内容正文:
与物体的质量和所处高度有关,当球上升到最高点
时,高度最高,重力势能最大。
5.增大 运动 【解析】火箭搭载“嫦娥六号”探测器
发射升空时,“嫦娥六号”的质量不变,高度升高,重
力势能增大;以地面为参照物,“嫦娥六号”的相对
位置不断变化,是运动的。
二、选择题
6.BD 【解析】探测器加速上升过程中,质量不变,速
度变大,高度变高,所以动能增大,重力势能增大,A
项错误,B 项正确;物体质量的大小与物体的状态、
位置等因素无关,所以探测器到达月球后质量不
变,C 项错误;电磁波的传播不需要介质且电磁波
可以传递信息,所以探测器与地面指挥中心通过电
磁波传递信息,D 项正确。 故选 BD。
7.C 【解析】助跑过程中,运动员的质量不变,速度增
大,因此运动员的动能增大,高度不变,运动员的重
力势能不变,机械能是动能与重力势能之和,因此
机械能增大,A、B 两项错误;起跳后的上升过程中,
运动员的质量不变,高度增大,重力势能增大,C 项
正确;越过横杆后的下降过程中,运动员的质量不
变,速度增大,因此运动员的动能增大,D 项错误。
故选 C。
8.B 【解析】游客从起始点跳下,开始时弹性绳处于
松弛状态,在重力作用下做加速运动,重力势能逐
渐转化为动能,重力势能越来越小,动能越来越大;
当下降到一定高度后,绳子开始被拉长,游客受到
竖直向下的重力和绳子施加的向上的弹力,重力势
能转化为动能和弹性绳的弹性势能;随着绳子的继
续拉伸,弹力逐渐增大,当弹力大于重力,蹦极者做
减速运动,动能和重力势能转化为绳子的弹性势
能,直到下降到最低点,此时动能和重力势能最小,
弹性势能最大。 所以下落过程中,游客的动能先增
大后减小,重力势能一直减小,A 项错误,B 项正确;
下落过程中要克服空气阻力做功,消耗一部分机械
能,则机械能一直减小,C、D 两项错误。 故选 B。
三、实验探究题
9.(1)水平 0.8 (2)压力 (3)见解析 (4)①不
同 ②越大 ③严禁超速行驶
【解析】(1)沿水平方向匀速拉动木块时,木块所受
摩擦力和拉力是一对平衡力,此时弹簧测力计的示
数就是滑动摩擦力的大小;由图可知,弹簧测力计
的分度值为 0.2 N,示数为 0.8 N,所以此时摩擦力为
0.8 N;(2)把小球放在木块凹槽内,增大了木块对
木板的压力,发现弹簧测力计示数变大,故滑动摩
擦力的大小与压力大小有关;(3)摩擦力和拉力是
一对平衡力,大小相等,方向相反,则摩擦力作用在
木块重心,方向水平向左,如图所示:
(4)①为使小球到达水平面时速度不同,应让小球
从不同高度滚下,小球的高度不同,其重力势能变
化的量不同,到达水平面时转化成的动能也不同,
速度不相同;②由题意得,木块被撞得越远,说明小
球对木块做的功越多,动能越大;③上述结论表明
动能大小与速度大小有关,在交通安全方面应该禁
止超速行驶。
四、计算题
10.解:(1)物体上升的速度
v= s
t
= h
t
= 2 m
10 s
= 0.2 m / s。
(2)由题意知,物体匀速上升时,物体受到的拉力
与重力是一对平衡力,
拉力 F=G= 5 000 N,
起重机做的功
W=Fh= 5 000 N × 2 m= 10 000 J,
起重机提升物体的功率
P= W
t
= 10 000 J
10 s
= 1 000 W。
考点夯实 11 简单机械
高频考点集训
考点一 探究杠杆的平衡条件
(1)右 力臂的大小 (2)右 (3)调节左侧钩码的
位置大约为 10.7 cm,右侧钩码数量为 3 个,右侧钩码
的位置为 25.0 cm
【解析】(1)由图甲可知,杠杆的左端下沉,应将平衡
螺母向右调节,直到杠杆在水平位置平衡;在挂上钩
码后,每次都要让杠杆在水平位置平衡,这样做主要
是为了方便测量力臂的大小;(2)由于钩码受到的重
力方向是竖直向下,小明取 2 个钩码,挂在支点左侧
某处时,为了使杠杆在水平位置平衡,则取 4 个钩码
应挂在支点的右侧进行实验;(3)根据题意可知,第 4
次实验动力 F1 = 3.5 N,若动力臂不变,根据杠杆平衡
条件可知,用剩下的钩码完成不了实验,由此可知,需
要改变动力臂的大小,由于第 3 次实验的阻力臂是
25.0 cm,所以第 4 次实验的阻力臂可为 25.0 cm,阻力
F2 = 1.5 N 时,根据杠杆平衡条件可得,F2 l2 = F1 l1,即
—12—
