2022届中考物理第十二章简单机械课时作业高效提能.doc

第十二章 简单机械课时作业 高效提能
一、选择题
1.(2022·哈尔滨质检)如下图的器材中,正常使用时属于费力机械的是
(　　)
【解析】选C。此题考查杠杆的分类。A选项,扳手在使用时动力臂大于阻力臂,是省力机械,不符合题意;B选项,天平的实质是等臂杠杆,既不省力也不费力,不符合题意;C选项,镊子在使用时动力臂小于阻力臂,是费力机械,符合题意;D选项,剪树枝的剪刀在使用时动力臂大于阻力臂,较为省力,是省力机械,不符合题意。应选C。
【方法归纳】调节杠杆平衡的方法
(1)假设:设杠杆每一个小格代表L,一个钩码的重为G,那么判断一端力与力臂的乘积关系。
(2)代入:将四个选项分别代入杠杆平衡条件的公式F1l1=F2l2,当杠杆左端的力和力臂的乘积等于杠杆右端的力和力臂的乘积时,杠杆平衡,否那么杠杆不平衡。
(3)得出答案。
2.(2022·陕西质检)一根轻质杠杆,在左右两端分别挂上300N的铜块和200N的铝块时,杠杆恰好平衡。假设将两边物重同时减少50N,那么杠杆　(　　)
A.左端下沉　　　　　　 B.右端下沉
C.仍然平衡 D.无法确定
【解析】选A。此题考查杠杆平衡的判断。根据杠杆平衡的条件可得:300N×OA=200N×OB;因为300N>200N,所以OA<OB;当两端都减少50N时,由于OB与OA不相等,所以(300N-50N)×OA>(200N-50N)×OB,即左端下沉。应选A。
3.如下图,轻质杠杆的支点为O,在杠杆的A点始终作用竖直向上的力F,将重为G的物体匀速提升至杠杆处于水平位置的过程中,那么力F的大小将　(　　)
世纪金榜导学号59944162
A.逐步变大 B.逐步变小
C.始终不变 D.无法确定
【解析】选C。此题考查杠杆平衡条件的应用。如下图,设杠杆与水平方向的夹角为θ,那么阻力臂和动力臂分别为:LG=OB·cosθ,LF=OA·cosθ,由杠杆平衡条件得:GLG=FLF,那么:F===,由于G、OB、OA保持不变,那么力F将保持不变。应选C。
4.(2022·丹阳质检)用滑轮组匀速提升重物,当绳子的自由端被拉下2m时,重物升高了0.5m,被提升的重物的质量为20kg。假设不计动滑轮重和摩擦阻力,那么拉绳子的力应为　(　　)
A.40N　　　 B.49N　　　 C.98N　　　 D.5N
【解析】选B。此题考查滑轮组的相关计算。绳子自由端被拉下2m时,重物升高了0.5m,那么n==4,说明有4段绳子在拉重物,故拉力为重物重力的四分之一,即:F=G=mg=×20kg×9.8N/kg=49N,应选B。
5. (2022·江阴质检)如下图,斜面长10m,高4m,用沿斜面方向的推力F,将一个质量为50kg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(g取10N/kg),以下说法正确的选项是　(　　)
A.机械效率为80% B.F=300N
C.摩擦力为100N D.条件缺乏无法计算
【解析】选A。此题考查斜面机械效率的相关计算。拉力F做的有用功为W有用=Gh=mgh=50kg×10N/kg×4m=2000J,W总=W有用+W额外=2000J+500J=2500J,斜面的机械效率η===80%,故A正确;由W总=Fs可得:F===250 N,故B错误;摩擦力f===50 N,故C错误。因为A正确,所以D错误。应选A。
6.(2022·江阴模拟)小华分别用如下图的甲、乙两个滑轮组,分别在相同时间内将同一重物匀速提升相同高度,每个滑轮的重量均相等,不计绳重及摩擦。针对这一现象,小明得出了以下4个结论:①F1做的功等于F2做的功;②甲滑轮组的机械效率等于乙滑轮组的机械效率;③使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力;④F1做功的功率等于F2做功的功率,其中正确的结论共有几个　(　　)
A.1个　　　 B.2个　　　 C.3个　　　 D.4个
【解析】选D。此题考查滑轮组的相关知识及对功、功率、机械效率的理解。不计绳重及摩擦,拉力做的功:W1=F1s1=(G物+G轮)×2h=(G物+G轮)h,W2=F2s2=(G物+G轮)×3h=(G物+G轮)h,W1=W2,故①正确;动滑轮重相同,提升的物体重和高度相同,W额
