專題01《第四章機械和功》第1節(jié)簡單機械（B卷提高篇）

班級姓名學號分數(shù)第四章《第1節(jié)簡單機械》單元卷（B卷）（時間：60分鐘，滿分：100分）一、選擇題（下列各題均只有一個正確選項，共10小題，每小題2分，本大題共20分）1.（2020學年閔行二模）如圖1所示，用5牛的拉力F勻速豎直提升重為G的物體，使其上升了0.2米。若不計滑輪自重及摩擦，關于物體的重力G和繩子自由端移動的距離s，下列判斷中正確的是（）FF圖1AG=2.5牛s=0.1米BG=2.5牛s=0.4米CG=10牛s=0.4米DG=10牛s=0.1米【答案】C.【解析】由圖可知，該裝置為動滑輪，使用動滑輪可以省一半的力，費一倍的距離，物體上升的高度為0.2m，則繩子自由端通過的距離為s＝0.2m×2＝0.4m；不計滑輪自重及摩擦，則F＝0.5G，G＝2F＝2×5N＝10N。故選C。2.如圖2所示，要將一圓柱體重物推上臺階，最小的作用力應是（）圖圖2A．F1B．F2C．F3D．F4【答案】C【解析】要將一圓柱體重物推上臺階，圓柱體重物可以看做一杠桿，物體與臺階的接觸點為支點，當用力的方向為F3時，力臂最大（為重物的直徑），根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2可知：此時動力最小。所以選C.3．如圖3所示，分別用F1、F2、F3、F4勻速提升同一重物，若不計滑輪本身的重力及摩擦，則（）圖圖3A．F1＜F2＜F3＜F4B．F1＞F2＞F3＞F4C．F1＝F2＝F3＜F4D．F1＝F2＝F3＞F4【答案】D【解析】由圖可知，圖中滑輪是定滑輪，使用定滑輪不能省力，所以F1、F2、F3都與物體重力相等，三種拉法所用拉力一樣大，故選項A、B、C錯誤，D正確。故選D．4．如圖4所示，物體重300牛，在水平拉力F=30牛的拉力作用下勻速前進，如果不計繩與滑輪的摩擦及滑輪的重力，則物體受到的摩擦力的大小是（）圖圖4A．15牛 B．30牛 C．60牛 D．150?！敬鸢浮緽?！窘馕觥繄D中使用的滑輪為動滑輪，在不計繩與滑輪的摩擦及滑輪的重力時，重物勻速前進，所以與水平地面的摩擦力f＝2F＝2×30N＝60N。與重力的大小無關，故選C。5.（上海市羅南中學2021學年3月學業(yè)測試）如圖5所示，用同一滑輪，沿同一水平面拉同一物體做勻速直線運動，所用的拉力分別為F1、F2、F3，下列關系中正確的是（）圖圖5A.F1＞F2＞F3B.F1＜F2＜F3C.F2＞F1＞F3D.F2＜F1＜F3【答案】D【解析】第一個圖中滑輪為定滑輪，因為定滑輪相當于一個等臂杠桿，不能省力，所以根據(jù)二力平衡，此時拉力等于物體與地面間的滑動摩擦力F1=f；第二個圖中滑輪為動滑輪，因為動滑輪可省一半的力，所以根據(jù)二力平衡，此時拉力F2=f/2；第三個圖中滑輪為動滑輪，由二力平衡可知此時的拉力等于兩股繩子向右的拉力，即F3=2f；由此可得F2<F1<F3.故D正確.6.甲、乙兩個身高相同的人抬著一個木箱沿斜坡上山，木箱的懸點恰好在抬杠的中央。如圖6所示，則甲、乙兩人所用的力F甲與F乙的關系是（）A．F甲=F乙

B．F甲>F乙C．F甲<F乙

D．已知條件不足，所以無法判斷【答案】A?！窘馕觥糠謩e以A和B為支點，找出動力臂和阻力臂，如圖所示：

L

AE

為阻力臂，L

AF

為動力臂；根據(jù)F1l1=F2l2可知：F

乙

L

AF

=GL

AE

，因為

L

AF

=2L

AE

所以F

乙

＝1/2G

同理，可求F

甲

＝1/2G

，F(xiàn)甲=F乙

故選A。7.（上海民辦永昌學校2020學年測試）一輕質(zhì)杠桿在動力F1與阻力F2作用下保持水平平衡，如圖7所示。已知動力臂L1<阻力臂L2，如果F1與F2的大小和方向均保持不變，將它們的作用點分別向遠離支點移動相同的距離，那么（

）圖圖7A.

