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第14課時　簡單機械　機械效率　 一、選擇題 1.[xx宜昌]下列有關起重機提升貨物時機械效率的說法,正確的是 (　　) A.有用功越多,機械效率越高 B.同一起重機提起的貨物越重,機械效率越高 C.額外功越少,機械效率越高 D.同一起重機提起同一貨物越快,機械效率越高 2.[xx麗水]如圖14-26所示,用刻度均勻的勻質杠桿進行“探究杠桿平衡條件”的實驗(每個鉤碼重為0.5 N),下列說法正確的是 (　　) 圖14-26 A.圖甲中實驗前出現(xiàn)該情況,應將杠桿的平衡螺母向左調 B.圖乙中在A、B處各增加一個鉤碼,杠桿仍然能保持水平平衡 C.圖丙中彈簧測力計從a位置轉到b,為保持杠桿在水平位置平衡,其示數(shù)需變大 D.圖丁中用彈簧測力計在c點向上拉杠桿,為保持杠桿在水平位置平衡,其示數(shù)應小于3 N 3.[xx溫州]如圖14-27為吸盤式掛桿,將吸盤壓在瓷磚上排盡其中的空氣,掛桿就能被固定在瓷磚上。掛有平底鍋的掛鉤沿光滑水平橫桿從P點開始向吸盤B移動,若吸盤與橫桿的重力、吸盤大小均忽略不計,設掛鉤與吸盤A的距離為l,則吸盤B受到的摩擦力F的大小與l的關系圖像為圖14-28中的 (　　) 圖14-27 圖14-28 4.[xx重慶B卷]部分農(nóng)戶在新建住房時,常利用如圖14-29所示的簡易滑輪提升建材。在一次提升建材的過程中,建筑工人用400 N的拉力,將重600 N的建材在10 s內(nèi)勻速提高3 m。則下列判斷正確的是 (　　) 圖14-29 A.滑輪所做的有用功為1200 J B.滑輪受到的重力為100 N C.該滑輪的機械效率η=75% D.繩子自由端移動的速度大小為0.3 m/s 5.[xx河南]如圖14-30所示,水平桌面上有一鐵塊,由繞過定滑輪的細繩與重6 N的沙桶相連且保持靜止,不計繩重及繩與滑輪間的摩擦,下列分析正確的是 (　　) 圖14-30 A.使用定滑輪是為了省力 B.鐵塊受到繩子的拉力為6 N C.鐵塊對桌面的壓力和重力是一對平衡力 D.若剪斷繩子,鐵塊由于慣性將向右運動 6.如圖14-31所示,甲、乙兩套裝置所用滑輪質量均相等,用它們分別將所掛重物在相等時間內(nèi)豎直向上勻速提升相同高度。若G1=G2,所用豎直向上的拉力分別為F1和F2,拉力做功的功率分別為P1和P2,兩裝置的機械效率分別為η1和η2,則下列選項正確的是(忽略繩重和摩擦) (　　) 圖14-31 A.F1>F2,η1<η2,P1F2,η1=η2,P1=P2 C.F1η2,P1>P2 7.[xx荊州]如圖14-32所示,豎直固定的彈簧測力計下端掛一個滑輪組,已知每個滑輪重均為50 N,滑輪組下端掛有物體B,滑輪組繩的末端通過定滑輪沿水平方向與物體A相連,物體A在繩的水平拉力作用下向右做勻速直線運動,此時彈簧測力計的示數(shù)為550 N。在物體B下加掛重為90 N的物體C后,用水平向左的力F拉動物體A可使其沿水平桌面向左做勻速直線運動,此時物體B上升的速度大小為5 cm/s。若不計繩重及滑輪的摩擦,g取10 N/kg。下列說法中正確的是(　　) 圖14-32 A.物體A所受滑動摩擦力大小為275 N B.F的大小為530 N C.F做功的功率為42 W D.B的重力為500 N 8.[xx十堰]如圖14-33所示,滑輪組將重50 N的物體A以0.2 m/s的速度沿水平地面勻速向前拉動了1 m,拉力F大小為10 N,滑輪組的機械效率為80%,下列說法中正確的是 (　　) 圖14-33 A.拉力F做功的功率為2 W B.2 s內(nèi)繩子自由端移動的距離為0.4 m C.滑輪組做的有用功為50 J D.物體A受到水平地面的摩擦力為16 N 9.[xx荊州]如圖14-34所示,用F=50 N的水平拉力拉著重為200 N的物體A沿水平地面勻速運動,且物體A運動的速度為0.2 m/s,地面對物體A的摩擦力是物體A重的0.1倍。