八 简单机械 功、功率和机械能
知识点1 简单机械
1.(2023烟台,9,2分)筷子发源于中国,是华夏饮食文化的标志之一。如图所示,使用筷子时虽然费力但省距离,下列工具在使用中也能省距离的是( )
2.(2023临沂,7,2分)2023年2月10日,航天员费俊龙、张陆在机械臂的辅助下完成了中国空间站全面建成后航天员的首次出舱活动,机械臂类似人的手臂,具有抓住、拉回、锁死等功能。如图所示工具,正常使用时与机械臂属于同一类杠杆的是( )
3.(2023日照,6,3分)“劳则思,思则善心生”,劳动的过程就是一种学习。某学校劳动教育课堂上,以下劳动场景中,利用了费力杠杆的是( )
4.(2022济南,8,3分)小强开启饮料时,瓶起子可视为一个杠杆,如图所示。下列各图能正确表示其工作原理的是( )
5.(2021潍坊,1,2分)“节约用水,人人有责”,应养成随手关闭水龙头的好习惯。水龙头手柄可视为如图所示杠杆,O为支点,F为阻力,分别用力沿a、b、c、d方向关闭水龙头,其中用力最小的是( )
A.a B.b C.c D.d
6.(2022淄博,10,2分)如图是某小区使用的一种垃圾投放装置的示意图,人向下拉吊把就能打开垃圾桶桶盖,非常方便、卫生。下列说法正确的是( )
A.装置中的滑轮是动滑轮
B.装置中的滑轮改变了力的方向
C.绳子拉起桶盖时,桶盖可视为费力杠杆
D.蓝色垃圾桶看起来是蓝色,是因为它吸收蓝光
7.(2020济宁,13,2分)杠杆两端螺母的作用是 ,图中的杠杆在水平位置平衡,若在两侧各减掉一个等重的钩码,杠杆 (选填“能”或“不能”)保持水平平衡。
8.(2021日照,15,2分)如图所示是某简易杠杆的示意图,已知AOB水平,OA=OB,物体重力G为10 N,拉力F的方向如图所示。该杠杆是 杠杆,F=
N。
9.(2022枣庄,24,2分)如图所示是生活中常见的杆秤。称量时杆秤在水平位置平衡,被测物体和秤砣到提纽的距离分别为0.05 m、0.2 m,秤砣的质量为0.1 kg,秤杆的质量忽略不计,则被测物体的质量为 kg。若秤砣有缺损,则杆秤所测物体的质量会 (选填“偏大”或“偏小”)。
10.(2021威海,21,2分)如图是撑竿跳运动员起跳动作示意图,请在图中画出运动员对撑竿A点竖直向下的拉力及其力臂。
11.(2023泰安,20,3分)画出图中动力F的力臂,并用字母l表示。
12.(2023济宁,19,4分)利用铁架台、杠杆、质量相等的钩码等器材,探究杠杆的平衡条件。
(1)调节螺母,将没挂钩码的杠杆调节至水平位置平衡,如图甲所示,其目的是方便测量 ;
(2)为探究杠杆的平衡条件,小明设计了以下两种收集实验数据的方案,其中合理的是 ;
实验 次数 方案一 方案二
F1/N l1/cm F2/N l2/cm F1/N l1/cm F2/N l2/cm
1 3 3 3 5
2 2 2 4 3
3 1 1 2 5
(3)如图乙所示,在A处挂3个钩码,则应在B处挂 个钩码,才能使杠杆在水平位置保持平衡;
(4)杆秤就是杠杆平衡条件的一个应用,是中国最古老也是现今人们仍然在使用的一种称质量的简易工具,由带有秤星的秤杆、秤砣、提纽等组成。如图丙所示,此杆秤有两个提纽,使用它称较重的物体时,常用离秤钩较 (选填“近”或“远”)的提纽。
知识点2 功、功率和机械效率
13.(2021青岛,8,2分)如图所示,建筑工人使用滑轮组匀速向楼上运送石料,下列不能提高滑轮组机械效率的是( )
A.换用轻质的动滑轮
B.滑轮转轴处加润滑油
C.增大匀速提升的速度
D.增大单次运送石料的重力
14.(2020聊城,8,3分)如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别将A、B两物体匀速向上提升,若所用拉力大小相等,绳端在相同时间内移动了相同的距离。不计绳重和摩擦,下列说法正确的是( )
