1、第14课时简单机械机械效率真题回顾把握考向命题点一简单机械作图1.2016呼和浩特,13题(1)(2)2分请按要求作图:(1)请在图14-1甲中画出使重物上升时,最省力的绕线方法。图14-1(2)如图乙所示,木棒在力F的作用下静止,画出力F关于O点的力臂。命题点二杠杆平衡条件的相关计算2.2019呼和浩特,21题8分新中国成立前,我国经济很落后,一些地区过着极其原始的生活。如图14-2甲所示,就是为了解决饮水问题,需要到很远的地方挑水的示意图。为了防止道路不好水溅出桶外,在水面上覆盖木板,如图乙所示。若一个木板质量为500 g,密度为0.8103 kg/m3,每个桶内水深30 cm。(水=1.
2、0103 kg/m3,g取10 N/kg)图14-2(1)求桶底受到水产生的压强。(2)求一个木板受到的浮力及静止时露出水面的体积。(3)扁担与绳质量忽略不计,扁担长度1.5 m,每桶水总重180 N,扁担与肩膀接触点距离扁担右端55 cm,支撑手距离扁担左端也是55 cm,则支撑手受到扁担产生的压力是多少?3.2017呼和浩特,16题 4分如图14-3甲所示是大刚同学两手做俯卧撑时的示意图,他的身体可视为杠杆,如图乙所示,O点为支点,A点为重心,已知每只手所受的支持力大小为200 N,求:(g取10 N/kg)(1)若每只手掌与水平地面的接触面积为100 cm2,手掌对地面的压强是多少。(2
3、)该同学的质量。图14-3命题点三机械效率的相关计算4.(多选)2019呼和浩特,10题3分人类从刀耕火种,经过几次工业革命,走向了科技大发展的今天。简单机械和内燃机的使用,为我们的生活带来了极大便利。如图14-4所示的几种简单机械和内燃机中,其机械效率大于70%的是(g取10 N/kg)()图14-4A.图甲中:用滑轮匀速拉一个重为5 N的物体到高处(不计绳重、摩擦)B.图乙中:利用斜面,用平行于斜面的大小为2 N 拉力,将一个重为5 N 的物体匀速拉到高处,斜面高1.2 m,斜面长5 mC.图丙中:用滑轮组拉一个重为5 N的物体到高处,重物在拉力F丙作用下匀速上升,动滑轮质量为100 g(
4、不计绳重、摩擦)D.图丁中:四冲程四缸内燃机,汽缸内汽油燃烧产生高温高压燃气推动活塞向下运动,若燃气对活塞平均推力为400 N,活塞向下运动距离为30 cm,内燃机转速为600 r/min,内燃机每一个循环完成四个冲程。每分钟需要消耗热值为4.6107 J/kg的汽油5.2 g5.2018呼和浩特,16题 4分如图14-5所示,用甲、乙两滑轮组,分别匀速竖直向上提升同一重物,从相同位置开始提升至同一高度处,求:(1)若不计绳重、滑轮重及摩擦,两次拉力F1和F2之比。(2)若不计绳重及摩擦,重物质量为400 g,动滑轮质量为100 g,匀速拉动过程中甲、乙两滑轮组的机械效率。(g取10 N/kg
5、)图14-56.2015呼和浩特,16题3分如图14-6所示,滑轮组在向上的拉力F作用下,将重为120 N的物体匀速提起,在10 s内物体上移的距离为2 m。求:(1)物体上升的速度。(2)有用功。(3)如果拉力F为50 N,滑轮组提升该重物时的机械效率是多少。图14-67.2014呼和浩特,16题3分如图14-7所示,已知斜面倾角为30,斜面高为2 m。小兵同学用绳子沿斜面将重为400 N的木箱由斜面底端匀速拉到顶端。拉力大小为300 N,绳重不计。求:(1)小兵对木箱做的有用功。(2)斜面的机械效率。(结果精确到0.1%)(3)斜面对物体施加的摩擦力。图14-7达标检测巩固提升|基础达标|
