專題6簡單機械（解析版）

專題6簡單機械一．選擇題（共8小題）1．（2023?寧波）如圖所示，小寧用豎直向上的拉力F提升物體，使物體在2s內(nèi)勻速上升了0.1m。已知物體重為1N，動滑輪重為0.25N，不計繩重和摩擦。這一過程中，下列說法錯誤的是（）A．繩子自由端移動速度為0.05m/s B．拉力F的大小為0.625N C．拉力F做功為0.125J D．該滑輪的機械效率為80%【解答】解：A、由圖知，n＝2，繩子自由端移動距離s＝2h＝2×0.1m＝0.2m，繩子自由端移動速度v=sB、不計繩重及摩擦，拉力F=12（G+G動）C、拉力做的功W總＝Fs＝0.625N×0.2m＝0.125J，故C正確；D、有用功：W有用＝Gh＝1N×0.1m＝0.1J，滑輪組的機械效率：η=W故選：A。2．（2023?麗水）如圖是教室壁掛式實物展臺示意圖，MN為展示臺，PQ為連桿拉柱展示臺，m為展示物。以下是展示臺承載展示物時杠桿的示意圖，其中正確的是（）A． B． C． D．【解答】解：根據(jù)題意可知，該裝置為一個杠桿，MN能繞N點點轉(zhuǎn)動，所以N點為支點O；展示物對MN的壓力為阻力F2，方向向下；PQ對杠桿的拉力為動力F1，方向沿QP斜向上，故A正確。故選：A。3．（2022?紹興）小敏在做“研究杠桿平衡條件”的實驗時，先后出現(xiàn)杠桿右端下降的現(xiàn)象。為使杠桿水平平衡，下列操作正確的是（）A．圖甲中平衡螺母向左調(diào)節(jié)；圖乙中右側(cè)鉤碼向左移動 B．圖甲中平衡螺母向左調(diào)節(jié)；圖乙中右側(cè)鉤碼向右移動 C．圖甲中平衡螺母向右調(diào)節(jié)；圖乙中左側(cè)鉤碼向左移動 D．圖甲中平衡螺母向右調(diào)節(jié)；圖乙中左側(cè)鉤碼向右移動【解答】解：由圖甲可知，是在探究之前，因此應(yīng)將平衡螺母向左調(diào)節(jié)，由圖乙可知，是在探究過程中，應(yīng)將鉤碼向左移動，故A正確。故選：A。4．（2022?寧波）“美好的一天，從拉著行李箱返校學習開始”。圖甲中的同學拉著行李箱健步行走在校園水平路面上，行李箱勻速前進并保持傾角不變。假如這一過程中行李箱（含箱內(nèi)物體）受到的重力G如圖乙所示，則該同學對行李箱施加的拉力有沒有可能是圖乙中的F1、F2？你的判斷是（）A．F1可能，F(xiàn)2不可能 B．F1不可能，F(xiàn)2可能 C．F1和F2都可能 D．F1和F2都不可能【解答】解：圖甲中的同學拉著行李箱健步行走在校園水平路面上，行李箱勻速前進，受力平衡，受到豎直向上的支持力、豎直向下的重力、水平向左的摩擦力和拉力的共同作用；F1的方向是豎直向上的，不會產(chǎn)生向右的動力；F2的方向雖然斜向上，但該力的作用效果會使得箱子順時針轉(zhuǎn)動，無法使箱子保持平衡狀態(tài)，箱子不能做勻速直線運動，所以F1、F2都不可能。故選：D。5．（2022?麗水）如圖是某興趣小組用輕質(zhì)桿制作的桿秤，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)量程偏小。下列操作能使桿秤量程變大的是（）A．將a點向左移 B．將b點向右移 C．換一個質(zhì)量較小的秤砣 D．將a、b點都向左移等長距離【解答】解：A、將a點向左移，阻力臂增大，動力臂和動力不變，由杠桿平衡條件可知，阻力變小，稱量的最大質(zhì)量變小，量程變小，故A錯誤；B、將b點向右移，阻力臂增大，動力不變，動力臂變小，由杠桿平衡條件可知，阻力變小，稱量的最大質(zhì)量變小，量程變小，故B錯誤；C、換一個質(zhì)量較小的秤砣，阻力臂不變，動力變小，動力臂不變，由杠桿平衡條件可知，阻力變小，稱量的最大質(zhì)量變小，量程變小，故C錯誤；D、桿秤使用時，有G物Lab＝G砣L砣，將a、b點都向左移等長距離，Lab不變，L砣變大，G砣不變，可見G物變大，則所稱量物體的質(zhì)量變大，量程變大，故D正確。