专题36 简单机械 功和能（专题复习）2026年上海市中考物理一模二模专项复习

专题36 简单机械 功和能（专题复习） 目 录 一、考情分析 1 二、知识建构 2 三、板块训练 3 模块一、杠杆 3 模块二、滑轮 5 模块三、功和功率 7 模块四、机械能 9 模块五、机械效率 12 四、综合练习 14 一、考情分析 一、考点分析：杠杆；滑轮；功和功率；机械能；机械效率。 二、命题预测 1. 考查杠杆。命题点有：作图题（作动力臂、阻力臂、最小动力等）；杠杆的平衡条件；探究杠杆的平衡条件；杠杆的应用等。常与压强、浮力知识综合起来考查。 2. 考查滑轮。命题点有：定滑轮和动滑轮的特点；定滑轮和动滑轮的实质；运用力的平衡知识分析滑轮的使用特点。 3. 考查功和功率。命题点有：做功的两个必要因素；功与功率的概念与计算；常与简单机械、机械效率综合起来一起考查。 4. 考查机械能。命题点有：动能、重力势能、弹性势能的定义及大小变化的判断；探究动能、重力势能、弹性势能的大小与哪些因素有关；动能和势能的转化。 5. 考查机械效率。命题点有：滑轮和斜面机械效率的计算；影响机械效率的因素。往往结合功和功率、压强和浮力等知识，涉及一些综合性强的题目进行考查。 二、知识建构 三、板块训练 模块一、杠杆 【例题1】如图所示，轻质杠杆AB可绕O点转动，已知AO=CO=CB，在C点挂一个重60N的金属球。要使杠杆在水平位置平衡且最省力，则应该（　　） A．在A点施加一个竖直向下的力，大小为60N B．在B点施加一个竖直向下的力，大小为60N C．在A点施加一个竖直向上的力，大小为30N D．在B点施加一个竖直向上的力，大小为30N 【例题2】某地空调外机安装在室外时，常用三角支架固定，一般有两种安装方法，如图（甲）、（乙）所示，其简化模型分别如图（丙）、（丁）所示。空调外机质量为30kg，正好放在AB中点处，所用三角支架的规格为AB长40cm、BC长24cm、AC长47cm； （1）在图（丙）中若以B点为支点、A点所受的斜向上的拉力为动力F1，画出其动力臂l1 ； （2）在图（丁）中若B处螺钉松动，支架ABC会绕 点倾翻。若支架重力忽略不计，要使整体保持静止状态，求B处螺钉的水平拉力F1 ；（计算时g取10N/kg） （3）比较两种固定方法，图（丙）中C处的作用力大小与图（丁）中B处的作用力大小 （选填“相同”或“不相同”）； （4）为保障外机不坠落，下列操作可行的是 。 A．外机贴近墙体放置 B．增加BC长度 【练习1】如图所示，小红将书放到墙上的书架上，该书架可看作为一根轻质杠杆，支点O及书架受到的动力F1、阻力F2如图所示。 （1）在图中画出动力F1对应的力臂l1和F2对应的力臂l2 。 （2）不计书架自重，若动力F1大小为20N，动力臂l1为0.4m，阻力臂为l2为0.2m，则阻力F2大小为 N。 【练习2】实验小组通过探究杠杆的平衡条件，来解释桔棒的使用原理。 （1）如图（a）所示，杠杆静止时处于 （选填“平衡”或“不平衡”）状态。为使杠杆在水平位置平衡，小黄应将杠杆两端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）移；在杠杆两侧挂上钩码，通过调节 ， 使杠杆重新在水平位置平衡，这样做的目的是便于直接在杠杆上读出 。 （2）桔棒是我国古代的取水工具，如图（b），在井边竖一根树杈，架上 一根横木，横木的一端绑上大石块，另一端系绳和水桶，简化图如图（c）。 若水桶盛满水后，为减小人向上提水的拉力，根据杠杆的平衡条件，可以 （选填“增大”或“减小”）石块的质量或向 （选填“左” 或“右”）移动杠杆的支点。 【练习3】五一长假期间，小聪随母亲去老家农村，看到很多老乡使用如图（a）所示杆秤称量质量。回家后，小聪用一根长30厘米的轻质细木棒作秤杆、用0.2千克的铁块作秤砣，在距木棒一端4厘米处系上提纽线，制作了一把简易杆秤如图（b）所示。 （1）将被测物挂上并调节秤砣至图（c）所示位置时杆秤水平平衡，求被测物的质量m物。 （2）这把简易杆秤的最大称量是 千克。若小聪用0.3千克的铁块替换原0.2千克的铁块做秤砣，杆秤的最大称量 （选填“减小”、“不变”或“增大”）； （3）实际生活中的杆秤通常有两个提纽线，如图（a）所示，使用提纽 时（选填“1”或“2”），杆秤的最大称量较大。 【练习4】在“探究杠杆平衡的条件”实验中： （1）将杠杆的中点支在 上，当杠杆如图（a）所示静止时，杠杆处于 状态（选填“平衡”或“不平衡”），此时需要调节杠杆左端的 ，并使它向 移动（选填“左”或“右”），直到杠杆在水平位置平衡。 （2）当杠杆两侧挂上钩码后，杠杆处于如图（b）所示位置，此时将右侧的钩码向 移动（选填“左”或“右”）后，可使杠杆在水平位置平衡。这样操作的目的是 。 模块二、滑轮 【例题1】如图所示，用下列简单机械，使重力为G的物体都处于静止状态，若不考虑机械自重、摩擦等因素，其中用力最大的是（　　） A．F₁ B．F₂ C．F₃ D．F₄ 【例题2】为了探究动滑轮的使用特点，某小组同学用如图所示的装置进行实验，每次用测力计匀速提升钩码。（滑轮摩擦力不计）钩码重力为G，拉力为F，钩码移动的距离为L，绳子自由端移动的距离为S。实验数据记录在表格中。