6、一、选择题1.2019哈尔滨关于图14-31中简单机械的使用,下列说法不正确的是()图14-312.2019东营如图14-32所示,下列简单机械中,忽略杠杆、滑轮的自重、绳重及摩擦,当提起同一重物时,最省力的是()图14-323.2019宁波有些漫画,富有哲理,又蕴含科学知识。如图14-33所示,一块一半伸出地面的匀质板上站着甲、乙两人,人与板均保持静止。下列对于图中所蕴含的科学知识的说法,不符合实际的是()图14-33A.乙没有掉下,说明甲对板的压力一定等于乙对板的压力B.乙踢甲的同时,也会受到甲对乙的反作用力,乙可能因此坠落C.乙踢甲时,甲受到向前的作用力,可能会向前运动离开板D.若甲被踢
7、出板,板会逆时针转动,乙因此坠落4.2019泸州用如图14-34所示的滑轮组匀速竖直提升物体,不计一切摩擦和绳重。下列判断正确的是()图14-34A.该滑轮组绳自由端拉力F的大小一定等于所提物体重力的13B.用该滑轮组提升不同的物体,物体越重,其机械效率越大C.用该滑轮组分别提升水面下和水面上的同一物体,其机械效率相等D.其他条件不变,仅将滑轮组中的动滑轮重力变大,其机械效率变大5.2019长春如图14-35所示,用甲、乙滑轮组在相同时间内分别将A、B物体匀速提升相同高度,已知物体受到的重力GAGB,滑轮组的机械效率甲G2,则甲的机械效率大于乙的机械效率D.若G1G2,则甲、乙两个滑轮组的机械
8、效率相等16.2019包头如图14-47所示,拉力F为5 N,物体A以0.1 m/s的速度在物体B表面上向左做匀速直线运动(B表面足够长);物体B静止在地面上,受到地面水平向左4 N的摩擦力,弹簧测力计示数为12 N。下列说法正确的是()图14-47A.物体A受到的摩擦力为10 NB.拉力F的功率为1.5 WC.滑轮组的机械效率为80%D.拉力F增大到15 N时,物体B开始向左运动17.2018桂林小熊在课外实践活动中,用如图14-48甲所示的滑轮组匀速拉动放在水平地面上的不同物体,物体受到的摩擦力从100 N开始逐渐增加,每次物体被拉动的距离均为1 m。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物
9、体受到摩擦力大小变化的关系图像,如图乙所示,不计绳重和绳与滑轮间的摩擦。(1)由图乙可知,当物体受到的摩擦力为100 N时,滑轮组机械效率是多大?(2)当滑轮组的机械效率为75%,物体以0.1 m/s的速度匀速运动时,该滑轮组的有用功率是多大?(3)当物体与地面的摩擦力为1500 N时,体重为500 N的小熊竖直向下拉绳还能用此滑轮组拉动物体吗?用计算结果说明。图14-4818.2019达州如图14-49所示,工人准备用一根最多能承受400 N力的绳子(若超过绳子将断裂)绕成的滑轮组先后打捞水中材料相同、体积不同的实心物体A和B。完全露出水面的物体A被此装置匀速提起时绳子达到最大拉力。已知动滑
10、轮的质量为20 kg。(绳的质量、绳与滑轮的摩擦、滑轮与轴的摩擦以及水的阻力均不计,连接动滑轮与物体间的钢绳不会断裂,g取10 N/kg)(1)物体A完全露出水面后以0.5 m/s的速度匀速上升时,物体A的重力和工人拉力的功率分别是多少?(2)在物体A浸没在水中匀速上升的过程中,滑轮组的机械效率为75%,则物体A的密度是多少?(3)若用该滑轮组打捞体积为50 dm3的物体B时,物体B最多露出多少体积时绳子将断裂?图14-49【参考答案】真题回顾把握考向 1.(1)如图所示(2)如图所示2.解:(1)桶底受到水产生的压强p=水gh=1.0103 kg/m310 N/kg0.3 m=3000 Pa
11、。(2)因为木板漂浮,所以F浮=G木=m木g=0.5 kg10 N/kg=5 N。木板的体积V木=m木木=500g0.8 g/cm3=625 cm3,木板排开水的体积V排=F浮水g=5N1.0103kg/m310 N/kg=510-4 m3=500 cm3,木板露出水面的体积V露=V木-V排=625 cm3-500 cm3=125 cm3=1.2510-4 m3。(3)根据杠杆平衡条件可得,G左l1-Fl3=G右l2,则180 N(1.5 m-0.55 m)-F(1.5 m-0.55 m-0.55 m)=180 N0.55 m,解得F=180 N,F与支撑手受到扁担产生的压力F压是相互作用力,