A.两物体上升的速度相同
B.两种装置的机械效率相等
C.两次提升物体所做的有用功相等
D.两种装置中拉力做功的功率相等
15.(2022枣庄,8,2分)物体在同一水平面上做匀速直线运动,当物体运动路程与时间的关系图像如图甲时,受到的水平推力为F1;当物体运动的速度与时间的关系图像如图乙时,受到的水平推力为F2。两次推力的功率分别为P1、P2。则F1∶F2和P1∶P2分别为( )
甲 乙
A.3∶5 9∶25 B.3∶5 1∶1
C.3∶5 3∶5 D.1∶1 3∶5
16.(2023滨州,14,4分)(多选)用如图所示的装置匀速提升浸没在容器底部的正方体物块A,物块A的质量为5 kg,棱长为10 cm,水的深度为60 cm。物块A露出水面前滑轮组的机械效率为80%,在水中上升的时间为5 s。物块A与容器底部未紧密接触,水对物块A的阻力、绳子的重力、绳子与滑轮间摩擦都忽略不计,ρ水=1.0×103 kg/m3,g=10 N/kg。下列分析正确的是( )
A.物块A的重力为50 N
B.物块A上升的速度为0.12 m/s
C.物块A露出水面前,拉力所做的有用功为20 J
D.物块A完全露出水面后,滑轮组的机械效率约为83.3%
17.(2023潍坊,11,4分)(多选)如图甲所示,工人用推力F将重为1 000 N的箱子沿斜面推至水平车厢中,斜面长3 m、高1.5 m,F始终与箱子运动方向相同。箱子运动路程随时间变化关系如图乙所示,推力F随时间变化关系如图丙所示。下列分析正确的是( )
A.0~10 s内,箱子做加速运动
B.0~10 s内,箱子所受摩擦力为100 N
C.10~20 s内,推力F的功率为160 W
D.10~20 s内,箱子所受摩擦力为200 N
18.(2023日照,15,4分)“兄弟齐心,其利断金”,在某次劳动课上,李陆同学用F1=200 N的力水平向左推小车,刘湾同学用F2=100 N的力作用在该小车上,要使两人作用在小车上的力的效果最大,两个力的方向须 ,在两人共同作用下,10 s内小车加速前行了5 m, 则此10 s内两人作用在小车上的力做的总功为 J。
19.(2023泰安,19,2分)如图所示的滑轮组在10 s内将200 N的重物匀速提升3 m,滑轮组的机械效率为80%,不计绳重和摩擦,拉力F的功率为 W。
20.(2020东营,17,2分)我国自行设计的新型履带式水陆两栖坦克,如图所示,它既可像普通坦克一样在陆地上高速行驶,又能像船一样在水中航行。该坦克的质量为22 t,配备发动机的最大功率为420 kW,若在水中匀速航行时,最大速度为18 km/h,此时受到的阻力为 。
21.(2022聊城,18,2分)如图所示,工人用200 N的拉力将重为300 N的物体匀速提升一定高度,不计绳重和摩擦。动滑轮的机械效率是 ,如果用该动滑轮提升重为400 N的物体,动滑轮的机械效率 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
22.(2022日照,15,2分)物理课上,喜欢动手的小明帮助老师搬运实验器材,器材所受的重力为20 N,距离讲台的水平距离OM=1.2 m,距离讲台面的竖直高度ON=0.8 m,如图所示。小明先用4 s的时间在M点将器材匀速竖直搬起0.8 m,再匀速直线运动5 s到达讲台的N点。小明水平移动器材时,速度大小为 cm/s,对器材做的功为 J。
23.(2022泰安,24,7分)电动车是人们便捷出行的交通工具。某人骑着电动车在水平路面上沿直线行驶了800 m,已知他和电动车的总重力为860 N,轮胎和地面的总接触面积为20 cm2。假定骑行过程中电动车的牵引力恒为50 N,在此骑行过程中,求:
(1)牵引力做的功;
(2)电动车对水平路面的压强。