不計滑輪重力,則下列說法正確的是 (　　) 圖14-34 A.10 s內(nèi)物體A克服與地面之間的摩擦力做的功是80 J B.10 s內(nèi)拉力F做的功是100 J C.拉力F的功率是20 W D.該裝置的機械效率是80% 10.[xx包頭]關于下列四種情況說法正確的是 (　　) 圖14-35 A.圖14-35甲中,物體在2~7 s內(nèi)的平均速度為2 m/s B.圖乙中,a、b兩種物質的密度之比為1∶4 C.圖丙中,物塊M向左做勻速直線運動,該裝置的機械效率為75% D.圖丁中,杠桿在水平位置平衡,OA∶AB=1∶2,則F∶G=1∶2 11.(多選)[xx聊城]工人師傅搬運貨物時,在地面和卡車的車廂間傾斜放置一長木板搭成斜面,將地面上的貨物沿斜面勻速拉上車廂用時15 s。已知車廂高1.5 m,木板長3 m,貨物質量為60 kg,沿斜面所用的拉力為400 N,g取10 N/kg,則下列說法正確的是 (　　) A.工人做的總動為900 J B.工人做的額外功為300 J C.工人做功的功率為60 W D.此斜面的機械效率為75% 12.(多選)[xx河北]用五個相同質量的滑輪和繩子組成如圖14-36所示的甲、乙兩個滑輪組,在繩自由端分別用力將重為G的物體勻速提升,乙滑輪組的效率為η乙,不計摩擦、繩和木板的重。下列說法正確的是 (　　) 圖14-36 A.兩個滑輪組的機械效率可能相等 B.F1一定大于F2 C.每個滑輪重為(1-η乙)G2η乙 D.甲、乙將重物提升相同的高度,F1與F2的功率可能相等 13.[xx衢州]如圖14-37所示是汽車起重機,其中A、B組成滑輪組(結構如示意圖),C桿伸縮可改變吊臂的長短,D桿伸縮可改變吊臂與水平面的角度,O為吊臂的轉動軸,裝在E里的電動機牽引鋼絲繩,利用滑輪組提升重物,H為在車身外側增加的支柱,F為吊臂頂端受到豎直向下的力。下列有關汽車起重機的敘述中錯誤的是 (　　) 圖14-37 A.滑輪組中A滑輪用于改變力的方向 B.當C桿伸長時吊臂對D桿的壓力將變大 C.當D桿伸長時力F的力臂將變小 D.H的作用是工作時以防翻車和避免輪胎受到的壓力過大 二、實驗題 14.[xx瀘州]瀘州市為了鞏固創(chuàng)文成果下發(fā)了宣傳手冊《綠色低碳生活,從垃圾分類開始》。圖14-38是一種輪式垃圾桶,拖動時它相當于一個　　　　(選填“省力”或“費力”)杠桿;垃圾桶底部的小輪子是為了　　　　(選填“增大”或“減小”)摩擦力;若拖動時垃圾桶總重為150 N,且動力臂為阻力臂的2倍,則保持垃圾桶平衡的拉力F為　　　　N。 圖14-38 15.[xx威海]圖14-39為吊裝工具示意圖,物體M為重5000 N的配重,杠桿AB的支點為O,OA∶OB=1∶2,每個滑輪重100 N。當重為700 N的工人用300 N的力豎直向下勻速拉動繩子時,工人對地面的壓力為　　　　N,物體M對地面的壓力為　　　　N。(杠桿與繩的自重、滑輪組摩擦均不計) 圖14-39 16.[xx濱州]小明在“探究杠桿平衡條件”的實驗中所用的實驗器材有:刻度均勻的杠桿、支架、彈簧測力計、刻度尺、細線和質量相同的0.5 N重的鉤碼若干個。 (1)如圖14-40Ⅰ所示,實驗前,杠桿左端下沉,則應將左端的平衡螺母向　　　　(選填“左”或“右”)調節(jié),直到杠桿在　　　　位置平衡,目的是便于測量　　　　。支點選在杠桿的中點是為了消除杠桿　　　　對實驗的影響。 圖14-40 (2)小明同學所在實驗小組完成某次操作后,實驗現(xiàn)象如圖Ⅱ所示,他們記錄的數(shù)值為動力F1=1.5 N,動力臂l1=0.1 m,阻力F2=1 N,則阻力臂l2=　　　　m。 (3)甲同學測出了一組數(shù)據(jù)后,就得出了“動力動力臂=阻力阻力臂”的結論,乙同學認為他的做法不合理,理由是　。 (4)丙同學通過對數(shù)據(jù)分析后得出的結論是:動力支點到動力作用點的距離=阻力支點到阻力作用點的距離。與小組同學交流后,乙同學為了證明丙同學的結論是錯誤的,他做了如圖Ⅲ所示的實驗,此實驗　　　　(選填“能”或“不能”)說明該結論是錯誤的。