4.4 功的原理 练习
一、单选题
1.五千年的华夏文明,创造了无数的诗词歌赋,我们欣赏这些诗词歌赋时,不仅要挖掘其思想内涵,还可以探究其中所描述的自然现象与物理规律,下面是某同学对部分诗句中蕴含的物理知识的理解:①“人面桃花相映红”——桃花是光源,发出的红光映红了人的脸;②“飞流直下三千尺”——瀑布飞流直下的过程中,水的重力势能转化为动能;③“露似珍珠月似弓”——露实际是小水珠,是由冰熔化形成的;④“孤帆一片日边来”——“孤帆”运动是以江岸为参照物.其中正确的是
A.①② B.②③ C.②④ D.③④
2.如图所示,工人师傅要将重为1000N的木箱拉到1.5m高的车厢里,他将一块长5m的木板搁在地面与车厢之间构成斜面,然后站在车上用400N的拉力将物体从斜面底端匀速拉到车厢里,则下列说法中正确的是( )
A.斜面不但可以省力,还可以省功
B.物体和斜面之间的摩擦力为400N
C.斜面的机械效率为75%
D.增大斜面的倾斜程度,斜面的机械效率不变
3.下列说法正确的是
A.“姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船”,人们是通过音调辨别出钟声的
B.“会挽雕弓如满月,西北望,射天狼”,涉及到能量转化情况是弹性势能转化为动能
C.“两岸猿声啼不住,轻舟已过万重山”,“轻舟”的运动是以船上乘客为参照物的
D.“绿树阴浓夏日长,楼台倒影入池塘”,“楼台倒影入池塘”是光的折射现象
4.用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,相同时间把相同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦,下列说法正确的是( )
A.两次所做的有用功相等
B.绳子受的拉力F1和F2大小相等
C.乙滑轮组的机械效率能达到100%
D.甲滑轮组中B滑轮相当于省力杠杆
5.2018年12月8日凌晨,长征三号运载火箭载着嫦娥四号月球探测器在我国大凉山深处的西昌卫星发射中心成功发射。众所周知,这次我们嫦娥四号要去的地方是月球的背面,这是一个人类目前还没到达过的地方,中国目前正在书写这一历史,下列关于嫦娥四号说法正确的是( )
A.火箭上升时,燃烧的化学能最终转化为火箭的机械能,动能增大、重力势能减小
B.嫦娥四号进入太空后展开巨大的太阳能电池帆板,在面向太阳时将光能转化为内能
C.在月球背面没有阳光时,蓄电池放电供设备使用,将电能转化为化学能
D.当嫦娥四号减速变轨接近月球时,动能减少
6.如图所示,物体G在竖直方向上的拉力F的作用下,匀速上升0.2m,已知G=18N,F=10N,在这一过程中,不计摩擦和绳重,下列说法中正确的是( )
A.绳子自由端上升0.2m B.拉力F做功4J
C.动滑轮重为1N D.该动滑轮的机械效率为80%
7.如图所示是射箭的场景,下列说法中不正确的是( )
A.人用力拉弯弓,说明力可以改变物体的形状
B.手拉弓,弓也拉手,说明力的作用是相互的
C.箭被弓射出时,箭的弹性势能转化为箭的动能
D.箭上升到最高点时重力势能最大
8.关于能量及其能量之间的转化,下列说法正确的是( )
A.火山具有内能,冰山不具有内能
B.火箭在加速上升时,机械能保持不变
C.一杯水不能自发地使上面的水沸腾而下面的水结成了冰
D.坠落的陨石在空中划过一道亮光时,内能转化为机械能
9.关于功和能,下列描述正确的是( )
A.机械表上发条是增加了发条的弹性势能
B.深圳大亚湾核电站是把电能转化为核能
C.汽车加油后,以原来的速度继续匀速行驶它的动能会降低
D.“飞流直下三千尺”中水的动能转化为重力势能
10.如图所示,弯曲的跳板把人弹至高处,这个过程中人的动能和重力势能的变化情况是
A.动能减小,重力势能增大
B.动能增大,重力势能减小
C.动能先增大后减小,重力势能增大
D.动能先减小后增大,重力势能减小
