第十二章《简单机械》单元基础巩固与培优必刷达标卷-2023-2024学年八年级下册物理《考点•题型 •技巧》精讲与精练高分突破专题系列（人教版）

第十二章《简单机械》单元基础巩固与培优必刷达标卷 （考试时间：80分钟 试卷满分：100分） 一、单项选择题（本大题共7小题，每小题3分，共21分）在每小题列出的四个选项中，只有一个是正确的。 1． 2022年2月20日20点，北京冬奥会闭幕式在北京国家体育场举行，此时会旗旗杆相当于一个杠杆，下列工具和它是一类的是（　　） A．瓶盖起子 B．食品夹 C．天平 D．钳子 2．用如图所示的滑轮或滑轮组，不计滑轮重、绳重及曝擦，将同一物体匀速提高h，最省力的是（　　） A． B．C． D． 3．用杠杆和滑轮组分别将重为300N的物体M以0.5m/s的速度匀速提升1m至图中位置，杠杆在水平平衡（BO=3AO，在B点施加的力F未画出），滑轮组绳端拉力F'的大小为200N，不计杠杆自重和摩擦，滑轮组不计绳重及摩擦，下列说法错误的是（　　） A．图中的杠杆和滑轮都是省力机械 B．图乙中拉力F'的功率为100W C．图乙中滑轮组的机械效率为75% D．图甲中使杠杆在水平位置平衡，B点施加最小的力为100N 4．如图是人的手臂拿起铅球的示意图，下列说法正确的是  (   ) A．该手臂可以看做是一个省力杠杆 B．铅球的重力即为手臂受到的阻力 C．该杠杆的主要特点是少移动距离 D．将铅球拿起过程中，阻力臂不变 5如图所示装置，在水平拉力的作用下，重为的物体沿水平地面做匀速直线运动，已知弹簧秤读数为10牛，物体的运动速度为1米/秒（若不计滑轮与绳子质量、绳子与滑轮间的摩擦、滑轮与轴间摩擦），那么在此过程中（　　） A．绳子自由端的速度为0.5米/秒 B．物体与地面间的摩擦力为牛 C．秒内滑轮对物体做功为焦 D．地面对物体的支持力为 6．如图甲所示装置，小欢在原地用力 F 竖直向下拉绳子，使物体 M 在水平地面上匀速移动， 地面 ab、bc 粗糙程度不同，L 和 K 为图中的两个滑轮。物体 M 从 a 点运动到 c 点过程中，拉 力 F 与 M 移动距离的关系如图乙。不考虑物体 M 的大小和力发生突变时对它运动的影响，忽 略绳重及滑轮转轴之间的摩擦。下列对此过程分析正确的是（    ） A．该装置中，使用滑轮 L 的目的是为了省力和省功 B．绳子自由端被小欢竖直向下拉动的距离为 14cm C．分析图乙数据可以得出，拉力 F 做功的功率相同 D．物体在 ab 和 bc 段运动，滑轮组的机械效率不同 7.一个体重为600N，双脚与地面接触面积为0.05m2的工人，用如图所示的滑轮组将重为600N的建材匀速提升了2m，用时20s，其滑轮组的机械效率为75%。不计绳重及轮轴摩擦，下列说法中正确的是（　　） A．在20s内，工人提升建材所做的有用功为600J B．在提升建材的过程中，拉力做功的功率为40W C．在提升建材的过程中，工人对地面的压强为12000Pa D．使用该滑轮组，该工人一次最多能提起1000N的建材 二：填空题（本题有7小题，每空1分，共21分） 8．搬运砖头的独轮车，车厢和砖头所受的总重力G＝1200N．独轮车有关尺寸如图所示。该独轮车是一个 杠杆，动力F＝ ，在不减少砖头重力的情况下，为了更省力，工人师傅可以采取的措施是 。(写出一条即可) 9．如图甲是古代攻守城垒的武器——抛石机（又名“抛车”），它是以木为架、利用杠杆原理抛射石弹与火球的重型远程抛射装置，最早产生于周代。如图乙是图甲的示意图，AB为横杆，其重心正好在O点，O为支点，A端挂的是配重物，B端挂的是要投掷的石弹。已知配重物质量为2t，石弹质量为50kg，AO=2m，BO=10m，要保持横杆AB水平平衡，还需对B端施加至少 N的向下的拉力。 10．如图所示，是成成同学在劳动实践基地体验的场景。他在10s内用160 N的拉力将重240 N的重物匀速提升2 m，此过程中绳子移动速度为 m/s，滑轮组的机械效率为 。 11．工人利用如图所示的滑轮组将陷入泥泞中的小汽车拉出来，若小汽车的质量为2.1t，受到的阻力为车重的0.3倍，滑轮组的机械效率为75%，则绳端水平拉力 ，树对滑轮的拉力 N。（g取10N/kg） 12．在图中杠杆上的A点挂四个重均为1N的钩码，用调好的弹簧测力计竖直向上拉杠杆上的B点，使杠杆在 平衡，如图所示，测力计的示数是 N；如果将测力计沿图中虚线方向拉，仍使杠杆在水平位置平衡，则测力计的示数将 （“变大”、“不变”或“变小”）。    13．高速铁路两侧的输电线，无论冬夏都绷得直直的，以保障列车电极与输电线接触良好。如图为输电线的牵引装置，钢绳通过滑轮组悬挂10个相同的坠砣，每个坠砣的质量为15kg，（不计滑轮和钢绳自重及摩擦），输电线A段所受拉力为 N；若5秒内坠砣下降了0.4m，则A端电线上拉力的功率为 W。 14．图甲是《墨经》中记载的古代提升重物的工具“车梯”，图乙是其等效图。当重500N的工人利用此“车梯”在10s内将重力为900N的物体匀速提升了2m时，工人对绳子施加的拉力F为250N，忽略绳重和机械之间的一切摩擦。则此时工人做功的功率为 W。若A点绳子能承受的最大拉力为600N，B点绳子能承受的最大拉力为1500N，该滑轮组的最大机械效率为 。 