第十二章 简单机械
一、选择题
1．关于功率和机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．机械的功率越大效率越高
B．机械的功率越大做功就越快，效率不一定高
C．机械的效率高说明有用功所占的百分比大，功率也大
D．机械效率高的机械一定省力，功率不一定大
2．如图所示的几种生活用具属于费力杠杆的是（ ）
A． 托盘天平 B． 开瓶器
C． 钢丝钳 D． 糕点夹
3．如图，分别用F1、F2、F3匀速提升同一重物，若不计滑轮自身的重力及摩擦，则（ ）
A．F1=F2=F3 B．F1=F2>F3 C．F3> F1= F2 D．F2>F1>F3
4．如图所示，用机械提起同一重物，不考虑绳重和摩擦，其中最省力的是（ ）（滑轮的重力相同，且等于提升物体的重力）
A． B． C． D．
5．《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图所示，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。以下关于辘轳的说法正确的是（ ）
A．辘轳是一个定滑轮 B．辘轳的是一个费力的轮轴
C．使用辘轳汲水时可以省力 D．增大水桶的质量可以提高辘轳的机械效率
6．如图所示，两个物体A、B的物重分别为GA和GB，忽略滑轮自重和摩擦，当滑轮平衡时，GA：GB是（ ）
A．1：1 B．1：2 C．2：1 D．1：3
7．如图所示，OA是一杠杆，AB是不可伸长的细绳，CD是圆心在A点的一段圆弧形支架。将绳端点B由C向D移动过程中，则细绳AB所受拉力的大小会（ ）
A．逐渐变大 B．保持不变
C．先变大后变小 D．先变小后变大
8．如图所示，每个滑轮的重力均为100N，绳子的重力及滑轮与轴之间的摩擦忽略不计，绳子B能承受的最大拉力为700N。重为600N的小明站在地面上用该滑轮组将重为500N的物体以0.2m/s的速度匀速提起，下列说法错误的是（ ）
A．挂钩A处所受拉力为1000N B．人拉绳子的功率为120W
C．滑轮组机械效率约为83.3% D．此人用该装置能达到的最大机械效率约为91.7%
二、填空题
9．如图甲所示，爸爸和小华玩跷跷板，若要使跷跷板在水平位置平衡，则爸爸应该适当往 （左/右）移动。图乙为在水平位置平衡的简化图，不计杠杆自重，若小华的质量为27kg，则爸爸的质量为 kg。
10．建筑工地上，起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速起吊重9×104N的物体时，物体20s内上升了10m，钢丝绳端拉力F为5×104N，则拉力做功的功率为 W，滑轮组的机械效率为 ；若用此滑轮组提升1×105N的重物，则滑轮组的机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
11．用独轮车搬运砖头，车箱和砖头所受的总重力G为1000N（车架所受重力忽略不计），工人用竖直向上的力F使独轮车缓慢抬起。有关数据如图所示，独轮车是 （选填“省力”或“费力”）杠杆，力F的大小为 N。为了更省力，可把车厢里的砖头尽量 （选填“靠近”或“远离”）工人。
12．如图，在斜面上将一个重125N的物体匀速拉到顶端，克服摩擦力做了100J的功，已知斜面长10m，高4m。则斜面的机械效率为 ，物体所受摩擦力的大小为 N。
13．如图所示，司机师傅利用滑轮组把汽车从泥坑里拖出来（泥坑可近似看成水平面），在此过程中汽车匀速移动了，共用时，已知汽车所受阻力为，司机师傅的拉力功率为，在考虑滑轮组摩擦阻力影响因素条件下，司机师傅的拉力为 N；滑轮组的机械效率是 。
三、实验探究题
14．物理科技创新小组利用铁架台、带有均匀刻度的轻质杠杆、细线、弹簧测力计，钩码若干（每个钩码的重力均为）等实验器材，探究杠杆的平衡条件。
（1）他们组装好杠杆后如图甲所示，为完成探究实验，接下来他们应该向 调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，其目的是 ；
（2）如图乙所示，改变钩码个数及悬挂位置，通过实验数据分析得出杠杆的平衡条件是 ；
（3）在图丙中，若用竖直向下的拉力作用在B点，以提升悬挂在A点的物体，则该杠杆为 （选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆，我们熟悉的 （选填“天平”或“筷子”）原理与之相同；
（4）在图丙中，将弹簧测力计的拉力仍然作用在B点，改变力的方向，弹簧测力计最小示数是 。