杠桿仍保持平衡

B.

杠桿右端下移C.

杠桿左端下移

D.

杠桿哪端下移不能確定【答案】C【解析】根據(jù)題意知道，原來平衡時，F(xiàn)1L1=F2L2，又因為L1＜L2，所以F1＞F2，設移動相同的距離L，則左邊F1（L1+L）=F1L1+F1L右邊F2（L2+L）=F2L2+F2L因為F1L1=F2L2，F(xiàn)1＞F2所以F1（L1+L）＞F2（L2+L）則杠桿的左端向下傾斜，即杠桿左端下移，C符合題意。故答案為C。8.如圖8所示，一根重木棒在水平動力（拉力）Ｆ的作用下以O點為軸，由豎直位置逆時針勻速轉(zhuǎn)到水平位置的過程中，若動力臂為l，動力與動力臂的乘積為M，則（

）圖圖8A．F增大，L增大，M增大

B．F增大，L減小，M減小

C．F增大，L減小，M增大

D．F減小，L增大，M增大【答案】C?！窘馕觥咳鐖D中由豎直位置轉(zhuǎn)到水平位置的過程中，動力臂L逐漸減小，而木棒的重不變，重力的力臂LG逐漸增大．由杠桿的平衡條件M=FL=GLG，而水平動力F=GLG/L，由上述兩式可知M增大，L減小，F(xiàn)增大。所以選C.9.（浦東新區(qū)第一教育署2019學年調(diào)研）如圖9所示是一根輕質(zhì)粗細均勻的杠桿，支點為O并標有A、B、C、D四個點。若要用它提起某一重物且最省力。最合適的動力、阻力作用點應在（）A．A和CB．D和CC．A和DD．B和D圖圖9ABCDO【答案】B【解析】由杠桿平衡條件F1l1=F2l2可知，在阻力一定時，動力臂越長、阻力臂越短，動力越??；已知圖中支點在O點，OD最長應為動力臂，OC最短應為阻力臂，所以D點是最合適的動力作用點，C點是阻力作用點。故B符合題意。故選B。10．（上海民辦永昌學校2020學年）如圖10所示，輕質(zhì)杠桿OE可繞O點轉(zhuǎn)動，其中桿上相鄰各點之間距離相等，在C點處掛一重為20牛的物體G，要使杠桿在水平位置平衡，則所用的動力()圖圖10A．一定在E點大小為12N B．可以在B點，大小為24N C．可以在E點，大小為24N D．可以在E點，大小為8N【答案】C【解析】①先求在B點最小的作用力，其方向是豎直向上，根據(jù)F1l1=F2l2可知，F(xiàn)B×2L=20N×3L，F(xiàn)B=30N；若該點的力不是豎直向上，則力要變大，所以要使杠桿平衡，F(xiàn)B≥30N，故B錯誤；②求在E點最小的作用力，其方向是豎直向上，根據(jù)F1l1=F2l2可知，F(xiàn)E×5L=20N×3L，F(xiàn)E=12N；若該點的力不是豎直向上，則力要變大，所以要使杠桿平衡，F(xiàn)E≥12N；故C正確，A、D錯誤；故選C．二、填空題(每空1分，本大題共26分)11.（上海民辦永昌學校2020學年）在力的作用下能繞著某個固定點轉(zhuǎn)動的硬棒叫做______。杠桿的力臂_______（選填“一定”或“不一定”）在杠桿上。杠桿平衡是指靜止或繞支點______狀態(tài)?！敬鸢浮扛軛U；不一定；勻速轉(zhuǎn)動?！窘馕觥扛軛U的定義：在力的作用下能繞著某個固定點轉(zhuǎn)動的硬棒叫做杠桿。力臂指支點到力的作用線的距離，所以力臂不一定在杠桿上。杠桿平衡狀態(tài)指的是杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)。