三、作图题（共7分） 15．（2023·广东揭阳·二模）如图甲是8人赛艇的情景。图乙中F2为水对船桨的作用力，O为支点，请在乙图中画出F2对应的力臂l2，以及运动员对桨A点施加的最小力F1和对应的力臂l1.    16．如图甲所示，是一款手动压汁机，可以轻松实现无声榨汁。图乙是压汁机的简化示意图。压汁时，撑杆AOB可以看做一根绕着O点转动的杠杆。请在图乙中画出压汁时作用在A点的最小动力F1及作用在B点的阻力F2。 17．请按要求作图：如图所示，站在地面上的工人利用滑轮组向下拉绳提起物体，请在图中画出最合理的绳子绕法。 四、实验题:本大題共3小题，第16小题7分，第17、18小题各6分，共19分。 18．杆秤是我国最古老也是现今人们仍然在使用的衡量工具，是根据杠杆原理制造出来的，以方便人们买卖，映射出中国古代汉族劳动人民的聪明才智，具有悠久的历史。在物理实践活动中，小明探究杠杆的平衡条件后制作了一把杆秤。 （1）将杠杆的中点悬挂，杠杆在图甲所示的位置静止，此时杠杆 （选填“平衡”或“不平衡”）。为使杠杆在水平平衡，小明应将杠杆的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，这样做的目的是便于直接在杠杆上读出 ； （2）调节杠杆水平平衡后，在杠杆两侧悬挂同质量的钩码并移动钩码的位置，使杠杆重新水平平衡，测得的实验数据如下表； 实验次数 动力/N 动力臂/cm 阻力/N 阻力臂/cm 1 1 10 2 5 2 2 10 1 20 3 2 15 3 10 ①分析数据可得出杠杆的平衡条件是 （用字母表示）； ②小明多次实验的目的是 ； （3）如图乙，小明在杠杆A位置挂一个弹簧测力计，在B位置挂了2个钩码，将弹簧测力计沿D竖直向下拉，为使杠杆保持水平平衡，弹簧测力计的示数为 N；然后沿C斜向下拉，在此过程中杠杆始终在水平位置保持平衡，则弹簧测力计的示数 （选填“变大”“变小”或“不变”），其原因是 （每个钩码重均为0.5N，杠杆每格刻度均匀且杠杆重不计）； （4）实验结束后，小明制作了如图丙所示的杆秤，经测试发现能测的物体的最大质量太小。下列操作能使杆秤所测最大质量变大的是 （填选项）。 A．将a点向左移 B．将b点向左移 C．将a、b点都向右移动等长距离 D．换一个质量较小的秤砣 19．某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示；第1、2、3次实验装置分别如图中的甲、乙、丙所示。 次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 有用功W有/J 测力计拉力F/N 测力计移动距离s/m 总功W总/J 机械效率η 1 2 0.1 0.2 0.9 0.3 0.27 74.1% 2 4 0.1 0.4 1.6 0.3 0.48 83.3% 3 4 0.1 1.1 0.5 0.55 （1）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：滑轮组的机械效率与 有关。 （2）第3次实验中所做的有用功是 J，机械效率是 %。 （3）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，动滑轮自重增大，对动滑轮所做的额外功 （填“增大”或“减小”），因而由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与 大小有关。 （4）综上结论，提高机械效率的方法是 有用功， 额外功（填“增大”或“减小”）。    20．小红用如图甲所示的装置进行“测滑轮组机械效率”的实验(忽略绳重和摩擦)． (1)实验中，应该在 时(选填以下正确选项前的字母)，读取测力计示数； A．竖直匀速拉动            B．竖直加速拉动          C．静止               D．任意方向匀速拉动 (2)若重物以0.lm/s的速度匀速上升，则弹簧测力计竖直向上移动的速度为 m/s． (3)改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙所示的图象，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 ． (4)分析图象中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N． (5)小红在上述实验的基础上多使用一个滑轮再次做了实验，如图丙所示．小红多使用一个滑轮，目的是 ．(选填以下选项前的字母) A．可以省力         B．可以省功           C．可以省距离           D．可以改变拉力的方向 (6)小红同学分别使用动滑轮重相同的甲、丙滑轮组提升相同的重物时，甲、丙滑轮组的机械效率 (选填“相同”或“不相同”)． 五、计算题:本大题共2小题，第19小题6分，第20小题7分，共13分。 21．杠杆和滑轮等简单机械在我国古代就有了许多巧妙的应用，护城河上安装的吊桥装置就是一个简易杠杆。在拉起吊桥过程中，吊桥可看作杠杆，桥的重心位于几何重心，支点为B点，绳子的拉力作用于A点，吊桥质量为200kg。