课时训练(12)　杠杆、滑轮、机械效率.2025年中考物理一轮复习（广西专版）

课时训练(十二)　杠杆、滑轮、机械效率 A 基础练 一、选择题 1.(2024贵港三模)小科在如图K12-1所示筷子盒M处施力时,会有筷子从出口滚出。图K12-2中能正确表示按下筷子盒时杠杆示意图的是 (　　) 图K12-1 图K12-2 2.(2024临沂)2023年9月24日,中国组合在赛艇女子轻量级双人双桨决赛中夺冠,斩获杭州亚运会首金。如图K12-3所示,赛艇的桨可视为杠杆,图K12-4中工具正常使用时,与桨属于同类杠杆的是 (　　) 图K12-3 图K12-4 3.(2024烟台)如图K12-5所示,骨骼、肌肉和关节等构成了人体的运动系统,人体中最基本的运动大多是由肌肉牵引骨骼绕关节转动产生的。下列关于人体中的杠杆说法中正确的是 (　　) 图K12-5 A.图甲:手托重物时,可视为省力杠杆 B.图甲:手托重物时,肱二头肌对前臂的牵引力是阻力 C.图乙:踮脚时,可视为费力杠杆 D.图乙:向上踮脚的过程中,腓肠肌对足部骨骼的牵引力是动力 4.(2024盐城)如图K12-6所示挪动球形石墩的方法中,最省力的是 (　　) 图K12-6 5.(2024自贡)如图K12-7所示,物体A在水平拉力F的作用下,沿水平面以0.2 m/s的速度匀速运动了5 s,弹簧测力计的示数为8 N(不计滑轮和绳子的质量及它们之间的摩擦),拉力F做功的功率为 (　　) 图K12-7 A.1.6 W B.3.2 W C.8 W D.16 W 6.(2024河南)如图K12-8所示,甲、乙两人用不同的装置,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是 (　　) 　图K12-8 A.甲做的有用功多 B.乙做的总功多 C.甲做总功的功率大 D.乙所用装置的机械效率小 7.(2024贺州昭平模拟)(多选)用滑轮组提升重物时,提高滑轮组机械效率的办法有 (　　) A.增加物体上升的高度 B.减小绳和滑轮间的摩擦 C.增大物重 D.增大动滑轮重 8.(2024重庆A卷)同学们模仿中药房的戥秤制作杆秤,用筷子作为秤杆,用钩码作为秤砣,用细线将秤盘系在A点。当不挂秤砣且秤盘不放物体时,在O点提起提纽,秤杆水平平衡;当秤盘放100 g物体、秤砣移到B点时,秤杆再次水平平衡,如图K12-9所示。在O到B两条刻线之间均匀地画上49条刻度线。下列说法正确的是 (　　) 图K12-9 A.自制杆秤的每一格约表示2.08 g B.称中药时B端翘起,应减少中药恢复水平平衡 C.若秤砣磨损,则测量结果会比真实质量偏小 D.将提纽移到O点右侧,可以增大杆秤的量程 9.(2024遂宁)修建房屋时,质量为60 kg的建筑工人使用滑轮组提升建材。如图K12-10所示,他用竖直向下的拉力在15 s内将重为480 N的建材匀速提升了3 m,每个滑轮重20 N,不计滑轮摩擦和绳重,g取10 N/kg。下列结论正确的是 (　　) 图K12-10 A.工人拉动绳子的速度为0.2 m/s B.工人对绳子拉力的功率为50 W C.此装置的机械效率为96% D.若工人的脚与水平地面的接触面积共400 cm2,则他对地面的压强为1.5×104 Pa 二、填空题 10.(2024苏州)健身步道上的坐式划船训练器如图K12-11所示。人坐在座板上,用始终与把手垂直的力缓慢向后将把手拉至身体两侧,此过程中,拉力大小变化情况是　　　 　　。若要增加训练强度,应将配重盘向　　 (选填“a”或“b”)端移。  图K12-11 11.(2024达州)如图K12-12所示,轻质木杆AB的O点用细线悬挂在天花板上并保持水平,已知AB是OB长度的4倍,AO是AC长度的3倍。在杆的B点用细线竖直悬挂一边长为10 cm的正方体物块甲,该物块静止在水平地面上;O点左侧悬挂一可自由移动的质量为2 kg的物块乙。