为了进一步研究，他们计算了每次实验中物体所受重力的变化量ΔG与对应拉力的变化量ΔF，记录在表格的最后两列中。 实验序号 G（牛） F（牛） L（米） S（米） ΔG（牛） ΔF（牛） 1 1 0.7 0.05 0.1 0 0 2 2 1.2 0.1 0.2 1 0.5 3 3 1.7 0.05 0.1 2 1.0 4 4 2.2 0.2 0.4 3 1.5 （1）分析比较表中第二列与第三列中的数据及图中相关条件可得出动滑轮的使用特点：使用动滑轮匀速提升物体时， ； （2）分析比较表中第四列与第五列中的数据及相关条件，可得出初步结论：使用动滑轮匀速提升物体时， ； （3）由表中数据可计算出滑轮自身重力为 牛； （4）进一步分析比较表中最后两列的数据可得出初步结论： ； （5）为了得到普遍的物理规律，小组同学还将选用 继续进行实验。 A. 提起更多不同重力的重物。 B. 提起重物通过不同的距离， C. 选用不同重力的滑轮。 【练习1】实验室里有一些相同的长方体木块，同学们用相同的滑轮按照甲、乙、丙三种方式拉着木块在相同的水平面上做匀速直线运动，如图所示，不计滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦，所用拉力分别为F1、F2和F3，则（　　）    A．F1>F2=F3 B．F2<F1<F3 C．F2>F1=F3 D．F1<F3<F2 【练习2】如图所示，重为1N的滑轮一端用细绳固定在地面，细绳另一端挂着一个10N重的物体，在拉力F的作用下10s内物体匀速上升2m，不计绳重和摩擦，下列说法错误的是（　　） A．拉力F＝21N B．滑轮的速度为0.1m/s C．拉力F做功42J D．绳对物体做功20J 【练习3】如图所示，小明同学想把被台风刮倒的甲树拉正，他把绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子，这样做时甲的树干相当于 （选填“动滑轮”“定滑轮”或“杠杆”）。如果不计绳重和摩擦，甲树受到500N拉力，则小明对绳子的拉力为 N，乙树受到的拉力为 N。    【练习4】某同学研究动滑轮的使用特点时，每次都匀速提起相同钩码（不计摩擦），实验步骤如图所示。        （1）使用动滑轮时，可以省一半力。根据（a）（b）两图可知，实验中所用动滑轮的重力为 牛； （2）分析比较（b）、（c）和（d）三图可知，使用同一动滑轮匀速提起相同重物时 ； （3）根据上述分析，如果家里安装日光灯，你认为图中更合理的是 。（选填“甲”或“乙”）    模块三、功和功率 【例题1】如图所示，重为100N的物体A在水平拉力F的作用下水平向左匀速运动，滑轮的速度为1m/s，弹簧测力计的示数为10N，忽略绳子和滑轮自重及绳子与滑轮间的摩擦。则下列说法正确的是（　　） A．物体所受地面的摩擦力为5N B．使用该动滑轮的目的是为了省力 C．水平拉力F的功率20W D．物体A的运动速度为0.5m/s 【例题2】身高1.7米，质量为50千克的小明同学做俯卧撑运动，此时将他视为一个杠杆如图所示，他的重心在A点。则： （1）若他将身体撑起，地面对手的作用力至少要多大？ （2）将身体撑起，每次肩膀上升的距离均为0.3米，若他在1分钟内做了15个俯卧撑，他的功率是多少瓦？ 【练习1】如图所示，分别利用甲、乙两个滑轮匀速提起A、B两物体（不计滑轮重力及摩擦）。 （1）其中甲装置为 滑轮，它的优点是可以 ； （2）若用大小相等的拉力F1、F2匀速提升A、B两物体，相同时间内，拉力F1、F2做功相同。其中拉力F1、F2做功时的功率为P1和P2，重物被竖直提升的高度为h甲和h乙，则下列选项正确的是____。 A．P1=P2，h甲=h乙 B．P1=P2，h甲>h乙 C．P1<P2，h甲>h乙 D．P1<P2，h甲=h乙 【练习2】小华乘坐电梯从家中下楼，其s-t图像如图所示，该电梯在20s内通过的路程为 m。若小华重600N，则在此过程中，他的重力做功 J，功率 W。 【练习3】跨大步、快速行走，可以起到锻炼身体的目的。一同学查阅资料后获得以下信息： ①人水平走路时，当重心上移时，人就会克服自身重力做功；②适当增大克服重力做功的功率，可以起到更好的锻炼效果；③人在水平面上行走时，步距、重心的变化和用时情况如下表： 步距（cm） 人体重心上下移动（cm） 每跨一步时间（s） 40 3 0.5 50 5 0.5 请结合所学知识及上述信息，回答下列问题： （1）某人按两种不同步距各走100步，克服重力所做的功：______。 A．一样多； B．40厘米步距做功多； C．50厘米步距做功多。 （2）请结合题目信息解释，跨大步走为什么能起到更好的锻炼效果？ 。 【练习4】使用A、B两个动滑轮匀速竖直提升相同的物体。首先，用滑轮A将物体匀速提升了2米，计算得到拉力所做的功W1和物体克服重力所做的功W2，如图（a）所示。接着，用滑轮A继续将物体匀速提升，获得W2的数据如图（b）所示。然后，换用滑轮B匀速提升物体至某一高度，W1和W2数据如图（c）所示。 （1）如果在图（a）中提升物体用时2秒，求拉力的功率P 。 （2）在图（b）中W1的大小为 焦。 （3）根据题中相关信息可知：物体的重力为 牛，滑轮A的重力为 牛，用滑轮B提升物体时的拉力大小为 牛。 