12、所以支撑手受到扁担产生的压力F压=F=180 N。3.解:(1)每只手所受的支持力大小为200 N,则该同学双手所受支持力为F=2200 N=400 N,因为支持力与压力是一对相互作用力,所以该同学双手对地面的压力为F压=F=400 N,手掌对地面的压强p=F压S总=400 N210010-4 m2=2104 Pa。(2)由杠杆平衡条件得Fl1=Gl2,即400 N1.5 m=G1 m,解得该同学的重力G=600 N,则该同学的质量m=Gg=600 N10 N/kg=60 kg。4.AC5.解:(1)不计绳重、滑轮重及摩擦,拉力F1和F2之比为F1F2=1n甲G1n乙G=12G13G=32。(
13、2)因为甲、乙两滑轮组提升同一重物,且从相同位置开始提升至同一高度处,因此两滑轮组所做的有用功相同,又因为动滑轮的重力也相同,而绳重及摩擦不计,因此两滑轮组所做的额外功也相同,故甲、乙两滑轮组的机械效率相等,即甲=乙=W有W总=GhGh+G轮h=mgmg+m轮g=mm+m轮=0.4kg0.4kg+0.1kg=80%。6.解:(1)物体上升的速度v=ht=2 m10 s= 0.2 m/s。(2)有用功W=Gh=120 N2 m=240 J。(3)机械效率=GhFnh=GFn=120 N50 N3=80%。7.解:(1) W有=Gh=400 N2 m=800 J。(2)由勾股定理可知,斜面长s=2
14、h=22 m=4 m,则=W有W总=W有Fs=800 J300 N4 m66.7%。(3)W额=W总-W有=Fs-W有=300 N4 m-800 J=400 J,则摩擦力f=W额s=400 J4 m=100 N。达标检测巩固提升 1.C2.A3.A4.B解析由图可知,n=3,不计一切摩擦和绳重,拉力F=13(G+G轮)13G,所以拉力F大于所提物体重力的13,故A错误;不计一切摩擦和绳重,用该滑轮组提升不同的物体,则=W有W总=GhGh+G轮h=GG+G轮,可知提升的物体越重,其机械效率越大,故B正确;用该滑轮组分别提升水面下和水面上的同一物体,由于物体在水中受到浮力,相当于用滑轮组提升的物体
15、重力变小,其机械效率变小,故C错误;仅将滑轮组中的动滑轮重力变大,将同一物体提升相同的高度(其他条件相同),有用功相同,由W额=G动h可知,额外功增大,则机械效率减小,故D错误。5.D6.C解析由图知,n=2,拉力端移动距离s=2h=25 m=10 m,拉力F做功W总=Fs=1000 N10 m=1104 J,故A错误。已知绳子末端的拉力F为1000 N,则缠绕在动滑轮上每股绳的拉力都为1000 N,故B错误。拉力做的有用功W有=Gh=1600 N5 m=8103 J,拉力做的额外功W额=W总-W有=1104 J-8103 J=2103 J,此过程中克服绳重和摩擦做的功W额1=500 J,则提
16、升动滑轮做的额外功W额2=W额-W额1=2103 J-500 J=1.5103 J,由W=Gh可得动滑轮重力G轮=W额2h=1.5103 J5m=300 N,故C正确。该过程滑轮组的机械效率=W有W总=8103 J1104 J=80%,故D错误。7.BC解析物体移动的距离s1=v1t=0.1 m/s10 s=1 m。该滑轮组有3段绳子拉着动滑轮和物体,所以绳子自由端移动的距离是物体移动距离的3倍,s2=3s1=3 m。拉力的大小F=W总s2=150J3m=50 N。此过程中克服摩擦力做有用功,由=W有W总可知,有用功W有=W总=150 J80%=120 J,摩擦力f=W有s1=120J1m=1