1.5 N × 25.0 cm = 3.5 N × l1,解得此时的动力臂 l1≈
10.7 cm,即她应该通过调节左侧钩码的位置大约为
10.7 cm,右侧钩码数量为 3 个,右侧钩码的位置为
25.0 cm,使杠杆再次在水平位置平衡。
考点二 杠杆的综合应用
1.费力 小于 【解析】手提起物体时,桡骨在肱二头
肌的收缩牵引下绕肘关节转动,动力臂小于阻力
臂,是费力杠杆;费力杠杆费力但省距离,所以肱二
头肌收缩的距离小于手移动的距离。
2.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,则每一格代表的质量 m =
100 g
50
= 2 g,即自制杆秤的每一格约表示 2 g,A 项错
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 恢复水平平衡,B 项正确;
如果秤砣磨损,根据杠杆平衡条件 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 项错误;若将提纽移到 O 点右
侧,则 OA 增大,OB 减小,FA 变小,即杆秤的量程减
小,D 项错误。 故选 B。
考点三 滑轮与滑轮组的应用
1.定 300 【解析】图中滑轮不随着物体一起运动,
所以是定滑轮;定滑轮不能省力,所以人的拉力等
于建筑材料受到的重力,为 300 N。
2.AC 【解析】由图可知,绳子的有效段数 n = 3,绳子
自由端移动的距离 s=nh= 3×20 cm= 60 cm= 0.6 m,
拉力所做的功 W总 =Fs = 0.5 N × 0.6 m = 0.3 J,拉力
的功率 P=
W总
t
= 0.3 J
10 s
= 0.03 W,A 项正确;钩码受到
的重力 G=mg= 100×10- 3 kg×10 N / kg = 1 N,滑轮组
的机械效率 η =
W有
W总
= Gh
Fs
= Gh
Fnh
= G
nF
= 1 N
3 × 0.5 N
×
100%≈66.7% ,B 项错误;有用功 W有 = Gh = 1 N ×
0.2 m= 0. 2 J,克服动滑轮所做的额外功 W额1 =
G动h= 0.25 N × 0.2 m= 0.05 J,因此克服绳重和摩擦
做的额外功 W额2 =W总 - W有 - W额1 = 0.3 J - 0.2 J -
0.05 J= 0.05 J,C 项正确;若增大提升钩码的质量,
则有用功增大,额外功不变,因此滑轮组的机械效
率将变大,D 项错误。 故选 AC。
考点四 机械效率的综合应用
1.动 100 80% 【解析】由图可知,滑轮随物料一
起运动,所以该装置中的滑轮为动滑轮;由图可知,
动滑轮上绳子的段数 n = 2,已知滑轮重 80 N,货篮
重 120 N,不计绳重及摩擦,用该装置匀速提升空货
篮时的拉力 F= 1
n
(G滑 + G篮)=
1
2
(80 N + 120 N)=
100 N;若绳子能承受的最大拉力为 520 N,提升钢
条的最大重力 G钢 =nF′-G滑-G篮 = 2×520 N-80 N-
120 N= 840 N,由于每根钢条重 100 N,所以最多能
提升 8 根钢条,则该装置匀速提升钢条时,所能达
到的最大机械效率 η =
W有
W总
=
G钢′h
(G钢′+G滑+ G篮)h
=
8 × 100 N
8 × 100 N + 80 N + 120 N
× 100% = 80% 。
2.解:(1)克服钢板重力做的功
W有用 =Gh=mgh = 3 600 kg × 10 N / kg × 10 m = 3.6 ×
105 J。
(2)起重机的滑轮组做的总功
W总 =
W有用
η
= 3.6 × 10
5 J
80%
= 4.5 × 105 J,
由图可知,动滑轮上有四段绳子承重,则钢丝绳的
拉力
F=
W总
s
=
W总
nh
= 4.5 × 10
5 J
4 × 10 m
= 1.125 × 104 N。
(3)起重机的滑轮组做的额外功
W额外 =W总-W有用 = 4.5 × 105 J - 3.6 × 105 J= 9 × 104 J,
动滑轮受到的重力
G动 =
W额外
h
= 9 × 10
4 J
10 m
= 9 × 103 N,
滑轮组满载时的机械效率
η最大 =
W有用′
W有用′+W额外
= G′h
(G′+G动)h
= G′