模块四、机械能 【例题1】如图所示，一名运动员投掷铅球的过程示意图。铅球在b点离手，c点是铅球运动的最高点，不计空气阻力，在a到d的整个过程中，下列说法正确的是 （　　） A．在a到b的过程中，运动员对铅球做了功 B．在b到d的过程中，铅球的重力势能先减少后增加 C．在b到d的过程中，铅球的动能先增加后减少 D．在b到d的过程中，铅球的机械能先增加后减少 【例题2】炎炎夏日，小嘉和父母来到水上乐园体验大型滑梯，如图1所示。 （1）在小嘉从滑梯顶端加速下滑的过程中，下列说法正确的是（    ） A．重力势能转化为动能 B．重力势能增加 C．动能转化为重力势能 D．动能保持不变 （2）小嘉发现，胖瘦不同的两个人从同一个滑梯上滑下后，在水中滑行的距离不同，于是他猜想：物体的动能与物体的质量有关。为了验证以上猜想，他设计了如图2中甲、乙、丙所示的实验，用质量分别为m和2m的小球分别从同一个斜面上由静止释放撞击水平面上的木块。 ①在实验中可以通过观察 来比较小球的动能大小； ②要验证猜想，应选用图2中的 图，选择的理由是 。 【练习1】如图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。如图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图。则过山车在 点动能最大，B点重力势能的大小 C点重力势能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”），D点重力势能的大小 E点动能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”）。在这个过程中，过山车的机械能 （选填“增加”、“不变”或“减少”）。 【练习2】在探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验中，小松设计了如图所示甲、乙、丙三次实验。让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平木板上的木块相碰，铁球与木块在水平木板上共同移动一段距离后静止： （1）小球到达水平面时所具有的动能是由 能转化而来的。到达水平面时，三个小球速度vA、vB、vC的大小关系是 。 （2）在上述情境中，我们认为C球所具有的动能最大，其依据是 。 （3）分析乙、丙两图，得到的实验结论是 ，由此联想到高速公路限速牌上标明“120”和“100”字样， （选填“大客车”或“小轿车”）的限速为100km/h。 【练习3】为了研究“动能与重力势能的转化”，小明将一个小球从高空静止释放。用频闪照相记录了小球刚开始下落一段时间、落地前一段时间的运动过程， 分别如图（a）（b）所示。 （1）小明观察图（a）现象后，推断“小球从高空下落时，其重力势能会转化为动能”。请分析图（a）现象，小明判断依据是 ； （2）小明阅读课本后，得知：重力势能转化为动能的过程，常常是通过重力做功来实现的。他认为：“小球下落过程中，其动能改变的量等于其重力做的功”。请根据实验现象，判断小明的观点是否合理，并写出简要分析∶ 。 【练习4】巡航导弹是导弹的一种，具有突防能力强，难以拦截的优点。图示为某巡航导弹的飞行路线图，发射升空段，发动机点火，导弹以极快的速度穿出大气层升至高空；俯冲加速段，发动机处于关闭状态，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度；巡航阶段，主发动机的推力与阻力平衡，弹翼的升力与重力平衡，可以实现远距离“巡航状态”，最后精确打击目标。下列关于该巡航导弹的说法正确的是（    ）    A．整个过程中，在F点动能最大 B．O点到E点的过程中，机械能不变 C．G点到H点的过程中，机械能不变 D．I点到J点的过程中，不消耗导弹携带的燃料 模块五、机械效率 【例题1】建筑工人通过如图所示的装置将一桶质量为45kg的涂料从地面提起，桶离开地面后在4s内缓慢上升0.8m，工人所用的拉力为500N，g取10N/kg。下列说法中正确的是（　　） A．绳子自由端移动的平均速度为0.4m/s B．该装置做的有用功为400J C．该装置的机械效率为90% D．拉力的功率为200W 【例题2】小红和小明用一个滑轮、钩码、弹簧测力计等器材分别做了以下实验： （1）探究定滑轮工作时的特点如图甲，为了使弹簧测力计的示数尽可能接近绳子受到的实际拉力，实验中提升的钩码质量应取 （填“大”或“小”）些。 （2）探究动滑轮工作时的特点 ①测出 重力，然后组装好如图乙所示的装置； ②拉动弹簧测力计，使钩码 上升。 （3）测动滑轮的机械效率 ①实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置，是为了 ； ②小明用如图所示的动滑轮提升钩码，改变钩码的数量， 正确操作，实验数据如下表。 实验序号 钩码重 G/N 钩码上升高度 h/cm 拉力 F/N 绳端移动的距离 s/cm ① 1.0 20.0 0.7 40.0 ② 2.0 20.0 1.2 40.0 ③ 3.0 20.0 1.7 40.0 a. 第①次实验测得动滑轮的机械效率为 ，第②次实验的有用功为 J。 