第十二章 简单机械 单元测试
一、单选题
1．如图所示生产生活中的简单机械，使用时费力的是（ ）
A． 盘山公路 B． 门把手
C． 旗杆顶端的定滑轮 D． 赛艇的浆
2．为早日实现“建设美丽嘉兴，打造江南水乡典范”的目标，各项工程建设正在我市如火如荼地开展。如图为正在施工的工程车，下列关于工程车的说法正确的是（ ）
A．做的功越多，效率越高
B．做功多的工程车，功率大
C．延长工作时间，可提高效率
D．做功越快的工程车，功率越大
3．在如图所示的各种情况中，用同样大小的力将重物匀速提升，若不计摩擦和滑轮重，物重最大的是
A． B． C． D．
4．粗细均匀的钢筋AOB，形状如图所示．已知AO=OB，在O点用一线悬挂起来，并使AO段位于水平位置后放手，放手后（ ）
A．A端下沉 B．B端下沉
C．保持原状 D．以上说法都不正确
5．自行车是人们常用的交通工具，它应用了许多物理知识，下面说法中正确的是
A．刹车传动系统应用了费力杠杆
B．车把应用了杠杆
C．链条和前后轮盘组成滑轮组
D．轮胎制有花纹是为了减小摩擦
6．一辆汽车陷进了泥潭，小明设计出甲、乙两种方案安装滑轮，均可将汽车从泥潭中拉出，如图所示。两种方案使用相同的滑轮和绳子，下列说法正确的是（ ）
A．甲图滑轮是动滑轮
B．乙图滑轮是定滑轮
C．甲方法可以改变力的方向
D．乙方法可以省距离
7．下列各图所示的工具，正常使用时省力的是（ ）
A．镊子 B．羊角锤
C．定滑轮 D．筷子
8．生活中处处有科学。下列日常工具，在使用时属于省力杠杆的是（ ）
A．大铡刀 B．筷子
C． 定滑轮 D． 钓鱼竿
二、多选题
9．如图所示，水平桌面上有一铁块，由绕过定滑轮的细绳与重6N的沙桶相连且保持静止。不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，以下分析正确的是（ ）
A．使用定滑轮是为了省力
B．铁块受到绳子的拉力为6N
C．铁块对桌面的压力和重力是一对平衡力
D．若剪断绳子，铁块由于惯性将保持静止
10．如图所示，用力F将重力G=10N的物体匀速向上提升2m，动滑轮重2N（不计绳重、摩擦），下列正确的是（ ）
A．绳子末端移动的距离为1m B．拉力大小为6N
C．动滑轮的机械效率为90% D．物体克服重力所做的功为20J
三、填空题
11．同学们在体育课上做仰卧起坐，前半段是背部由平躺地面变成脊柱弯曲，后半段是上半身完全离开地面。
（1）先将头向前抬起，可以减小 力臂。在平躺至坐起的过程中，运动员肌肉所施加的动力变化情况是 （选填“不断增加”“不断减小”“不变”）；
（2）同学们可以改变仰卧起坐的快慢，来控制体育锻炼的效果，从物理学角度分析其实质是改变 大小。
12．如图所示，作用在绳自由端的拉力为250N，匀速提起400N的重物，不计绳重和摩擦，则动滑轮的重力为 N，若用此滑轮组匀速提起1800N的重物，则拉力的大小为 N。
13．端午节赛龙舟是我国民间传统习俗之一，当队员们拿着船桨奋力向后划水，龙舟向前 ；使龙舟前进的力的施力物体是 ，桨属于 （选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆。
14．如图所示，重物A和B均静止，弹簧秤的示数是25N，若不计滑轮的重量及一切摩擦，则重物A受的重力是 N，重物B受的重力是 N.
