意；

B．食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B符合题意；

C．托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，故C不符合题意；

D．羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故D不符合题意。

故选B。

4．B

【详解】A．由可知，第一次人对绳子的拉力为

故A正确，不符合题意

B．由可知，第二次动滑轮做的有用功为

故B错误，符合题意；

C．第二次做的额外功为

第二次做的总功为

由可知，第二次人拉绳子的功率为

故C正确，不符合题意；

D．第一次动滑轮做的有用功为

第一次做的额外功为

第一次做的总功为

第一次动滑轮的机械效率为

故D正确，不符合题意。

故选B。

5．C

【详解】A．由图示知，滑轮组承重绳子为3根，则绳子端移动的速度

据P=Fv得，拉力

故A错误；

B．定滑轮静止，受到竖直向上的钢架的拉力作用及竖直向下的重力、两根绳子的拉力作用，处于平衡状态，这三个力是平衡力，所以钢架的拉力

T=G定+2F=150N+2×500N=1150N

故B错误；

C．不计绳重及摩擦时，据得，圆柱体的重力

滑轮组的机械效率

故C正确；

D．绳子能承受的最大拉力F大=1000N，滑轮组能提升的最大物重

故D错误。

故选C。

6．A

【详解】A．撬棒在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；

B．筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；

C．食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；

D．天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆。

故选A。

【点睛】结合生活经验，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。

7．AC

【详解】A．由题意知，物体A的重力为

由图乙可知，拉物体A时拉力的功率为

提升重物的绳子有两段，由P=Fv，可知，提升物体A时，绳端的拉力为

动滑轮的重力为

拉物体B时，拉力的功率为

提升物体B时，绳端的拉力为

动滑轮的重力为200N，则物体B的重力为

则物体B的质量为

故A正确；

B．由可知，提升物体A时滑轮组的机械效率为

故B错误；

C．由图甲可知，定滑轮上有3根绳子，每根绳子的拉力为1000N，两个滑轮的质量相等，则提升物体A时支架受到定滑轮的拉力为

故C正确；

D．不计绳重与摩擦，提升物体做的额外功等于动滑轮做的功，动滑轮的重力不变，两次提升物体上升的速度相等，则相同时间内，动滑轮被提升的高度相同，则额外功相同，故D错误。

故选AC。

8．ABC

【详解】AB．提起B秤纽，秤砣的力臂可以达到最长，而秤砣的重力、重物的力臂不变，由杠杆平衡条件得，此时可以达到最大称量，当最大称量是10kg时，由杠杆平衡条件得

解得秤砣的质量是0.4kg，故AB正确；

C．距离C点12.5cm，有两个刻度，由杠杆平衡条件得，当用B提钮时，刻度的对应的质量满足

解得。

当用C提钮时，由杠杆平衡条件可知

解得。

即两个刻度分别为1kg和3.1kg，故C正确；

D．提起C秤纽，不挂货物时，使秤杆转动的力是秤砣对杠杆的拉力，故D错误。

故选ABC。

9．CD

【详解】BC．重物的重力

由图可知，n=3，由

可得，拉力的大小

滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计，由

可得，动滑轮所受的重力

5s拉力F做的功

故B错误，C正确；

AD．车的速度等于绳端移动的速度

拉力F的功率

故A错误，D正确。

故选CD。

10．（1）40N；（2）

【详解】解：（1）见图

根据杠杆平衡条件，所以

（2）实心木棒的密度

答：（1）实心木棒的重力为40N；

（2）实心木棒的密度为。

11．（1）100N ；（2）F2>F1

【详解】解：（1）如图1所示

O为支点，石块对横杆的压力F压=G石，力臂为L1；F的力臂为L2，依据杠杆的平衡条件得到

F压L1=FL2

可得拉力

（2）所用配重石块重300N时，木桶装满水后，由于横杆仍在水平位置静止，B点受到的拉力仍为100N，B点对细杆的拉力FB1也为100N，此时细杆和装满水的木桶受力如图2所示：

人对细杆的力为

F1=G-FB1=140N-100N=40N

方向竖直向上；所用配重石块重600N时，木桶装满水后，由于横杆仍在水平位置静止，  依据杠杆的平衡条件，B点受到的拉力为200N，B点对细杆的拉力FB2也为200N，此时细杆和装满水的木桶受力如图3所示：

则人对细杆的力为

F2=FB2-G =200N-140N=60N

方向竖直向下，所以

F2>F1

答：（1）B点受到的拉力F的大小是100N；

（2）F2>F1。

12．（1）0.45J；（2）0.3W；（3）75%

【详解】解：（1）由图像可知，物体上升的高度为0.1m，有用功为

（2）由图像可知，绳子自由端移动的距离为0.4m，拉力做的总功为

由图像可知，做功的时间为2s，拉力的功率为

（3）滑轮组的机械效率

答：（1）有用功为0.45J；

（2）拉力F的功率为0.3W；

（3）滑轮组的机械效率为75%

13．（1）800N；（2）80%；（3）200W

【详解】解：（1）建筑材料受到的重力

G=mg=80kg×10N/kg=800N

（2）由图可知，滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳端移动的距离

s=2h=2×2m=4m

有用功

W有=Gh=800N×2m=1600J

总功

W总=Fs=500N×4m=2000J

滑轮组的机械效率

（3））拉力F做功的功率

答：（1）建筑材料受到的重力是800N；

（2）滑轮组的机械效率是80%；

（3）拉力F做功的功率是200W。

14．（1）见解析；（2）见解析

【详解】（1）实验步骤：

①用弹簧测力计测量一个50g的钩码所受的重力G物并记录；

②把该50g的钩码挂在动滑轮下，用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端，记录拉力大小F。

实验现象：发现F > G物，说明小海的观点是错误的。

（2）若不计绳重和摩擦，则

2F = G物+G动

所以当G物> G动时

F < G物

15．（1）

（2）见解析；（3）见解析

【详解】（1）在杠杆上找出不重合的A、B两点，作为钩码及弹簧测力计的作用在杠杆上的位置，A点和B点参考下图

（2）①在A点处挂1个钩码，在B点处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆在水平位置平衡，把钩码重力作为阻力F2，把弹簧测力计拉力作为动力F1，记录在表格中；②在A点处挂2个钩码，在B点处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆在水平位置平衡。将钩码重力和弹簧测力计示数记录在表格中。比较弹簧测力计的示数可得出探究结论。

（3）实验需要探究动力臂和阻力臂不变时，动力与阻力的关系，所以表格需要记录动力及阻力的大小，对应的单位为N。实验数据记录表：

16．见解析

【详解】杆秤的结构可以抽象为杠杆模型，提纽位置为支点，将货物放入秤盘，货物和秤盘对左端的拉力为阻力，秤砣对杠杆的拉力为动力，调整秤砣的位置，改变动力臂，秤杆在水平位置静止，动力改变，可以提出问题：动力臂与阻力是否有关？

17．OA

【详解】力臂的定义为从支点到力作用线的垂直距离；图中线段AB与力F的作用线在一条直线上，而过O点与AB垂直的线段为OA，故力F的力臂为OA。