简单机械、功和能 配答案

力学三 简单机械、功和能中考热难点专题【典型例题】（一）信息给予专题例1 如图1所示，甲、乙为质量不等的、由同种材料做成的两个实心球，球的密度大于水的密度，当两球都浸没在水中时，杠杆处于平衡状态，那么当把两个球都放在空气中时，杠杆将（ ） A. 仍然平衡 B. 杠杆右端下沉 C. 杠杆左端下沉 D. 条件不足，无法判断图1考查目的及解题思路：该题考查的知识包括物体受力分析，浸在液体内受到浮力大小的计算，杠杆的平衡条件和密度的知识，考查的能力是分析、判断、综合物理知识的应用能力，题设条件是质量不等、同种材料的两个实心球挂在杠杆两端，且都放入水中而平衡，分析物体受力，运用杠杆平衡条件，找到两者间重力的关系，再讨论将它们取出就迎刃而解了。解：设杠杆左端绳子对甲球的拉力为FA，甲球重力为，甲球受浮力为；设杠杆右端绳子对乙球的拉力为，乙球重力为，乙球受浮力为。根据物体平衡条件、浮力公式，则有，即因为所以 同理，对乙球 根据杠杆平衡条件有所以由于甲球、乙球由同种材料制成，则，两边同时消去，则 依式正是将杠杆两端的甲球、乙球放入空气中的情况，则仍平衡，所以题目最后答案应选A。答案：A例2 差动滑轮是工厂或建筑工地常用的一种起重工具，它跟普通的滑轮组不同，如图2所示，它由两个同轴的半径各为R和的带齿的A、B定滑轮及一个动滑轮构成，绕在滑轮上的也不是普通的绳而是铁链条。当用力F沿图示方向拉动一侧铁链时，可使重物上升；与此同时套在定滑轮B上铁链条被放了下来，使重物下降。若停下来不拉动铁链条，轮子也不会倒转，重物不会自动下落（技术上要做到这一点不困难）。求A、B定滑轮转动一周时，其可使重物上升距离为多大？若重物所受重力为G，则使重物上升时，拉力F的大小至少应为多大？（不计轮的重力及摩擦）图2考查目的及解题思路：该题为典型信息给予类试题通过文字信息给出了差动滑轮的结构特点，从而考查了两方面知识：一是数学上圆周长的计算和动滑轮上升高度为一侧绳子运动距离的1/2；二是应用功的原理。对于这样一个结构、原理尚不十分清楚的简单机械，只要用功的原理，搞清楚动力与阻力作用点移动距离的关系，求出省多少力就容易了。此装置是由两个同轴的半径不同的定滑轮和一个动滑轮组成的简单机械。它们由一条首尾相连的铁链条将它们组合在一起（不同于过去组装滑轮组的绳子，有首、尾两端）。从图中分析不难看出，当铁链条沿F方向向下运动时，另一侧铁链条要上升，造成总效果是重物上升这样只要找出力F移动的距离和重物上升高度的关系，求出动力做的功和机械对重物做的功，利用功的原理就可求出F的大小。解：使图中铁链条M点向下受力而移动，当定滑轮A转动一周时，B也转动一周，对滑轮一边铁链条上升，另一边下降，则重物升高的高度为此时铁链条某点M运动的距离为依据功的原理，力F所做功等于机械克服重力所做功，即由此可得答案：（二）联系实际专题例1 杠杆在我国古代就有了许多巧妙的应用。护城河上安装的吊桥就是一个杠杆，由图3（a）可知它的支点是 点（选填“A”、“B”或“C”），匀速拉起时，它属于一个 杠杆（选填“省力”、或“费力”），请在图中画出动力臂。图3考查目的及解题思路：该题共考查了三个知识点即什么是支点、什么是省力杠杆什么是费力杠杆和力臂的画法。支点是杠杆绕着转动的固定点，先找到作用在杠杆上的动力和阻力，它们分别是杠杆（吊桥）受到重力G和人的拉力F，在匀速拉起时，吊桥绕C点转动，因此C点是支点；在该题中作用在A点的动力F其方向是沿着绳子斜向上的，但经过定滑轮改变了人用力的方向，杠杆实际受力的方向不变，由支点C向拉力作用线作垂线，即得拉力的力臂，显然动力臂大于吊桥重力G的阻力臂。当吊桥匀速拉起时，杠杆平衡，则，则，所以它属于省力杠杆。答案：C；省力杠杆，如图3（b）所法。