吊桥未被拉起时，绳AC与桥AB形成的夹角为45°，取1.4，忽略绳重和摩擦，求： （1）吊桥被拉起的瞬间拉力F的大小； （2）若吊桥A端匀速上升0.5m，用时0.2s，求该过程拉力的功率。 22．某工人使用如图甲所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体A，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60N，物体匀速上升的速度始终为1m/s。（不计绳重，摩擦及阻力，ρ水=1.0×10³kg/m3）求： （1）物体浸没在水中时绳子自由端的拉力。 （2）物体的重力。 （3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率。    六、综合能力题:本大题共3小题，第21小题7分，第22、23小题各6分，共19分 23．如图所示，在以O为支点，质量忽略不计的杠杆左侧A点挂上一重为10N的重物M，在杠杆右侧B点施加一个竖直向下大小为6N的拉力，使杠杆水平平衡。（忽略绳重） （1）请在图中画出的力臂； （2）若A点受到绳子的拉力的力臂为，则 ；（用比例表示） （3）现撤去，在图中杠杆右侧B点外的其他位置施加一个大小与相等的拉力，使杠杆保持水平平衡，请在图中画出拉力及其力臂。（图中虚线为一个以O为圆心，OB为半径的圆） 24．阅读短文，回答问题： 如图甲所示是2022北京冬奥会的滑雪大跳台，回答：    （1）运动员从起点下滑，过程中先后经过M、S两点，她在这两点的动能和重力势能如图乙所示，M点的动能为 ，在M、S两点相比，速度 ，机械能 （后两空均选填“M点大”、“S点大”或“一样大”）； （2）小明制作大跳台的模型，把跳台滑道上段简化成如图丙的杠杆，O是支点，A是这段滑道的重心，若模型支架对滑道的力F作用在B点，沿bc线；根据杠杆平衡条件可以判断，F 滑道上段所受的重力（选填“大于”、“等于”或“小于”）；该杠杆是 杠杆； （3）用图丁装置模拟建造滑道，被匀速提升的模型部件重10N，每个滑轮重2N，则拉力F大小为 N。 25．如图所示，工人使用起重机从水中匀速打捞一正方体工件A，其体积为、质量为10t。已知动滑轮的质量为100kg，不计钢索绳的重力及一切摩擦，，水的密度取。请完成下列问题： （1）工件A出水之前钢索绳自由端的拉力的大小为 N，工件A从水中打捞出水的过程中，滑轮组的机械效率的变化情况是 （填“增大”、“不变”或“减小”） （2）若工件A在水中10s内上升高度为2m，求此过程中滑轮组的总功率是多少W？( ) （3）当工件A出水后上升的速度保持不变，安装在O点的电动机的功率调到了40kW，起重机吊起A在水面上升高2m时，其电机效率为多少？( ) 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十二章《简单机械》单元基础巩固与培优必刷达标卷 （考试时间：80分钟 试卷满分：100分） 一、单项选择题（本大题共7小题，每小题3分，共21分）在每小题列出的四个选项中，只有一个是正确的。 1． 2022年2月20日20点，北京冬奥会闭幕式在北京国家体育场举行，此时会旗旗杆相当于一个杠杆，下列工具和它是一类的是（　　） A．瓶盖起子 B．食品夹 C．天平 D．钳子 【答案】B 【详解】挥动旗杆时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆。 AD．瓶盖起子、钳子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故AD不符合题意； B．食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故B符合题意； C．托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，故C不符合题意。 故选B。 2．用如图所示的滑轮或滑轮组，不计滑轮重、绳重及曝擦，将同一物体匀速提高h，最省力的是（　　） A． B．C． D． 【答案】D 【详解】根据滑轮相关知识，动滑轮上的绳越多，越省力，A中无动滑轮，而定滑轮不能省力，只能改变力的方向；BC中动滑轮上有两股绳，D中动滑轮上有三股绳，则D中最省力，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 3．用杠杆和滑轮组分别将重为300N的物体M以0.5m/s的速度匀速提升1m至图中位置，杠杆在水平平衡（BO=3AO，在B点施加的力F未画出），滑轮组绳端拉力F'的大小为200N，不计杠杆自重和摩擦，滑轮组不计绳重及摩擦，下列说法错误的是（　　） A．图中的杠杆和滑轮都是省力机械 B．图乙中拉力F'的功率为100W C．图乙中滑轮组的机械效率为75% D．图甲中使杠杆在水平位置平衡，B点施加最小的力为100N 【答案】B 【详解】A．由图可知，杠杆的动力臂大于阻力臂，因此是省力杠杆，滑轮组可以用200N的力提起300N的物体，因此都是省力机械，故A正确，不符合题意； B．