圖Ⅲ實驗中,已知杠桿上每個小格長度為5 cm,每個鉤碼重0.5 N,當彈簧測力計在A點斜向上拉(與水平方向成30角)杠桿,使杠桿在水平位置平衡時,動力動力臂　　　　(選填“等于”或“不等于”)阻力阻力臂。 三、計算題 17.[xx烏魯木齊]如圖14-41所示,長1 m、重5 N的勻質杠桿OB連接在豎直墻壁的O點,在杠桿的中點A處懸掛45 N的重物。固定在A點的繩子跨過定滑輪,在拉力F作用下使杠桿在水平位置平衡,此時∠OAC=45。不計繩子重力和轉動部分的摩擦。求: (1)緩慢地將杠桿從水平位置轉動到豎直位置的過程中,拉力做的功。 (2)杠桿從水平位置逆時針緩慢轉動多大角度后,繩子拉力開始小于 50 N。 圖14-41 18.[xx桂林]小熊在課外實踐活動中,用如圖14-42甲所示的滑輪組勻速拉動放在水平地面上的不同物體,物體受到的摩擦力從100 N開始逐漸增加,每次物體被拉動的距離均為1 m。根據(jù)測量結果畫出了該滑輪組機械效率與物體受到摩擦力大小變化的關系圖像,如圖乙所示,不計繩重和繩與滑輪間的摩擦。 (1)由圖乙可知,當物體受到的摩擦力為100 N時,滑輪組機械效率是多大? (2)當滑輪組的機械效率為75%,物體以0.1 m/s的速度勻速運動時,該滑輪組的有用功率是多大? (3)當物體與地面的摩擦力為1500 N時,體重為500 N的小熊豎直向下拉繩還能用此滑輪組拉動物體嗎?用計算結果說明。 圖14-42 四、綜合題 19.[xx白銀]如圖14-43所示為釣魚竿釣魚的示意圖,O為支點,請畫出F1、F2的力臂l1、l2。 圖14-43 20.[xx攀枝花]如圖14-44所示,一個繞O點轉動的杠桿,已知動力F1的方向和阻力F2的力臂l2,請畫出動力F1的力臂l1以及阻力F2。 圖14-44 21.[xx常州]南極冰面上,科考隊用拖拉機借助繩索水平牽引裝有貨物的輕質木箱,運輸貨物。 (1)木箱底面積為5 m2,質量不計,水平冰面能承受的最大壓強為1104 Pa,g取10 N/kg,求木箱內(nèi)可裝貨物的最大質量。 (2)某次運輸過程中,拖拉機用繩索牽引裝有貨物的木箱在水平冰面上以36 km/h的速度勻速直線行駛10 km、消耗柴油1 kg,牽引木箱做功的功率為9 kW,q柴油=4.5107 J/kg。 ①求該運輸過程中,冰面對木箱的摩擦力大小。 ②求該運輸過程中,柴油完全燃燒釋放的內(nèi)能轉化為繩索牽引木箱做功的效率。 圖14-45 參考答案 1.B　 2.C　 3.D　 4.C　[解析] 滑輪所做的有用功為W有=Gh=600 N3 m=1800 J,A錯誤。因為F=12(G輪+G),即400 N=12(G輪+600 N),則G輪=200 N,B錯誤。動力作用點通過的距離s=2 h=23 m=6 m,總功W總=Fs=400 N6 m=2400 J,該滑輪的機械效率η=W有W總=1800J2400J=75%,C正確。繩子自由端移動的速度v=st=6m10s=0.6 m/s,D錯誤。 5.B　6.B　7.B　8.D　9.D　 10.C　[解析] 由圖甲可知,物體在2~7 s通過的距離為s=6 m-2 m=4 m,則平均速度v=st=4m5s=0.8 m/s,故A錯誤。由圖乙可知,當兩物質的體積同為4 cm3時,a的質量為20 g,b的質量為5 g,所以a、b兩物質的密度之比ρa∶ρb=20g4cm3∶5g4cm3=4∶1,故B錯誤。由圖丙可知,承擔摩擦阻力的繩子股數(shù)n=2,此滑輪組的機械效率為η=W有W總=fsFns=fnF=15N210N=75%,故C正確。根據(jù)圖丁和杠桿平衡條件,可得FOB=GOA,FG=OAOB=OAOA+AB=11+2=13,故D錯誤。 11.BD　 12.BCD　[解析] 因不計摩擦、繩和木板的重,則滑輪組的機械效率η=W有W總=W有W有+W額=GhGh+G動h=GG+G動,甲、乙兩圖中的物體重力相等,但動滑輪重力不同,故機械效率不同,故A錯誤。F1=12(G+G動)=12G+12G動,F2=14(G+2G動)=14G+12G動,所以F1>F2,故B正確。由η乙=GG+2G動,解得G動=(1-η乙)2η乙G,故C正確。