G′+G动
=
5 × 103 kg × 10 N / kg
5 × 103 kg × 10 N / kg + 9 × 103 N
× 100%≈84.7% 。
真题挑战赛
一、填空题
1.省力 摩擦 【解析】由图可知,中间垫的物块处为
杠杆的支点,手在把手处向下摁动杠杆过程中,动
力臂大于阻力臂,为省力杠杆;底座装有滚轮,在压
力和接触面粗糙程度不变的情况下,将滑动摩擦力
变为滚动摩擦力,减小了摩擦。
2.600 1 【解析】秤砣的质量 m砣 = 200 g= 0.2 kg,秤
砣受到的重力 G砣 =m砣 g = 0.2 kg × 10 N / kg = 2 N,秤
砣移至距 O 点 30 cm 的 B 处时,根据杠杆平衡条件
F1l1 =F2 l2 可得,重物受到的重力 G物 = F2 =
F1 l1
l2
=
G砣 l1
l2
= 2 N × 30 cm
10 cm
= 6 N,重物的质量 m物 =
G物
g
=
—22—
6 N
10 N / kg
= 0.6 kg = 600 g;往秤盘中再增加 20 g 的物
体后,秤盘中重物的总质量 m总 =m物+Δm = 0.6 kg +
0.02 kg = 0.62 kg,此时秤砣距 O 点的距离 l1′ =
G总 l2
G砣
=
m总 gl2
G砣
= 0.62 kg × 10 N / kg × 10 cm
2 N
=
31 cm,则秤砣需要从 B 处向右移动的距离 Δl =
l1′ -l1 = 31 cm - 30 cm= 1 cm。
3.50 【解析】根据杠杆平衡的条件 F1 l1 = F2 l2 可知,
F2 =
F1 l1
l2
= 20 N × 10 cm
4 cm
= 50 N。
4.不能 F1+ F2 减小 【解析】图中的滑轮是固定
的,不能随重物一起移动,所以是定滑轮,定滑轮不
能省力,只能改变力的方向;两边绳子都对鼎施加
竖直向上的拉力,所以鼎受到的拉力之和 F合 =F1+
F2;鼎在水中上升的过程中,其底部在水中的深度
逐渐减小,由 p = ρgh 可知,其底部所受水的压强
减小。
二、选择题
5.A 【解析】该剪刀属于杠杆,支点是 O 点,使用时
动力臂大于阻力臂,因此是省力杠杆,该杠杆的特
点是省力、费距离,A 项符合题意,B、D 两项不符合
题意;简单机械都不能省功,C 项不符合题意。 故
选 A。
6.D 【解析】旗杆顶部滑轮的轴固定不动,是一个定
滑轮;升旗仪式上,旗手缓缓向下拉动绳子,旗子就
会徐徐上升,这是因为用定滑轮可以改变力的方
向;定滑轮不省力也不省距离。 故选 D。
7.B 【解析】涂料受到的重力 G=mg=45 kg ×10 N/ kg =
450 N,所以该装置做的有用功 W有 = Gh = 450 N ×
0.8 m= 360 J,A 项错误;桶上升 0.8 m 时,绳子自由
端也移动了 0.8 m,该装置做的总功 W总 =Fs = 500 N ×
0.8 m=400 J,则该装置的机械效率 η =
W有
W总
= 360 J
400 J
×
100% = 90% ,B 项正确;绳子自由端移动的平均速
度 v = s
t
= 0.8 m
4 s
= 0.2 m / s,C 项错误;桶离开地面
前,工人拉力逐渐增大,桶对地面的压力变小,由p=
F
S
可知,桶对地面的压强变小,D 项错误。 故选 B。
三、作图题
8.如图所示:
【解析】由图示可知,O 点为支点,由杠杆平衡条件
可知,以 AO 为力臂时,动力臂最大,动力最小,过 A
点作垂直于动力臂 OA 向下的最小动力 F。
9.如图所示:
【解析】①灯头受到的重力 G 的方向竖直向下,作用
在重心;②过支点 O 作拉力 F 作用线的垂线段即为
力臂 l。
四、计算题
10.解:(1)利用动滑轮提升货物,做的有用功
W有 =Gh= 400 N × 10 m= 4 000 J。
(2)动滑轮自由端移动的距离
s=nh= 2 × 10 m= 20 m,
则拉力做的总功
W总 =Fs= 250 N × 20 m= 5 000 J,
所以拉力 F 的功率
P=
W总
t
= 5 000 J
50 s
= 100 W。
(3)动滑轮的机械效率
η=
W有
W总
= 4 000 J
5 000 J
× 100% = 80% 。
11.解:(1)物体 M 受到的重力
G=mg= 500 kg × 9.8 N / kg = 4 900 N。