17、20 N。故A、D错误,B、C正确。8.(1)如图所示(2)如图所示(3)如图所示(4)如图所示9.(1)竖直水平(2)4.4筷子(3)37.5l1和l2解析(3)当F2=4 N,l1=30 cm不变时,由于弹簧测力计的最大拉力为5 N,则根据杠杆平衡条件可得,l2应不超过的数值l2=F1l1F2=5N30cm4N=37.5 cm。10.(1)匀速0.85.0(2)如图所示1.291%高11.解:(1)有用功为W有=Gh=600 N2 m=1200 J;滑轮组的机械效率为=W有W总=1200J1500J=80%。(2)用400 N的拉力提升其他货物时,额外功占总功的15%,说明机械效率为85%
18、,且由图可知n=3,即=W有W总=GhFnh=GFn,85%=G400N3,解得货物重为G=1020 N。12.解:(1)如图所示(2)设B端受到细绳的拉力为FB,由杠杆平衡条件得,GNOC=FBOB,已知OCOB=12,则FB=GNOCOB=2 N12=1 N;由于力的作用是相互的,则细绳对M的拉力F=FB=1 N,此时M对地面的压力F压=F支=GM-F=10 N-1 N=9 N,M与地面的接触面积S=l2=(0.1 m)2=0.01 m2,则此时M对地面的压强p=F压S=9N0.01m2=900 Pa。(3)沿竖直方向将M左右两边各切去厚度为12h部
19、分后,M剩余部分的底面积S=ll-12h-12h=l(l-h),M剩余部分的体积V=Sl=l2(l-h),M剩余部分的密度不变,则剩余部分的重力与原来重力的比值GMGM=MgVMgV=Mgl2(l-h)Mgl3=l-hl,所以M剩余部分的重力GM=l-hlGM=0.1m-h0.1m10 N,M剩余部分对地面的压强p=p-p=900 Pa-60 Pa=840 Pa,M剩余部分的底面积S=l(l-h)=0.1 m(0.1 m-h),地面对M剩余部分的支持力F支=F压=pS=840 Pa0.1 m(0.1 m-h),将C点处系着N的细绳向右移动h后,设此时B端受到细绳的拉力为FB,OCOB=12,O
20、为AB中点,则OC=14AB=141 m=0.25 m,OB=12AB=0.5 m,由杠杆平衡条件得,GN(OC-h)=FBOB,则FB=GN(OC-h)OB=2N(0.25m-h)0.5m,即细绳对M剩余部分的拉力F=FB=2N(0.25m-h)0.5m,对M剩余部分进行受力分析,由力的平衡条件得,F支+F=GM,将式代入式得:840 Pa0.1 m(0.1 m-h)+2N(0.25m-h)0.5m=0.1m-h0.1m10 N,解得h=0.05 m。13.C解析设木条重心在D点,当A端放在托盘秤甲上,B端放在托盘秤乙上时,以B端为支点,托盘秤甲的示数是6 N,根据力的作用是相互的可知,托盘
21、秤对木条A端的支持力为6 N,如下图1所示。由杠杆平衡条件有FAAB=GBD,即6 NAB=24 NBD,所以AB=4BD,BD=14AB。当C点放在托盘秤甲上时,以C为支点,此时托盘秤乙对木条B处的支持力为FB,如下图2所示。因为AO=BO,AC=OC,所以AC=CO=OD=BD=14AB,则BC=3BD,CD=2BD,由杠杆平衡条件有FBBC=GCD,即FB3BD=24 N2BD,解得FB=16 N,则托盘秤乙的示数为16 N,故选C。14.BC解析由图可知,物重由3段绳子承担,此滑轮组的机械效率=W有W总=GhFs=Gh13(G+G动)3h=GG+G动,则-1=1+G动G=1+G-1G动