二、多选题
11.如图所示,小明用滑轮组将重为3.2N的物体匀速提高2m,用了10s,拉力所做的总功是8J,下列说法中正确的是( )
A.拉力所做的有用功是6.4J B.滑轮组的机械效率为80%
C.绳末端移动的速度是0.4m/s D.绳末端移动的距离是6m
12.如图所示,重为200N的物体在20s内水平匀速移动了4m,若物体受到地面的摩擦力为60N,绳端所用的拉力F的功率为20W,不计滑轮重。下列判断不正确的是( )
A.克服物体的重力做的功为800J B.绳端所用的拉力为50N
C.额外功为240J D.滑轮组的机械效率为80%
13.如图所示的斜面,工人师傅用沿着斜面向上1000N的推力,将重为2000N的物体从斜面底端匀速推至顶端用时20s。已知斜面长4m、高,则( )
A.此过程中的总功为3000J
B.此过程中的有用功为15000J
C.推力做功的功率为200W
D.斜面的机械效率为
14.用如图甲所示的滑轮组缓慢提升不同物体,每次物体被提升的高度均为0.5m,滑轮组的机械效率与物体受到重力的关系如图乙所示,不计绳重和摩擦,下列分析正确的是( )
A.动滑轮的重力为10N B.该滑轮组的机械效率可以达到100%
C.滑轮组的机械效率越高,拉力做功越少 D.每次提升重物时,滑轮组做的额外功为5J
三、填空题
15.如图所示,同一小球从同一高度以大小相同的速度向三个不同的方向抛出(不计空气阻力和摩擦),设小球刚落地时的速度分别为v1、v2、v3,则它们的大小关系为 。
16.竖直向上抛出一个小球,小球离开手后还会继续向上运动,是由于小球具有 ;小球在其上升的过程中,动能 (选填“增大”、“不变”或“减小”)。
17.如图所示,用甲、乙两种装置将物体匀速提升相同高度,物体重均为10N,滑轮重均为1N,不计绳重,所用的拉力分别是F1和F2,机械效率分别是η1和η2,则F1 F2,η1 η2(均填“>”“<”或“=”)。
18.如图所示,重为600N的物体在F=30N的水平拉力作用下,沿水平地面向左做匀速直线运动。若物体受到水平地面的摩擦力是其重力的0.12倍,则滑轮组的机械效率是 。
19.人造卫星沿椭圆轨道绕地球运行,如图所示为卫星从远地点向近地点运动的过程,该过程中动能逐渐 ,机械能 .(选填“增大”、“减小”、“不变”)
四、实验题
20.如图所示,用相同的滑轮不同的绕法提升相同的重物,不计绳重和摩擦,则在物体匀速上升的过程中
A.甲图省力,机械效率甲图大 B.甲图省力,机械效率一样大
C.乙图省力,机械效率乙图大 D.乙图省力,机械效率一样大
理由: .
21.在“探究滑轮组的机械效率”时,小明利用两组滑轮组进行了5次测量,用一个动滑轮和一个定滑轮测量前4组数据,用二个动滑轮和二个定滑轮测得第5组数据,测得数据如表:
实验次数 动滑轮重 G动/N 物重G/N 钩码上升高度h/m 动力F/N 动力作用点移动距离s/m 滑轮组的机械效率n/%
1 0.5 1 0.1 0.7 0.3 47.6
2 0.5 1 0.2 0.7 0.6 47.6
3 0.5 2 0.1 1.1 0.3 60.6
4 0.5 4 0.1 2 0.3 ①
5 1 4 0.1 ② 0.5 50
(1)请根据前四组数据,在图甲中画出实验中滑轮组的绕绳方法;( )
(2)表格中变化①处数据应为 ;据图乙中弹簧测力计可知编号②数据应为 N;
(3)由表中第1、2组数据可知,同一滑轮组的机械效率与 无关;
(4)由表中第3、4组数据可知,同一滑轮组的机械效率与和 有关;
(5)有的同学认为:“机械越省力,它的机械效率越高”。你认为这句话是 的(填“正确”或“错误”),你是用小明收集的数据中 两组数据对比分析来判断的。
五、简答题
22.某运动员做蹦极运动,从高处自由下落,如图,A点是弹性绳自由伸长时的终点,B点是弹性绳拉力与运动员重力相同的位置,C点是第一次下落的最低点.