15．某人分别用如图（a）、（b）所示的两种方法挑着同一物体行走，则图（a）中手施加的动力 （选填“大于”“小于”或“等于”）图（b）中手施加的动力。
四、实验题
16．某物理小组利用刻度均匀的轻质杠杆探究“杠杆平衡条件”：
（1）实验前没挂钩码时，杠杆静止的位置如图甲所示，此时应将平衡螺母向 调节，使杠杆在水平位置平衡；
（2）调节杠杆水平平衡后，甲同学在左右两侧分别挂上钩码，如图乙所示，松手后杠杆的 端会下沉，要使杠杆重新在水平位置平衡，如果不改变钩码总数和悬挂点位置，只需将 即可；
（3）调节杠杆水平平衡后，乙同学设计了如图丙所示的方案探究“杠杆平衡条件”，如果在操作过程中，将弹簧测力计从竖直方向慢慢向左侧倾斜，则弹簧测力计的示数将 。本探究方案中，杠杆的自重 （选填“会”或“不会”）给实验结果带来影响。
17．小华在做“探究杠杆平衡条件”实验的装置如图所示，杠杆上相邻刻线间的距离相等，每个钩码的重0.5N。
(1)杠杆在图甲所示的位置静止时 （选填“处于”或“不处于”）杠杆平衡状态；
(2)为使杠杆在水平位置平衡，图甲的平衡螺母应向 （选填“左”或“右”）端调节；
(3)如图乙，在杠杆两端分别挂上不同数量的钩码，使杠杆重新在水平位置平衡，把力和力臂记入表格中。改变杠杆两端所受力的大小和力臂的大小，使杠杆重新在水平位置平衡，把力和力臂记入表格中；
实验次数 动力N 动力臂/cm 阻力N 阻力臂/cm
1 1.5 20 2 15
2 1 25 2.5 10
3 3 10 1.5 20
(4)分析表格中的数据，可得出杠杆平衡的条件是 ；
(5)如图丙，在杠杆左边B处，用弹簧测力计与水平方向成30°角斜向上拉，使杠杆在水平位置平衡时。请在图中画出拉力F的力臂L ，弹簧测力计的读数应是 N；
(6)如图丁，杠杆AB放在钢制圆柱体的正中央水平凹槽CD中，杠杆AB能以凹槽两端的C点或D点为支点在竖直平面内转动，长度AC=CD=DB，左端重物G=12N。为使杠杆AB保持水平位置平衡，拉力F的取值范围是 N。
五、综合题
18．基础问答、作图和计算
(1)人造地球卫星在绕地球运动的过程中机械能守恒，从近地点到远地点的过程中能量的转化是 。
(2)如图所示是一个电热水壶的易图，用力作用在壶盖上A点时，可将壶盖打开，在A点画出所需最小力F的示意图和它的动力臂l ，克服重力掀起壶盖时，壶盖实质是一个 杠杆。（选填“省力”或“费力”或“等臂”）
(3)有一辆轿车总质量是1.2t，车轮与地面的总接触面积为，发动机功率为30kW，在平直的公路上以72km/h速度匀速行驶10min时间，求在此过程中：①汽车对水平地面的压强为 ？②轿车行驶中受到的牵引力 ？（请写出解题过程）
19．如图甲是我省潮汕地区东奥岛风力发电的外景，风力发电机组主要由风机叶片和发动机组成．
（1）风机的叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用硬度大，密度 （选填“大”或“小”）的复合材料制成；叶片形状像飞机的机翼，若叶片位置和风向如图乙所示，由于叶片两面空气流速不同，上方的流速较，产生压强差，从而受到向 （选填“上”或“下”）的力使风叶旋转．
（2）风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机，利用 原理，使机械能转化为电能．
（3）某风力发电机的输出功率与风速的关系如图丙所示，由图像可知，能使该风力发电机组产生电能的风速范围是 （用图像中的字母表示）．
（4）下表给出了在不同风速下某风机获得的能量：
平均风速（m/s） 5 10 15 20
1s内获得的能量（×104J） 1 8 27 64
①请你对表格的数据进行分析，你会发现该风机1s内获得的能量与风速的关系是 ；
②风速为5m/s时，这台风机工作1min所产生的电能可供1只“220V 100W”电灯正常工作10min，风机发电的效率是为 ．
六、计算题
20．用如图所示的滑轮组（绳重与摩擦阻力不计）匀速提升重力为60N的物体，在物体上升4m的过程中，拉力F做的功为300J，所用的时间为5s，求：