故選：D。6．（2022?湖州）如圖為小明同學用老虎鉗剪鋼絲時的情景，該老虎鉗（）A．動力臂大于阻力臂；把刀口制得很鋒利，是為了增大壓力 B．動力臂小于阻力臂；把刀口制得很鋒利，是為了增大壓力 C．動力臂大于阻力臂；把刀口制得很鋒利，是為了增大壓強 D．動力臂小于阻力臂；把刀口制得很鋒利，是為了增大壓強【解答】解：由圖可知，用老虎鉗剪鋼絲的過程中，動力臂大于阻力臂，則老虎鉗是省力杠桿；把刀口制得很鋒利，是在壓力一定時，通過減小受力面積來增大壓強，故C正確。故選：C。7．（2021?溫州）停放自行車時，若要從如圖中四點選擇一點施加豎直向上的力，將后輪略微提起。其中最省力的點是（）A．A點 B．B點 C．C點 D．D點【解答】解：根據(jù)杠桿平衡的條件，F(xiàn)1×L1＝F2×L2，在杠桿中的阻力、阻力臂一定的情況下，要使所用的動力最小，必須使動力臂最長．若要從如圖四點中選擇一點施加豎直向上的力，將后輪略微提起，是圍繞前輪與地面的接觸點轉(zhuǎn)動，分別作出在A、B、C、D四點施加豎直向上的力并延長，再支點作出垂線，即力臂，如圖所示：由圖可知最省力的點是D。故選：D。8．（2021?金華）生活中處處有科學。下列日常工具在使用時屬于費力杠桿的是（）A．獨輪車 B．開瓶器 C．釣魚竿 D．大鍘刀【解答】解：A、獨輪車在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故A不合題意；B、開瓶器在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故B不合題意；C、釣魚竿在使用時，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿，故C符合題意；D、大鍘刀在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故D不合題意。故選：C。二．實驗探究題（共2小題）9．（2021?衢州）將酒敞口放置，酒精度（酒中酒精的體積百分比）會變化嗎？小科認為：只要確定酒的密度是否變化就能作出判斷。于是利用身邊的物品，動手制作“密度秤”來測量酒的密度。步驟Ⅰ：按圖甲制作好秤桿，提起提紐，移動秤砣（小螺母），當秤桿水平平衡時用筆將此時秤砣的懸掛點B標記為“0”刻度（單位：g/cm3）步驟Ⅱ：按圖乙所示，將大螺母浸沒在水中（大螺母必須浸沒且不碰底），提起提紐，移動秤砣，當秤桿水平平衡時用筆將此時秤砣的懸掛點C標記為“1”刻度。再將BC兩刻度之間分為10等份。步驟Ⅲ：測量酒的密度。（1）應(yīng)用：小科用該密度秤分別測出瓶蓋剛打開和敞口一段時間后酒的密度約為0.92g/cm3和0.96g/cm3，已知酒精密度為0.8g/cm3，應(yīng)用密度知識可判斷出其酒精度變?。ㄌ睢白兇蟆薄安蛔儭被颉白冃　保?；（2）反思：在制作和測量過程中，大螺母必須浸沒的目的是見解答過程；（3）拓展：小科若要測量食鹽水的密度，他應(yīng)先在密度秤上增加大于1的刻度，請你寫出利用直尺和筆標定刻度的過程：見解答過程?！窘獯稹拷猓海?）剛打開和敞口一段時間后酒的密度約為0.92g/cm3和0.96g/cm3，酒精密度小于水的密度，酒的密度變大說明酒精變少了，其酒精度變小。（2）根據(jù)題意，一開始兩邊杠桿平衡，根據(jù)杠桿平衡條件有m大螺母gL1＝m小螺母gL2，完全浸沒后，有m大螺母gL1﹣ρ液gV排＝m小螺母gL2′，兩式聯(lián)立，變形可得ρ液=m小螺母V（L2﹣L2根據(jù)題意，想讓刻度按照距離均勻等分，則p液與ΔL必須為線性關(guān)系，所以m小螺母（3）因為刻度均勻，故使用刻度尺，測量0～1之間的距離為L0，在“1”左邊距離L0的位置標上“2”，并將1～2等分為10份，分別標上1.1～1.9刻度。