(1)请简述运动员从A点到C点的过程中能量的转化情况;
(2)若运动员达到C点时,所受的力都消失,他的运动状态将如何?
23.如图所示,工人师傅用三种方法把重170N的砂子运到三楼去。请你根据图中所提供的信息判断出哪种方法提升砂子的效率高?若用第二种方法提升砂子,当砂子装的越多,提升砂子的机械效率将怎样变化,说明原因(不计绳重和摩擦)。
六、综合题
24.如图1,从深井中匀速提取泥土,动滑轮和筐总重力为30N。图2是某次拉力做的功W随绳自由端拉下的长度s变化的关系。不计绳重和摩擦,求:
(1)当s为10m时,由图2可知拉力做了 J的功,筐和泥土上升了 m;
(2)拉力为 N,筐中泥土的重力是 N;
(3)本次利用该装置提升泥土的机械效率 。
25.初三同学在探究“杠杆的平衡条件”,提供的器材有:杠杆、钩码(每个钩码质量均为50g)、弹簧测力计。
(1)第一小组的同学设计了实验过程,经历如下一些操作步骤:
a.安装好杠杆并调节平衡螺母使其在水平位置平衡
b.改变两边钩码数量,重复以上步骤再做两次实验
c.改变挂钩码的位置,使杠杆在水平位置平衡,记录实验数据
d.在杠杆两边分别挂上数量不同钩码
①本实验的合理操作步骤顺序是 ;
②调节杠杆水平平衡后,如图甲所示,在 A 处挂两个钩码,为了使杠杆水平平衡,在 C点用调节好的弹簧测力计沿图示方向斜向下拉,当测力计示数 F1为 N 时,杠杆将水平平衡;
③通过多次实验,总结得出杠杆平衡的条件是 。所以对于杠杆“哪边重往哪边沉”这句话的理解,这里的“重”实际指的是 比较大;
④探究过程中,在杠杆左端的 D 点挂一个重物 G,在杠杆右端的 E 点施加一始终竖直向下的拉力 F2,使杠杆由水平位置缓慢转动到图中虚线位置,如图乙所示。则在此过程中拉力 F2的大小变化情况是 (选填“变大”、“变小”或“不变”);
(2)课后,第一小组同学换用如图丙所示的杠杆进行了深入探究,发现与前面的杠杆平衡条件的结论并不相符,其主要原因是: ;若将钩码的悬挂点由 A 移至 C(钩码个数不变,O 和 B 的位置也不变),仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
七、计算题
26.用如图所示的滑轮组提升重为9×104N的物体,已知滑轮组的机械效率是75%,拉力F做功的功率是2.5kW。要把物体速提升2m,求:
(1)拉力F的大小;
(2)需要多长时间。
27.用如图所示的滑轮组将质量为的物体以的速度匀速向上提升。取
(1)求该物体所受到的重力;
(2)实际中动滑轮重为,人的拉力做功,求克服绳重和摩擦所做的额外功。
参考答案:
1.C
【详解】试题分析:自身能够发光的物体叫做光源,桃花自身不能发光,只反射光,①是不正确的;瀑布飞流直下的过程中,高度降低,速度加快,重力势能减小,动能增大,水的重力势能转化为动能,②是正确的;露实际是小水珠,是空气中的水蒸气液化形成的,不是冰熔化形成的,③是不正确的;以江岸为参照物,孤帆与江岸之间的位置发生了变化,所以孤帆是运动的,④是正确的;综上分析,对照各选项,C符合题意,选填C.