当乙悬挂在A点时,甲恰好对地面无压力,则甲的重力为　　　　N;当乙悬挂在C点时,甲对地面的压强为　　　　Pa。(g取10 N/kg)  图K12-12 12.(2024自贡)如图K12-13所示,把重为40 N的物体从斜面底端匀速推到斜面顶端,斜面长2 m,高0.6 m,沿斜面的推力F为20 N。那么,此过程中有用功是　　　　J,斜面的机械效率是　　　　。  图K12-13 13.(2024泸州)如图K12-14所示的滑轮组,忽略绳重及绳与滑轮间的摩擦,将物体放在水平粗糙桌面上,物体受到水平向左的恒力F=100 N,滑轮组绳子自由端受到的拉力为F绳。当绳子自由端的拉力为60 N时,物体处于静止状态,物体与桌面间的摩擦力恰好为0,则动滑轮的重力为　　　　N;当绳子自由端的拉力为90 N时,物体水平向右匀速运动,物体与桌面之间的滑动摩擦力为　　　　N;撤去水平向左的恒力F,改变绳子自由端拉力大小,仍使物体水平向右匀速运动时,滑轮组的机械效率为　　　　。  图K12-14 三、作图、实验探究题 14.(2024枣庄)用手提起重物时,前臂可简化为杠杆:桡骨在肱二头肌牵引力F1的作用下,绕肘关节(支点O)转动,如图K12-15甲所示,请在图乙中画出动力F1的力臂l1和阻力F2的示意图。 图K12-15 15.(2024广元)图K12-16甲是压制饺子皮的“神器”,压皮时压杆可视为一个杠杆,图乙是简化示意图,图中O为支点,F2为压饺子皮时作用在B点的阻力。请在图乙中画出压饺子皮时作用在A点的最小动力F1及阻力F2的力臂l2。 图K12-16 16.(2024凉山州)某运动员利用如图K12-17所示的滑轮组进行腿部力量训练,请画出滑轮组的绕线方式。 图K12-17 17.(2024青海)在学习杠杆相关知识后,“飞天”兴趣小组尝试做了简易杆秤并进行了以下探究: 活动一:了解杆秤的构造及物理原理 如图K12-18甲所示,杆秤由秤盘(放置待称量的物体)、秤砣、秤杆(标有刻度,可读取被称物体质量)、提纽组成。 图K12-18 (1)参照图乙,图甲中提纽相当于杠杆的　　　,结合“秤砣虽小压千斤”这句话,此时杆秤相当于　　　　杠杆。  活动二:自制简易杆秤 该兴趣小组自制杆秤如图甲所示。其中:秤砣质量为200 g,A点为秤盘挂绳位置,B点为提纽挂绳位置,C点为0刻度线位置。 (2)由图甲可知,利用该杆秤最多可称量　　　　g的物体,D点处的刻度数为　　　　g。  (3)忽略秤杆自身重量对杆秤平衡的影响,用m1表示秤砣质量,m2表示物体和秤盘质量,l1表示B、C之间的距离,l2表示A、B之间的距离。根据杠杆平衡条件,当秤砣在C点处平衡时,将满足　　　　　　　(用上述物理量表示),由此可得,秤盘的质量为　　　　g。  (4)若想测量质量更大的物体,你可采取的办法是　　　　　　　　　　　　　(只写一条即可)。  18.(2023枣庄)提高机械效率可以充分发挥机械设备的作用,对节能减排、提高经济效益有重要的意义。某科技创新小组根据生活经验和客观事实,对影响滑轮组机械效率的因素作出如下猜想: 猜想Ⅰ:滑轮组的机械效率与物体被提升的高度有关; 猜想Ⅱ:滑轮组的机械效率与动滑轮所受的重力有关; 猜想Ⅲ:滑轮组的机械效率与所提物体所受的重力有关。 根据猜想,运用图K12-19甲、乙、丙所示的装置进行了实验探究,测得的实验数据如下表所示: 图K12-19 实验 次序 钩码所 受的重 力G/N 钩码上 升高度 h/m 绳端 拉力 F/N 绳端移 动的距 离s/m 机械 效率 η 1 2 0.1 0.90 0.3 74.1% 2 4 0.1 1.50 0.3 88.9% 3 4 0.1 1.25 0.4 4 4 0.2 1.50 0.6 88.9% (1)实验时应沿竖直方向　　　　缓慢向上拉动弹簧测力计。  (2)分析表中数据可知:第3次实验是利用图　　　　所示的装置完成的,它的机械效率η=　　　　。  (3)通过比较2、4两次实验数据,可验证猜想Ⅰ是　　　　(选填“正确”或“错误”)的。  (4)通过比较　　　　(填实验序号)两次实验数据可得出结论:同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。  (5)通过比较2、3两次实验数据可得出结论:不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越　　　　。  四、综合应用题 19.(2024广州)如图K12-20所示,吊车在建筑工地进行作业时,由支腿将吊车撑起并脱离地面,吊臂上的滑轮组在1 s内,将重为9×103 N的建筑材料沿竖直方向匀速提升1 m,滑轮组上钢丝绳自由端受到的拉力F为5× 103 N。 图K12-20 (1)支腿做成“”形而非“”形的作用是: 　 　。  (2)求钢丝绳自由端的移动速度。 (3)求拉力F的功率和滑轮组的机械效率。 B 提升练 20.(2024广安)桔槔是《天工开物》中记载的一种原始的汲水工具,在拗石辅助下,人几乎可以不用力就能将一桶水从井中提起。如图K12-21所示,已知A点所挂拗石重力为100 N,OA∶OB=2∶1,两侧悬挂的绳子始终保持在竖直方向,忽略横杆和绳的重力(ρ水=1.0×103 kg/m3)。下列说法错误的是 (　　) 　图K12-21 A.桔槔平衡时,桶内水的体积为2×10-2 m3 B.桔槔是杠杆装置 C.桔槔平衡时,A、B两点所受的拉力之比为1∶2 D.要想一次提取更多的水,可以将悬挂点A向远离O点方向移动 21.(2024成都B卷)(多选)小成在实验室组装如图K12-22所示的滑轮组进行实验探究,实验过程如下:先测得定滑轮的重力为0.2 N,动滑轮的重力为0.25 N,再使用组装好的滑轮组在10 s内将质量为100 g的钩码竖直匀速提升20 cm,此过程中弹簧测力计的示数为0.5 N。g取10 N/kg,下列说法正确的是(　　) 图K12-22 A.弹簧测力计对细绳拉力的功率为0.03 W B.滑轮组的机械效率为80% C.克服绳重和摩擦做的额外功为0.05 J D.若增大提升钩码的质量,滑轮组的机械效率不变 22.(2024凉山州)质量为75 kg的建筑工人,想利用如图K12-23甲所示的装置将水池底的长方体石料拉出水面。石料的质量为200 kg,体积为0.08 m3,每个动滑轮的质量均为6 kg,石料上表面到水面的距离为1 m,不考虑绳重、滑轮的摩擦和水的阻力。(g取10 N/kg) (1)求石料浸没在水中受到的浮力。 (2)工人利用图甲装置匀速拉动过程中,石料上表面到达水面时,求工人的拉力所做的功。 (3)工人继续利用图甲装置拉动石料,石料总体积露出水面时因滑轮组上的绳子承受的拉力达到最大而断裂,工地上没有其他型号的绳子替代,工人利用原型号绳子设计了如图乙所示的滑轮组,欲将石料全部拉出水面,请你通过计算,判断他能否成功(无推理过程不得分)。 图K12-23 【参考答案】 1.A　2.A　 3.D　[解析]图甲中,手托重物时,动力臂小于阻力臂,可视为费力杠杆,A错误; 根据杠杆五要素可知,图甲中,手托重物时,肱二头肌对前臂的牵引力是动力,B错误; 图乙中,踮脚时,动力臂变短,但是动力臂仍然大于阻力臂,可视为省力杠杆,C错误; 根据杠杆五要素可知,图乙中,向上踮脚的过程中,腓肠肌对足部骨骼的牵引力是动力,D正确。 4.A 5.B　[解析]滑轮为动滑轮,F=8 N,绳端移动的速度为v=2×0.2 m/s=0.4 m/s,拉力F做功的功率为P=Fv=8 N×0.4 m/s=3.2 W。 6.C　[解析]提升物体的重力相等,在相同的时间内物体升高了相同的距离,由W有用=Gh可知两次提升物体所做的有用功相等,A错误。