例2 一条扁担长1.6m，扁担前端挂一个总重为250N的重物，扁担后端挂一个总重为150N的重物，要使扁担在水平位置平衡，人担扁担时，肩膀应在离前端 m处，扁担对人的肩膀的压力是 N。（扁担本身重力忽略不计）考查目的及解题思路：该题是考查灵活运用杠杆平衡条件和理解物体处于平衡的条件。将实物扁担抽象为杠杆，要知道扁担长度等于前端力臂与后端力臂之和，如图4中的AB，画出AB所受到的力FA、FB和F，分别代表扁担前端A、后端B和人肩膀与扁担接触处O受到的力的作用，然后将O点视为支点，确定FA的力臂LA和FB的力臂LB，根据杠杆平衡条件列方程组为 将代入得出图4在求扁担受力时，可采取分析扁担受三个力的作用处于静止状态而讨论各力关系的做法，即扁担受FA、FB竖直向下的力，而F是竖直向上的力，则400N。答案：0.6m；400N例3 如图5所示，物体先后沿倾角不同的光滑斜面AB、AC、AD由静止开始，从顶端滑到底端，它们滑到底端的速度分别为，由顶端到底端的时间分别为、，则 ； （填“”“”“=”）图5考查目的及解题思路：该题考查了机械能守恒定律的灵活运用。同一个物体在A点静止时动能为零，重力势能相等，所以机械能相等。因为斜面AB、AC、AD为光滑斜面，所以机械能守恒，滑到底端时，机械能仍然相等，而在底端时重力势能为零，同一个物体的质量相等，所以速度相等，又因为，所以。答案：；（三）开放探究和运用数学图像专题例1 如图6所示，是甲、乙两物体做功与所需时间的关系图像，由图像可知，甲物体的功率与乙物体的功率相比是（ ）A. B. C. D. 无法确定图6考查目的及解题思路：该题考查了根据，对应图象比较功率的大小。该题是物理与数学图象相结合的试题，此类型题的解题思路为先弄清横、纵坐标轴所代表的物理量，再利用“控制变量法”确定两个物理量之间的关系。在上图中横轴表示时间，纵轴表示功；从图中可知在时间相同的情况下，大于，所以大于。答案：A例2 如图7所示，某矿产工人用200牛的水平拉力，抓紧绳子一端，沿水平地面匀速向右运动，在10秒内将矿井里质量为32千克的物体提升4米，根据题给条件，请你计算出与该题相关的5个物理量，要求写出简要说明和结果。（g=10牛/千克）图7考查目的及解题思路：该题为开放性试题答案不唯一，可认真阅读题干，从中找出已知条件，设问求解。例如：（1）物体的重力G=mg=320牛（2）人运动速度V=S/t=0.8米/秒（3）拉力F做功W总=FS=1600焦（4）提升物体做功焦（5）机械效率（6）人做功的功率瓦（7）人受地面摩擦力牛（8）物体所受拉力牛此外还可以求出物体上升速度，人、物体所受的合力等等。除以上答案外，只要正确均可。【模拟试题】（一）信息给予专题能力训练1. 图1所示的杠杆处于平衡，把A端所挂重物浸没在水中时，杠杆将失去平衡，为使杠杆重新平衡，应（ ）A. 将支点O向A端移近B. 将支点O向B端移近C. 支点O不动，在B端再加挂砝码D. 支点O不动，将B端重物向支点O移近图12. 如图2所示，在动滑轮的挂钩上施加一个竖直向下的拉力F，使物体G匀速上升，下列结论中正确的是（ ）A. 拉力F大小只是G的一半B. 拉力F的大小等于GC. 动滑轮挂钩向下移动时，物体G向上移动D. 物体G向上移动，动滑轮挂钩向下移动图23. 物体A在拉力作用下沿同一水平面匀速运动了一段距离为S，如图3所示，试比较拉力F1，F2及拉力所做的功、的大小（滑轮重、绳重及绳与滑轮间摩擦不计）（ ）A. B. C. D. 图34. 如图4所示的是一种叫做蹦极的游戏，游戏者将一根有弹性的绳子一端系在身上，另一端固定在高处，从高处跳下，图中点是弹性绳自然下垂时绳下端的位置，点是他所到达的最低点的位置，对于他离开跳台至最低点的过程，下面说法正确的是（ ） A. 他的重力势能一直在减小B. 