若總距離不足以標到“2”，則根據(jù)桿的實際總長度相應(yīng)改變最大值。故答案為：變??；見解答過程；見解答過程。10．（2021?麗水）桿秤（如圖甲）是我國古老的衡量工具，現(xiàn)今人們?nèi)匀辉谑褂?。某興趣小組在老師的指導(dǎo)下，動手制作量程為20克的桿秤（如圖乙）?！局谱鞑襟E】①做秤桿：選取一根筷子，在筷子左端選擇兩點依次標上“A”、“B”；②掛秤盤：取一個小紙杯，剪去上部四分之三，系上細繩，固定在秤桿的“A”處；③系秤紐：在秤桿的“B”處系上繩子；④標零線：將5克的砝碼系上細繩制成秤砣，掛到秤紐的右邊，手提秤紐，移動秤砣，使秤桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，在秤砣所掛的位置標上“0”；⑤定刻度：……【交流評價】（1）桿秤是一種測量物體質(zhì)量的工具；（2）當在秤盤上放置物體稱量時，秤砣應(yīng)從“0”刻度向右側(cè)移動；（3）步驟④標零線的目的是避免桿秤自身重力對稱量的干擾；（4）根據(jù)杠桿平衡條件可知，桿秤的刻度是均勻的。定刻度時，小科和小思采用不同的方法，你認為小思的方法更合理。小科：先在秤盤上放1克物體，移動秤砣，使秤桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，在秤砣所掛的位置標上1；然后在秤盤上放2克物體……；按上述方法直到標出所有刻度。小思：在秤盤上放20克物體，移動秤砣，使秤桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，在秤砣所掛的位置標上20，0和20之間分為20等份，依次標上相應(yīng)刻度?！窘獯稹拷猓海?）桿秤是一種測量物體質(zhì)量的工具；（2）當在秤盤上沒有放置物體時，秤桿在水平位置平衡后，秤砣所掛的位置為“0”；當在秤盤上放置物體稱量時，由杠桿的平衡條件（m物g?AB＝m秤砣g?BO）可知，在秤砣質(zhì)量和AB不變的情況下，要使秤桿在水平位置平衡，應(yīng)增大BO的大小，即秤砣應(yīng)從“0”刻度向右側(cè)移動；（3）圖乙中，B點是支點，當在秤盤上沒有放置物體時，秤砣掛在“0”點與桿秤自重平衡，所以步驟④標零線的目的是避免桿秤自身重力對稱量的干擾；（4）根據(jù)杠桿平衡條件可知，桿秤的刻度是均勻的，所以定刻度時，小科的方法比較麻煩，而小思的方法比較簡單，更合理。故答案為:（1）物體質(zhì)量；（2）右；（3）避免桿秤自身重力對稱量的干擾；（4）小思。三．解答題（共7小題）11．（2023?紹興）賽龍舟自古以來在我國廣為流傳，現(xiàn)已成為亞運會比賽項目。如圖是運動員在室內(nèi)進行劃槳訓(xùn)練的兩個場景，圖甲是訓(xùn)練裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，繩子系在“船槳”的A端，運動員坐在位置上用力將“船槳“從位置“1”劃到位置“2”，重物的位置也發(fā)生了相應(yīng)的變化。若重物的質(zhì)量為20千克，“劃槳”一次拉過繩子的距離為60厘米。（船槳重、繩重與摩擦均不計）?（1）該裝置中兩個滑輪的作用是改變力的方向。（2）“劃槳”一次，人至少做功120焦。（3）圖乙是某種耐力練習示意圖，保持“船槳”與繩子垂直并靜止。若OA為60厘米，OB為40厘米，當一只手握在O端，另一只手握在B點并施加垂直“船槳”的力F。求此時力F的大小?！窘獯稹拷猓海?）