15．提高机械效率能够充分发挥机械设备的作用，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。
一组同学在“测量滑轮组的机械效率”实验中，利用如图所示的实验器材测得的数据如下表所示。
次数 物体的重力G/N 提升的高度h/m 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 机械效率
1 2 0.1 1 0.3 66.7%
2 3 0.1 1.4 0.3
3 4 0.1 1.8 0.3 74.1%
4 4 0.2 1.8 0.6 74.1%
（1）实验中应尽量竖直向上 （选填“匀速”或“加速”）拉动弹簧测力计；
（2）计算出第2组实验的有用功 J，机械效率是 （结果精确到0.1%）；
（3）分析比较第1、2、3次实验数据可以判定，使用同一个滑轮组提升物体时，被提升的物体越重，滑轮组的机械效率 （选填“越高”或“不变”或“越低”）；
（4）比较3、4两次实验数据，可验证猜想Ⅰ是 （选填“正确”或“错误”）的。
四、作图题
16．李明用如图所示的滑轮组，用最小的力将重物从地面提升到楼顶，请你用笔画线代替绳子，画出他的绕绳方法，并画出重物受到重力的示意图。
17． 如图甲所示为用开瓶器开瓶盖的情景。请在图乙中作出过C点开瓶盖时所用最小动力的示意图及其动力臂。
五、计算题
18．人类在漫长的历史长河中，创造了各种各样的工具，以无穷的智慧弥补了人类有限的力量，使工作更省力、更便捷，这些工具统称为机械。杠杆便是其中最简单的机械之一。如图所示，AB是一根长为1.6m的不计质量的杠杆，可以绕O点转动，在距O点0.4m的B端悬挂一质量为90kg，边长为30cm的匀质正方体合金块M，杠杆恰好在水平位置平衡。求：
（1）合金块M的密度为多少；
（2）A端施加的竖直向下拉力的大小。
19． 小明用如图甲所示的滑轮组提升物体，物体的重力为500N，所用动滑轮的重力为40N，不计绳重和摩擦，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙中a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图乙中b所示。
（1）求0-30s内物体上升的速度；
（2）求0-20s内拉力做功的功率；
（3）求滑轮组提升物体的机械效率。
20．如图所示，质量为60kg的小明站在高台上竖直向上匀速拉动绳子，脚与地面的总接触面积为0.04m2，已知提升货物重240N，物体移动的速度为0.5m/s，此时滑轮组的机械效率为80%，不计绳重和摩擦，g取10N/kg，求：
（1）小明对绳子的拉力；
（2）小明做功的功率；
（3）动滑轮的重力；
（4）若小明站的位置能承受的最大压强为2.5×104Pa，求该滑轮组所能提升物体的最大机械效率。
参考答案
1．B
2．D
3．B
4．C
5．C
6．B
7．D
8．A
9．左；60
10．7.5×104N；60%；变大
11．省力；300；远离
12．83.3%；10
13．500；
14．右；方便测出力臂；；费力；筷子；1.5
15．匀速；0.3；71.4%；越高；错误
16．
17．
18．（1）解：合金块M的体积为
合金块M的密度为
答：合金块M的密度为；
（2）解：由题意可知，杠杆AB长1.6m，OB长0.4m，因此AO长1.2m，由杠杆平衡条件可知
即
解得
答：A端施加的竖直向下拉力的大小为300N。
19．（1）根据图像可知，物体上升的高度和绳子自由端竖直移动的距离的关系可知，当绳子自由端移动9m时，物体上升的高度是3m，说明承担物重绳子的股数为
根据题意可知，0~30s内，物体上升的高度s物=3m，物体上升的速度
（2）由题意可得，不计绳重和摩擦，0~20s内，物体匀速上升，绳子的拉力为
绳子自由端移动的速度为
根据
可得，拉力做功的功率为
P=Fv绳=180N×0.3m/s=54W
（3）解：滑轮组提升物体的机械效率
20．解：（1）（3）由图知道，承担重物的绳子股数n=3，设物体提升h，则绳子移动的距离是3h，又因为滑轮组的机械效率为80%，则
；
由此解得，动滑轮的重力为
；
由知道，小明对绳子的拉力
。
（2）绳端移动的速度为
；
由于，所以拉力的功率为
。
（4）当人站的位置承受的压强为2.5×104Pa时，
人对地面的压力为
；
地面对人的支持力和人对地面的压力是相互作用力，
则地面对人的支持力为
；
人的重力为
；
小悟对绳的最大拉力为
；
物体的最大重力为
；
滑轮组的最大机械效率为
。