滑轮组绳子的有效段数为n=2，绳子自由端的速度为 v绳=2v物=2×0.5m/s=1m/s 拉力的功率为 P=F'v=200N×1m/s=200W 故B错误，符合题意； C．滑轮组绳子的有效段数为n=2，机械效率为 故C正确，不符合题意； D．甲图中，O为支点，阻力为300N，阻力臂为OA，由杠杆的平衡条件，要在水平位置平衡B点施加最小的力，则动力臂最长为OB；已知BO=3AO即动力臂为阻力臂的3倍，根据杠杆的平衡条件可得 FB×OB=G×OA 则B点施加最小的力为 故D正确，不符合题意。 故选B。 4．如图是人的手臂拿起铅球的示意图，下列说法正确的是  (   ) A．该手臂可以看做是一个省力杠杆 B．铅球的重力即为手臂受到的阻力 C．该杠杆的主要特点是少移动距离 D．将铅球拿起过程中，阻力臂不变 【答案】C 【详解】A．手臂拿起铅球时，动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故A错误； B．阻力作用在杠杆上，铅球的重力作用在铅球上，因此铅球的重力不是手臂受到的阻力，故B错误； C．费力杠杆虽然费力，但能省距离，故C正确； D．将铅球拿起的过程中，支点到阻力的作用线的距离发生了改变，阻力臂改变，故D错误。 故选C。 5如图所示装置，在水平拉力的作用下，重为的物体沿水平地面做匀速直线运动，已知弹簧秤读数为10牛，物体的运动速度为1米/秒（若不计滑轮与绳子质量、绳子与滑轮间的摩擦、滑轮与轴间摩擦），那么在此过程中（　　） A．绳子自由端的速度为0.5米/秒 B．物体与地面间的摩擦力为牛 C．秒内滑轮对物体做功为焦 D．地面对物体的支持力为 【答案】D 【详解】A．物体A移动的速度为1m/s，因为动滑轮，所以绳子自由端移动的速度为物体A移动速度的2倍，即 v=2×1m/s=2m/s 故A不符合题意； B．因为物体A做匀速直线运动，所以物体A受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，拉起动滑轮的绳子段数为n=2，根据 得F拉=20N，故物体A与地面间的摩擦力为 f=F拉=20N 故B不符合题意； C．1s内物体A移动的距离 s=vt=1m/s×1s=1m 所以1s内滑轮对物体A做功 W=F拉s=20N×1m=20J 故C不符合题意； D．地面对物体的支持力和物体受到的重力是一对平衡力，大小相等，即 F支​=G=100N 故D符合题意。 故选D。 6．如图甲所示装置，小欢在原地用力 F 竖直向下拉绳子，使物体 M 在水平地面上匀速移动， 地面 ab、bc 粗糙程度不同，L 和 K 为图中的两个滑轮。物体 M 从 a 点运动到 c 点过程中，拉 力 F 与 M 移动距离的关系如图乙。不考虑物体 M 的大小和力发生突变时对它运动的影响，忽 略绳重及滑轮转轴之间的摩擦。下列对此过程分析正确的是（    ） A．该装置中，使用滑轮 L 的目的是为了省力和省功 B．绳子自由端被小欢竖直向下拉动的距离为 14cm C．分析图乙数据可以得出，拉力 F 做功的功率相同 D．物体在 ab 和 bc 段运动，滑轮组的机械效率不同 【答案】B 【详解】A．由题可知，该装置中，使用滑轮L的目的是为了改变力的方向，故A错误； B．物体M从a点运动到c点过程中，物体M移动的距离为s=7 cm，由于n=2，则绳子自由端被小欢竖直向下拉动的距离为 s′=2s=2×7 cm=14 cm 故B正确； C．由乙图可知，物体M在ab段和bc段运动时，拉力F的大小不同，物体M在ab段和bc段运动的速度相同，根据P=Fv可知，拉力F做功的功率不相同，故C错误； D．使物体M在水平地面匀速移动，根据二力平衡，物体受到的滑动摩擦力等于水平面上绳子的拉力的大小，因绳端拉力8N大于6N，由 f=F水平=nF绳-G动 可知bc段物体受到的滑动摩擦力大，滑轮组的机效率为 动滑轮的重力不变，物体从ab段到bc段，滑动摩擦力变大，故滑轮组的机械效率变小，故D错误。 故选B。 7.一个体重为600N，双脚与地面接触面积为0.05m2的工人，用如图所示的滑轮组将重为600N的建材匀速提升了2m，用时20s，其滑轮组的机械效率为75%。不计绳重及轮轴摩擦，下列说法中正确的是（　　） A．在20s内，工人提升建材所做的有用功为600J B．在提升建材的过程中，拉力做功的功率为40W C．在提升建材的过程中，工人对地面的压强为12000Pa D．使用该滑轮组，该工人一次最多能提起1000N的建材 【答案】D 【详解】A．提升建材做的有用功 W有=Gh=600N×2m=1200J 故A错误； B．拉力做的总功 拉力做功的功率 故B错误； C．由图知，承担物重的绳子的股数是n=2，绳子自由端拉力端移动距离为 s=nh=2×2m=4m 绳子自由端拉力大小为 因力的作用是相互的，则绳子对人的拉力大小也为400N，工人对地面的压力 F压=G人-F=600N-400N=200N 工人对地面的压强 故C错误； D．不计绳重及机械的摩擦，工人对绳子的拉力 则动滑轮重力 G动=nF-G=2×400N-600N=200N 工人的最大拉力 F最大=G人=600N 提升建材的最大重力 G最大=nF最大-G动=2×600N-200N=1000N 故D正确。 故选D。 