24.(2021潍坊,24,5分)楼房装修常用如图所示装置将物料吊运到楼上。已知该装置电动机的额定功率P=2.2 kW,电动机将电能转化为机械能的效率η=50%。某次吊运过程中将物料匀速提升h=16 m,所用时间t=40 s,求:
(1)电动机拉绳的速度大小;
(2)电动机对绳的拉力大小。
25.(2021泰安,24,6分)如图所示,甲工人用水平推力F甲推动重为750 N的货物,在水平路面上匀速移动2 m至仓库门口A处,用时10 s,此过程中甲工人做功的功率P甲=30 W;乙工人接着使用滑轮组拉动该货物在同样的路面上匀速移动3 m到达指定位置B,拉力F乙为80 N。求:
(1)甲工人做的功;
(2)该滑轮组的机械效率。
知识点3 机械能及其转化
26.(2023临沂,8,2分)2023年5月7日上午,我市第十三届全民健身运动会开幕式暨第七届万人健步行活动在五洲湖广场开启。如图所示,航拍本次活动的无人机匀速下降的过程中( )
A.重力不做功 B.动能减小
C.重力势能不变 D.机械能减小
27.(2023烟台,11,2分)跳水运动中蕴含着许多物理知识,如图所示,有关跳板跳水过程中能量变化的说法正确的是( )
A.运动员用力下压跳板的过程中,跳板的弹性势能减小
B.运动员被跳板向上弹起的过程中,重力势能减小
C.运动员离开跳板向上运动的过程中,动能减小
D.运动员从最高点下落的过程中,机械能增大
28.(2021济南,9,3分)周末,小丽跟妈妈去千佛山游玩,如图所示,小丽和妈妈乘坐缆车匀速上山时,她们的( )
A.势能减小 B.势能增大
C.动能减小 D.动能增大
29.(2022日照,5,3分)“粽叶又飘香,颗粒正归仓。建设新时代,农民丰收忙。” 如图所示,斜向上的传送带将小麦匀速运送到高处粮仓的过程中,其中1 kg小麦的( )
A.动能不变 B.重力势能不变
C.机械能不变 D.动能与重力势能的和不变
30.(2022菏泽,8,2分)2022年4月16日神舟十三号飞船返回舱在东风着陆场平安落地,标志着我国空间站关键技术验证阶段的最后一次飞行任务结束。在返回舱减速下落的过程中( )
A.动能减少,重力势能不变
B.动能不变,重力势能减少
C.机械能不变 D.机械能减少
31.(2022济南,10,3分)爸爸开车带着小明行驶在高速公路上,小明看到如图所示的限速标志,想起了学过的“动能”的知识,也产生了一系列有关的问题。其中最有探究价值且易于探究的是( )
A.物体的动能与物体的形状是否有关
B.物体的动能与它的速度有什么关系
C.物体的动能与它的质量和速度有什么关系
D.物体的动能与哪些因素有关
32.(2022烟台,10,2分)如图所示,用绳子把一块橡皮悬挂起来,把橡皮贴近自己的鼻子,稳定后松手,头保持不动,橡皮向前摆去又摆回来,不会碰到鼻子。下列说法正确的是( )
A.橡皮在摆动的过程中机械能保持不变
B.橡皮摆动到最低点时动能最小
C.橡皮在下降过程中,重力势能转化为动能
D.橡皮在上升过程中,重力势能转化为动能
33.(2022泰安,12,3分)如图所示,物理项目化学习小组在空旷的室外测试某型号无人机负重飞行能力。测试时将重20 N的物体A固定在无人机上,并控制无人机完成以3 m/s的速度匀速上升、在空中悬停、以2 m/s的速度匀速下降三个阶段的测试项目,同时利用系统软件记录多次测量的相关信息,并做出测评报告。下列说法中( )
①匀速上升阶段,物体A相对于地面是运动的
②匀速上升阶段,物体A的机械能不变
③匀速下降阶段,物体A的重力势能转化为动能
④物体A匀速下降阶段的动能小于匀速上升阶段的动能
A.只有①③正确 B.只有②④正确
C.只有①④正确 D.只有①②③正确
34.(2023潍坊,8,3分)巡航导弹是导弹的一种,具有突防能力强,难以拦截的优点。图示为某巡航导弹的飞行路线图,发射升空段,发动机点火,导弹以极快的速度穿出大气层升至高空;俯冲加速段,发动机处于关闭状态,导弹向下俯冲,会被加速到极高的速度;巡航阶段,主发动机的推力与阻力平衡,弹翼的升力与重力平衡,可以实现远距离“巡航状态”,最后精确打击目标。下列关于该巡航导弹的说法正确的是( )
