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第14课时简单机械机械效率一、选择题1.xx宜昌下列有关起重机提升货物时机械效率的说法,正确的是()A.有用功越多,机械效率越高B.同一起重机提起的货物越重,机械效率越高C.额外功越少,机械效率越高D.同一起重机提起同一货物越快,机械效率越高2.xx丽水如图14-26所示,用刻度均匀的匀质杠杆进行“探究杠杆平衡条件”的实验(每个钩码重为0.5 N),下列说法正确的是()图14-26A.图甲中实验前出现该情况,应将杠杆的平衡螺母向左调B.图乙中在A、B处各增加一个钩码,杠杆仍然能保持水平平衡C.图丙中弹簧测力计从a位置转到b,为保持杠杆在水平位置平衡,其示数需变大D.图丁中用弹簧测力计在c点向上拉杠杆,为保持杠杆在水平位置平衡,其示数应小于3 N3.xx温州如图14-27为吸盘式挂杆,将吸盘压在瓷砖上排尽其中的空气,挂杆就能被固定在瓷砖上。挂有平底锅的挂钩沿光滑水平横杆从P点开始向吸盘B移动,若吸盘与横杆的重力、吸盘大小均忽略不计,设挂钩与吸盘A的距离为l,则吸盘B受到的摩擦力F的大小与l的关系图像为图14-28中的()图14-27图14-284.xx重庆B卷部分农户在新建住房时,常利用如图14-29所示的简易滑轮提升建材。在一次提升建材的过程中,建筑工人用400 N的拉力,将重600 N的建材在10 s内匀速提高3 m。则下列判断正确的是()图14-29A.滑轮所做的有用功为1200 JB.滑轮受到的重力为100 NC.该滑轮的机械效率=75%D.绳子自由端移动的速度大小为0.3 m/s5.xx河南如图14-30所示,水平桌面上有一铁块,由绕过定滑轮的细绳与重6 N的沙桶相连且保持静止,不计绳重及绳与滑轮间的摩擦,下列分析正确的是()图14-30A.使用定滑轮是为了省力B.铁块受到绳子的拉力为6 NC.铁块对桌面的压力和重力是一对平衡力D.若剪断绳子,铁块由于惯性将向右运动6.如图14-31所示,甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等,用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若G1=G2,所用竖直向上的拉力分别为F1和F2,拉力做功的功率分别为P1和P2,两装置的机械效率分别为1和2,则下列选项正确的是(忽略绳重和摩擦)()图14-31A.F1F2,12,P1F2,1=2,P1=P2C.F1F2,12,P1P2D.F12,P1P27.xx荆州如图14-32所示,竖直固定的弹簧测力计下端挂一个滑轮组,已知每个滑轮重均为50 N,滑轮组下端挂有物体B,滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连,物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数为550 N。在物体B下加挂重为90 N的物体C后,用水平向左的力F拉动物体A可使其沿水平桌面向左做匀速直线运动,此时物体B上升的速度大小为5 cm/s。若不计绳重及滑轮的摩擦,g取10 N/kg。下列说法中正确的是()图14-32A.物体A所受滑动摩擦力大小为275 NB.F的大小为530 NC.F做功的功率为42 WD.B的重力为500 N8.xx十堰如图14-33所示,滑轮组将重50 N的物体A以0.2 m/s的速度沿水平地面匀速向前拉动了1 m,拉力F大小为10 N,滑轮组的机械效率为80%,下列说法中正确的是()图14-33A.拉力F做功的功率为2 WB.2 s内绳子自由端移动的距离为0.4 mC.滑轮组做的有用功为50 JD.物体A受到水平地面的摩擦力为16 N9.xx荆州如图14-34所示,用F=50 N的水平拉力拉着重为200 N的物体A沿水平地面匀速运动,且物体A运动的速度为0.2 m/s,地面对物体A的摩擦力是物体A重的0.1倍。不计滑轮重力,则下列说法正确的是()图14-34A.10 s内物体A克服与地面之间的摩擦力做的功是80 JB.10 s内拉力F做的功是100 JC.拉力F的功率是20 WD.该装置的机械效率是80%10.xx包头关于下列四种情况说法正确的是()图14-35A.图14-35甲中,物体在27 s内的平均速度为2 m/sB.图乙中,a、b两种物质的密度之比为14C.图丙中,物块M向左做匀速直线运动,该装置的机械效率为75%D.图丁中,杠杆在水平位置平衡,OAAB=12,则FG=1211.(多选)xx聊城工人师傅搬运货物时,在地面和卡车的车厢间倾斜放置一长木板搭成斜面,将地面上的货物沿斜面匀速拉上车厢用时15 s。已知车厢高1.5 m,木板长3 m,货物质量为60 kg,沿斜面所用的拉力为400 N,g取10 N/kg,则下列说法正确的是()A.工人做的总动为900 JB.