二：填空题（本题有7小题，每空1分，共21分） 8．搬运砖头的独轮车，车厢和砖头所受的总重力G＝1200N．独轮车有关尺寸如图所示。该独轮车是一个 杠杆，动力F＝ ，在不减少砖头重力的情况下，为了更省力，工人师傅可以采取的措施是 。(写出一条即可) 【答案】 省力 360 手向后移动或砖头尽量向轴处堆放 【分析】结合图片和生活经验，先判断独轮车在使用过程中，动力臂和阻力臂的大小关系，再判断它是属于哪种类型的杠杆；根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可以求出作用在车把上竖直向上的力的大小；根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2分析怎样省力即可。 【详解】[1]由图可知，独轮车在使用过程中，动力臂大于阻力臂，所以该独轮车是省力杠杆； [2]根据杠杆平衡条件可得：F，即 F===360N [3]已知车厢和砖头所受的总重力不变，根据杠杆的平衡条件可知，增大动力臂（即手向后移动）或减小阻力臂（即砖头向轴处堆放），能减小动力，更省力。 9．如图甲是古代攻守城垒的武器——抛石机（又名“抛车”），它是以木为架、利用杠杆原理抛射石弹与火球的重型远程抛射装置，最早产生于周代。如图乙是图甲的示意图，AB为横杆，其重心正好在O点，O为支点，A端挂的是配重物，B端挂的是要投掷的石弹。已知配重物质量为2t，石弹质量为50kg，AO=2m，BO=10m，要保持横杆AB水平平衡，还需对B端施加至少 N的向下的拉力。 【答案】3500 【详解】配重物的重力 G配=m配g=2×1000kg×10N/kg=20000N 石弹的重力 G石=m石g=50kg×10N/kg=500N 由杠杆平衡条件得到 G配×OA=FB×OB 还需对B端施加的拉力最小值为 FB小=FB-G石=4000N-500N=3500N 10．如图所示，是成成同学在劳动实践基地体验的场景。他在10s内用160 N的拉力将重240 N的重物匀速提升2 m，此过程中绳子移动速度为 m/s，滑轮组的机械效率为 。 【答案】 0.4 75% 【详解】[1]由图得 绳子移动距离为 此过程中绳子移动速度为 [2]滑轮组的机械效率为 11．（2024·四川广元·二模）工人利用如图所示的滑轮组将陷入泥泞中的小汽车拉出来，若小汽车的质量为2.1t，受到的阻力为车重的0.3倍，滑轮组的机械效率为75%，则绳端水平拉力 ，树对滑轮的拉力 N。（g取10N/kg） 【答案】 2800 3500 【详解】[1]小汽车的重力 受到的阻力 由题意知，，由得 绳端水平拉力 [2]对滑轮组整体受力分析，可得到f=F1+F2,由图可得树对滑轮的拉力 12．在图中杠杆上的A点挂四个重均为1N的钩码，用调好的弹簧测力计竖直向上拉杠杆上的B点，使杠杆在 平衡，如图所示，测力计的示数是 N；如果将测力计沿图中虚线方向拉，仍使杠杆在水平位置平衡，则测力计的示数将 （“变大”、“不变”或“变小”）。    【答案】 水平位置 2 变大 【详解】[1]杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂，同时杠杆的重心通过支点，消除杠杆自重对杠杆平衡的影响；所以使杠杆在水平位置平衡，可以使实验简单化。 [2]设杠杆的每一个小格代表1cm，由F1l1=F2l2可得 F1×4cm=4N×2cm 解得F1=2N。 [3]弹簧测力计竖直向上拉杠杆时，动力臂是OB，当弹簧测力计倾斜拉杠杆时，动力臂减小，而阻力和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件可知，动力会变大。 13．高速铁路两侧的输电线，无论冬夏都绷得直直的，以保障列车电极与输电线接触良好。如图为输电线的牵引装置，钢绳通过滑轮组悬挂10个相同的坠砣，每个坠砣的质量为15kg，（不计滑轮和钢绳自重及摩擦），输电线A段所受拉力为 N；若5秒内坠砣下降了0.4m，则A端电线上拉力的功率为 W。 【答案】 3×103 120 【详解】[1]坠砣的总重力 由图知，使用的滑轮组承担A端拉力的绳子股数n=2，则A端受到的拉力大小 [2]若5秒内坠砣下降了0.4m，则输电线A端向左移动的距离 拉力做功 则A端电线上拉力的功率为 14．图甲是《墨经》中记载的古代提升重物的工具“车梯”，图乙是其等效图。当重500N的工人利用此“车梯”在10s内将重力为900N的物体匀速提升了2m时，工人对绳子施加的拉力F为250N，忽略绳重和机械之间的一切摩擦。则此时工人做功的功率为 W。若A点绳子能承受的最大拉力为600N，B点绳子能承受的最大拉力为1500N，该滑轮组的最大机械效率为 。 【答案】 200W 93.75% 【详解】[1]由图可知提起动滑轮的绳子的有效段数n=4，绳子自由端移动的距离 s=nh=4×2m=8m 工人做的总功 W=Fs=250N×8m=2000J 工人做功的功率 [2]因为不计绳重和摩擦，所以 故动滑轮的重力 当工人向下拉绳子的最大拉力时，物重 由于B点的绳子能承受的最大拉力为1500N＜1900N，不计绳重和摩擦时，B点绳端能提起物体的最大重力为，此时，绳子自由端最大拉力为 由于A点绳子能承受的最大拉力为600N，因为400N＜600N，故A点绳子未断开，故当提起的物体重力G最大=1500N时，该滑轮组的机械效率最大为 三、作图题（共7分） 15．