12.（浦東新區(qū)第四教育署2021學年階段測試）如圖11所示，使用甲圖中的滑輪可以提升物體，使用它的好處是___________。若不計滑輪的重力和摩擦，當使用甲圖的滑輪緩慢提升物體時，物體重50牛，則F1=_______牛；乙圖中的滑輪是______滑輪（選填“定”或“動”）。圖圖11甲乙F2F1【答案】可以改變用力的方向；50；動?！窘馕觥坑蓤D可知，甲是定滑輪，其優(yōu)點是能改變力的方向。使用定滑輪不省力也不費力，故人給繩子的拉力等于物體的重力，即為50N。乙圖中的滑輪軸隨物體一起運動，所以是動滑輪。13.（上海市羅南中學2021學年3月學業(yè)測試）如圖12所示，杠桿OA長20厘米，AB長1.2米，物體G重420牛。要提起物體G，在B點至少加______牛的力，力的方向______。圖圖12【答案】60；豎直向上?！窘馕觥孔枇妥枇Ρ凼且欢ǖ?，根據(jù)F1l1=F2l2可知，當在B點的力豎直向上時，動力臂最長，此時動力最小，則此時的動力為所以在B點至少要施加60N的力，此時力的方向豎直向上。14.撬起大石頭，向上、向下用力都可以。當用向下的力F下撬大石頭時，是以______為支點（填字母）．當用向上的力F上撬大石頭時，則用的力F上 向下的力F下圖圖13【答案】小于，向上用力時動力臂AB與阻力臂BC的比值大于向下用力時動力臂AD與阻力臂CD的比值。【解析】向上用力時，支點為B，以B點為支點，∵F

上

×AB=F石頭×BC，∴F

上

=

F石頭×BC/AB；向下用力時，支點為D，以D點支點，∵F

下

×AD=F石頭×DC，∴F

下

=F石頭×

DC/AD

，由于

BC/AB＜DC/AD

，所以向上用力最省力，即向上用力時，動力臂AB與阻力臂BC的比值大于向下用力時動力臂AD與阻力臂CD的比值．也可以理解為：以B為支點時，AB是這條杠桿最長的動力臂，所以其所用的用力也最小。15.如圖14所示，當人托起茶杯時，手臂相當于________杠桿(選填“省力”、“等臂”或“費力”)。若此時手臂上的阻力臂是動力臂的8倍，阻力為5牛，則手臂肌肉施加的力為____牛。圖圖14【答案】費力，40N?！窘馕觥咳鐖D所示，當人托起茶杯時，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿。根據(jù)F1l1=F2l2可知，l2=8l1，F(xiàn)1=8F2=40牛。16.退休的老張師傅平時非常關心小區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生，他為了方便收集小區(qū)內(nèi)的飲料瓶等垃圾，準備自己動手做一輛小推車，他設計了如圖15甲、乙所示的兩種制作方案。你認為從使用時能更省力的角度分析，兩種方案中較好的是____方案（選填“甲”或“乙”）。從杠桿的類型分析，圖甲中小車的實質(zhì)是一個_____杠桿，圖乙中小車的實質(zhì)是一個______杠桿（選填“省力”、“費力”或“等臂”）。甲甲圖15乙【答案】甲，省力，費力?！窘馕觥咳怂玫牧閯恿Γ曝浳锏闹亓樽枇?，由圖可知：甲圖中的動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，而乙圖中的動力臂小于阻力臂，是費力杠杠。從使用時能更省力的角度分析，兩種方案中較好的是甲方案。17.（2020青浦實驗中學月考）如圖16所示，物體A在水平地面上，在力F的作用下向左以1米/秒的速度作勻速直線運動（忽略滑輪自重和繩與滑輪間的摩擦），若已知彈簧測力計1的示數(shù)為10牛，則彈簧測力計2的示數(shù)為牛，拉力F為牛，物體所受的摩擦力為牛，繩自由端的速度為米/秒。圖圖16【答案】20，10，20，2?！窘馕觥窟@是一個動滑輪，拉力F與彈簧測力計都在同一根繩子上，繩子可以大小不變的傳遞拉力，所以拉力F的大小等于彈簧測力計1的示數(shù)，F(xiàn)=F示1=10N；忽略滑輪自重和繩與滑輪間的摩擦，使用動滑輪省力一半，則拉力F的大小為彈簧測力計2的示數(shù)的一半，F(xiàn)=F示2/2，所以彈簧測力計2的示數(shù)F示2=2F=2×10N=20N；