=G轮h,W有用=G物h,利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同,总功相同,由η=可知,滑轮组的机械效率相同,故②正确;不计绳重及摩擦,拉力F=(G物+
G轮),n1=2,n2=3,绳子的拉力:F1=(G物+G轮),F2=(G物+G轮),所以F1>F2,故③正确;因为W1=W2,且做功时间相同,由P=可知,功率相同,故④正确。综上分析,①②③④说法都正确。应选D。
二、填空题
7.如图是小楠练习书法时的简化图。写字时毛笔杆相当于____________(选填“省力〞“费力〞或“等臂〞)杠杆;手握笔的位置向上移动,那么写字时所需的动力将__________(选填“变大〞“变小〞或“不变〞)。
【解析】写字时,毛笔杆的支点和动力作用点都在手指上,二者距离较近,而阻力作用点是笔端,距离支点较远,动力臂小于阻力臂,所以相当于费力杠杆;手握笔的位置向上移动,那么阻力臂变大,纸张对笔的阻力根本不变;而支点和动力作用点同时上移,所以动力臂根本不变,由杠杆平衡条件可知,写字时所需的动力将变大。
答案:费力　变大
8.(2022·盐城质检)在地震中,救援队员把滚落在公路上的石块撬起,如下图,假设救援队员在撬棒D点沿DM方向用力撬起石块1,撬棒的支点是__________点;假设救援队员在撬棒D点沿DN方向用力撬起石块1,撬棒的支点是________点。这两种方式中,沿________(选填“DM〞或“DN〞)方向用力撬起石块比拟省力。
【解析】此题考查杠杆五要素及杠杆省力情况的分析。由图可知,当沿DM方向用力撬石块1时,杠杆围绕A点转动,因此A为这时的支点;同样,当沿DN方向用力撬石块1时,杠杆围绕C点转动,因此C为此时的支点;当以A为支点时,杠杆的动力臂为AD的长,当以C为支点时,杠杆的动力臂是从C点到DN的作用线的距离,显然要比AD要短,因此,沿DM方向(第一种方法)用力撬石块1更省力。
答案:A　C　DM
9. (2022·扬州质检)如图是在水平面上移动重物的装置,假设物重为600N,在阻力为重力的0.3倍时,匀速移动物体,使其以20cm/s的速度前进了5s,该装置机械效率为60%,那么阻力f的大小为________N,拉力F的大小为______N,拉力F所做的功为________J。
【解析】此题考查平衡力的判断、滑轮组省力情况的判断、速度、功的计算。物体受的阻力:f=0.3G=0.3×600N=180N;由v=可得,物体移动距离:s=vt=0.2m/s×5s=1m,绳端移动的距离:s′=3s=3×1m=3m,克服阻力所做的功:W有=fs=180N×1m=180J,根据机械效率公式可得,拉力做的功:W总===300J,由W总=Fs′可得,拉力F的大小:F===100N。
答案:180　100　300
10.(2022·句容市质检)如下图,小伟同学通过斜面用平行于斜面F=200N的推力,将质量为30kg的物体在5s时间内匀速推到1m高的平台上,斜面长s=2m。(g取10N/kg)那么推力做的有用功是________J,推力做的总功是__________J,推力的功率为__________W,斜面的机械效率为________%,斜面对物体的摩擦力为________N。　世纪金榜导学号59944163
【解析】此题考查使用斜面时有用功、额外功、总功、功率和机械效率的计算。物体的重力:G=mg=30kg×10N/kg=300N,推力做的有用功:W有用=Gh=300N×1m=300J;推力做的总功:W总=Fs=200N×2m=400J,推力做功功率:P===80W;斜面的机械效率:η===75%;因为W总=W有用+W额,所以克服摩擦力做的额外功:W额=W总-W有用=400J-300J=100J,因为W额=fs,所以斜面对物体的摩擦力:f===50N。
答案:300　400　80　75　50
【方法归纳】解读斜面机械效率
(1)分清三个功:有用功、额外功、总功;
①有用功:克服物体重力做的功,即W有用=G物h。
②额外功:克服物体与斜面间的摩擦做的功,即W额外=f·l,如果考虑牵引绳重,对绳子做的功也为额外功,即W额外=G绳h。
③总功:拉力做的功,即W总=F拉·l。