該裝置中兩個滑輪是定滑輪，定滑輪可以改變力的方向；（2）重物的質(zhì)量為20kg，重物的重力為：G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N；“劃槳”一次拉過繩子的距離為60cm，則“劃槳”一次人克服重力做的功為：W＝Gh＝200N×0.6m＝120J；（3）若OA為60厘米，OB為40厘米，當一只手握在O端，另一只手握在B點并施加垂直“船槳”的力F，此時O為支點，OA為阻力臂，OB為動力臂，作用在A點的力大小等于物體的重力，即FA＝G＝200N，根據(jù)杠桿平衡條件，F(xiàn)A×OA＝F×OB，即200N×60cm＝F×40cm，解得：F＝300N。故答案為：（1）改變力的方向；（2）120；（3）此時力F為300N。12．（2023?臺州）電動微單車可有效地減輕交通壓力。如圖為某一電動微單車，其部分參數(shù)如下表所示。（1）裝有電動微單車的包裝箱總質(zhì)量為20千克，平放在水平地面上時對地面的最小壓強是多少？（2）如圖是某同學使用扳手組裝電動微單車時的簡化俯視圖，其中O是支點，A是動力作用點，B是阻力作用點，此時扳手相當于省力（選填“省力”“費力”或“等臂”）杠桿。（3）一定條件下，電動微單車充滿電后，能以最高時速勻速行駛0.8小時，共行駛了多少千米？【解答】解：（1）由壓強公式p=FS知，壓力一定時，接觸面積越大，對地面的壓強越大，則包裝箱與地面的最大接觸面積為S＝1m×0.8m＝0.8m包裝箱對地面的壓力F＝G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N，對地面的最小壓強p=F（2）由圖知此杠桿在使用時，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿；（3）該電動微單車以最高時速勻速行駛0.8h行駛的路程s＝vt＝25km/h×0.8h＝20km＝20000m。答：（1）裝有電動微單車的包裝箱，平放在水平地面上時對地面的最小壓強是250Pa；（2）省力；（3）電動微單車充滿電后，共行駛了20000m。13．（2022?臺州）圖甲是一種太陽能“擺葉花”，其擺動原理如圖乙所示。塑料擺葉AOB是硬質(zhì)整體，由擺桿OB和葉瓣OA組成，可視為繞固定點O自由轉(zhuǎn)動的杠桿。（1）圖乙為斷電靜止時的狀態(tài)，葉瓣OA重0.04牛，C是其重力作用點。擺桿OB質(zhì)量不計，B端固定著一塊小磁鐵，C、O、D在同一水平線上。求磁鐵受到的重力是多少牛？（2）線圈E有電流時，推動磁鐵向左上方運動，則線圈E上端的磁極是S極。（3）線圈E推動磁鐵向左上方運動，使擺葉AOB順時針小幅擺動后，立即斷電，擺葉AOB會自動逆時針擺回來。請利用杠桿知識對上述現(xiàn)象作出分析。擺葉AOB順時針小幅擺動后，使得力臂l1變小，l2變大，則F1l1＜F2l2，所以擺葉AOB會逆時針自動擺回來?！窘獯稹拷猓海?）如圖所示：擺葉AOB可視為杠桿，此時：l1＝OC＝4.5厘米，l2＝OD＝1.5厘米；F1＝G葉瓣＝0.04N根據(jù)杠桿平衡條件：F1l1＝F2l2得：0.04N×4.5厘米＝F2×1.5厘米；解得：F2＝0.12牛；依據(jù)題意可知，B端固定的小磁鐵的重力和小磁鐵對B端的作用力F2大小相等，即小磁鐵B的重力GB＝F2＝0.12N；（2）因為線圈有電流時，推動磁鐵向左上方運動，說明線圈E對小磁鐵B有斥力作用，所以線圈E上端的磁極是S極；（3）擺葉AOB順時針小幅擺動后，使得力臂l1變小，l2變大，則F1l1＜F2l2，所以擺葉AOB會逆時針自動擺回來。答：（1）磁鐵受到的重力是0.12牛；（2）S；（3）擺葉AOB順時針小幅擺動后，使得力臂l1變小，l2變大，則F1l1＜F2l2，所以擺葉AOB會逆時針自動擺回來。14．（2022?舟山）如圖是廣泛應(yīng)用于建筑的強夯機，使用時夯錘從高處下落撞擊地面，從而起到夯實地基的作用。