(2)物体 M 对地面的压强
p=
F压
S
= G
S
= 4 900 N
0.2 m2
= 24 500 Pa= 2.45 × 104 Pa。
(3)由匀速得,物体 M 在水平方向上受到的拉力
等于阻力,即
F拉 = f= 0.2G= 0.2 × 4 900 N= 980 N,
滑轮组对物体 M 做的功
W有用 =F拉 s= 980 N × 10 m= 9 800 J。
(4)滑轮组做的总功
W总 =W有用+W0 = 9 800 J + 200 J= 10 000 J,
如果电动卷扬机的效率是 80% ,此电动卷扬机消
耗的电能 W电 =
W总
η
= 10 000 J
80%
= 12 500 J。
考点夯实 12 力学综合
真题挑战赛
一、填空题
1.省力 形变 【解析】启瓶器在使用过程中,动力臂
—32—
23
考点夯实 11 简单机械
高频考点集训
考点一 探究杠杆的平衡条件
(2024 湖南省)小明和小洁一起做“探究杠杆的平衡条件”实验,
实验室提供了如图所示杠杆(支点为 O)、支架、10 个钩码(每个
重 0.5 N)。
(1)如图甲所示,实验开始前,应向 端调节螺母,使杠杆
在水平位置平衡;挂上钩码后,每次都要让杠杆在水平位置平
衡,这样做是为了便于直接读取 。
(2)小明取 2 个钩码,挂在支点左侧某处,再取 4 个钩码挂在支点
的 侧进行实验,使杠杆在水平位置平衡后,记录下
数据。
(3)完成三次实验后分析数据,他们得出了杠杆的平衡条件。 下
表主要呈现了第 3 次实验数据。
实验
次数
动力
F1 / N
动力臂
l1 / cm
阻力
F2 / N
阻力臂
l2 / cm
1 … … … …
2 … … … …
3 2.5 20.0 2.0 25.0
小明在第 3 次实验的基础上,在支点左侧 20.0 cm 处继续
加钩码直到 F1 为 3.5 N,如图乙所示,但发现此时用剩下的 3
个钩码无法让杠杆再次在水平位置平衡。 小洁想利用现有器
材帮助小明完成 F1 为 3.5 N 的第 4 次实验,她应该通过
,使杠杆再次在水平位置平衡(请结合具体
数据进行说明,保留一位小数)。
考点二 杠杆的综合应用
1.(2024 河南省)人体中有很多结构可简化为杠杆。 如图,手提起
物体时,桡骨在肱二头肌的收缩牵引下绕肘关节转动,这是一种
杠杆,此过程中肱二头肌收缩的距离 (选填
“大于”“等于”或“小于”)手移动的距离。
第 1 题图
第 2 题图
2.(2024 重庆市 A 卷)同学们模仿中药房的戥秤制作杆秤,用筷子
做秤杆,用钩码做秤砣,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 ( )
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.如果秤砣磨损,则测量结果会比真实质量偏小
D.若将提纽移到 O 点右侧,可以增大杆秤的量程
考点三 滑轮与滑轮组的应用
1.(2024 云南省)如图所示,美丽乡村建设的工地上,工人使用一
个 (选填“定”或“动”)滑轮匀速提升重 300 N 的建筑
材料(不计绳重和摩擦),则人的拉力为 N。
第 1 题图
第 2 题图
2.(2024 四川成都 B 卷)(双选)小成在实验室组装如图所示的滑
轮组进行实验探究,实验过程如下:先测得定滑轮受到的重力为
0.2 N,动滑轮受到的重力为 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 ( )
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
考点四 机械效率的综合应用
1.(2024 陕西省 A 卷)工人利用如图所示装置提升
物料,该装置中的滑轮为 滑轮。 已知滑
轮重80 N,货篮重 120 N,不计绳重及摩擦。 工人
用该装置匀速提升空货篮时的拉力为 N。
若绳子能承受的最大拉力为 520 N,每根钢条重
100 N,该装置匀速提升钢条时,所能达到的最大机械效率
为 。
2.(2024 江苏苏州)某起重机的滑轮组结构示意如图所示,其最大
载重为 5 t。 起重机将 3 600 kg 的钢板匀速提升到 10 m 高的桥
墩上,滑轮组的机械效率为 80% 。 不计钢丝绳受到的重力和摩