（1）物体上升的速度；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）提升动滑轮所做的额外功；
（4）动滑轮的重力．
21．为了将放置在水平地面上重G=100N的重物提升到高处。小明同学设计了图（甲）所示的滑轮组装置。当小明用图（乙）所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，物体上升速度v随时间变化关系图像为图（丙），物体上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图（丁）所示。若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2，不计摩擦和绳重，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。求：
（1）匀速提升物体时，拉力F的功率为多少W 滑轮组的机械效率η为多少
（2）在1~2s内，拉力F做的功W为多少J
参考答案：
1．D
【详解】A．盘山公路属于斜面，可以省力，故A不符合题意；
B．门把手属于轮轴，可以省力，故B不符合题意；
C．旗杆顶端的定滑轮是等臂杠杆，不省力，也不费力，故C不符合题意；
D．赛艇的浆动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，费力省距离，故D符合题意。
故选D。
2．D
【详解】A．机械效率是指有用功占总功的百分比，与做功多少没有必然的联系，故A错误；
B．功率大表示做功快慢，与做功多少没有必然联系，故B错误；
C．效率指有用功占总功的比值，总功一定时，有用功多则效率高，与做功时间无关，故C错误；
D．功率是表示做功快慢的物理量，机械做功越快，表示功率越大，故D正确。
故选D。
3．C
【分析】A是动滑轮，动滑轮上有2端绳子，拉力是物体重力的一半．B是定滑轮，拉力等于物体重力．C是滑轮组，动滑轮上有3端绳子，拉力等于物体重力的．D是滑轮组，动滑轮上有2端绳子，拉力是物体重力的一半．
【详解】在A中,拉力是物体重力的一半,F＝,＝2F；在B中,拉力等于物体重力,F＝GB；在C中,拉力等于物体重力的,F＝, ＝3F；在D中,拉力是物体重力的一半,F＝,＝2F，所以物体重力最大的是C.故选C.
4．A
【详解】因为钢筋粗细均匀，且
因此OA、OB段的重力相同，即
由图知：的力臂要大于的力臂，则有
因此杠杆沿的方向转动，即A端下沉，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
5．B
【详解】A. 刹车时，人施加一个很小的力，就可以对车轮产生一个很大的摩擦力，应用了省力杠杆．故A错误．
B. 人对车把两端施力，就可以实现对其的控制，而且很省力．故B正确．
C. 链条和前后轮盘的组成轮轴．故C错误．
D. 轮胎上有花纹，是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦．故D错误．
6．C
【详解】A．图甲所示，滑轮的轴心固定，所以是定滑轮，故A错误；
B．乙图中，滑轮的轴心未固定，所以为动滑轮，故B错误；
C．根据定滑轮的特点可知，定滑轮可以改变力的方向，不改变力的大小，故C正确；
D．根据动滑轮的特点可知，省力费距离，故D错误。
故选C。
7．B
【详解】AD．镊子、筷子在使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，不省力，故AD不符合题意；
B．羊角锤在撬钉子时，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，可以省力，故B符合题意；
C．定滑轮是等臂杠杆，不能省力，故C不符合题意。
故选B。
8．A
【详解】A．大铡刀在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A符合题意；