b. 第③次实验时，钩码上升的速度为0.05m/s，则拉力的功率为 W。 c. 由表中实验数据分析可知，同一动滑轮，所提升物重增大，机械效率将 （填“变大”、“变小”或“不变”）。 d。小红进一步研究，测出动滑轮的重力，再计算出每一次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值ΔW（ΔW=W总-W有用-W滑轮），发现钩码的重力越大，ΔW （填“越大”、“越小”或“不变”），请你用所学知识进行解释： 。 【练习1】情境：图1（a）所示为港珠澳大桥。 （1）如图1（b）所示，是小西制作的大桥如图1（a）中方框部分结构简化模型，可以把桥面看作杠杆，点A为支点，桥面AC受到的重力看作阻力F2，斜拉索的拉力看作动力F1，请在图（b）中画出动力F1的力臂l1。 （2）若适当增加塔柱的高，则可以 斜拉索承受的拉力。（选填“增大”或“减小”）理由是： 。 （3）建设大桥用到如图2（a）的塔式起重机，图2（b）所示滑轮是起重机的重要部件之一。若滑轮a自重为200N，将重为1800N的货物用该滑轮由地面沿竖直方向匀速提升20m，不计滑轮与绳之间的摩擦，求： ①拉力做的功W总； ②滑轮的机械效率η。 【练习2】如图（a）所示，用竖直向上的拉力F，通过滑轮匀速提起重为20N的物体M。 （1）（作图）在图（b）中，用力的示意图画出物体M受到的拉力F拉； （2）图（a）中的滑轮可以看作 杠杆，若不计摩擦和滑轮重力，力F的大小为 N，物体M所受合力的大小为 N； （3）若不计摩擦，物体M被竖直提升1m过程中，拉力F做的总功为25J，求该过程中滑轮提升物体M所做的有用功W有和滑轮的机械效率η。 【练习3】如图所示，工人用相同的滑轮A、B组成滑轮组将重为400N的重物从井底匀速吊起2m，用时为8s，工人所用拉力F为250N。求： （1）滑轮 是动滑轮（选填“A”或“B”）。 （2）滑轮A的重力。 （3）此滑轮组的机械效率。 （4）拉力F的功率。 四、综合练习 1. 小鹏想帮助爸爸修剪家里的盆景，需要用到园林修剪时专用的树枝剪，如图所示，请提出如何最省力的使用建议（    ） A．树枝靠近支点，手握在远离支点的手柄一端 B．树枝远离支点，手握在远离支点的手柄一端 C．树枝靠近支点，手握在靠近支点的手柄一端 D．树枝远离支点，手握在靠近支点的手柄一端 2. 如图所示用不同方向的拉力F1、F2、F3匀速拉动重力为G的物体时，不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（    ） A．F1=F2=F3 B．F2>G C．F1和F2是一对平衡力 D．F2和G是一对平衡力 3. 如图所示，小球以某速度从M点开始沿粗糙轨道MOP运动，经P点离开轨道，上升至最高点N，又下落经过Q点，N位于P、Q之间，O、P、Q处在同一水平高度。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．小球经过O、P两点时动能相等 B．小球到达最高点N时速度一定为零 C．小球到达的最高点N不可能高于M点 D．小球经过N点时的机械能等于经过Q点时的机械能 4. 两个完全相同的滑轮，分别以图示两种方式，将重为G的物体以相同的速度匀速竖直提升相同高度，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率为η1、η2，拉力F1、F2做的功分别为W1、W2，功率分别为P1、P2，下列判断正确的是（　　） A．F1=2F2 B．η1>η2 C．W1>W2 D．P1=P2 5. 如图所示，用甲、乙、丙三种简单机械分别提起同一重物G，已知滑轮重20N，杠杆（OB=2OA）重10N，手的拉力始终沿竖直方向，忽略绳重及摩擦，下列说法错误的是（　　） A．甲图：该装置不省力也不省距离 B．乙图：该装置的机械效率是三者中最低的 C．丙图：在匀速拉动物体上升的过程中，拉力F3逐渐变小 D．若提升的物体越重，乙、丙的机械效率就会越高 6．工人想要用撬棒撬起箱子，撬棒在如图所示的位置保持静止。 （1）O为撬棒的支点，工人对撬棒的作用力F1为动力，箱子对撬棒的作用力F2为阻力，在图中画出F1的力臂l1 ，此时撬棒相当于（ ） A．等臂杠杆        B．省力杠杆        C．费力杠杆 （2）若动力臂l1为1.5m，阻力F2为300N，阻力臂l2为0.5m，则动力F1的大小为 N。 7. 小宝同学在锻炼时，双脚并拢，脚尖O触地，脚后跟踮起，手掌支撑在竖直墙壁上，手臂水平，A为人体重心所在位置。此时墙壁对手掌的支撑力F如图所示，不计墙壁对手掌的摩擦力。 （1）以O为支点，请在图中作出动力F的力臂l。 （2）若增大脚尖与墙壁的距离，手臂仍然水平支撑在墙壁上，支撑力F如何变化? ，并说明理由 。 8. 如图所示，分别用力F1、F2匀速提升相同质量的物体。其中可以看作等臂杠杆的是图 中的滑轮（选填“甲”或“乙”），使用该滑轮的好处是可以 ； 图中滑轮的支点在滑轮轴的位置（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；若不计滑轮重及摩擦，拉力F1的大小为20N，则F2大小的大小为 N。 