考点:光源识别;物态变化现象识别;能量转化;参照物选择.
2.C
【详解】A.木箱重为1000N,但人只需要400N的拉力,就可以将物体从斜面底端匀速拉到车厢里,斜面可以省力,但不可以省功,故A错误;
B.人将物体从斜面底端匀速拉到车厢里,这过程所做的有用功为
所做的总功为
总功等于有用功和额外功之和,那么这过程所做的额外功为
额外功为克服摩擦力所做的功,木板长5m,则摩擦力的大小为
物体和斜面之间的摩擦力为100N,故B错误;
C.由B解析可知,有用功为1500J,总功为2000J,根据机械效率的公式,可知,斜面的机械效率为
斜面的机械效率为75%,故C正确;
D.增大斜面的倾斜程度,物体对斜面的压力减小,摩擦力减小,额外功减小,有用功占总功的比例变大,则斜面的机械效率变大,故D错误。
故选C。
3.B
【详解】A.“夜半钟声到客船”钟声是根据音色判断出的,故A说法错误;
B.“会挽雕弓如满月,西北望,射天狼”,弓的弹性势能转变为箭的动能,故B说法正确;
C.以“乘客”为参照物,“乘客”和“轻舟”之间的位置没有变化,故“轻舟”是静止的,故C说法错误;
D.“楼台倒影入池塘”属于平面镜成像,是由光的反射形成的,故D说法错误.
4.A
【详解】A.用甲、乙两个滑轮组,相同时间把相同的重物匀速提升相同的高度,根据W有=Gh可知,两次所做的有用功相等,故A正确;
B.由图可知,n甲=2,n乙=3,在物重和动滑轮重相同的情况下,根据可知
F1≠F2,故B错误;
C.使用滑轮组时,需要提升动滑轮做额外功,使得有用功小于总功,滑轮组的机械效率总小于100%,故C错误;
D.由图可知,甲滑轮组中B滑轮是定滑轮,实质是等臂杠杆,不能省力,故D错误;
故选A。
5.D
【分析】(1)燃料燃烧时化学能转化为内能,火箭上升过程中,再将内能转化为机械能,动能大小的影响因素由质量和速度,质量越大,速度越大,动能越大,重力势能大小的影响因素由质量和高度,质量越大,高度越高,重力势能就越大;
(2)太阳能电池板面向太阳时,是太阳能转化为电能;
(3)蓄电池充电时是将电能转化为化学能,放电时是将化学能转化为电能;
(4)同一物体的速度越小,动能越小。
【详解】A.在火箭上升的过程中,燃料燃烧释放的化学能最终会转化为火箭的机械能,质量不变时,速度越来越大,高度也越来越高,所以动能和重力势能都增大,A错误;
B.嫦娥四号进入太空后展开巨大的太阳能电池帆板,太阳能电池板面向太阳时,是太阳能转化为电能,B错误;
C.在月球背面没有阳光时,蓄电池放电供设备使用,将化学能转化为电能,C错误;
D.当嫦娥四号减速变轨接近月球时,速度减小,动能减少,D正确。
故选D。
6.B
【详解】由图可知,动滑轮承重绳子的有效股数n=2;
A.绳子自由端上升的高度为
故A错误;
B.拉力F做功为
故B正确;
C.不计摩擦和绳重,拉力为
则动滑轮重力为
故C错误;
D.有用功为
该动滑轮的机械效率为
故D错误。
故选B。
7.C
【详解】A. 人用力拉弯弓,说明力可以改变物体的形状说法正确;B. 物体间力的作用是相互的,所以手拉弓,弓也拉手故B正确;C. 箭被弓射出时,弓的弹性势能转化为箭的动能,故C错误;D. 重力势能与质量和高度有关,箭的质量不变所以箭上升到最高点时重力势能最大.