甲使用的是动滑轮,拉力端移动距离s甲=2h,不计绳重和摩擦,使用动滑轮时,拉力F甲=(G+G动),所以拉力做功W甲=F甲s甲=(G+G动)×2h=(G+G动)h>Gh;使用定滑轮时,拉力F乙=G,拉力做功W乙= F乙s乙=Gh,所以乙做的总功少,由P=知乙做总功的功率小,甲做总功的功率大,B错误,C正确。不计绳重和摩擦,使用定滑轮时,额外功为0 J,机械效率为100%;使用动滑轮时,要提升动滑轮做额外功,机械效率小于100%;所以两种装置的机械效率η乙>η甲,D错误。 7.BC 8.B　[解析]在O到B两条刻线之间均匀地画上49条刻度线,则共计50格,每一格代表的质量为m==2 g,即自制杆秤的每一格约表示2 g,A错误;称中药时B端翘起说明FA×OA>FB×OB,此时可以减少中药即减小FA使之恢复水平平衡,B正确;如果秤砣磨损,根据杠杆平衡条件可知,FA×OA=FB×OB,FB实际质量偏小,则OB长度偏大,测量结果会比真实质量偏大,C错误;若将提纽移到O点右侧,则OA增大,OB减小,则FA变小,杆秤的量程减小,D错误。 9.C　[解析]建材上升的速度:v物==0.2 m/s;由图可知,n=2,工人拉动绳子的速度为v绳=nv物=2×0.2 m/s= 0.4 m/s,A错误。绳子自由端的拉力:F=(G+G动)=×(480 N+20 N)=250 N,工人对绳子拉力的功率:P=Fv绳= 250 N×0.4 m/s=100 W,B错误。此装置的机械效率为η==0.96=96%,C正确;工人受到重力、支持力和绳子的拉力(F'=F=250 N),在三个力的作用下处于平衡状态,则F支=G-F'=60 kg×10 N/kg- 250 N=350 N,地面对工人的支持力和工人对地面的压力是一对相互作用力,二者大小相等,则F压=F支=350 N;若工人的脚与地面的接触面积共400 cm2,则他对地面的压强为p==8.75×103 Pa,D错误。 10.逐渐变小　a [解析]人坐在座板上,用始终与把手垂直的力缓慢向后将把手拉至身体两侧,此过程中,阻力和动力臂大小不变,阻力臂变小,可知拉力逐渐变小;若要增加训练强度,应增大阻力臂,将配重盘向a端移。 11.60　2000 [解析]乙的重力为G乙=m乙g=2 kg×10 N/kg=20 N,则乙对杠杆A点的拉力FA=20 N;已知AB=4OB,AO=3AC,可得AO=3OB,CO=2OB,根据杠杆平衡条件可得:FB·OB=FA·OA,代入数据得FB=60 N,即甲的重力为60 N;再将乙移动到C处,则FB'·OB=FC·OC,其中FC=G乙=20 N,代入数据得到FB'=40 N,因此甲对杠杆的拉力为40 N,而G甲=60 N,甲所受支持力F=G甲-FB'=60 N-40 N=20 N,根据相互作用力大小相等,得到甲对地面的压力F'=20 N;利用压强公式可得甲对地面的压强:p==2000 Pa。 12.24　60% [解析]此过程中有用功是W有=Gh=40 N×0.6 m=24 J,总功是W总=Fs=20 N×2 m=40 J,机械效率是η=×100%=×100%=60%。 13.20　60　75% [解析]由图可知,滑轮组中n=2,忽略绳重及绳与滑轮间的摩擦,当绳子自由端的拉力为60 N时,物体处于静止状态,物体与桌面间的摩擦力恰好为0,所以绳子自由端拉力F绳=(F+G动),即60 N=×(100 N+G动),解得G动=20 N。当绳子自由端拉力为90 N时,物体水平向右匀速运动,物体受到向右的拉力F'=2F绳'-G动=2×90 N-20 N=160 N;物体受到水平向左的恒力F=100 N,物体水平方向受到向左的摩擦力、向左的拉力和向右的拉力是平衡力,则物体与桌面之间的滑动摩擦力为f=F'-F=160 N-100 N=60 N。