A.整个过程中,在F点动能最大
B.O点到E点的过程中,机械能不变
C.G点到H点的过程中,机械能不变
D.I点到J点的过程中,不消耗导弹携带的燃料
35.(2023日照,9,4分)(多选)2022年8月14日,山东省第二十五届运动会跳水决赛在日照市游泳中心跳水馆完美收官,为助推我市体育事业的发展注入了强大动力。如图所示,某次跳水比赛中,运动员站立在跳台上的A点,然后保持直立姿势从跳台上竖直向上弹跳后腾空,至最高点B处后自由下落,至C点落入水中。关于上述运动过程运动员腾空后的机械能,下列分析正确的是(不计空气阻力)( )
A.运动员在C点时,动能最大、重力势能最小
B.运动员从A点运动到C点的过程中,机械能守恒
C.运动员从A点运动到B点的过程中,动能逐渐增大
D.运动员从B点运动到C点的过程中,重力势能逐渐增大
36.(2021德州,14,2分)如图所示,旋翼无人机正在喷洒农药,当无人机水平匀速飞行时,无人机处于 (选填“平衡”或“非平衡”)状态,喷洒过程中无人机的动能 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
基础过关
60min
一、选择题(每小题2分,共20分)
1.(2023泰安)北京时间2023年5月10日,搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭,在我国文昌航天发射中心成功发射。天舟六号“快递员”给空间站携带了各类补给物资,是世界现役的上行载货能力最强的货运飞船。在火箭发射升空的过程中,下列说法正确的是( )
A.以火箭为参照物,飞船是运动的
B.飞船携带的各类补给物资质量变小
C.飞船的重力势能变大
D.飞船的机械能不变
2.(2023济南一模)踢毽子起源于汉代,明代徐炬《新镌古今事物原始全书》记:“今时小儿以铅锡为钱,装以鸡羽,呼为毽子,三四成群走踢……”如图所示,毽子在空中上升的过程中,说法正确的是( )
A.动能变大 B.重力势能变大
C.机械能变大 D.机械能不变
3.(2023临沂一模)滨河路改建扩建工程正在进行,工人师傅用如图所示的简单机械搬运路牙石,下列说法正确的是( )
A.该简单机械是一个省力杠杆
B.钢管长度就是动力臂的长度
C.用车轮运送是为了增大与地面的摩擦力
D.手握钢管的位置越靠近车轮就越省力
4.(2023滨州)如图所示四图节选自我国古代科技著作《天工开物》,其中说法正确的是( )
A.图甲“泥造砖坯”中,砖坯对地面的压力和砖坯的重力是一对平衡力
B.图乙“凿取砺房”中,古人手中的凿子是通过减小受力面积增大压强的
C.图丙“踏车汲水”中,水被提升到高处,水的重力势能转化为动能
D.图丁“穴取铜铅”中,古人所使用的镐属于省力杠杆
5.(2022滨州)2022年2月北京冬奥会,中国代表团收获9金4银2铜共15枚奖牌,金牌数和奖牌数均创历史新高。如图为高速摄影机记录的单板滑雪男子大跳台金牌得主苏翊鸣在比赛中,从跳台起跳到落地过程的情景。下列关于这一过程说法正确的是( )
A.他从起跳到最高点的过程中,动能逐渐转化成重力势能
B.他起跳后到达最高点时,机械能最大
C.他从空中下落过程中,重力做功越来越慢
D.他从起跳到落地的整个过程中,机械能是守恒的
6.(2021滨州)如图所示,O是杠杆的支点,一重物挂于A点,为使杠杆水平平衡,若需在B点施加一个力并使该力最小,该力应沿( )
A.BM方向 B.BN方向
C.BP方向 D.BQ方向
7.(2023临沂)2023年5月28日12时31分,自上海虹桥国际机场起飞的国产大飞机C919安全抵达北京首都国际机场(如图),圆满完成了首个商业航班飞行,C919大飞机( )
A.机身是由密度大、硬度大的材料制成的