（2023·广东揭阳·二模）如图甲是8人赛艇的情景。图乙中F2为水对船桨的作用力，O为支点，请在乙图中画出F2对应的力臂l2，以及运动员对桨A点施加的最小力F1和对应的力臂l1.    【答案】   【详解】从支点O作力F2作用线的垂线段，即可做出力臂L2；由杠杆平衡条件可知，在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小；图中支点在O点，因此OA作为动力臂最长，由杠杆使用情况可知动力的方向应该向下，过A点垂直于OA向下做出最小力的示意图。如下图所示：    16．如图甲所示，是一款手动压汁机，可以轻松实现无声榨汁。图乙是压汁机的简化示意图。压汁时，撑杆AOB可以看做一根绕着O点转动的杠杆。请在图乙中画出压汁时作用在A点的最小动力F1及作用在B点的阻力F2。 【答案】 【详解】由杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知，在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小；图中支点在O点，因此OA作为动力臂l1最长；动力的方向应该向下，过点A垂直于OA向下作出最小动力F1的示意图，由图可知，动力使杠杆沿顺时针转动，则阻力使杠杆沿逆时针转动，作用点在B点，从B点开始，垂直于OB向右作出阻力F2，的示意图，如图所示： 17．请按要求作图：如图所示，站在地面上的工人利用滑轮组向下拉绳提起物体，请在图中画出最合理的绳子绕法。 【答案】 【详解】对由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，可绕线方法有两股和三股两种，两种方法都达到了省力的目的，但拉力的方向不同，有三股绕线的方法拉力方向向上；有两股绕线的方法拉力方向向下，根据题意要用向下的力提升重物可知，是用两股绕线的这种方法。绳子由定滑轮下端开始，绕过动滑轮，再绕过定滑轮，另一端在人的手中。如图所示： 四、实验题:本大題共3小题，第16小题7分，第17、18小题各6分，共19分。 18．杆秤是我国最古老也是现今人们仍然在使用的衡量工具，是根据杠杆原理制造出来的，以方便人们买卖，映射出中国古代汉族劳动人民的聪明才智，具有悠久的历史。在物理实践活动中，小明探究杠杆的平衡条件后制作了一把杆秤。 （1）将杠杆的中点悬挂，杠杆在图甲所示的位置静止，此时杠杆 （选填“平衡”或“不平衡”）。为使杠杆在水平平衡，小明应将杠杆的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，这样做的目的是便于直接在杠杆上读出 ； （2）调节杠杆水平平衡后，在杠杆两侧悬挂同质量的钩码并移动钩码的位置，使杠杆重新水平平衡，测得的实验数据如下表； 实验次数 动力/N 动力臂/cm 阻力/N 阻力臂/cm 1 1 10 2 5 2 2 10 1 20 3 2 15 3 10 ①分析数据可得出杠杆的平衡条件是 （用字母表示）； ②小明多次实验的目的是 ； （3）如图乙，小明在杠杆A位置挂一个弹簧测力计，在B位置挂了2个钩码，将弹簧测力计沿D竖直向下拉，为使杠杆保持水平平衡，弹簧测力计的示数为 N；然后沿C斜向下拉，在此过程中杠杆始终在水平位置保持平衡，则弹簧测力计的示数 （选填“变大”“变小”或“不变”），其原因是 （每个钩码重均为0.5N，杠杆每格刻度均匀且杠杆重不计）； （4）实验结束后，小明制作了如图丙所示的杆秤，经测试发现能测的物体的最大质量太小。下列操作能使杆秤所测最大质量变大的是 （填选项）。 A．将a点向左移 B．将b点向左移 C．将a、b点都向右移动等长距离 D．换一个质量较小的秤砣 【答案】 平衡 右 力臂 寻找普遍规律 0.75 变大 弹簧测力计拉力的力臂变小 B 【详解】（1）[1]杠杆处于静止时为平衡状态。因此在没有挂钩码时，杠杆在图甲所示位置静止，此时杠杆平衡。 [2][3]杠杆在图甲所示的位置静止时，左端偏低右端偏高，为使得杠杆在水平位置平衡应将右端的平衡螺母向右调节，这样做的目的是便于直接在杠杆上读出力臂。 （2）[4]分析实验数据 1N×10cm=2N×5cm 2N×10cm=1N×20cm 2N×15cm=3N×10cm 因此可得出杠杆平衡的条件为F1l1=F2l2。 [5]实验次数少，得出的结论具有偶然性，所以小明多次实验的目的是寻找普遍规律。 （3）[6]由题意及杠杆平衡原理可得，在B点处的拉力为 FB=2×0.5N=1N 设杠杆上每一小格的长度为l，则有 FA×4l=FB×3l 解得。 [7][8]在图乙中，保持A点不变，测力计从D位置转动到C位置时，拉力F向左倾斜，此时F的力臂变短，阻力和阻力臂不变。根据杠杆的平衡条件，拉力变大，即弹簧测力计的示数变大。 （4）[9]如图丙所示的杆秤，支点为b，假设动力臂为lab，阻力臂为lbc，不计杆杆自身的重力，根据杠杆的平衡条件知 G物×lab=G秤砣×lbc m物g×lab=m秤砣g×lbc 所以在秤砣和杆秤长短不变时，能使杆秤所测最大质量变大的是将b点向左移，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 19．