绳的弹性势能一直在减小C. 他的动能在前一段时间在增加，后段时间在减小D. 在最低点，重力势能减到最小，动能为零，绳的弹性势能最大图45. 如图5，杠杆每小格的长度相等，质量不计，以O点为支点，杠杆的右端挂有重物M，支点左边的A处挂钩码时，杠杆平衡，将重物M浸没在水中，钩码移到B处，杠杆又平衡，则重物与钩码的质量之比为 ，重物M的密度是 千克/米3。图56. 如图6所示为水力发电站的流程示意图，在水力发电的过程中能量转化的情况是 。图67. 某同学研究定滑轮的使用特点，他每次都匀速提起钩码，研究过程如图7所示，请仔细观察图中的操作和测量结果，然后归纳得出初步结论。图78. 请你仔细观察如图8所示的漫画，究竟小猴和小兔谁分的萝卜重？简要说明理由。图89. 简要回答有关水电站的下列问题。图9（1）从能量转化的角度说明水电站的工作原理。（2）建设水电站选址时，从能量角度来看，你将选择图9甲所示A址还是选择如图9乙B址？并说明理由。（3）为什么水坝的横截面做成上小下大的梯形？10. 如图10是利用潮汐发电的原理图，左方为陆地和海湾，中间为水坝，其下有通道，无论涨潮或落潮，水流经过通道均可带动发电机发电。一昼夜中两次涨、落潮，四次发电。涨潮时，堵住通道，潮水涨至最高水位时打开通道，进水发电，如图10甲所示；当海湾水位涨至最高时，堵住通道，如图10乙所示；落潮至最低水位时，打开通道放水发电，如图10丙所示，（取，海水的密度）以下是某小型潮汐发电站的一组数据，据此回答下列问题：图10（1）当海湾水位涨至最高时，海湾底部所受水的压强是多少？（2）每次涨潮（或落潮）经过通道水的质量为多少？（3）试计算每日水流对水轮发电机做了多少功？（4）若某次落潮过程中经过通道的水的平均流量为，试求这次落潮过程中水流对水轮发电机做功的平均功率。11. 如图11所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体，已知物体重N，密度为。测得物体在出水面前、后牵引车作用在绳子上的拉力之比为。若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg，问：（1）物体出水面前，滑轮组的机械效率是多少？（2）物体出水面后上升的速度是1m/s，牵引车拉力的功率多大？图11 12. 如图12所示滑轮组，俗称“神仙葫芦”，物理学中称为差动滑轮。它由两个同轴的半径分别为R和r的带齿定滑轮和一个动轮组成，用铁链条按图示的方法把定滑轮和动滑轮连接起来，已知：R=3r，用它提升重为G=500N的物体，若实际所用的拉力为200N，则它的机械效率是多大？图12（二）联系实际专题能力训练1. 在棉产区，每年秋天拔去地里的棉杆是农民的一项繁重体力劳动。王刚仿照钳子的结构改制成一种农具解决了这一问题，如图13所示，使用时，将小铲着地，用虎口夹住棉杆的下部，然后在套管上用力，棉杆就拔出来了。该农具整体视为杠杆，则支点、动力作用点、阻力作用点对应下列位置正确的是（ ）A. 转轴虎口套管 B. 小铲套管虎口C. 小铲虎口套管 D. 虎口转轴套管图132. 如图14所示，人的前臂可视为杠杆，当屈肘将茶杯向上举起时，下列说法中正确的是（ ）A. 前臂是省力杠杆，阻力臂变大B. 前臂是省力杠杆，阻力臂变小C. 前臂是费力杠杆，阻力臂变大D. 前臂是费力杠杆，阻力臂变小图143. 如图15的一根杆秤，因秤砣磨损一部分，由它称得的质量比被称物体的真实质量（ ）A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 条件不足，无法判断图154. 两名运动员，甲比乙高，如果他们举起相同质量的杠铃所用时间相等，如图16所示，则（ ）A. 甲做功较多，功率较大B. 