影响因素:接触面光滑程度和斜面的倾角。斜面越粗糙,倾角越小,斜面的机械效率越低。与物体移动的距离、移动的速度、物重无关。
(2)斜面效率与拉力的关系:
①在接触面粗糙程度、物重一定时,倾角越大,越费力。
②在倾角和物重不变时,接触面越粗糙,越费力。
三、作图题
11.(2022·连云港质检)如图,在“W对称梁型〞机械的横梁AOB(O为转轴)上挂了一个重为G的物体,为使横梁在图中的位置静止,请在图上画出最小动力及其力臂。
【解析】此题考查杠杆平衡条件的应用及力臂的作图。阻力与阻力臂的乘积一定的情况下,最省力即动力臂最长,由图知,OA等于OB,即动力臂为OA或OB时为最长动力臂,故在A点施加一个垂直于OA向下的力或在B点施加一个垂直于OB向上的力时,动力最小,且这两个力大小相等。
答案:如下图
12.(2022·无锡质检)用滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来,试在图中画出最省力的绕绳方法。
【解析】此题考查滑轮组的作图。只有一个动滑轮,要求最省力,绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,然后绕过左边的定滑轮,再绕过动滑轮。
答案:
【知识拓展】动力和阻力及方向的判断
抓住“转动〞的特点来判断动力、阻力的方向
(1)动力和阻力的判断:明确使用杠杆的目的,那么为了到达目的而施加的这个力即为动力。而阻碍到达目的的力即为阻力。如图,用钳子夹物体,我们施加在柄上的力是为了使钳口夹住物体,那么施加在钳子柄上的力即为动力,而东西为了不被夹住,要产生一个对抗的力,即物体施加给钳口向外的力即为阻力。
(2)动力和阻力方向的判断:只在动力作用下杠杆的转动认定为正转,动力作用下正转的方向为动力的方向。那么只有阻力作用时必定使杠杆反转,阻力作用点处反转方向就是阻力的方向。如图中的F1,假定使杠杆绕O点正转,作用在A点的阻力,应使杠杆绕O点反转,即F2。
四、实验探究题
13.(2022·扬中质检)小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系,如图甲所示。她首先测出小车重,然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车,调节斜面倾斜角θ的大小屡次测量,得如表所示的数据:
世纪金榜导学号59944164
斜面倾
斜角θ
小车重
G/N
斜面高
h/m
斜面长
s/m
拉力
F/N
有用功
W有/J
总功
W总/J
机械
效率η
12°
5
0.2
1
2.1
____
2.1
48%
30°
5
0.5
1
3.6
2.5
____
69%
45°
5
0.7
1
4.3
3.5
4.3
__
(1)请你替小芳在表中的空格中填上适当的数据。
(2)分析表中的数据,可以得出的探究结论是:斜面倾斜角θ越____________,斜面越省力,斜面的机械效率越________。
(3)实验过程中拉力的方向应与斜面_________________。
(4)假设想探究斜面的机械效率与物重的关系,那么要保持________不变,斜面的光滑程度不变,只改变________,这种研究问题的方法我们称之为________法。
(5)在上述实验中,物重、斜面长度不变,假设不考虑斜面摩擦,如图乙所示,哪个图能正确表示F与斜面高度h的关系　(　　)
【解析】此题考查斜面机械效率的实验探究。
(1)W有1=Gh1=5N×0.2m=1J;W总2=F2s=3.6N×1m=3.6J;η3===81%。
(2)比拟数据θ3>θ2>θ1时,拉力F3>F2>F1,机械效率η3>η2>η1;
即:斜面倾斜角θ越小时,越省力,斜面机械效率越低。
(3)为了使拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上,所以应与斜面平行向上。
(4)探究斜面的机械效率与物重的关系,要保持斜面倾角不变,斜面的光滑程度不变,只改变小车重力,这种研究问题的方法我们称之为控制变量法。
(5)从表中数据可知,拉力F随着斜面高度h的增大而增大,排除C和D两个图;随着斜面的高度增大,假设不考虑斜面摩擦,物重、斜面长度不变,Fs=Gh,拉力与h成正比,应选B。
