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第14課時(shí)　簡單機(jī)械　機(jī)械效率　 一、選擇題 1.[xx宜昌]下列有關(guān)起重機(jī)提升貨物時(shí)機(jī)械效率的說法,正確的是 (　　) A.有用功越多,機(jī)械效率越高 B.同一起重機(jī)提起的貨物越重,機(jī)械效率越高 C.額外功越少,機(jī)械效率越高 D.同一起重機(jī)提起同一貨物越快,機(jī)械效率越高 2.[xx麗水]如圖14-26所示,用刻度均勻的勻質(zhì)杠桿進(jìn)行“探究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)(每個(gè)鉤碼重為0.5 N),下列說法正確的是 (　　) 圖14-26 A.圖甲中實(shí)驗(yàn)前出現(xiàn)該情況,應(yīng)將杠桿的平衡螺母向左調(diào) B.圖乙中在A、B處各增加一個(gè)鉤碼,杠桿仍然能保持水平平衡 C.圖丙中彈簧測力計(jì)從a位置轉(zhuǎn)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(jì)在c點(diǎn)向上拉杠桿,為保持杠桿在水平位置平衡,其示數(shù)應(yīng)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(diǎn)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(jì),設(shè)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(guān)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(shí),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(jī)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(xì)繩與重6 N的沙桶相連且保持靜止,不計(jì)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(yùn)動 6.如圖14-31所示,甲、乙兩套裝置所用滑輪質(zhì)量均相等,用它們分別將所掛重物在相等時(shí)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(jī)械效率分別為η1和η2,則下列選項(xiàng)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(jì)下端掛一個(gè)滑輪組,已知每個(gè)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(yùn)動,此時(shí)彈簧測力計(jì)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(yùn)動,此時(shí)物體B上升的速度大小為5 cm/s。若不計(jì)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(jī)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(yùn)動,且物體A運(yùn)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(jì)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(jī)械效率是80% 10.[xx包頭]關(guān)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(zhì)的密度之比為1∶4 C.圖丙中,物塊M向左做勻速直線運(yùn)動,該裝置的機(jī)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(yùn)貨物時(shí),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(shí)15 s。已知車廂高1.5 m,木板長3 m,貨物質(zhì)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(jī)械效率為75% 12.(多選)[xx河北]用五個(gè)相同質(zhì)量的滑輪和繩子組成如圖14-36所示的甲、乙兩個(gè)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(jì)摩擦、繩和木板的重。下列說法正確的是 (　　) 圖14-36 A.兩個(gè)滑輪組的機(jī)械效率可能相等 B.F1一定大于F2 C.每個(gè)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(jī),其中A、B組成滑輪組(結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)動軸,裝在E里的電動機(jī)牽引鋼絲繩,利用滑輪組提升重物,H為在車身外側(cè)增加的支柱,F為吊臂頂端受到豎直向下的力。下列有關(guān)汽車起重機(jī)的敘述中錯(cuò)誤的是 (　　) 圖14-37 A.滑輪組中A滑輪用于改變力的方向 B.當(dāng)C桿伸長時(shí)吊臂對D桿的壓力將變大 C.當(dāng)D桿伸長時(shí)力F的力臂將變小 D.H的作用是工作時(shí)以防翻車和避免輪胎受到的壓力過大 二、實(shí)驗(yàn)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(shí)它相當(dāng)于一個(gè)　　　　(選填“省力”或“費(fèi)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(shí)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(diǎn)為O,OA∶OB=1∶2,每個(gè)滑輪重100 N。當(dāng)重為700 N的工人用300 N的力豎直向下勻速拉動繩子時(shí),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(jì)) 圖14-39 16.[xx濱州]小明在“探究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)器材有:刻度均勻的杠桿、支架、彈簧測力計(jì)、刻度尺、細(xì)線和質(zhì)量相同的0.5 N重的鉤碼若干個(gè)。 (1)如圖14-40Ⅰ所示,實(shí)驗(yàn)前,杠桿左端下沉,則應(yīng)將左端的平衡螺母向　　　　(選填“左”或“右”)調(diào)節(jié),直到杠桿在　　　　位置平衡,目的是便于測量　　　　。支點(diǎn)選在杠桿的中點(diǎn)是為了消除杠桿　　　　對實(shí)驗(yàn)的影響。 圖14-40 (2)小明同學(xué)所在實(shí)驗(yàn)小組完成某次操作后,實(shí)驗(yàn)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(xué)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(jié)論,乙同學(xué)認(rèn)為他的做法不合理,理由是　。 (4)丙同學(xué)通過對數(shù)據(jù)分析后得出的結(jié)論是:動力支點(diǎn)到動力作用點(diǎn)的距離=阻力支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離。與小組同學(xué)交流后,乙同學(xué)為了證明丙同學(xué)的結(jié)論是錯(cuò)誤的,他做了如圖Ⅲ所示的實(shí)驗(yàn),此實(shí)驗(yàn)　　　　(選填“能”或“不能”)說明該結(jié)論是錯(cuò)誤的。