9. 利用下图所示实验装置探究“动能的大小与哪些因素有关”。实验时让小车A从斜面上由静止开始滑下在水平面上将物体B推出一段距离。    （1）实验运用了控制变量法：让质量不同的小车从斜面的同一高度滑下，探究动能与质量的关系；让同一个小车从斜面的 高度滑下，探究动能与速度的关系。实验中动能的大小无法测量，我们通过 来判断小车动能的大小； （2）小车从斜面上滑下，它的 转化为动能，碰上物体B后，小车的部分 转移给了物体B，这个能量的转化转移过程机械能总量 ； （3）小车在水平面上推动物体B前进时受到4个力：①重力、②摩擦力、③物体B对小车的压力、④水平面对小车的支持力，其中 是一对平衡力， 方向相同（两空均填序号）。拿走物体B，如果小车滑到水平面时，它受的力全部消失，小车将 ； （4）下表是一些物体的动能大小，分析表中数据，请你提出一个可以探究的物理问题： 。 物体 动能/J 物体 动能/J 步行的人 约30 百米跑中的运动员 约 行走的牛 约160 刚射出的步枪子弹 约 中速行驶的小汽车 约 高速行驶的小汽车 约 10．如图所示，物体的重力为100牛，在拉力F作用下在水平面上做匀速直线运动，物体的图像如下所示，已知弹簧测力计的示数为20牛。若不计滑轮重力及各种摩擦、阻力，求： （1）物体运动的速度的大小； （2）物体所受摩擦力f与拉力F的大小； （3）拉力F在10秒内所做的功。 11. 如图a所示是工人利用滑轮将材料运送上楼。分析滑轮受力时可将其简化为图b。 （1）在图b的画出支点O和力F的力臂l； （2）已知材料受到的重力为600N，工人将材料以0.1m/s的速度匀速上拉。 ①若忽略滑轮重力及滑轮与绳摩擦，求工人施加的拉力F的大小及工人做功的功率P。 ②若滑轮与绳摩擦，已知滑轮重200N，求用该滑轮提升材料的机械效率。 12．完成下列各题。 （1）图甲中的皮划艇运动员一手支撑住浆柄的末端，另一手用力划桨，此时的船桨可看作是一个杠杆。图乙中最合理的船桨模型是( ) （2）图为一山脉的等高线图，若重力为500N的越野运动员自山顶B点匀速向半山腰A点运动，此过程中他的动能 ，机械能 （均选填“变大”“变小”或“不变”）；到达A点时，重力已做功 J。 （3）我校积极开展阳光体育运动，同学们课间在操场上进行各种项目的训练。 ①小聪在单杠上做引体向上。小明测量了他一次上升的高度h和n次引体向上的时间t，还需要测量 （填物理量和符号），可算出小聪引体向上的功率P= （用符号表示）。 ②小明在操场上投实心球。图是整个抛球运动过程的示意图，轨迹（实线）上a、b两点在同一高度，空气阻力忽略不计。关于球的运动，下列说法正确的是（ ） A．最高点时球的速度为0 B．球在a点的速度大于b点的速度 C．球在a点的速度等于b点的速度 D．球在a点的速度小于b点的速度 E. 球落地时的机械能最大 13. 本学期学校开展了学生体质健康检测。测得小嘉的身高为1.7m，体重为50kg。 （1）测体重时，小嘉双脚站在水平放置的体重计上，则他对体重计的压强大约是（    ） A．1.3×103Pa B．1.3×104Pa C．1.3×105Pa D．1.3×106Pa （2）在做引体向上运动时，如图1所示，小嘉每次身体上升的高度为0.6m，已知小嘉做一次引体向上需克服重力做功 J，如果小嘉在1min完成10个引体向上，则他的功率是 W。 （3）小嘉发现在行走的时候，可以将人的脚视为一个杠杆模型，如图2所示。行走时人的脚掌前端是支点，人体受到的重力是阻力，小腿肌肉施加的力是动力，请在图2中画出动力臂l1和阻力臂l2。 （4）在下图所示的工具中，与人的脚掌属于同类杠杆的是（     ） A．碗夹 B．天平 C．核桃夹 D．晾衣架中的滑轮 14. 阅读材料，回答问题： 在北京冬奥会我国运动员谷爱凌取得了两金一银的辉煌成绩，尤其是在自由式滑雪女子大跳台决赛上谷爱凌更是有着超常发挥。跳台滑雪简称“跳雪”，是冬季奥运会的比赛项目之一，其跳台由助滑坡、着陆坡和停止区组成，简化模型如图乙。运动员穿着特制的滑雪板，沿着倾斜的助滑坡下滑，借助速度和弹跳力，使身体跃入空中，使整个身体在空中飞行约4-5秒钟后，落在着陆坡上（d点是落地点），继续滑行至停止区，跳台滑雪整个过程即为完成，而运动员顺着助滑坡滑行时，速度越来越快，最高速度可达30m/s。 （1）运动员处于着落坡上，由于 ，会继续向前滑行一段距离，在雪地 的作用下，然后速度慢慢减少，最后停在停止区； （2）如果不计空气阻力，谷爱凌从a点向b点运动过程中，她的动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；她在a点处的机械能 她在c点处的机械能（选填“大于”、“小于”或“等于”）；从c点到d点腾空运动过程中她的机械能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；她在空中下落的过程中，重力做功越来越 （填“快”或“慢”）。 15. 在“探究杠杆的平衡条件”实验中， （1）实验器材有带有刻度的横杆、铁架台（含支架）、细线（或弹簧夹）、钩码和 ； （2）将杠杆中点支在铁架台上，发现杠杆右端下沉，则应将杠杆两侧的平衡螺母向 调，使杠杆在水平位置保持平衡，这样做的目的是 ； （3）小松进行正确的实验操作后，他能不能根据图甲这一组数据得出探究结论？ （填“能”或“不能”），理由是 。 （4）小明学过杠杆知识后自制了一根杆秤（自重不计），如图乙所示，要想增大杆秤的测量范围，你觉得下列可行的方法有：（　　） A．增大秤砣的质量m2 B．减小秤砣的质量m2 C．将支点O向A点移动 D．将A点远离支点O 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题36 简单机械 功和能（专题复习） 目 录 一、考情分析 1 二、知识建构 2 三、板块训练 3 模块一、杠杆 3 模块二、滑轮 7 模块三、功和功率 11 模块四、机械能 15 模块五、机械效率 19 四、综合练习 24 一、考情分析 一、考点分析：杠杆；滑轮；功和功率；机械能；机械效率。 二、命题预测 1. 考查杠杆。命题点有：作图题（作动力臂、阻力臂、最小动力等）；杠杆的平衡条件；探究杠杆的平衡条件；杠杆的应用等。常与压强、浮力知识综合起来考查。 2. 考查滑轮。命题点有：定滑轮和动滑轮的特点；定滑轮和动滑轮的实质；运用力的平衡知识分析滑轮的使用特点。 3. 考查功和功率。命题点有：做功的两个必要因素；功与功率的概念与计算；常与简单机械、机械效率综合起来一起考查。 4. 考查机械能。命题点有：动能、重力势能、弹性势能的定义及大小变化的判断；探究动能、重力势能、弹性势能的大小与哪些因素有关；动能和势能的转化。 5. 考查机械效率。命题点有：滑轮和斜面机械效率的计算；影响机械效率的因素。往往结合功和功率、压强和浮力等知识，涉及一些综合性强的题目进行考查。 二、知识建构 三、板块训练 模块一、杠杆 【例题1】如图所示，轻质杠杆AB可绕O点转动，已知AO=CO=CB，在C点挂一个重60N的金属球。要使杠杆在水平位置平衡且最省力，则应该（　　） A．在A点施加一个竖直向下的力，大小为60N B．在B点施加一个竖直向下的力，大小为60N C．在A点施加一个竖直向上的力，大小为30N D．在B点施加一个竖直向上的力，大小为30N 【答案】D 【详解】已知支点在O点，在杠杆的A、B两点都可以施加一个力使得杠杆在水平位置平衡，因为AO<OB，所以在B点施加一个竖直向上的力最省力，由杠杆的平衡条件可得F×OB=G×OC，即 解得F=30N，ABC不符合题意，D符合题意。故选D。 【例题2】某地空调外机安装在室外时，常用三角支架固定，一般有两种安装方法，如图（甲）、（乙）所示，其简化模型分别如图（丙）、（丁）所示。空调外机质量为30kg，正好放在AB中点处，所用三角支架的规格为AB长40cm、BC长24cm、AC长47cm； （1）在图（丙）中若以B点为支点、A点所受的斜向上的拉力为动力F1，画出其动力臂l1 ； （2）在图（丁）中若B处螺钉松动，支架ABC会绕 点倾翻。若支架重力忽略不计，要使整体保持静止状态，求B处螺钉的水平拉力F1 ；（计算时g取10N/kg） （3）比较两种固定方法，图（丙）中C处的作用力大小与图（丁）中B处的作用力大小 （选填“相同”或“不相同”）； （4）为保障外机不坠落，下列操作可行的是 。 A．外机贴近墙体放置 B．增加BC长度 【答案】（1）见下图；（2） C，250N；（3）不相同；（4）A 【详解】（1）如图所示，过B点作力F的垂线，即为F的力臂，故如图所示： （2）在图（丁）中若B处螺钉松动，则此时C点是支点，支架ABC会绕C点转动。 若支架重力忽略不计，要使整体保持静止状态，C为支点，则B处螺钉的水平拉力 （3）阻力与阻力臂是相同的，故阻力与阻力臂的乘积相同，动力臂不同，故动力的大小不同，图（丙）中C处的作用力大小与图（丁）中B处的作用力大小不相同。 （4）为了保障外机不坠落，需要减小拉力，外机贴近墙体放置，减小了阻力臂，阻力的大小不变，动力臂的大小不变，则动力变小，外机不易坠落，故A符合题意；B不符合题意。 故选A。 【练习1】如图所示，小红将书放到墙上的书架上，该书架可看作为一根轻质杠杆，支点O及书架受到的动力F1、阻力F2如图所示。 （1）在图中画出动力F1对应的力臂l1和F2对应的力臂l2 。 （2）不计书架自重，若动力F1大小为20N，动力臂l1为0.4m，阻力臂为l2为0.2m，则阻力F2大小为 N。 【答案】（1）见下图；（2）40 【详解】（1）从支点分别做动力作用线和阻力作用线的垂线，垂线段即为力臂。如图所示： （2）由杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知阻力 【练习2】实验小组通过探究杠杆的平衡条件，来解释桔棒的使用原理。 （1）如图（a）所示，杠杆静止时处于 （选填“平衡”或“不平衡”）状态。为使杠杆在水平位置平衡，小黄应将杠杆两端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）移；在杠杆两侧挂上钩码，通过调节 ， 使杠杆重新在水平位置平衡，这样做的目的是便于直接在杠杆上读出 。 （2）桔棒是我国古代的取水工具，如图（b），在井边竖一根树杈，架上 一根横木，横木的一端绑上大石块，另一端系绳和水桶，简化图如图（c）。 若水桶盛满水后，为减小人向上提水的拉力，根据杠杆的平衡条件，可以 （选填“增大”或“减小”）石块的质量或向 （选填“左” 或“右”）移动杠杆的支点。 