答案:(1)1　3.6　81%　(2)小　低　(3)平行向上
(4)斜面倾角　小车重力　控制变量　(5)B
14.(2022·宿州一模)在“探究影响滑轮组机械效率的因素〞实验中,某实验小组用如下图的同一滑轮组提升不同钩码的方法,分别做了甲、乙、丙3组实验,实验数据记录如下:
次
数
钩码
重
/N
动滑
轮重
/N
钩码上升
的距离
/cm
弹簧测
力计的
示数/N
弹簧测力
计上升的
距离/cm
机械
效率
1
2
0.8
5
1
15
66.7%
2
4
0.8
5
1.7
15
/
3
6
0.8
5
/
15
83.3%
(1)在实验操作中应该使钩码__________(选填“快速〞或“缓慢〞)上升。
(2)进行第2次测量时滑轮组的机械效率约为__________(保存三位有效数字)。
(3)进行第3次测量时,弹簧测力计示数为________N,滑轮组做的有用功是__________J。
(4)分析实验数据,实验小组得出的实验结论是:滑轮组的机械效率与__________有关。
(5)分析表中数据可知,F≠,可能的原因是:___________________。
(6)某次实验时将绳子自由端匀速拉动时弹簧测力计的读数记为F,钩码重记为G,动滑轮重记为G′,绳自由端移动距离记为s,钩码提升高度记为h,不计绳子重及摩擦。那么以下关于滑轮组机械效率的计算关系中错误的选项是__________。
A.η=　　　　　　 B.η=
C.η= D.η=1-
【解析】此题考查滑轮组机械效率的实验探究。
(1)在实验过程中,应缓慢竖直向上匀速拉动弹簧测力计。
(2)由表中数据可知,滑轮组的机械效率:
η===≈78.4%。
(3)由图示测力计可知,其分度值为0.2 N,示数为2.4 N;
有用功:W有=G3h=6 N×0.05 m=0.3 J。
(4)从实验数据看,钩码上升的高度没有变化,所以机械效率不断增大不是由于被提升高度的变化而引起的。钩码重不断增大,机械效率不断提高。所以可以看出增大被提升物体的重力可以提高滑轮组的机械效率。
(5)由于拉动过程中需克服滑轮的转轴处的摩擦,所以F≠。
(6)①有用功为W有用=Gh,总功为W总=Fs,所以η==,故A正确;
②有用功为W有用=Gh,总功为W总=(G+G′)h,所以η===,故B错误,C正确;
③额外功W额=G′h,总功为W总=Fs,有用功W有用=W总-W额=Fs-G′h,所以
η===1-,故D错误。应选B、D。
答案:(1)缓慢　(2)78.4%　(3)2.4　0.3
(4)提升钩码的重力
(5)拉动过程中需克服滑轮的转轴处的摩擦　(6)B、D
五、计算题
15.一卡车车厢底板距地面1.5 m高,小军把3 m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面,如下图,他沿着斜面方向用500 N的力,把一个木箱由B处推到A处,木箱重为800 N,推木箱的时间是50 s,在这一过程中,求:
(1)小军做的功。
(2)小军做功的功率。
(3)斜面的机械效率。
【解析】(1)小军做的功为
W总=Fs=500 N×3 m=1 500 J;
(2)小军做功的功率为P===30 W;
(3)小军推木箱做的有用功为
W有=Gh=800 N×1.5 m=1 200 J;
斜面的机械效率为η===80%。
答案:(1)1 500 J　(2)30 W　(3)80%
16.2015年10月5日考古学家在黄海海域发现甲午海战沉船“致远舰〞的消息轰动了整个考古界,随着水下考古工作的进行,一些重要文物陆续出水重见天日,关于这艘在海水中沉睡了120余年的战舰是如何被打捞起的谜题也逐步解开。现某课外活动小组,照此设计了如下图的简单机械,模拟打捞沉船,实验中用实心立方体A代替沉船,A的体积为0.1 m3,质量为280 kg。(设整个过程A均为匀速直线运动状态,忽略钢绳重及滑轮摩擦,不考虑风浪、水流等因素的影响)
(1)A完全浸没在水中时受到的浮力是多大?(ρ水=1.0×103kg/m3)
(2)假设A完全浸没在水中时,滑轮组的机械效率为60%,那么A完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力F为多大?