物體A在水平方向上受到彈簧測力計2的拉力F示2和摩擦力f，由于物體A做勻速直線運動，處于平衡狀態(tài)，所以摩擦力f與F示2是平衡力，f=F示2=20N；

使用動滑輪，繩子末端移動的距離為物體移動距離的2倍，所以繩自由端（末端）的速度：

v=2v物=2×1m/s=2m/s．18.如圖17所示，放在水平地面上的物塊，在大小為3牛的水平拉力F的作用下，沿著地面勻滑動．由此可知，物塊與地面間的摩擦力為_______牛（不計繩與滑輪的摩擦）；若物塊在拉力F的作用下前進了0.2米，則滑輪移動了_____米。圖圖17【答案】1.5，0.1?！窘馕觥吭摶喪莿踊?，拉力作用在軸上，物體在水平方向上受到繩子的拉力F繩子與摩擦力f是一對平衡力，大小相等，所以物體A受到的摩擦力f=F繩子；對于動滑輪，軸上的作用力F等于向左的兩根繩子的拉力之和，F(xiàn)=2F繩子，所以f=F繩子=F/2=1.5牛，對于動滑輪，繩子末端移動的距離（即物體移動的距離）等于軸移動距離的2倍，所以若物塊在拉力F的作用下前進了0.2米，則滑輪移動了0.1米。19.（奉賢區(qū)2020期中考試題）如圖7甲和乙所示是人們從地面上搬起重物常用的兩種做法：彎腰或人下蹲彎曲膝蓋把它搬起來。這兩種做法哪種方法好呢？下面通過建立模型來研究這一問題。我們把脊柱簡化為杠桿，如圖7丙所示，搬起重物的過程中，脊柱可繞骶骨（軸）O轉(zhuǎn)動，脊柱與水平面的夾角（即杠桿與水平面的夾角）為α，腰背部復雜肌肉的等效拉力F1作用在A點，其實際作用方向與脊柱夾角為12°且保持不變，重物對人有一個向下的拉力F2，作用在肩關節(jié)B點。①當α角增大時，F(xiàn)2的力臂l2將________，F(xiàn)1將________（選填“變大”、“不變”或“變小”）。②如果考慮人上半身的重力，那么腰背部肌肉的實際拉力大小將比丙圖中F1要______（選填“大”或“小”）。③根據(jù)丙圖的分析，對比甲、乙兩種搬箱子的方法，可知：圖_____（選填“甲”或“乙”）的姿勢比較正確?！敬鸢浮浚?）變??；變??；（2）大；（3）乙?！窘馕觥浚?）先畫出力臂的示意圖：延長F2作用線，由支點作其作用線的垂線，L2是其力臂。如圖：由圖可知：當α角增大時，力臂L2變??；由于拉力F1的方向與脊柱夾角始終為12°，且OA這段距離不變，則O點到F1作用線的距離不變，即動力臂不變，阻力為箱子的重力不變，根據(jù)杠桿平衡條件可知，F(xiàn)1變??；（2）如果考慮到人上半身的重力，由于上半身的重力會阻礙杠桿的轉(zhuǎn)動，根據(jù)杠桿平衡條件可知：實際拉力將變大；（3）比較甲、乙兩種姿勢可知：甲的支點太高，在搬起物體時，阻力臂減小得慢，則腰背部復雜肌肉的等效拉力F1要比較長時間的使用較大的力，所以甲姿勢不正確，乙姿勢比較正確．三、作圖題：（每題3分，共9分）20．如圖18所示，輕質(zhì)杠桿的A點掛一重物G，繩受的拉力為F2，O為杠桿的支點。請在杠桿上畫出使杠桿保持靜止的最小的力Fl的示意圖，并作出Fl和F2的力臂L1和L2圖圖18【答案】見右圖。【解析】做力F2的延長線，過支點O做力F2作用線的垂線段l2，則線段l2為力F2的力臂；使杠桿保持靜止的最小的力Fl應該垂直于OB，與杠桿OB的交點為力F1的作用點，方向斜向右上方，如圖所示。21.（嘉定區(qū)2020學年測試）杠桿AOB在Fl、F2的作用下處于平衡狀態(tài)，在圖7上做出動力F1的力臂L1和力臂L2的阻力F2。圖圖19【答案】見右圖。22.（青浦區(qū)2020學年測試）在圖20中掛上1個鉤碼，使彈簧測力計示數(shù)最大。圖圖20圖20（a）【答案】見右圖。【解析】因為動力臂與鉤碼的重力一定，使彈簧測力計示數(shù)最大時，根據(jù)F1l1=F2l2可知，阻力臂一個最大，所以應該掛在最左端。四、計算題：（共28分）23．假期里，小蘭和爸爸、媽媽一起參加了一個家庭游戲活動?；顒右笫牵杭彝コ蓡T中的任意兩名成員分別站在如圖19所示的木板上，恰好使木板水平平衡。圖圖19(1)若小蘭和爸爸的體重分別為400N和800N，小蘭站在距離中央支點2m的一側(cè)，爸爸應站在距離支點多遠處才能使木板水平平衡?(2)若小蘭和爸爸站在了木板上中央，他們同時開始向兩端勻速行走，小蘭的速度是0.5m／s，爸爸的速度是多大才能使木板水平平衡不被破壞?【答案】（1）1米；（2）0.25m/s?！窘馕觥浚?）小蘭和爸爸對杠桿施加的力分別為F1=400N，F(xiàn)2=800N，F(xiàn)1的力臂l1=2m，