某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如表所示；第1、2、3次实验装置分别如图中的甲、乙、丙所示。 次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 有用功W有/J 测力计拉力F/N 测力计移动距离s/m 总功W总/J 机械效率η 1 2 0.1 0.2 0.9 0.3 0.27 74.1% 2 4 0.1 0.4 1.6 0.3 0.48 83.3% 3 4 0.1 1.1 0.5 0.55 （1）比较第1次实验和第2次实验，可得结论：滑轮组的机械效率与 有关。 （2）第3次实验中所做的有用功是 J，机械效率是 %。 （3）第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，动滑轮自重增大，对动滑轮所做的额外功 （填“增大”或“减小”），因而由第2、3次实验可知：滑轮组的机械效率与 大小有关。 （4）综上结论，提高机械效率的方法是 有用功， 额外功（填“增大”或“减小”）。    【答案】 钩码重 0.4 72.7 增大 动滑轮重 增大 减小 【详解】（1）[1]比较1、2两次实验，使用同样的滑轮组，做的额外功相同，提起的钩码越重，做的有用功越多，有用功占总功的比值越大，机械效率越大； （2）[2][3]第3次实验中 W有=Gh=4N×0.1m=0.4J （3）[4][5]第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多，动滑轮自重增大，对动滑轮所做的额外功增大、总功增多，有用功占总功的比值减小，机械效率降低。由此可知：滑轮组的机械效率与动滑轮重有关； （4）[6][7]分析（1）（3）所得结论可以得出提高机械效率的方法：一是在额外功相同时，增大有用功；二是在有用功相同时减小额外功。 20．小红用如图甲所示的装置进行“测滑轮组机械效率”的实验(忽略绳重和摩擦)． (1)实验中，应该在 时(选填以下正确选项前的字母)，读取测力计示数； A．竖直匀速拉动            B．竖直加速拉动          C．静止               D．任意方向匀速拉动 (2)若重物以0.lm/s的速度匀速上升，则弹簧测力计竖直向上移动的速度为 m/s． (3)改变动滑轮重，提升同一物体进行多次实验，获得数据并绘制出如图乙所示的图象，分析可知：被提升物体所受的重力相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越 ． (4)分析图象中的A点可知，被提升物体所受的重力为 N． (5)小红在上述实验的基础上多使用一个滑轮再次做了实验，如图丙所示．小红多使用一个滑轮，目的是 ．(选填以下选项前的字母) A．可以省力         B．可以省功           C．可以省距离           D．可以改变拉力的方向 (6)小红同学分别使用动滑轮重相同的甲、丙滑轮组提升相同的重物时，甲、丙滑轮组的机械效率 (选填“相同”或“不相同”)． 【答案】 A 0.3 低 3 D 相同 【详解】第一空．测机械效率的实验中：当匀速竖直向上拉动弹簧测力计时，受力平衡，拉力大小不变，弹簧测力计的示数稳定； 第二空．由图像可知绳子股数n=3，则弹簧测力计竖直向上移动的速度为： v绳=3v物=3×0.lm/s=0.3m/s； 第三空．由图乙可知当动滑轮重力增加时做的额外功增多，提升相同的重物时有用功不变，因此机械效率越低； 第四空．由题意知： 即； 第五空．如图丙所示，增加的滑轮为定滑轮，定滑轮可以改变力的方向； 第六空．使用滑轮组提起物体的过程中，额外功主要产生在提起物体的过程中同时将动滑轮也提起，即W额=G动h，动滑轮重相同提升相同的重物时，升高相同的高度，额外功相同，有用功相同，总功相同，由可知机械效率相同． 五、计算题:本大题共2小题，第19小题6分，第20小题7分，共13分。 21．杠杆和滑轮等简单机械在我国古代就有了许多巧妙的应用，护城河上安装的吊桥装置就是一个简易杠杆。在拉起吊桥过程中，吊桥可看作杠杆，桥的重心位于几何重心，支点为B点，绳子的拉力作用于A点，吊桥质量为200kg。吊桥未被拉起时，绳AC与桥AB形成的夹角为45°，取1.4，忽略绳重和摩擦，求： （1）吊桥被拉起的瞬间拉力F的大小； （2）若吊桥A端匀速上升0.5m，用时0.2s，求该过程拉力的功率。 【答案】（1）1400N；（2）2500W 【详解】解：（1）吊桥所受重力为 G=mg=200kg×10N/kg=2000N 设吊桥长度为L，根据杠杆平衡条件得 （2）不计绳重和摩擦，拉力做功等于克服重力做功 该过程拉力的功率 答：（1）吊桥被拉起的瞬间拉力F的大小1400N； （2）该过程拉力的功率2500W。 22．某工人使用如图甲所示的滑轮组匀速提升浸没在水中的实心物体A，拉力的功率随时间的变化如图乙所示，已知动滑轮的重力为60N，物体匀速上升的速度始终为1m/s。