B.加速起飞的过程中所受空气浮力大于重力
C.匀速飞行时机翼上方的空气流速比下方的大
D.大功率航空发动机的效率能达到100%
8.(2023湖北武汉)电动叉车托着质量为100 kg的货物,在5 s内沿着水平方向行驶10 m,如图甲所示;接着在10 s内把货物匀速竖直提升1 m,如图乙所示。g取10 N/kg,下列说法正确的是( )
A.叉车水平行驶过程中,货物的重力做功为1×104 J
B.叉车提升货物过程中,克服货物的重力做功为1×103 J
C.叉车水平行驶过程中,叉车的重力势能转化为货物的动能
D.叉车提升货物过程中,货物的动能转化为货物的重力势能
9.(2022菏泽)如图所示,在快递仓库内工人把重为600 N的货物用滑轮组以0.2 m/s的速度匀速提升,忽略摩擦及绳重,该过程中滑轮组的机械效率为80%,则( )
A.工人所用的拉力为200 N
B.动滑轮的重力为100 N
C.拉力的功率为150 W
D.提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率不变
10.(2022青岛)(多选)北京冬奥会的成功举办,大大激发了国民参与冰雪运动的热情。某滑雪爱好者从雪坡高处的A点由静止自由滑下,经坡底的B点后,继续在水平滑道上滑行,最后停在C点。关于滑雪者的机械能,下列分析正确的是( )
A.在A点动能为零,重力势能最大
B.从A到B的过程中重力势能逐渐减小
C.从B到C的过程中动能逐渐增大
D.从A到C的过程中机械能不变
二、填空题(每空1分,共20分)
11.(2023甘肃)如图所示是三种类型的剪刀,请为铁匠师傅选择一把剪铁皮的剪刀,你会选择 (选填“A”“B”或“C”)剪刀,这样选择的目的是 (选填“省力”“省距离”或“省功”)。
12.(2023青岛一模)晚饭后,妈妈带着小涛和他两岁的妹妹到文化活动中心玩跷跷板,如图所示,图中的转轴相当于杠杆的 。妈妈和妹妹的总重力比小涛的重力大,跷跷板水平平衡时,小涛比妈妈离转轴 (选填“远”或“近”);若妈妈放下怀抱中的妹妹(位置不变),为了保持跷跷板水平平衡,小涛应适当 (选填“远离”或“靠近”)转轴。
13.(2022济南)把常用的按钮式圆珠笔笔尖朝上用力按下后放手,它会弹起很高。把它拆开后发现,它能弹起的原因是内部装有一根弹簧,如图甲所示。小强仔细观察后发现,圆珠笔弹起的过程可以分为“A:按下后放手”到“B:获得一个向上的速度”再到“C:向上运动到达最高点”,如图乙所示。圆珠笔在“A→B”阶段, 转化为动能;圆珠笔在“B→C”阶段,动能转化为 。
14.(2022菏泽)自行车是我们常用的交通工具,在下面列举的自行车结构或设计采取的措施中,属于杠杆的是 ,属于减小摩擦的是 。(选填前面的序号)
①轮盘和飞轮组成的系统
②刹车把手和刹车装置组成的系统
③车胎上有凹凸不平的花纹
④转轴上安装有轴承
15.(2023天津)图1是我国古代汲水装置——桔槔,图2是它水平静止时的简化模型,该装置是 (填简单机械名称);此时配重物重力为G1,水桶重力为G2,l1∶l2=2∶1,若不计杆重,则G1∶G2= 。
16.(2023枣庄)壮丽辉煌的咸阳宫曾巍然矗立于八百里秦川,司马迁在《史记》中有关于这座宫殿的描述。如图是我们的祖先在建造宫殿时搬动巨大木料的劳动情境示意图,他们通过横杆、支架、石块等,将巨木的一端抬起,垫上圆木,以便将其移到其他地方,请分析:
(1)支架下端垫有底面积较大的石块,其目的是 压强;
(2)支架上的横杆其实是 杠杆(选填“省力”“费力”或“等臂”);
(3)如果他们无法将巨木抬起,请你提出一个抬起巨木的改进方案: 。
17.(2023滨州)如图所示,重为20 N,棱长为10 cm的正方体物块放在水平桌面上,在10 N的水平拉力F作用下,5 s内沿水平方向匀速移动了50 cm,则物块对水平桌面的压强为 Pa,水平拉力F做功的功率为 W。