8.C
【详解】A.内能是物质内部所有分子动能和分子势能的总和,一切物体都具有内能,所以冰山也具有内能,故A错误;
B.火箭加速上升,其速度变大,高度升高,所以动能和重力势能都变大,机械能也会变大,故B错误;
C.同一杯水力的分子在不停的运动,所以不可能上面的水沸腾,而下面的水结冰,故C正确;
D.陨石在坠落过程中会与空气摩擦,产生大量让热量,是将机械能转化为内能,故D错误。
故选C。
9.A
【详解】A.上紧的机械表发条具有弹性势能,并且发条形变越大具有的弹性势能越大,故A正确;
B.在核电站中,核燃料发生裂变,释放出核能,把核能再转化为电能,故B错误;
C.汽车加油后相对于原来质量增加,虽然仍按原速度行驶,但动能相对于原来是增加的,故C错误;
D.“流直下三千尺”中,高处的水具有大量重力势能,下落过程中重力势能转化为动能,故D错误。
故选A。
10.C
【分析】运动员离开蹦床弹向空中至最高点的这一过程中,判断动能和势能的变化,要从动能和势能的影响因素考虑.
(1)动能大小的影响因素:质量、速度.质量越大,速度越大,动能越大.
(2)重力势能大小的影响因素:质量、被举得高度.质量越大,高度越高,重力势能越大.
【详解】弯曲的跳板把人向上弹起,弹性势能转化为动能,动能变大,运动员离开跳板弹向空中至最高点的这一过程中,人的质量不变,速度变小,高度升高,故动能减小,重力势能增大.
故选C.
【点睛】掌握动能、重力势能、弹性势能的影响因素.利用控制变量法能判断动能、重力势能、弹性势能的变化.
11.ABD
【详解】A.由题意可知,物重G=3.2N,物体匀速提高2m,即h=2m,则拉力所做的有用功
故A正确;
B.拉力所做的总功是8J,滑轮组的机械效率为
故B正确;
C.由图可知,n=3,物体匀速提高2m,即h=2m,则绳末端移动的距离
用时t=10s,则绳末端移动的速度
故C错误;
D.由图可知,n=3,物体匀速提高2m,即h=2m,则绳末端移动的距离
故D正确。
故选ABD。
12.ACD
【详解】A.物体水平移动时,在重力的方向上没有移动距离,所以没有克服重力做功,即克服物体的重力做的功为0,故A错误,符合题意;
B.由可得拉力做的总功
W总=Pt=20W×20s=400J
由图知,承担物体绳子的段数n=2,拉力端移动距离
s=2s物=2×4m=8m
由W总=Fs得绳端所用的拉力
故B正确,不符合题意;
C.使用滑轮组拉力做的有用功,即克服摩擦力做的功
W有用=fs物=60N×4m=240J
则额外功
W额=W总-W有用=400J-240J=160J
故C错误,符合题意;
D.滑轮组的机械效率
故D错误,符合题意。
故选ACD。
13.CD
【详解】A.所做总功为
故A不符合题意;
B.此过程所做有用功为
故B不符合题意;
C.推力做功的功率
故C符合题意;
D.机械效率为
故D符合题意。
故选CD。
14.AD
【详解】A.由图乙可知,提升物重G=10N时,滑轮组的机械效率η=50%,不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率
解得动滑轮重力G动=10N,故A正确;
B.使用滑轮组时,需要提升动滑轮做额外功,使得有用功小于总功,滑轮组的机械效率总小于100%,故B错误;
C.滑轮组的机械效率越高,说明有用功与总功的比值越大,拉力做功不一定少,故C错误;
D.由题知,利用滑轮组每次物体被提升的高度均为0.5m,提升动滑轮上升的高度也都是0.5m,则每次提升重物时,不计绳重和摩擦,滑轮组做的额外功都为