B．筷子在使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B不符合题意；
C．定滑轮实质是一等臂杠杆，不省力也不费力，故C不符合题意；
D．钓鱼竿在使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故D不符合题意。
故选A。
9．BD
【详解】A．使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向，故A错误；
B．不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，铁块受到绳子的拉力大小等于沙桶的重力为6N，故B正确；
C．铁块对桌面的压力和铁块的重力，这两个力作用在不同的物体上且方向相同，不是一对平衡力， 故C错误；
D．剪断绳子前，铁块是静止的，剪断绳子后，铁块由于惯性要保持原来的静止状态，故D正确。
故选BD。
10．BD
【详解】A．由图可知，滑轮组承重绳子n=2，绳子末端移动的距离
s=2h=2×2m=4m
故A错误；
B．不计绳重、摩擦，拉力
故B正确；
CD．拉力做的总功
W总=Fs=6N×4m=24J
所做的有用功，即物体克服重力所做的功
W有用=Gh=10N×2m=20J
该动滑轮的机械效率
故C错误，D正确。
故选BD。
11． 阻
不断减小 功率
【详解】（1）[1]将头向前抬起，身体重心更靠近支点，可以减小阻力臂。
[2]在平躺至坐起的过程中，人体重心与支点的水平距离减小，即阻力臂减小，而动力臂长度不变，根据杠杆的平衡条件可知，运动员肌肉所施加的动力不断减小。
（2）[3]在仰卧起坐过程中，要克服身体的重力做功，改变仰卧起坐的快慢，可以改变做功的快慢，也就是改变功率的大小。
12． 100 950
【详解】[1]由图可知，n＝2，由得，动滑轮所受重力为
[2]用此滑轮组匀速提起1800N的重物，则拉力的大小为
13． 运动 水 费力
【详解】[1][2][3]运动员手持船桨奋力向后划水，对水施加向后的力，由于物体间力的作用是相互的，所以水会对船桨施加向前的力，则龙舟就会快速前进，即使龙舟向前运动的力的施力物体是水；运动员用桨划船时，桨的动力臂小于阻力臂，则船桨是费力杠杆。
14． 50 25
【详解】（1）不计滑轮的重量及一切摩擦，使用滑轮组拉力大小F＝F示GA，则A受到的重力GA＝2F示＝225N＝50N；因为滑轮组是由一根绳子缠绕而成，不计滑轮的重量及一切摩擦，B受到的重力GB＝F示＝25N.
【点睛】（1）不计滑轮的重量及一切摩擦，弹簧秤的示数，即使用滑轮组拉力大小等于物体A受到的重力的一半一，据此求A受到的重力；（2）滑轮组是由一根绳子缠绕而成，不计滑轮的重量及一切摩擦，弹簧秤的示数等于B受到的重力，据此求B受到的重力．
15．小于
【详解】由图示知，挑物体的棍子相当于杠杆，由（a）至（b）手对杠杆的力的作用点不变，即动力臂不变，物体的重力不变，即阻力大小、方向不变，但阻力臂变大，据杠杆的平衡条件知，手施加的动力变大，即（a）中的动力小于（b）图的运力。
16． 右 左 左侧的钩码去掉一个，悬挂在右侧钩码下面 变大 不会
【详解】(1)[1]调节杠杆在水平位置平衡，杠杆右端偏高，平衡螺母应向右端移动，使杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂大小，同时消除杠杆自重对杠杆平衡的影响；
(2)[2]设杠杆每个格的长度为L，每个钩码的重力为G，根据杠杆的平衡条件：，即，左端大，故左端下沉；
[3]要使杠杆重新在水平位置平衡，如果不改变钩码总个数和悬挂点位置，只需要将左侧的钩码去掉一个悬挂在右侧钩码下面即可平衡；
(3)[4]弹簧测力计从竖直方向慢慢向左侧倾斜时，阻力和阻力臂不变，动力臂变小，根据杠杆的平衡条件可知，动力变大，所以，弹簧测力计的示数将变大；