甲做功较多，功率较小C. 甲做功较多，甲、乙功率相等D. 甲、乙做功相等，乙的功率较大图165. 第一颗载人飞船“神舟5号”成功发射到太空，飞船在绕地球飞行近22小时后，载人返回舱脱离飞船成功返回地球安全着陆，返回舱在穿越地球大气层疾速下降的过程中与空气剧烈摩擦，其表面温度急剧升高，这时，返回舱的（ ）A. 重力势能减少，机械能不变，内能增加B. 重力势能减少，动能增加，机械能增加C. 重力势能减少，机械能减少，内能增加D. 重力势能减少，机械能减少，内能不变6. “五一”黄金周，吴昊同学和爸爸妈妈一起游览花果山，在他们乘坐旅游车沿盘山公路下山的过程中，发现司机师傅要不时地踩踏刹车踏板，当车行驶至中途还要停下来，让工作人员用水龙头向车轮阐片部位喷水，吴昊同学提出了以下几种看法， 喷水的主要目的是为了降低车阐的温度，以防车阐因温度过高而损坏 下山过程中，机械能不变 下山过程中，重力对汽车不做功 刹车过程中有部分机械能转化为内能你认为这些看法符合实际的是（ ）A. B. C. D. 7. 图17是某轻轨车站的设计方案示意图，该图表明与站台前后连接的轨道都有一个小坡度。请你说明这种设计可以节能的理由 。图178. 如图18所示，是一工人师傅用于粉刷楼房外墙壁的升降装置示意图，上端固定在楼顶。若动滑轮质量为2.5kg，工作台质量为7.5kg，涂料和所有工具质量为20kg，工人师傅的质量为60kg，绳重及摩擦不计。当工作台停在距地面10m高处时，工人师傅对绳子的拉力为 N；若工作台从距地面10m高处升到20m高处，工人师傅最少需要做 J的功。（g=10N/kg）图189. 文化广场某健身器材如图19所示，杠杆可绕O点转动，A、B、C、D是四个供人们娱乐的吊环，B环到竖直杆OE的距离始终为D环到竖直杆OE距离的一半。一对父子俩在吊环上做游戏，质量为40kg的儿子吊在B环上，父亲站在地面上抓着D环用250N的竖直向下的力在4s内将儿子拉高了0.5m，那么，父亲所做的总功为 J，父亲做功的功率为 W，机械效率为 。（取g=10N/kg）图1910. 在2003年中考体育达标“跳绳项目”测试中，燕燕同学1分钟跳了120次，每次跳起的高度约为4cm，若她的质量约为50kg，则她一次做的功约为 J，她跳绳的平均功率约为 W。（g取10N/kg）11. 如图20，OA是简易起重机的吊臂，它是一根杠杆，可以绕O点上下移动，请在图中画出F1和F2的力臂。图2012. 如图21是锅炉上的保险阀，当阀门受到的蒸汽压强超过安全值时，阀门被顶开，蒸汽跑出一部分，使锅炉内的蒸汽压强减小，已知杠杆重可以忽略不计，OA与AB长度的比值为，阀门的面积是，要保持锅炉内、外气体的压强差是，试求应将质量为多大的重物挂在杠杆的B点？（g取10N/kg）图2113. 学校组织同学们到农村参加社会实践活动，小强第一次学习挑担子，他做了以下三次实验，请你根据各小题后的要求作答。（1）他先在扁担的两端各挂上50N的重物，担子很快就被平稳地挑起来，这时他的肩膀应放在扁担的什么位置？（只要回答，不要分析）（2）接着，他又在扁担的A端加上50N的重物，如图22所示，但他掌握不好担子的平衡。请你用杠杆平衡知识，帮助他计算出肩膀应距B端多远，担子才能重新水平平衡？（扁担质量忽略不计）（3）然后，小强换用一根与肩膀接触面积约是前根扁担的2/3的窄扁担，平稳地挑起与第二次同重的物体，这时，他明显感觉到肩膀比第二次疼。针对这一现象，请你应用所学知识，通过计算、分析找出原因，并提出一个解决这一问题的办法。图2214. 如图23所示是某养鱼专业户设置在鱼池中央的增氧机，它由三个浮球和连杆与电动潜水泵固定在一起构成，整个设备总质量300kg，潜水泵额定电功率3。增氧机不工作时，浮球有一半露出水面。