18.(2022淄博)工人用如图所示的滑轮组来提升货物,已知货物重400 N,每个滑轮重50 N,若货物在10 s内被提升了6 m,不计绳重和摩擦,则拉力F是 N,绳自由端移动的距离是 m,货物上升的速度是 m/s,滑轮组的机械效率是 (精确到1%)。
三、作图题(共3分)
19.(2023泰安模拟)使轻质杠杆AO在如图所示位置静止,画出A点所用最小动力F1的示意图和杠杆的阻力臂l2。
四、实验探究题(共13分)
20.(2023日照)小明“五一”假期到游乐场体验了一项惊险刺激的游戏项目“过山车”,满载游客的“过山车”从轨道的最高端飞驰而下,到达大回环的顶端,再疾驰而下。体验了“过山车”的惊险刺激后,小明做了以下的实验探究。
(1)小明设计了如图甲所示的装置,右侧斜面上可以铺设不同材质的面料,右侧的斜面倾角可以调节。
①保持右侧斜面倾角不变,在斜面铺上毛巾,让小球从左端等高线A处自由下滑,小球 (选填 “能”或“不能”)到达右侧等高线处。
②更换较光滑的棉布面,重复刚才的操作,发现滑到右侧斜面最高点比第一次距离等高线 (选填“远”或“近”)。
③继续更换成更光滑的面料,重复上述操作……
通过以上实验现象,小明进一步推理得出:当右侧斜面 时,小球将到达右侧等高线处。
(2)小明在上述第①次实验中,取下毛巾,其他条件不变,只减小了右侧斜面的倾角。他发现倾角越小,小球在右侧斜面上运行的距离越大。
进一步推理得出:当倾角为0°时,如图乙。如果小球在水平面运动时受到的阻力为0,则小球将做 运动。
英国科学家牛顿在此类研究成果上,概括总结出一条重要的物理规律“牛顿第一定律”。
(3)通过以上实验,小明发现物体接触面的粗糙程度是影响滑动摩擦力大小的因素之一,为了验证是否还有其他影响因素,小明进一步设计了以下实验进行探究。
如图丙、丁、戊所示,A、B是完全相同的两个物块,与木板的接触面的粗糙程度不变。
①实验要求拉动物块时均需要保持物块做 运动,此时物块受力平衡,拉力大小等于物块受到的滑动摩擦力大小。
②由图丙、图丁两次实验测得F1
21.(2023枣庄)提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用,对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实,对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想:
猜想Ⅰ:滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关
猜想Ⅱ:滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关
猜想Ⅲ:滑轮组的机械效率与所提物体的重力有关
根据猜想,运用如图甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究,测得的实验数据如表所示。
实验 次数 钩码的 重力G/N 钩码上升 高度h/m 绳端拉 力F/N 绳端移动 的距离S/m 机械效 率η
1 2 0.1 0.90 0.3 74.1%
2 4 0.1 1.50 0.3 88.9%
3 4 0.1 1.25 0.4
4 4 0.2 1.50 0.6 88.9%
(1)实验时应沿竖直方向 缓慢向上拉动弹簧测力计。
(2)分析表中数据可知:第3次实验是利用了图 的装置完成的,它的机械效率η= 。
(3)比较2、4两次实验数据,可验证猜想Ⅰ是 (选填“正确”或“错误”)的。
(4)通过比较 (填实验序号)两次实验数据得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。
(5)通过比较2、3两次实验数据可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率 。