（不计绳重，摩擦及阻力，ρ水=1.0×10³kg/m3）求： （1）物体浸没在水中时绳子自由端的拉力。 （2）物体的重力。 （3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率。    【答案】（1）150N；（2）360N；（3）80% 【详解】解：（1）由图甲可知，滑轮组的动滑轮绕绳子的段数n=2，则拉力F拉绳的速度 v=2vA=2×1m/s=2m/s 由图乙可知，圆柱体A在水中拉力F的功率P=300W，由 得，绳子自由端的拉力 （2）由图乙可知，圆柱体A离开水面后拉力F的功率P′=420W，由 得，绳子自由端的拉力 不计绳重、摩擦及阻力，A的重力 GA=2F′-G轮=2×210N-60N=360N （3）不计绳重、摩擦及阻力，物体浸没在水中时，拉力 代入数据 解得：F浮=120N，物体浸没在水中时滑轮组的机械效率 答：（1）物体浸没在水中时绳子自由端的拉力为150N； （2）物体的重力360N； （3）物体浸没在水中时滑轮组的机械效率为80%。 六、综合能力题:本大题共3小题，第21小题7分，第22、23小题各6分，共19分 23．如图所示，在以O为支点，质量忽略不计的杠杆左侧A点挂上一重为10N的重物M，在杠杆右侧B点施加一个竖直向下大小为6N的拉力，使杠杆水平平衡。（忽略绳重） （1）请在图中画出的力臂； （2）若A点受到绳子的拉力的力臂为，则 ；（用比例表示） （3）现撤去，在图中杠杆右侧B点外的其他位置施加一个大小与相等的拉力，使杠杆保持水平平衡，请在图中画出拉力及其力臂。（图中虚线为一个以O为圆心，OB为半径的圆） 【答案】 3∶5 【详解】（1）[1]过支点O做F1作用线的垂线，即F1的力臂l1，如下图 （2）[2]根据杠杆平衡知道，阻力臂与动力臂之比等于动力与阻力之比，即 （3）[3]阻力、阻力臂不变，若想F2与F1相等，故动力臂大小不变，故支点到圆上一点的距离大下等于动力臂大小，动力与动力臂垂直，故可得拉力F2，如下图 24．阅读短文，回答问题： 如图甲所示是2022北京冬奥会的滑雪大跳台，回答：    （1）运动员从起点下滑，过程中先后经过M、S两点，她在这两点的动能和重力势能如图乙所示，M点的动能为 ，在M、S两点相比，速度 ，机械能 （后两空均选填“M点大”、“S点大”或“一样大”）； （2）小明制作大跳台的模型，把跳台滑道上段简化成如图丙的杠杆，O是支点，A是这段滑道的重心，若模型支架对滑道的力F作用在B点，沿bc线；根据杠杆平衡条件可以判断，F 滑道上段所受的重力（选填“大于”、“等于”或“小于”）；该杠杆是 杠杆； （3）用图丁装置模拟建造滑道，被匀速提升的模型部件重10N，每个滑轮重2N，则拉力F大小为 N。 【答案】 0.5×104J S点大 M点大 小于 省力 6 【详解】（1）[1]由图乙可知，M点的动能为。 [2]由图乙可知，M点比S点的动能小，由于物体的质量不变，由动能的影响因素可知，物体的速度在S点大。 [3]由图乙可知，M点的动能和重力势能之和比S点的大，由于机械能等于动能与重力势能的总和，因此机械能是M点大。 （2）[4][5]由丙图分析可知，此杠杆动力臂大于阻力臂，故是省力杠杆，所以支架对滑道的力F小于重力G。 （3）[6]由图可知n=2，故拉力大小为 25．如图所示，工人使用起重机从水中匀速打捞一正方体工件A，其体积为、质量为10t。已知动滑轮的质量为100kg，不计钢索绳的重力及一切摩擦，，水的密度取。请完成下列问题： （1）工件A出水之前钢索绳自由端的拉力的大小为 N，工件A从水中打捞出水的过程中，滑轮组的机械效率的变化情况是 （填“增大”、“不变”或“减小”） （2）若工件A在水中10s内上升高度为2m，求此过程中滑轮组的总功率是多少W？( ) （3）当工件A出水后上升的速度保持不变，安装在O点的电动机的功率调到了40kW，起重机吊起A在水面上升高2m时，其电机效率为多少？( ) 【答案】 7000 增大 4200W 50.5% 【详解】（1）[1][2]工件A的重力 G=mg=10×103kg×10N/kg=1×105N 工件A在水中受到的浮力 F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×8m3=8×104N 匀速打捞工件A时（工件A出水之前），工件A受到的拉力      动滑轮重力 G动=m动g=100kg×10N/kg=1000N 由图可知，绳子的有效段数n=3，不计钢索绳的重力及一切摩擦，则工件A出水之前钢索绳自由端的拉力 工件从刚露出水面到完全出水的过程中，排开水的体积逐渐减小，由F浮=ρ水gV排可知，所受的浮力逐渐变小，则滑轮组对货物的拉力变大，有用功在变大，额外功不变，因 故滑轮组的机械效率变大。 （2）[3]工件A在水中10s内上升高度为2m，则此过程中滑轮组的总功 W总=F1s=7000N×3×2m=42000J 此过程中滑轮组的总功率 （3）[4]当工件A出水后，此时钢索绳自由端的拉力 工件A出水前的速度 由题意可知，工件A出水后上升的速度保持不变，则绳端移动的速度v绳=3v物，此时滑轮组的总功率 已知电动机的电功率      则电机效率 2 学科网（北京）股份有限公司 $$