根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2，400N×2m=800Nl2，所以，l2=1m，

（2）設小蘭和爸爸勻速行走的速度分別為v1、v2，行走時間為t，要保證杠桿水平平衡，

則有F1（l1+vt）=F2（l2+0.5m/s×t）

400N（2m+vt）=800N（1m+0.5m/s×t）v2=0.25m/s。24.如圖20所示，高0.8m、重1100N、均勻的圓柱形木柱M，截面半徑為0.3m，將它豎直放在水平地面上時，若要使木柱的a點離開地面，至少需要多少N的力？圖圖20【答案】330牛?！窘馕觥磕局鵤點離開地面，要使施加的力最小，應讓所施加力的力臂最大，如下圖所示：此時動力為F，阻力為G＝1100N，動力臂L＝＝＝1m，阻力臂L2＝r＝0.3m，由杠桿的平衡條件可得：FL1＝GL2，則最小力F＝GL2/L1＝330N。25．（上海民辦永昌學校2020學年測試）如圖21所示，輕質(zhì)光滑的木板長2米，可以繞固定軸O自由轉(zhuǎn)動，離O點0.4米的B端有一重物G，板的另端A用一根與板成90度角的細繩AC拉?。@時細繩的拉力是2牛，求：①重物G大小為多少。②若在轉(zhuǎn)軸O上放一重為4牛的小球，并使小球以0.2m/s的速度由O點出發(fā)向左勻速運動，則經(jīng)過多少秒后，系在A端的細繩拉力剛好為零。圖圖21【答案】①8牛；②1秒.【解析】①F1l1=F2l2F×OA=G×OB2?！粒?米0.4米）=G×0.4米G=8牛②F1l1=F2l2G′×OC=G×OB4?！罯C=8?！?.4米OC=0.2米，t=sv=OC五、實驗題（第7、9、10空每空2分，其余每空1分，共18分）26．（2020學年上海市浦東新區(qū)第四教育署）如圖22所示，小明在探究“杠桿的平衡條件”實驗中所用的實驗器材有：杠桿、支架、彈簧測力計、刻度尺、細線和質(zhì)量相同的鉤碼若干個。圖圖23圖22（a）（b）①實驗前，將杠桿中點置于支架上，當杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)杠桿左端下沉。此時杠桿處于（1）（選填“平衡”或“不平衡”）狀態(tài)。應把杠桿兩端的平衡螺母向（2）（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，使杠桿在不掛鉤碼時，保持（3）并靜止，這樣做的好處是：__（4）_。②杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小明在杠桿上A點處掛4個鉤碼，在B點處掛6個鉤碼杠桿恰好在原位置平衡,如圖23（a）所示。于是小明便得出了杠桿的平衡條件為：動力×動力臂=阻力×阻力臂。他這樣得出的結論是否合理？（5）（選填“合理”或“不合理”），原因是（6）。