圖Ⅲ實(shí)驗(yàn)中,已知杠桿上每個(gè)小格長度為5 cm,每個(gè)鉤碼重0.5 N,當(dāng)彈簧測力計(jì)在A點(diǎn)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(shí),動力動力臂　　　　(選填“等于”或“不等于”)阻力阻力臂。 三、計(jì)算題 17.[xx烏魯木齊]如圖14-41所示,長1 m、重5 N的勻質(zhì)杠桿OB連接在豎直墻壁的O點(diǎn),在杠桿的中點(diǎn)A處懸掛45 N的重物。固定在A點(diǎn)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(shí)∠OAC=45。不計(jì)繩子重力和轉(zhuǎn)動部分的摩擦。求: (1)緩慢地將杠桿從水平位置轉(zhuǎn)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(shí)針緩慢轉(zhuǎn)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(shí)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(jié)果畫出了該滑輪組機(jī)械效率與物體受到摩擦力大小變化的關(guān)系圖像,如圖乙所示,不計(jì)繩重和繩與滑輪間的摩擦。 (1)由圖乙可知,當(dāng)物體受到的摩擦力為100 N時(shí),滑輪組機(jī)械效率是多大? (2)當(dāng)滑輪組的機(jī)械效率為75%,物體以0.1 m/s的速度勻速運(yùn)動時(shí),該滑輪組的有用功率是多大? (3)當(dāng)物體與地面的摩擦力為1500 N時(shí),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(jì)算結(jié)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(diǎn),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(gè)繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動的杠桿,已知?jiǎng)恿1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(duì)用拖拉機(jī)借助繩索水平牽引裝有貨物的輕質(zhì)木箱,運(yùn)輸貨物。 (1)木箱底面積為5 m2,質(zhì)量不計(jì),水平冰面能承受的最大壓強(qiáng)為1104 Pa,g取10 N/kg,求木箱內(nèi)可裝貨物的最大質(zhì)量。 (2)某次運(yùn)輸過程中,拖拉機(jī)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(yùn)輸過程中,冰面對木箱的摩擦力大小。 ②求該運(yùn)輸過程中,柴油完全燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)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(cuò)誤。因?yàn)镕=12(G輪+G),即400 N=12(G輪+600 N),則G輪=200 N,B錯(cuò)誤。動力作用點(diǎn)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(jī)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(cuò)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(cuò)誤。由圖乙可知,當(dāng)兩物質(zhì)的體積同為4 cm3時(shí),a的質(zhì)量為20 g,b的質(zhì)量為5 g,所以a、b兩物質(zhì)的密度之比ρa(bǔ)∶ρb=20g4cm3∶5g4cm3=4∶1,故B錯(cuò)誤。由圖丙可知,承擔(dān)摩擦阻力的繩子股數(shù)n=2,此滑輪組的機(jī)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(cuò)誤。 11.BD　 12.BCD　[解析] 因不計(jì)摩擦、繩和木板的重,則滑輪組的機(jī)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(jī)械效率不同,故A錯(cuò)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(diǎn)運(yùn)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(diǎn),垃圾桶的重力是阻力,動力臂大于阻力臂,因此拖動時(shí)是一個(gè)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(shí),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(shí),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(shí)驗(yàn),結(jié)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(yīng)將左端的平衡螺母向右調(diào)節(jié),使杠桿在水平位置平衡,此時(shí)作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離和力臂相等,便于測量力臂;支點(diǎn)選在杠桿的中點(diǎn)與杠桿的重心重合,消除杠桿重力對實(shí)驗(yàn)的影響。(3)甲同學(xué)只做一次實(shí)驗(yàn),結(jié)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(jì)繩子重力和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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O(shè)C=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(dāng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動至某一角度時(shí),G總=50 N,拉力F=50 N,則50 NOM=50 NON, 所以,OM=ON,又因?yàn)镺C=OA=OA,根據(jù)三角形知識可得△OCN≌△OAN≌△OAM,則∠MOA=∠AON=∠NOC=30。 當(dāng)杠桿從水平位置沿逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動30角后,繩子拉力開始小于50 N。 18.解:(1)由圖乙可知,當(dāng)物體受到的摩擦力為100 N時(shí),滑輪組機(jī)械效率η1=50%。 (2)當(dāng)η1=50%時(shí),因?yàn)槲矬w被勻速拉動,做勻速直線運(yùn)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(dāng)η=75%時(shí),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(dāng)物體與地面的摩擦力為1500 N時(shí),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(jī)勻速運(yùn)動時(shí)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。