增氧机工作时、即潜水泵抽水，每可将水送到高的空中让其自由下落，从而达到增氧的目的。（1）连杆和水泵的体积不计，每个浮球的体积是多少？（2）增氧机正常工作时，其效率为多少？（3）增氧机工作时，试分析浮球露出水面的体积有何变化？（不计算，只作答）图2315.“塔吊”是现在建筑工地上常见的起重设备，用“塔吊”可将重物方便地安放到工作区内，如图24甲所示。现有一“塔吊”，它有一水平臂AD，水平臂AD可分为AB和BD两部分，AB叫平衡臂，BD叫吊臂。A端装有配重体，它的质量吨。C处装有可在水平臂BD上移动的滑轮组，C移动的范围是从B点到D点。已知：AB=10米，BD=25米。若“塔吊”的宽度和铁架、滑轮组的重力及摩擦均不计，请计算并回答下面的问题：图24（1）当C移动到D点时，计算该“塔吊”能吊起重物的最大质量；（2）今想用此“塔吊”起吊质量为2吨的物体。那么，为安全起吊，C最远可以移动到离B点多远的地方；（3）C处是一只有一个动滑轮的滑轮组，该动滑轮部分的放大图如图乙所示，滑轮上的钢绳最后绕在电动卷扬机的轴上。现在吊起质量为2吨的物体，当物体以0.5米/秒的速度上升时，滑轮上的钢绳受到的拉力多大？如电动卷扬机的效率是0.8，那么，配套电动机的功率至少多少？（取）（三）开放探究和运用数学图像专题1. 图25是使用汽车打捞水下重物的示意图，在重物从水底拉到井口的过程中，汽车以恒定速度向右运动，忽略水的阻力和滑轮的摩擦，四位同学画出了汽车功率（P）随时间（t）变化的图象（图26），其中正确的是（ ）图25图262. 如图27所示的滑轮组来拉动钢锭，已知钢锭与地面间的摩擦力是1200N，若此时滑轮组的机械效率为80%，（1）求绳子的力F至少为多大？（2）如果想用更小的力拉动钢锭，请你提出一条可行性建议？图273. 如图28所示，小刚用300N的力匀速竖直向上提升质量为50kg的重物，在10s内把物体提升了1m（不计绳重及摩擦）。根据这些数据，请求出五个相关的物理量。图284. 已知人的肩头所能承受的最大压力均为200N，现有一重600N的物体，需要用人抬走，能用的器材是两根一样长的硬棒及必要的绳子（硬棒和绳子的自重不计）。请你设计一种抬起重物的方法，需要用几人如何抬走重物，画出示意图。【试题答案】中考热难点专题（一）信息给予专题1. BD 2. D 3. C 4. CD 5. ；6. 重力势能转化为动能7. 使用定滑轮提升重物能改变用力的方向，但不能省力；使用定滑轮提升重物，沿不同方向的拉力的大小都相等。8. 小猴分得的萝卜重，如漫画所示，萝卜平衡时，粗的那端力臂力短，根据杠杆平衡条件，粗的那端萝卜更重。9.（1）水的势能（机械能）转变为电能。（2）选择B址。理由：B址水的落差比A址大，能较多的利用水的势能。（3）根据液体压强公式，水坝内侧越往坝底，深度越大，受到水的压强越大，所以越往坝底做得越宽。10.（1） （2） （3）（4）11. （1）60%；（2）1500W 12. 83.3%（二）联系实际专题1. B 2. D 3. A 4. A 5. C 6. B7. 进站时将动能转化为重力势能“储存”起来，出站时将重量力势能转化为动能“释放”出来，达到节约能源的目的。8. 300；9000 9. 250；62.5；80% 10. 20；4011. 12. 0.9kg13.（1）这时他的肩膀应放在扁担中点位置，（2），（3）通过计算可得，解决方法：换用宽扁担挑担子。14. （1）0.2m3；（2）80%；（3）体积减小15.（1）1吨 （2）12.5米 （3）；12.5千瓦（三）开放探究和运用数学图像专题1. C2. （1）500N；（2）将滑轮组改为一定二动3.（1）（2）（3）（4）（5）（注：除以上答案外，只要正确均可）4. 至少3人（也可多于3人，图也随之变化）