擦,g 取 10 N / kg。 求:
(1)克服钢板重力做的功 W有用。
(2)钢丝绳的拉力 F。
(3)滑轮组满载时的机械效率(保留一位小数)。
24
真题挑战赛
一、填空题
1.(2024 天津市)利用如图所示的“搬重物利器”搬运大件家具
时,先用金属棒撬起家具,再将带有滚轮的底座放入家具底部,
便可以轻松移动家具。 其中,金属棒是 (选填“省力”
“费力”或“等臂”)杠杆,底座装有滚轮是为了减小 。
第 1 题图
第 2 题图
2.(2024 重庆市 B 卷)小兰自制了一把杆秤,由秤盘、提纽、秤杆以
及 200 g 的秤砣构成,如图所示。 当不挂秤砣、秤盘中不放重物
时,提起提纽,杆秤在空中恰好能水平平衡。 已知 AO 间距离为
10 cm。 当放入重物,将秤砣移至距 O 点 30 cm 的 B 处时,秤杆
水平平衡,则重物的质量为 g;往秤盘中再增加 20 g 的
物体,秤砣需要从 B 处移动 cm 才能维持秤杆水平
平衡。
3.(2024 安徽省)如图甲所示,用核桃钳夹核桃时,用力握紧手柄
即可夹碎核桃。 将上部的手柄 ABC 简化为如图乙所示的杠杆,
若 F1 = 20 N,l1 = 10 cm,l2 = 4 cm,忽略杠杆自身受到的重力,则
F2 的大小为 N。
第 3 题图
第 4 题图
4.(2024 湖北省)如图是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取
鼎”画面,两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中的鼎。
图中的这种滑轮 (选填“能”或“不能”)起到省力的作
用;此时两边绳子对鼎竖直向上的拉力分别为 F1、F2,鼎受到的
拉力之和为 。 鼎在水中上升的过程中,其底部所受水
的压强 (选填“增大”“减小”或“不变”)。
二、选择题
5.(2024 广东省)如图为某款剪刀的示意图。 握住手柄修剪树枝
时,剪刀可视为杠杆,该杠杆的特点是 ( )
A.省力 B.费力 C.省功 D.省距离
第 5 题图
第 7 题图
6.(2024 天津市)高高的旗杆矗立在操场上。 旗手缓缓向下拉绳
子,旗子就会徐徐上升。 这是因为旗杆顶部有一个滑轮,关于该
滑轮的说法正确的是 ( )
A.它是动滑轮 B.利用它可以省力
C.利用它可以省距离 D.利用它可以改变力的方向
7.(2024 重庆市 A 卷)建筑工人通过如图所示的装置将一桶质量
为 45 kg 的涂料从地面提起,桶离开地面后在 4 s 内缓慢上升
0.8 m,工人所用的拉力为 500 N。 下列说法中正确的是 ( )
A.该装置做的有用功为 400 J
B.该装置的机械效率为 90%
C.绳子自由端移动的平均速度为 0.4 m / s
D.桶离开地面前,工人拉力逐渐增大,桶对地面的压强不变
三、作图题
8.(2024 湖南长沙)为撬起大石头,小明以 O 为支点架好撬棒,如
图所示。 他在 A 点用最小的力撬起大石头,请画出这个力的示
意图。
第 8 题图
第 9 题图
9.(2024 四川成都 A 卷)如图甲,小孟书桌上的折叠式台灯由底
座、立杆和灯头组成。 如图乙所示,灯头 OAB 可视作绕 O 点转
动的杠杆,A 点是灯头的重心,小孟用拉力 F 将灯头拉至图示位
置。 请在图乙中画出:
①灯头受到的重力 G 的示意图。
②拉力 F 的力臂 l。
四、计算题
10.(2024 江苏扬州)如图所示,工人用动滑轮匀速提升重为 400 N
的窗玻璃,所用的竖直拉力为 250 N,窗玻璃上升的高度为
10 m,用时 50 s。 求:
(1)所做的有用功 W有。
(2)工人所用拉力的功率 P。
(3)动滑轮的机械效率 η。
11.(2024 四川宜宾)质量为 500 kg 的物体 M 与水平地面的接触
面积为 0.2 m2,用如图所示的滑轮组沿水平方向将物体 M 从 A
点匀速拉到 B 点,AB 距离为 10 m,物体 M 在地面滑动过程中
受到的阻力是其重力的 0.2 倍,在此过程中,因动滑轮和绳受
到的重力以及绳与滑轮间的摩擦而做的额外功 W0 = 200 J,g
取9.8 N / kg。 求在此过程中:
(1)物体 M 受到的重力。
(2)物体 M 对地面的压强。
(3)滑轮组对物体 M 做的功。
(4)如果电动卷扬机的效率是 80% ,求此电动卷扬机消耗的
电能。