【答案】（1）平衡，右，钩码位置，力臂；（2）增大，左 【详解】（1）物体静止时处于平衡状态，因为杠杆静止，所以杠杆处于平衡状态。 由图（a）知，杠杆右端翘起，说明左端重，应向右移动螺母。 在杠杆两端挂上钩码，调整钩码的位置，使杠杆重新再水平位置平衡，此时钩码到支点的距离即为对应的力臂，这样做是为了方便直接在杠杆上读出力臂。 （2）水桶盛满水后，阻力与阻力臂的乘积变大，为减小人向上提水的拉力，根据杠杆的平衡条件，可以增大石块的质量。 水桶盛满水后，阻力变大，可以减小阻力臂，增大动力臂，应向左移动杠杆的支点，从而减小人向上提水的拉力。 【练习3】五一长假期间，小聪随母亲去老家农村，看到很多老乡使用如图（a）所示杆秤称量质量。回家后，小聪用一根长30厘米的轻质细木棒作秤杆、用0.2千克的铁块作秤砣，在距木棒一端4厘米处系上提纽线，制作了一把简易杆秤如图（b）所示。 （1）将被测物挂上并调节秤砣至图（c）所示位置时杆秤水平平衡，求被测物的质量m物。 （2）这把简易杆秤的最大称量是 千克。若小聪用0.3千克的铁块替换原0.2千克的铁块做秤砣，杆秤的最大称量 （选填“减小”、“不变”或“增大”）； （3）实际生活中的杆秤通常有两个提纽线，如图（a）所示，使用提纽 时（选填“1”或“2”），杆秤的最大称量较大。 【答案】 1kg 1.3 增大 2 【详解】（1）由杠杆平衡条件得m秤砣gl秤砣=m物gl物 m秤砣l秤砣=m物l物 0.2kg×20cm=m物×4cm 解得m物=1kg。 （2）由杠杆平衡条件得m秤砣′gl秤砣′=m物′gl物 m秤砣′l秤砣′=m物′l物 0.2kg×26cm=m物′×4cm 解得m物′=1.3kg，这把简易杆秤的最大称量是1.3kg。 0.3千克的铁块替换原0.2千克的铁块做秤砣，秤砣质量变大，秤砣的力臂与物体的力臂不变，由 m秤砣gl秤砣=m物gl物可知，秤的最大称量增大。 （3）由图示可知，使用提纽2时，秤砣的力臂变大，物体的力臂变小，由m秤砣gl秤砣=m物gl物 可知，杆秤的最大称量较大。 【练习4】在“探究杠杆平衡的条件”实验中： （1）将杠杆的中点支在 上，当杠杆如图（a）所示静止时，杠杆处于 状态（选填“平衡”或“不平衡”），此时需要调节杠杆左端的 ，并使它向 移动（选填“左”或“右”），直到杠杆在水平位置平衡。 （2）当杠杆两侧挂上钩码后，杠杆处于如图（b）所示位置，此时将右侧的钩码向 移动（选填“左”或“右”）后，可使杠杆在水平位置平衡。这样操作的目的是 。 【答案】（1）支架，平衡，平衡螺母，右；（2）右，便于直接测量力臂 【详解】（1）实验前，把杠杆的中点支在支架上，杠杆停在水平位置，保持静止状态，杠杆处于平衡状态。 如图所示杠杆，左低右高，应将左端的平衡螺母适当往右调，或者将右端的平衡螺母适当往右调。 （2）如图可知，杠杆左端下沉，说明左边钩码的拉力乘以对应的力臂要大于右边钩码的拉力乘以对应的力臂，所以此时可以减小左边钩码的拉力对应的力臂或增大右边钩码的拉力对应的力臂，即将右边的钩码向右移动，这样是为了便于直接从杠杆上测量力臂。 模块二、滑轮 【例题1】如图所示，用下列简单机械，使重力为G的物体都处于静止状态，若不考虑机械自重、摩擦等因素，其中用力最大的是（　　） A．F₁ B．F₂ C．F₃ D．F₄ 【答案】B 【详解】A．如图，杠杆的动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，若不考虑机械自重、摩擦等因素，则动力小于物重G； B．如图，杠杆的动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，则动力大于物重G； C．如图，为定滑轮，若不考虑机械自重、摩擦等因素，则动力等于物重G； D．如图，为动滑轮，若不考虑机械自重、摩擦等因素，则动力为物重G的一半； 综上所述，其中用力最大的为B，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 【例题2】为了探究动滑轮的使用特点，某小组同学用如图所示的装置进行实验，每次用测力计匀速提升钩码。（滑轮摩擦力不计）钩码重力为G，拉力为F，钩码移动的距离为L，绳子自由端移动的距离为S。实验数据记录在表格中。为了进一步研究，他们计算了每次实验中物体所受重力的变化量ΔG与对应拉力的变化量ΔF，记录在表格的最后两列中。 实验序号 G（牛） F（牛） L（米） S（米） ΔG（牛） ΔF（牛） 1 1 0.7 0.05 0.1 0 0 2 2 1.2 0.1 0.2 1 0.5 3 3 1.7 0.05 0.1 2 1.0 4 4 2.2 0.2 0.4 3 1.5 （1）分析比较表中第二列与第三列中的数据及图中相关条件可得出动滑轮的使用特点：使用动滑轮匀速提升物体时， ； （2）分析比较表中第四列与第五列中的数据及相关条件，可得出初步结论：使用动滑轮匀速提升物体时， ； （3）由表中数据可计算出滑轮自身重力为 牛； （4）进一步分析比较表中最后两列的数据可得出初步结论： ； （5）为了得到普遍的物理规律，小组同学还将选用 继续进行实验。 A. 提起更多不同重力的重物 B. 