W额=G动h=10N×0.5m=5J
故D正确。
故选AD。
15.v1 =v2 =v3
【详解】小球从抛出到落地,发生了重力势能和动能的转化;在不计空气阻力和摩擦的条件下,转化过程中,机械能守恒,即机械能的总和不变。小球抛出时的机械能与小球落地时的机械能相等;而小球落地时的势能为零,故机械能大小就是动能大小,即动能相等所以速度相同
v1=v2=v3
16. 惯性 减小
【详解】[1]竖直向上抛出一个小球,小球原来处于运动状态,当其离开手后由于惯性,仍然保持原来的运动状态,故能继续向上运动。
[2]由于小球在上升的过程中受到重力的作用,高度增加,速度在逐渐减小,动能转化为了重力势能,所以动能减小。
17. > =
【详解】[1]甲装置连接动滑轮绳子的股数为n1=2,乙装置连接动滑轮绳子的股数为n2=3,不计绳重和摩擦,甲装置绳子的拉力为
乙装置绳子的拉力为
所以,F1>F2。
[2]不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率为
由于甲、乙两种装置提升的物重相同,动滑轮重相同,所以,甲、乙两种装置的机械效率相同。
18.80%
【详解】由题意知,物体受到的摩擦力
f=0.12G=0.12×600N=72N
由图示知,滑轮组承重绳子为3根,则滑轮组的机械效率
19. 增大 不变
【详解】卫星从远地点向近地点运动的过程,该过程中高度降低,速度增大,所以动能逐渐增大,重力势能减小;
在只有重力做功时,机械能守恒,即机械能总量不变.
【点睛】重点是影响动能和重力势能大小的因素,当质量不变时,速度增大,动能增大,速度减小,动能减小;高度增加,重力势能增大,高度降低,重力势能减小.
20. B 见解析
【详解】[1][2]分析甲、乙两图可知,n甲=3、n乙=2;因绳重和摩擦忽略不计,所以由F=(G+G动)可知,甲图更省力。两滑轮组的有用功、额外功和总功都相同,所以机械效率一样大。
21. 66.7 1.6 物体被提升的高度 被提升的物重 错误 4、5
【详解】(1)[1]由前4组实验数据可知
所以滑轮组由3段绳子承担物重,因此绳子应从动滑轮上面的挂钩开始绕起,如图所示:
(2)①[2]第四次测量的滑轮组的机械效率为
②[3]由图知,测力计的分度值为0.2N,所以其示数为1.6N。
(3)[4]第1、2组数据,动滑轮重、物重相同,物重被提升的高度不同,机械效率相同,可知同一滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关。
(4)[5]第3、4组数据,动滑轮、物重被提升的高度相同,被提升的物重不同,机械效率不同,可知同一滑轮组的机械效率与被提升的物重有关。
(5)[6][7]比较4、5组数据可知,第5组比第4组滑轮组省力,但机械效率更低,所以“机械越省力,它的机械效率越高”的说法错误。
22.见解析所示
【详解】(1)运动员从A点到B点的过程中,质量不变,高度降低,重力势能变小;弹性绳对运动员的拉力小于重力,合力方向向下,运动员速度变大,动能变大;同时弹性绳的形变程度变大,弹性势能变大,故运动员将自身的重力势能转化为动能和弹性绳的弹性势能;运动员从B点到C点的过程中,质量不变,高度降低,重力势能变小;弹性绳对运动员的拉力大于重力,合力方向向上,运动员速度变小,动能变小;同时弹性绳的形变程度变大,弹性势能变大,故运动员将自身的动能和重力势能转化为弹性绳的弹性势能.
(2)运动员到达C点时,速度为零,根据牛顿第一定律可知,物体在不受力时将保持原来的运动状态不变,即物体将在C点保持静止状态.