五、计算题(共14分)
22.(2021德州)如图所示,滑轮组悬挂在水平支架上,物体A重360 N,动滑轮重40 N,绳重和摩擦不计。某同学用力F竖直向下拉动绳子,使物体A在5 s内匀速上升了1 m。此过程中,求:
(1)拉力F的大小;
(2)拉力F做功的功率;
(3)滑轮组的机械效率。
23.(2023潍坊)图示为某公司研发的一款太阳能辅助电动车,车身上部铺满了太阳能电池薄膜,可实现太阳能和充电桩两种充电模式。使用前对该车进行测试,在其匀速直线行驶阶段,有关测试数据如表所示。已知该车行驶过程所受阻力包括摩擦力和空气阻力,摩擦力为整车重力的0.03倍,空气阻力与行进速度的关系为f=kv2,k=0.02 N·s2/m2。若定义该车的推进效率为该车的牵引力所做的功与其消耗电能之比,用字母η表示,g取10 N/kg,求该车本次测试过程中:
(1)行驶的速度;
整车质量 940 kg
行驶路程 54 km
行驶时间 0.5 h
消耗电能 5 kW·h
(2)牵引力做功的功率;
(3)推进效率η。
能力提升30min
一、选择题(每小题2分,共6分)
1.(2021枣庄)如图所示,一根质地均匀的木杆可绕O点自由转动,在木杆的右端施加一个始终垂直于木杆的作用力F,使木杆从OA位置匀速转到OB位置的过程中,力F的大小将( )
A.先变大,后变小 B.先变小,后变大
C.一直是变大的 D.一直是变小的
2.(2022滨州)(多选)如图所示,用滑轮组提升质量为12 kg的物体时,物体在10 s内匀速竖直上升2 m。所用拉力F为50 N。则在提升物体的过程中(不计绳重和摩擦,g=10 N/kg),下列说法正确的是( )
A.绳子自由端移动的速度为0.6 m/s
B.滑轮组提升物体做的有用功为300 J
C.拉力做功的功率为30 W
D.该滑轮组的机械效率为80%
3.(2022青岛)(多选)如图甲所示,工人师傅利用动滑轮将重360 N的货物匀速提起,拉力F=200 N,货物上升的高度h与所用时间t关系的图像如图乙所示。不计绳重和摩擦,下列说法正确的是( )
A.动滑轮的重力G动=20 N
B.货物上升的速度v=0.4 m/s
C.拉力F的功率P=80 W
D.动滑轮的机械效率η=90%
二、填空题(每空1分,共2分)
4.(2021威海)如图所示,为了把小车运送到平台上,小明将绳子一端固定在A处、另一端绕过小车前端把手B,在绳子末端用150 N的拉力将小车沿斜面匀速拉动5 m,在此过程中小车被提升的高度为2 m。已知小车重700 N,两股绳子均与斜面平行(不计绳重、绳与把手的摩擦)。整个过程中,小明施加的拉力做的功为 J,小车受到的阻力为 N。
三、实验探究题(共9分)
5.(2021东营)图甲是某实验小组探究“杠杆的平衡条件”的实验装置。
(1)挂钩码前,杠杆在图甲所示的位置静止,此时杠杆处于 (选填“平衡”或“非平衡”)状态;要想使杠杆在水平位置平衡,接下来应将杠杆两端的螺母向 (选填“左”或“右”)侧调节。
(2)图乙是一个平衡的杠杆,此时若推动右侧钩码的悬线(如图丙所示),就会发现杠杆 (选填“左端下沉”“仍然平衡”或“右端下沉”)。
(3)在探究过程中,需要进行多次实验的目的是 。
(4)某同学提出,若支点不在杠杆的中点,杠杆的平衡条件是否仍然成立 于是该小组利用图丁所示的装置进行探究,在杠杆O点处挂上2个钩码,用弹簧测力计在A点处竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,此时弹簧测力计示数为 N。以弹簧测力计的拉力为动力F1,钩码处绳子拉力为阻力F2,多次改变动力作用点的位置进行实验发现:当杠杆水平平衡时,F1L1总是 (选填“大于”“等于”或“小于”)F2L2,其原因可能是 。
(5)图丁中,弹簧测力计处在A点位置时,此杠杆属于 (选填“省力”或“费力”)杠杆,请举出它在生活生产中的一个应用实例: 。