22、,已知图中纵轴表示机械效率的倒数-1,由此可知,若不计绳重与摩擦,则横轴可能表示G-1或G动,故A、D错误,B、C正确。15.C解析若G1=G2,且重物被匀速提升的高度相同,由W有=Gh可知,有用功相同,不计绳重及摩擦,则额外功是克服动滑轮自重做的功,即W额=G动h,因每个滑轮质量都相等,提升的高度相同,但乙装置有2个动滑轮,故乙做的额外功多,而W总=W有+W额,所以总功不相同,即F1、F2做的功不相等,故A、B错误。不考虑绳重、摩擦,则滑轮组的机械效率甲=W有甲W总甲=G1hG1h+G动h=G1G1+G动,乙=W有乙W总乙=G2hG2h+2G动h=G2G2+2G动;若G1G2,则甲-乙=G1
23、G1+G动-G2G2+2G动=2G1G动-G2G动(G1+G动)(G2+2G动)0,所以甲的机械效率大于乙的机械效率,故D错误,C正确。16.C解析物体B处于静止状态,受平衡力作用,对物体B进行受力分析,水平方向受水平向右12 N的拉力、地面水平向左4 N的摩擦力,以及物体A对其水平向左的摩擦力,故受到物体A的水平向左8 N的摩擦力,则物体A受到物体B水平向右8 N的摩擦力,A错误。由题图知,滑轮组的绳子股数为2,则拉力端的速度为v绳=2vA=20.1 m/s=0.2 m/s,拉力F的功率为P=Fv绳=5 N0.2 m/s=1 W,B错误。滑轮组的机械效率=W有W总=fAsAFs绳=fAsA2
24、FsA=fA2F=8N25 N=80%,C正确。当拉力F增大时,物体A所受滑轮组的拉力增大,因滑动摩擦力的大小只与压力、接触面的粗糙程度有关,故物体A受到物体B的滑动摩擦力大小不变,则物体A对物体B的摩擦力大小不变,由以上分析可知,物体B依然处于受力平衡状态,静止不动,D错误。17.解:(1)由图乙可知,当物体受到的摩擦力为100 N时,滑轮组机械效率1=50%。(2)当1=50%时,因为物体被匀速拉动,做匀速直线运动,故绳对物体的拉力Fa=f=100 N,根据=W有W有+W额=Fas物Fas物+G动s物=FaFa+G动得,动滑轮重G动=(1-)Fa=(1-50%)100 N50%=100 N
25、,当=75%时,绳对物体的拉力Fa1=1-G动=75%1-75%100 N=300 N,该滑轮组的有用功率P有=Fa1v物=300 N0.1 m/s=30 W。(3)由图甲可知,与动滑轮相连的绳子段数n=3,当物体与地面的摩擦力为1500 N时,绳对物体的拉力Fa2=f2=1500 N,作用在绳子自由端的拉力F=1n(Fa2+G动)=13(1500 N+100 N)533 NG小熊=500 N,所以体重为500 N的小熊竖直向下拉绳不能用此滑轮组拉动物体。18.解:(1)动滑轮重力G动=m动g=20 kg10 N/kg=200 N,由图知滑轮组绳子股数n=3,因忽略绳的质量,绳与轮、轮与轴的摩
26、擦,且物体A匀速上升,受力平衡,则F=1n(GA+G动),物体A的重力GA=nF-G动=3400 N-200 N=1000 N。绳子自由端移动的速度v=nvA=30.5 m/s=1.5 m/s,拉力的功率P=Fv=400 N1.5 m/s=600 W。(2)物体A浸没在水中受到的浮力F浮A=水V排g=水VAg=水GAAgg=水AGA,物体A浸没在水中时,滑轮组提升物体A所做的有用功:W有=FAh=(GA-F浮A)h=GA-水AGAh=1-水AGAh,此时做的总功W总=W有+W额=1-水AGAh+G动h,机械效率=W有W总,联立并代入数据,解得A=2.5103 kg/m3。(3)物体A和B材料相同,则B=A=2.5103 kg/m3,B受到的重力GB=mBg=BVBg=2.5103 kg/m35010-3 m310 N/kg=1250 N,绳子断裂时物体B部分露出水面,则F=1nF拉=1n(GB-F浮B+G动),B受到的浮力F浮B=GB+G动-nF=1250 N+200 N-3400 N=250 N,B浸在水里的体积V浸=V排=F浮B水g=250N1.0103 kg/m310N/kg=2.510-2 m3=25 dm3,B露出水面的体积V露=VB-V浸=50 dm3-25 dm3=25 dm3。