撤去水平向左的恒力F,改变绳子自由端拉力大小,仍使物体水平向右匀速运动时,压力和接触面的粗糙程度不变,摩擦力不变,滑轮组下端挂钩处拉力F″=f=60 N,绳子自由端拉力F绳″=(F″+G动)=×(60 N+20 N)=40 N,滑轮组的机械效率为η==0.75=75%。 14.如图所示 15.如图所示 16.如图所示 17.(1)支点　省力 (2)1000　400 (3)m1l1=m2l2　160 (4)增加秤砣的质量(改变提纽的位置,符合题意即可) 18.(1)匀速　(2)丙　80% (3)错误　 (4)1、2　 (5)低 19.解:(1)减小吊车对地面的压强 (2)由图知有3段绳子承担物重,n=3,钢丝绳移动的距离: s=nh=3×1 m=3 m, 钢丝绳自由端的移动速度: v==3 m/s。 (3)该滑轮组做的总功: W总=Fs=5×103 N×3 m=1.5×104 J; 拉力F的功率:P==1.5×104 W; 使用该滑轮组做的有用功: W有=Gh=9×103 N×1 m=9×103 J; 该滑轮组的机械效率:η=×100%=×100%=60%。 20.A　[解析]已知A点所挂拗石重力为100 N,OA∶OB=2∶1,两侧悬挂的绳子始终保持在竖直方向,桔槔平衡时,由杠杆平衡条件可得FA×OA=FB×OB,即100 N×2=FB×1,解得FB=200 N;由于水桶有重力,所以桶中水的重力小于200 N,则桶内水的体积小于V==2×10-2 m3,A错误;桔槔是绕着固定点转动的硬棒,所以桔槔是杠杆装置,B正确;桔槔平衡时,由杠杆平衡条件可得FA×OA=FB×OB,由于OA∶OB=2∶1,所以A、B两点所受的拉力之比,C正确;桔槔平衡时,由杠杆平衡条件可得FA×OA=FB×OB,要想一次提取更多的水,即增大FB,由于FA和OB保持不变,所以需要增大OA,故可以将悬挂点A向远离O点方向移动,D正确。 21.AC　[解析]弹簧测力计对细绳拉力所做的功:W=Fs=Fnh=0.5 N×3×0.2 m=0.3 J,功率:P==0.03 W,A正确;有用功:W有=Gh=mgh=0.1 kg×10 N/kg×0.2 m=0.2 J,滑轮组的机械效率:η=×100%=×100%≈66.7%,B错误;提升动滑轮做的额外功为W额1=0.25 N×0.2 m=0.05 J,克服绳重和摩擦做的额外功为W额2=W-W有-W额1=0.3 J-0.2 J-0.05 J=0.05 J,C正确;若增大提升钩码的质量,滑轮组的机械效率将变大,D错误。 22.解:(1)石料浸没在水中受到的浮力: F浮=ρ水gV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.08 m3=800 N。 (2)石料的重力: G=mg=200 kg×10 N/kg=2000 N, 匀速拉动过程中,滑轮组对石料的拉力:F=G-F浮=2000 N-800 N=1200 N, 工人的拉力:F人=×(F+G动)=×(1200 N+6 kg×10 N/kg)=630 N,石料上表面到达水面时工人的拉力所做的功:W=F人s=F人n甲h=630 N×2×1 m=1260 J。 (3)石料总体积露出水面时,浮力的减小量:ΔF浮=ρ水gΔV排=1.0×103 kg/m3×10 N/kg××0.08 m3=100 N; 滑轮组对石料的拉力为F'=F+ΔF浮=1200 N+100 N=1300 N, 在图甲中,绳子能承受的最大拉力F拉=(F'+G动)=×(1300 N+6 kg×10 N/kg)=680 N, 在图乙中,滑轮组将石料全部拉出水面后绳子的拉力:F拉'=(G+G动)=×(2000 N+6 kg×10 N/kg)≈686.7 N>680 N, 所以滑轮组将石料全部拉出水面时绳子断裂,他不能成功。 学科网（北京）股份有限公司 $$