拉力功率P=Fv,由于拉力F、拉力的作用點運動速度未知,所以F1與F2的功率可能相等,故D正確。 13.A　 14.省力　減小　75 [解析] 垃圾桶的輪子是支點,垃圾桶的重力是阻力,動力臂大于阻力臂,因此拖動時是一個省力杠桿;小輪子是為了將滑動摩擦變成滾動摩擦來減小摩擦;根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2可知,動力臂為阻力臂的2倍時,拉力為重力的一半,即F=12G=12150 N=75 N。 15.400　4500　 [解析] 700 N的工人用300 N的力豎直向下勻速拉動繩子時,工人對底面的壓力等于700 N-300 N=400 N。杠桿A端受到的拉力FA=3300 N+100 N=1000 N,根據(jù)杠桿平衡條件有FBOB=FAOA,則FB=1000N12=500 N,所以物體M對地面的壓力為5000 N-500 N=4500 N。 16.(1)右　水平　力臂　重力　(2)0.15 (3)只做一次實驗,結論具有偶然性　(4)能　等于 [解析] (1)題圖I中,杠桿左端下沉,則應將左端的平衡螺母向右調節(jié),使杠桿在水平位置平衡,此時作用點到支點的距離和力臂相等,便于測量力臂;支點選在杠桿的中點與杠桿的重心重合,消除杠桿重力對實驗的影響。(3)甲同學只做一次實驗,結論具有偶然性,找不到普遍規(guī)律,做法不合理。 17.解:(1)題圖中的滑輪為定滑輪,不計繩子重力和轉動部分的摩擦,則拉力F做的功等于克服杠桿與物重所做的功。根據(jù)題意可知,杠桿OB長1 m,將杠桿從水平位置轉動到豎直位置的過程中,杠桿和重物上升的高度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)如下圖所示,由題可知,∠OAC=45,所以OC=OA, 根據(jù)杠桿平衡條件可得G總OM=FON,其中G總=G杠+G物=50 N, 當逆時針轉動至某一角度時,G總=50 N,拉力F=50 N,則50 NOM=50 NON, 所以,OM=ON,又因為OC=OA=OA,根據(jù)三角形知識可得△OCN≌△OAN≌△OAM,則∠MOA=∠AON=∠NOC=30。 當杠桿從水平位置沿逆時針緩慢轉動30角后,繩子拉力開始小于50 N。 18.解:(1)由圖乙可知,當物體受到的摩擦力為100 N時,滑輪組機械效率η1=50%。 (2)當η1=50%時,因為物體被勻速拉動,做勻速直線運動,故繩對物體的拉力Fa=f=100 N, 根據(jù)η=W有W有+W額=Fas物Fas物+G動s物=FaFa+G動得, 動滑輪重G動=(1-η)Faη=(1-50%)100N50%=100 N, 當η=75%時,繩對物體的拉力Fa1=η1-ηG動=75%1-75%100 N=300 N, 該滑輪組的有用功率P有=Fa1v物=300 N0.1 m/s=30 W。 (3)由圖甲可知,與動滑輪相連的繩子段數(shù)n=3, 當物體與地面的摩擦力為1500 N時,繩對物體的拉力Fa2=f2=1500 N, 作用在繩子自由端的拉力F=1n(Fa2+G動)=13(1500 N+100 N)≈533 N>G小熊=500 N,所以體重為500 N的小熊豎直向下拉繩不能用此滑輪組拉動物體。 19.如圖所示 20.如圖所示 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)①由P=Wt=Fst=Fv可得F牽=Pv=9000W3613.6m/s=900 N。 木箱隨拖拉機勻速運動時處于平衡狀態(tài),受到的牽引力和阻力是一對平衡力,二力大小相等,則冰面對木箱的摩擦力f=F牽=900 N。 ②克服摩擦力所做的功W=fs=900 N10103 m=9106 J, 1 kg柴油完全燃燒放出的熱量Q放=m柴油q柴油=1 kg4.5107 J/kg=4.5107 J; 做功的效率η=WQ放=9106J4.5107J=20%。 率P=Wt總=20Fl34l3v0=5Fv0。