四、计算题(共13分)
6.(2022威海)为了建设精致城市,每到春天园林工人要在过街天桥上放置花草,为城市增添一抹绿色。如图所示,工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平,与栏杆M接触点为O;用沙袋将木棒B端压在栏杆N上,在木棒A端吊装滑轮组。OA∶OB=1∶2,每个沙袋重300 N,每个滑轮重24 N。(木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计)
(1)若A点受到竖直向下的拉力为1 000 N,为了保持木棒水平平衡,在B端至少需要放置几个沙袋
(2)若某次工人利用滑轮组竖直向下拉绳子,将重为376 N的花架匀速提升5 m。求:
①滑轮组的机械效率。
②滑轮组对绳AC的拉力。
7.(2023烟台)在宜居宜业和美乡村建设中,某施工队正在进行农村基础设施改建,建筑工人利用小型的升降机来搬运水泥。如图甲所示,某次搬运过程中,工人在30 s的时间内,将8袋水泥匀速提起6 m,电动机牵引绳子的拉力F为2 400 N,每袋水泥质量为50 kg。g取10 N/kg,求:
(1)拉力F做功的功率;
(2)滑轮组的机械效率(小数点后保留1位小数);
(3)为了一次能提升更多的水泥,物理实践小组利用学过的知识对升降机的滑轮组进行重新设计,如图乙所示。假设升降机足够稳定,电动机输出功率足够大,电动机牵引绳子的拉力仍为2 400 N,吊篮及动滑轮的总重力为200 N,不计绳重和摩擦,则这种设计的装置一次能提起多少袋水泥
知识点1 简单机械
1. C
2. D
3. B
4. A
5. B
6. B
7. 调节杠杆在水平位置平衡 不能
8. 费力 20
9. 0.4 偏大
10. 如图所示
11. 如图所示
12. (1)力臂 (2)方案二 (3)2 (4)近
知识点2 功、功率和机械效率
13. C
14. D
15. D
16. ACD
17. BD
18. 相同 1 500
19. 75
20. 84 000 N
21. 75% 变大
22. 24 0
23. (1)4×104 J (2)4.3×105 Pa
24. (1)0.8 m/s (2)1 375 N
25. (1)300 J (2)62.5%
知识点3 机械能及其转化
26. D
27. C
28. B
29. A
30. D
31. C
32. C
33. C
34. C
35. AB
36. 平衡 减小
基础过关
一、选择题
1. C
2. B
3. A
4. B
5. A
6. A
7. C
8. B
9. C
10. AB
二、填空题
11. A 省力
12. 支点 远 靠近
13. 弹性势能 重力势能
14. ② ④
15. 杠杆 1∶2
16. (1)减小 (2)省力 (3)将支架左移
17. 2 000 1
18. 225 12 0.6 89%
三、作图题
19. 如图所示
四、实验探究题
20. (1)①不能 ②近 ③绝对光滑 (2)匀速直线 (3)①匀速直线 ②压力 ③滑动摩擦力大小跟接触面积大小无关
21. (1)匀速 (2)丙 80% (3)错误 (4)1、2 (5)越低
五、计算题
22. (1)200 N (2)80 W (3)90%
23. (1)30 m/s (2)9 000 W (3)90%
能力提升
一、选择题
1. A
2. ACD
3. BD
二、填空题
4. 1 500 20
三、实验探究题
5. (1)平衡 左 (2)左端下沉 (3)避免实验结论的偶然性,获得普遍规律 (4)2.3 大于 杠杆的自重对杠杆平衡有影响 (5)费力 镊子(或钓鱼竿等)
四、计算题
6. (1)2个 (2)①94% ②624 N
7. (1)960 W (2)83.3% (3)14袋