23.见解析
【详解】如图用三种方式提升相同的重物,即有用功是相同的,根据机械效率的意义可知,在有用功相同时,总功越小,效率越高,即额外功越少,效率越高。比较三次做功中额外功的大小,第一次的额外功为克服人的重力和桶的重力做的功;第二次是克服桶的重力和动滑轮重力所做的功;第三次是克服口袋的重力和动滑轮重力所做的功,明显第三次做的额外功最少,所以效率最高。
用第二种方法提升砂子,额外功为提升动滑轮及小桶所做的功,在不计绳重和摩擦时,额外功在提升物体时是不变的,所以当砂子装的越多,有用功越多,根据
可知,有用功占的比例越大,即机械效率会越高。
24. 1250 5 125 220 88%
【详解】(1)[1]由图2可知,当s为10m时,拉力做的功为总功为W总=1250J。
[2]由图可知,滑轮组绳子的有效股数n=2,由s=nh可得,筐和泥土上升的高度为
(2)[3]由W总=Fs可得,拉力为
[4]因不计绳重和摩擦,所以,由
可得,筐中泥土的重力为
G泥土=nF-G动滑轮和筐=2×125N-30N=220N
(3)[5]拉力做的有用功为
W有=G泥土h=220N×5m=1100J
则本次利用该装置提升泥土的机械效率为
25. adcb 1.5 动力×动力臂=阻力×阻力臂
力与力臂的乘积大 不变 杠杆的重力对杠杆转动产生了影响 变大
【详解】(1)①[1]在研究杠杆平衡实验时,安装好杠杆,先调节平衡螺母使其在水平位置平衡;在杠杆两边分别挂上数量不同钩码;改变挂钩码的位置,使杠杆在水平位置平衡,记录实验数据;为得出普遍性的规律,改变两边钩码数量,重复以上步骤再做两次实验,故合理的顺序为adcb。
②[2]设一个钩码的重是G,杠杆一个小格代表l,调节杠杆水平平衡后,如图甲所示,在 A 处挂两个钩码,为了使杠杆水平平衡,在 C点用调节好的弹簧测力计沿图示方向斜向下拉,由力臂的定义及数学知识可知,F1的力臂为
l1=0.5×4l=2l
根据杠杆平衡条件得
2G×3l=F1×2 l
解得
F1=3G=3mg=3×0.05kg×10N/kg=1.5N
③[3][4]通过多次实验,总结得出杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,所以对于杠杆“哪边重往哪边沉”这句话的理解,这里的“重”实际指的是指力与力臂的乘积大。
④[5]图丙使杠杆在水平位置时,根据杠杆平衡条件得
G×4 l =F2×3l
则
当转动到图中虚线位置时,设杠杆与水平位置的夹角为α,则根据杠杆平衡条件得
G×4l×cosα=F2′×3l×cosα
所以,在此过程中拉力F2的大小不变。
(2)[6]图丙中,杠杆的重心不在支点上,杠杆的重力对杠杆转动产生了影响,导致拉力F的大小比由杠杆平衡条件计算出来的数值偏大。
[7]由题意知,将钩码从A点移到C点,仍将钩码提升相同的高度,根据W=Gh可知有用功不变;因为杠杆自身重力不变,提升的高度减小,额外功减小,故总功变小,有用功跟总功的比值叫机械效率,因此杠杆的机械效率变大。
26.(1)4×104N;(2)96s
【详解】解(1)由图可知,该滑轮组的绳子承重段数n=3,由题意可得,根据公式可得等式
即
解得:F=4×104N。
(2)由题意可知,拉力F做功的功率是2.5kW,因为拉力F=4×104N,根据公式可得绳子端移动的速度为
绳子端移动的距离
s=nh=3×2m=6m
所以完成这一过程所需的时间为
答:(1)拉力F的大小为4×104N。
(2)需要的时间为96秒。
27.(1);(2)
【详解】解:(1)该物体所受到的重力
(2)物体以的速度匀速向上提升,上升的高度
滑轮组做的有用功
克服动滑轮做的额外功
克服绳重和摩擦所做的额外功
答:(1)该物体所受到的重力是;
(2)克服绳重和摩擦所做的额外功是。