工人做的额外功为300 JC.工人做功的功率为60 WD.此斜面的机械效率为75%12.(多选)xx河北用五个相同质量的滑轮和绳子组成如图14-36所示的甲、乙两个滑轮组,在绳自由端分别用力将重为G的物体匀速提升,乙滑轮组的效率为乙,不计摩擦、绳和木板的重。下列说法正确的是()图14-36A.两个滑轮组的机械效率可能相等B.F1一定大于F2C.每个滑轮重为(1-乙)G2乙D.甲、乙将重物提升相同的高度,F1与F2的功率可能相等13.xx衢州如图14-37所示是汽车起重机,其中A、B组成滑轮组(结构如示意图),C杆伸缩可改变吊臂的长短,D杆伸缩可改变吊臂与水平面的角度,O为吊臂的转动轴,装在E里的电动机牵引钢丝绳,利用滑轮组提升重物,H为在车身外侧增加的支柱,F为吊臂顶端受到竖直向下的力。下列有关汽车起重机的叙述中错误的是()图14-37A.滑轮组中A滑轮用于改变力的方向B.当C杆伸长时吊臂对D杆的压力将变大C.当D杆伸长时力F的力臂将变小D.H的作用是工作时以防翻车和避免轮胎受到的压力过大二、实验题14.xx泸州泸州市为了巩固创文成果下发了宣传手册绿色低碳生活,从垃圾分类开始。图14-38是一种轮式垃圾桶,拖动时它相当于一个(选填“省力”或“费力”)杠杆;垃圾桶底部的小轮子是为了(选填“增大”或“减小”)摩擦力;若拖动时垃圾桶总重为150 N,且动力臂为阻力臂的2倍,则保持垃圾桶平衡的拉力F为N。图14-3815.xx威海图14-39为吊装工具示意图,物体M为重5000 N的配重,杠杆AB的支点为O,OAOB=12,每个滑轮重100 N。当重为700 N的工人用300 N的力竖直向下匀速拉动绳子时,工人对地面的压力为N,物体M对地面的压力为N。(杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计)图14-3916.xx滨州小明在“探究杠杆平衡条件”的实验中所用的实验器材有:刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的0.5 N重的钩码若干个。(1)如图14-40所示,实验前,杠杆左端下沉,则应将左端的平衡螺母向(选填“左”或“右”)调节,直到杠杆在位置平衡,目的是便于测量。支点选在杠杆的中点是为了消除杠杆对实验的影响。图14-40(2)小明同学所在实验小组完成某次操作后,实验现象如图所示,他们记录的数值为动力F1=1.5 N,动力臂l1=0.1 m,阻力F2=1 N,则阻力臂l2=m。(3)甲同学测出了一组数据后,就得出了“动力动力臂=阻力阻力臂”的结论,乙同学认为他的做法不合理,理由是。(4)丙同学通过对数据分析后得出的结论是:动力支点到动力作用点的距离=阻力支点到阻力作用点的距离。与小组同学交流后,乙同学为了证明丙同学的结论是错误的,他做了如图所示的实验,此实验(选填“能”或“不能”)说明该结论是错误的。图实验中,已知杠杆上每个小格长度为5 cm,每个钩码重0.5 N,当弹簧测力计在A点斜向上拉(与水平方向成30角)杠杆,使杠杆在水平位置平衡时,动力动力臂(选填“等于”或“不等于”)阻力阻力臂。三、计算题17.xx乌鲁木齐如图14-41所示,长1 m、重5 N的匀质杠杆OB连接在竖直墙壁的O点,在杠杆的中点A处悬挂45 N的重物。固定在A点的绳子跨过定滑轮,在拉力F作用下使杠杆在水平位置平衡,此时OAC=45。不计绳子重力和转动部分的摩擦。求:(1)缓慢地将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中,拉力做的功。(2)杠杆从水平位置逆时针缓慢转动多大角度后,绳子拉力开始小于 50 N。图14-4118.xx桂林小熊在课外实践活动中,用如图14-42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14-42四、综合题19.xx白银如图14-43所示为钓鱼竿钓鱼的示意图,O为支点,请画出F1、F2的力臂l1、l2。图14-4320.xx攀枝花如图14-44所示,一个绕O点转动的杠杆,已知动力F1的方向和阻力F2的力臂l2,请画出动力F1的力臂l1以及阻力F2。图14-4421.xx常州南极冰面上,科考队用拖拉机借助绳索水平牵引装有货物的轻质木箱,运输货物。(1)木箱底面积为5 m2,质量不计,水平冰面能承受的最大压强为1104 Pa,g取10 N/kg,求木箱内可装货物的最大质量。(2)某次运输过程中,拖拉机用绳索牵引装有货物的木箱在水平冰面上以36 km/h的速度匀速直线行驶10 km、消耗柴油1 kg,牵引木箱做功的功率为9 kW,q柴油=4.5107 J/kg。求该运输过程中,冰面对木箱的摩擦力大小。求该运输过程中,柴油完全燃烧释放的内能转化为绳索牵引木箱做功的效率。图14-45参考答案1.B2.C3.D4.C解析 滑轮所做的有用功为W有=Gh=600 N3 m=1800 J,A错误。