[5]杠杆在O点还受到一个向上的力，这个力与杠杆自身重力都过杠杆的支点，力臂为零，这个力的力臂是 0cm，这两个力在探究杠杆平衡时不会影响到杠杆的平衡。
17． 处于 右 动力×动力臂=阻力×阻力臂 3 6~24
【详解】(1)[1]杠杆平衡可以是任意位置的平衡。图甲中杠杆倾斜着静止，杠杆平衡状态的一种情况。
(2)[2]图甲杠杆左边下倾，要使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母应向右端调节。
(4)[3]从表格的数据可以看出当动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积时，杠杆平衡。因此，杠杆平衡的条件是
动力×动力臂=阻力×阻力臂
(5)[4]过支点O作拉力F的作用线的垂线，支点O 到拉力F的距离就是拉力F的力臂L。如图
[5]由图丙得，A点的阻力为2.5N，阻力臂为3小格。B点为距离支点5格的位置。在杠杆左边B处，用弹簧测力计与水平方向成30°角斜向上拉，所以拉力F的力臂L长为2.5格，由杠杆平衡条件得，弹簧测力计的读数应是3N。
(6)[6]当杠杆刚好绕着点D转动时
当杠杆刚好绕着点C转动时
所以为使杠杆AB保持水平位置平衡，拉力F的取值范围是624N。
18． 动能转化为重力势能 省力 1500N
【详解】(1)[1]人造地球卫星在绕地球运动的过程中机械能守恒，从近地点到远地点的过程中，高度增加，重力势能增加，能量的转化是动能转化为重力势能。
(2)[2]为使打开壶盖的力最小，根据杠杆平衡条件可知，动力臂要最长；壶盖上O点为支点，OA为最长的动力臂l，过A点作垂直于OA斜向上的动力即为所需最小力F，如图所示：
。
[3]克服重力掀起壶盖时，动力臂大于阻力臂，壶盖实质是一个省力杠杆。
(3)[4]汽车对水平地面的压力为
汽车对水平地面的压强为
[5]轿车做匀速直线运动的速度为72km/h，即20m/s，根据功率计算公式可知牵引力为
19． 小 上 电磁感应 V1～V3 风速越大，获得能量越多 或 风机获得的能量与风速的三次方成正比 10%
【详解】第一空．风机叶片具有质量轻、强度高、耐磨损等性能，通常用密度小，硬度大的复合材料制成；
第二空．由乙图知，叶片的上面是突出的弧形，下面是平面，空气流过时，上面空气流速大于下面空气流速，上面压强小于下面压强，叶片受到向上的力使风叶旋转．
第三空．风叶产生的动力通过传动系统传递给发电机发电，把风的机械能转化为电能，这是电磁感应现象．
第四空．由图象可知，风速为V1～V3时有输出功率，所以使该风力发电机组产生电能的风速范围是V1～V3；
第五空．①由表格数据知，风速增大为原来的2倍，风能增大为原来的23倍；风速增大为原来的3倍，风能增大为原来的33倍…，所以风机获得的能量与风速的三次方成正比；
第六空．根据P=可得，有用功：W有用=Pt=100W×10×60s=6×104J；
风速为5m/s时，由表格数据可得总功：W总=P′t′=1×104W×60s=6×105J；
风机发电的效率：η=×100%=×100%=10%．
20．（1）0.8m/s （2）80% （3）60J （4）15N
【详解】试题分析：（1）物体上升的速度为v物=h/t=4m/5s=0．8m/s；
（2）有用功为W有用=Gh=60N×4m="240J" ，滑轮组的机械效率为η=W有用/W总=240J/300J=80%；
（3）额外功为W额=W总-W有用=300J-240J=60J；
（4）动滑轮重G0=W额/h=60J/4m=15N．
考点：功的计算；机械效率
21．（1）300W，83.3%；（2）187.5J
【详解】解：（1）在2~3s内，重物做匀速运动，其速度
拉力
因为连接动滑轮的绳子有三根，所以拉力F的作用点下降的速度是重物上升速度 v3的三倍，则拉力F的功率
滑轮组的机械效率
（2）在1~2s内，拉力
重物上升高度
拉力 F做的功
答：（1）在2~3s内，拉力F的功率为300W，滑轮组的机械效率为83.33%；
（2）在1~2s内，拉力F做的功为187.5J。