（g取10N/kg）（1）如圖所示，a是動滑輪。（2）為確保安全，應(yīng)考慮鋼繩的承受力。若強夯機使用了質(zhì)量為4×104千克的夯錘，則鋼繩能承受的拉力至少多大？（不計滑輪、鋼繩自重及摩擦）（3）夯實地基所需能量來自于夯錘的重力勢能。若質(zhì)量為4×104千克的夯錘，從10米高處下落至地面，重力做了多少功？【解答】解：（1）如圖所示強夯機工作時a滑輪的軸心會上下移動，因此a是動滑輪；（2）不計滑輪、鋼繩自重及摩擦，動滑輪的本質(zhì)是動力臂是阻力臂二倍的杠桿，可以省一半的力，夯錘受到的重力：G＝mg＝4×104kg×10N/kg＝4×105N；因此，鋼繩至少能承受的拉力：F=12G=12×（3）夯錘重力做的功：W＝Gh＝4×105N×10m＝4×106J。答：（1）動；（2）鋼繩能承受的拉力至少為2×105N；（3）重力做功4×106J。15．（2021?臺州）圖甲是某簡易吊裝機，其簡化結(jié)構(gòu)如圖乙所示。（1）吊裝機工作時，頂端定滑輪的作用是改變力的方向。（2）吊裝機總重為1500牛，其重力作用線通過A點。結(jié)合乙圖數(shù)據(jù)計算，當?shù)跹b機勻速吊起重物時，為防止翻倒，最多能吊起多少牛的重物？（3）吊裝機在使用時，通常在一定位置壓上配重防止翻倒。將同一配重分別放在圖中D、E、F處時，能達到最佳防翻效果的是F。（4）電動機的額定功率是1200瓦，正常工作時消耗的電能有75%轉(zhuǎn)化為重物的機械能。當?shù)跹b機配重足夠時，可在10秒內(nèi)使重物勻速上升3米，求所吊重物受到的重力大小?！窘獯稹拷猓海?）吊裝機工作時，頂端定滑輪的作用是改變力的方向。（2）設(shè)物體重為G，動力臂L1＝1.25m，阻力為吊裝機總重，F(xiàn)2＝1500N，阻力臂L2＝1.5﹣1.25＝0.25m。根據(jù)杠桿的平衡條件F1L1＝F2L2得到：GL1＝F2L2，G×1.25m＝1500×0.25m，解得：所吊起物體重為G＝300N。（3）根據(jù)杠桿的平衡條件可知，所加配置為阻力，當阻力臂越大的時候，吊裝機越不容易傾倒，故選F；（4）電機工作產(chǎn)生的機械能全部用來抬升物體，所以W物＝G物h＝ηW電；G物h＝ηPt；G物×3m＝75%×1200W×10s；代入數(shù)據(jù)即可解得：所吊重物受到的重力G物＝3000N。故答案為：（1）改變力的方向；（2）所吊起物體重為300N；（3）F；（4）所吊重物受到的重力為3000N。16．（2021?寧波）反思是一種良好的學習品質(zhì)。（1）一根輕質(zhì)硬棒AB，在力的作用下能繞固定點O轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在硬棒AB上施加兩個力F1和F2，O點到F1和F2的作用線的距離分別為d1和d2。小寧認為，只要滿足F1×d1＝F2×d2，則硬棒AB一定保持靜止狀態(tài)或勻速轉(zhuǎn)動。你認為小寧的想法正確嗎？請說出你的理由。（2）在“動滑輪”實驗中，小寧通過如圖所示裝置進行實驗，得到結(jié)論：使用動滑輪勻速提升物體，豎直向上的拉力F小于物重G。小寧思考后認為，即使不計摩擦和繩重，上述結(jié)論要成立，物重G和動滑輪重G動之間也必須滿足一定條件。請你說出這一條件，并予以證明?！窘獯稹拷猓海?）F1與F2必須是一個為使杠桿繞支點轉(zhuǎn)動的動力，另一個為阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的阻力，然后滿足F1L1＝F2L2的條件杠桿才平衡，則杠桿一定保持靜止狀態(tài)或勻速轉(zhuǎn)動；硬棒AB上施加兩個力F1和F2使杠桿繞支點轉(zhuǎn)動的方向相同，那么即使?jié)M足F1×d1＝F2×d2，則硬棒