因为F=12(G轮+G),即400 N=12(G轮+600 N),则G轮=200 N,B错误。动力作用点通过的距离s=2 h=23 m=6 m,总功W总=Fs=400 N6 m=2400 J,该滑轮的机械效率=W有W总=1800J2400J=75%,C正确。绳子自由端移动的速度v=st=6m10s=0.6 m/s,D错误。5.B6.B7.B8.D9.D10.C解析 由图甲可知,物体在27 s通过的距离为s=6 m-2 m=4 m,则平均速度v=st=4m5s=0.8 m/s,故A错误。由图乙可知,当两物质的体积同为4 cm3时,a的质量为20 g,b的质量为5 g,所以a、b两物质的密度之比ab=20g4cm35g4cm3=41,故B错误。由图丙可知,承担摩擦阻力的绳子股数n=2,此滑轮组的机械效率为=W有W总=fsFns=fnF=15N210N=75%,故C正确。根据图丁和杠杆平衡条件,可得FOB=GOA,FG=OAOB=OAOA+AB=11+2=13,故D错误。11.BD12.BCD解析 因不计摩擦、绳和木板的重,则滑轮组的机械效率=W有W总=W有W有+W额=GhGh+G动h=GG+G动,甲、乙两图中的物体重力相等,但动滑轮重力不同,故机械效率不同,故A错误。F1=12(G+G动)=12G+12G动,F2=14(G+2G动)=14G+12G动,所以F1F2,故B正确。由乙=GG+2G动,解得G动=(1-乙)2乙G,故C正确。拉力功率P=Fv,由于拉力F、拉力的作用点运动速度未知,所以F1与F2的功率可能相等,故D正确。13.A14.省力减小75解析 垃圾桶的轮子是支点,垃圾桶的重力是阻力,动力臂大于阻力臂,因此拖动时是一个省力杠杆;小轮子是为了将滑动摩擦变成滚动摩擦来减小摩擦;根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知,动力臂为阻力臂的2倍时,拉力为重力的一半,即F=12G=12150 N=75 N。15.4004500解析 700 N的工人用300 N的力竖直向下匀速拉动绳子时,工人对底面的压力等于700 N-300 N=400 N。杠杆A端受到的拉力FA=3300 N+100 N=1000 N,根据杠杆平衡条件有FBOB=FAOA,则FB=1000N12=500 N,所以物体M对地面的压力为5000 N-500 N=4500 N。16.(1)右水平力臂重力(2)0.15(3)只做一次实验,结论具有偶然性(4)能等于解析 (1)题图I中,杠杆左端下沉,则应将左端的平衡螺母向右调节,使杠杆在水平位置平衡,此时作用点到支点的距离和力臂相等,便于测量力臂;支点选在杠杆的中点与杠杆的重心重合,消除杠杆重力对实验的影响。(3)甲同学只做一次实验,结论具有偶然性,找不到普遍规律,做法不合理。17.解:(1)题图中的滑轮为定滑轮,不计绳子重力和转动部分的摩擦,则拉力F做的功等于克服杠杆与物重所做的功。根据题意可知,杠杆OB长1 m,将杠杆从水平位置转动到竖直位置的过程中,杠杆和重物上升的高度h=12OB=121 m=0.5 m,即W=W杠+W物=G杠h+G物h=5 N0.5 m+45 N0.5 m=25 J。(2)如下图所示,由题可知,OAC=45,所以OC=OA,根据杠杆平衡条件可得G总OM=FON,其中G总=G杠+G物=50 N,当逆时针转动至某一角度时,G总=50 N,拉力F=50 N,则50 NOM=50 NON,所以,OM=ON,又因为OC=OA=OA,根据三角形知识可得OCNOANOAM,则MOA=AON=NOC=30。当杠杆从水平位置沿逆时针缓慢转动30角后,绳子拉力开始小于50 N。18.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%)100N50%=100 N,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。19.如图所示20.如图所示21.解:(1)F大=p大S=1104 Pa5 m2=5104 N,m大=G大g=F大g=5104N10N/kg=5103 kg。(2)由P=Wt=Fst=Fv可得F牵=Pv=9000W3613.6m/s=900 N。木箱随拖拉机匀速运动时处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,二力大小相等,则冰面对木箱的摩擦力f=F牵=900 N。克服摩擦力所做的功W=fs=900 N10103 m=9106 J,1 kg柴油完全燃烧放出的热量Q放=m柴油q柴油=1 kg4.5107 J/kg=4.5107 J;做功的效率=WQ放=9106J4.5107J=20%。率P=Wt总=20Fl34l3v0=5Fv0。
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