③實驗結束后，小明提出了新的探究問題：“若支點不在杠桿的中點時，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學利用如圖23（b）所示裝置進行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測力計豎直向上拉使杠桿處于平衡狀態(tài)時，測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符。其原因是：（7）?！敬鸢浮竣倨胶猓挥?；水平；便于直接從杠桿上讀出力臂。②不合理；實驗次數(shù)少,得出的結論不具有普遍性。③支點不在杠桿的中心上，由于杠桿自身有重力，對杠桿的平衡是有影響的。【解析】①實驗前，將杠桿中點置于支架上，當杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)杠桿左端下沉。此時杠桿處于平衡狀態(tài)。應把杠桿兩端的平衡螺母向右調(diào)節(jié)，使杠桿在不掛鉤碼時，保持水平并靜止，這樣做的好處是：便于直接從杠桿上讀出力臂。②杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小明在杠桿上A點處掛4個鉤碼，在B點處掛6個鉤碼杠桿恰好在原位置平衡,小明便得出了杠桿的平衡條件為：動力×動力臂=阻力×阻力臂。他這樣得出的結論是不合理，原因是實驗次數(shù)少,得出的結論不具有普遍性。③小組同學利用如圖23（b）所示裝置進行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測力計豎直向上拉使杠桿處于平衡狀態(tài)時，測出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符。其原因是：支點不在杠桿的中心上，由于杠桿自身有重力，對杠桿的平衡是有影響的。27.某課外興趣小組為了研究桿秤定標，自制了一把桿秤。他們?nèi)≠|(zhì)量為5克的物體作為秤砣，秤盤內(nèi)不放重物，秤砣的位置在A處時桿秤水平平衡，A處即零刻度（俗稱定盤星），如圖24（a）所示。然后，在秤盤中分別放入標準質(zhì)量的稱量物體m后，當桿秤水平平衡時，分別記下秤砣的位置，由此定刻度，如圖24（b）所示。他們用刻度尺分別測量對應的刻線到零刻度的距離s，記錄數(shù)據(jù)如表一所示。接著，他們又分別將質(zhì)量為10克、25克的物體作為秤砣，實驗過程同前，并將數(shù)據(jù)記錄在表二、表三中。圖2圖24（a）0g20g10g30gA秤砣秤盤提紐圖24（b）表一秤砣5g表二秤砣10g表三秤砣25g序號ms序號ms序號ms110g4cm410g2cm710g0.8cm220g8cm520g4cm820g1.6cm330g12cm630g6cm930g2.4cm（1）分析比較實驗序號（8）的數(shù)據(jù)及相關條件，可以得到初步結論：同一把桿秤，當秤砣的質(zhì)量一定時，刻線到零刻度的距離與稱量物體的質(zhì)量成正比。（2）分析比較實驗序號1與4與7或（2與5與8）或（3與6與9）的數(shù)據(jù)及相關條件，可以得到初步結論：（9）。（3）某同學家有一小塊礦石，他想測出此礦石的質(zhì)量，但是由于質(zhì)量太小，這些秤都無法測量。請問他應該如何改進桿秤？