(3)假设A完全打捞出水面后,以0.1 m/s的速度被匀速提升,求岸上钢绳拉力F的功率。
【解析】(1)A完全浸没在水中时受到的浮力:
F浮=ρ液gV排=ρ水gV=1.0×103kg/m3×9.8 N/kg×0.1 m3=980 N
(2)物体A的重力G=mg=280 kg×9.8 N/kg=2 744 N,A完全浸没在水中时,总功为W总=(G+G动-F浮)h,有用功为W有=(G-F浮)h,所以,滑轮组的机械效率η====60%,解得G动=1 176 N,由图可知,n=5,A完全打捞出水面后,岸上钢绳的拉力F=(G+G动)=×(2 744 N+1 176 N)=784 N。
(3)A完全打捞出水面后,以0.1 m/s的速度被匀速提升时,绳端的速度v绳=nv物=5×0.1 m/s=0.5 m/s,岸上钢绳拉力F的功率P=Fv绳=784 N×0.5 m/s=392 W。
答案:(1)980 N　(2)784 N　(3)392 W
【学科素养题】
在探究“杠杆的平衡条件〞实验中,所用的实验器材有:杠杆(杠杆上每小格长为2 cm)、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码假设干个。
(1)实验前,杠杆静止在如图甲所示的位置,此时杠杆处于________(选填“平衡〞或“不平衡〞)状态。
(2)实验时,使杠杆在水平位置平衡,主要是为了_____________,因此应将如图甲所示杠杆左端的平衡螺母适当往______(选填“左〞或“右〞)调。
(3)杠杆在水平位置平衡后,小明在杠杆A点处挂上2个钩码,作为动力F1,B点处挂上1个钩码,作为阻力F2,杠杆恰好在水平位置平衡,如图乙所示,分别测量出两个力的力臂L1和L2,计算后发现:F1L1=F2L2,便得出杠杆的平衡条件是:F1L1=F2L2。但小红认为小明这种实验处理方法是不完善的,理由是____________________。
(4)接着,小明提出新的探究问题:“假设支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?〞于是小明利用如图丙所示装置进行探究,在杠杆D点处挂上2个钩码,用弹簧测力计在C点处竖直向上拉使杠杆在水平位置处于平衡状态,此时弹簧测力计的示数如图丙所示,那么弹簧测力计的拉力是________N。以弹簧测力计的拉力为动力F1′,钩码重力为阻力F2′,屡次调整力和力臂的大小进行测量,发现:F1′L1′总是大于F2′L2′,其原因主要是受________的影响。
(5)实验中,用图丁所示的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师建议同学不宜采用这种方式,该种方式的缺乏主要是因为________。
A.一个人无法独立操作
B.力臂与杠杆不重合
C.力和力臂数目过多,不易得出结论
D.杠杆受力不平衡
【解析】此题考查探究杠杆平衡条件的实验。
(1)杠杆静止在如图甲所示位置,杠杆静止,此时杠杆处于平衡状态。
(2)为了便于测量力臂,应使杠杆在水平位置平衡,由图知,右端偏高,为使杠杆在水平位置平衡,需要将平衡螺母向右调节。
(3)小明仅凭一次测量就得出杠杆平衡条件,这种实验处理方法是不完善的,因为实验次数过少,会导致实验结论具有偶然性,应该改变动力或阻力的方向进行屡次测量,寻找普遍规律,以防止偶然性。
(4)由图可知,弹簧测力计的分度值为0.1 N,指针在3 N以下三格处,示数为
3.3 N;用图丙所示装置进行探究,杠杆的重心没有通过支点,杠杆的自重对杠杆平衡有影响。
(5)实验中,图丁所示的方式悬挂钩码,杠杆平衡是杠杆的左侧在多个力共同作用下的结果,采用这种方式是不妥当的。这主要是因为杠杆的力和力臂数目过多,应选C。
答案:(1)平衡　(2)便于测量力臂大小　右
(3)通过一次实验就得出结论具有偶然性,不能得出普遍规律　(4)3.3　杠杆自重　(5)C