提起重物通过不同的距离 C. 选用不同重力的滑轮。 【答案】 可以省力 费距离 0.4N ΔF与ΔG成正比 C 【详解】（1）分析表中第二列与第三列中的数据可知，动滑轮的重力相同，被提升的物重G物越大，拉力F越大，且拉力F小于物重G物，使用动滑轮可以省力。 （2）分析比较表中第四列与第五列中的数据及相关条件，可知使用动滑轮时，绳自由端移动的距离大于物体上升的距离，即使用动滑轮费距离。 （3）由第一组数据知，动滑轮的重力G轮=2F-G=20.7N-1N=0.4N。 （4）分析比较表中ΔF与ΔG的数据及相关条件，可发现 由此可得出的初步结论是：使用动功滑轮匀速提起物体，拉力的变化量ΔF与物体所受重力的变化量成正比。 （5）为了得到普遍的物理规律，小组同学还将选用不同重力的滑轮继续进行实验。 【练习1】实验室里有一些相同的长方体木块，同学们用相同的滑轮按照甲、乙、丙三种方式拉着木块在相同的水平面上做匀速直线运动，如图所示，不计滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦，所用拉力分别为F1、F2和F3，则（　　）    A．F1>F2=F3 B．F2<F1<F3 C．F2>F1=F3 D．F1<F3<F2 【答案】C 【详解】不计滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦，假设甲、乙图中物块与地面的摩擦力为f，则丙图中物块与地面的摩擦力为2f，甲图中滑轮为定滑轮，不省力，则F1=f；乙图中滑轮为动滑轮，但F2处作用在动滑轮的轴上，费2倍的力，所以F2=2f；丙图中滑轮为动滑轮，省一半的力，则 故F2>F1=F3，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 【练习2】如图所示，重为1N的滑轮一端用细绳固定在地面，细绳另一端挂着一个10N重的物体，在拉力F的作用下10s内物体匀速上升2m，不计绳重和摩擦，下列说法错误的是（　　） A．拉力F＝21N B．滑轮的速度为0.1m/s C．拉力F做功42J D．绳对物体做功20J 【答案】C 【详解】A．对动滑轮进行受力分析，受到上端绳子向上的拉力，竖直向下的重力，重物的重力和下端绳子向下的拉力，且重物的重力和下端绳子向下的拉力相等。物体匀速上升，处于平衡状态，故向上的拉力等于向下的力，为 故A正确，不符合题意。 B．由动滑轮知识可知，此时物体上升的距离是滑轮的2倍，即滑轮上升1m，则滑轮的速度为 故B正确，不符合题意。 C．拉力F的距离与动滑轮运动的距离相等，为1m，则拉力做功W=Fs=21N×1m=21J 故C错误，符合题意。 D．绳对物体拉力等于物体的重力，则绳对物体做功为 故D正确，不符合题意。故选C。 【练习3】如图所示，小明同学想把被台风刮倒的甲树拉正，他把绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子，这样做时甲的树干相当于 （选填“动滑轮”“定滑轮”或“杠杆”）。如果不计绳重和摩擦，甲树受到500N拉力，则小明对绳子的拉力为 N，乙树受到的拉力为 N。    【答案】 动滑轮 250 250 【详解】把绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子时，甲的树干要移动，则甲的树干相当于动滑轮。拉甲树干的绳子段数是2，不计绳重和摩擦，小明对绳子的拉力是甲树受到拉力的一半，即 F＝0.5×500N＝250N 乙树受到的拉力等于1段绳子的拉力，大小为250N。 【练习4】某同学研究动滑轮的使用特点时，每次都匀速提起相同钩码（不计摩擦），实验步骤如图所示。        （1）使用动滑轮时，可以省一半力。根据（a）（b）两图可知，实验中所用动滑轮的重力为 牛； （2）分析比较（b）、（c）和（d）三图可知，使用同一动滑轮匀速提起相同重物时 ； （3）根据上述分析，如果家里安装日光灯，你认为图中更合理的是 。（选填“甲”或“乙”）    【答案】 0.2，见解析，甲 【详解】（1）由图（a）可知，物体重力为 不计绳重和摩擦，由动滑轮的特点可得 则动滑轮的重力为 （2）分析（b）、（c）和（d）三图可知，使用动滑轮匀速提起同一重物时，拉力与竖直方向的夹角不同，拉力的大小不同，并且拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大。 （3）根据（2）得出的结论：拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大，由此可知，图乙绳子承受的拉力大，图甲绳子承受的拉力小，所以图甲更合理。 模块三、功和功率 【例题1】如图所示，重为100N的物体A在水平拉力F的作用下水平向左匀速运动，滑轮的速度为1m/s，弹簧测力计的示数为10N，忽略绳子和滑轮自重及绳子与滑轮间的摩擦。则下列说法正确的是（　　） A．物体所受地面的摩擦力为5N B．使用该动滑轮的目的是为了省力 C．水平拉力F的功率20W D．物体A的运动速度为0.5m/s 【答案】C 【详解】A．物体A匀速运动，说明物体A受到水平方向的拉力与摩擦力平衡，即大小相等，弹簧测力计的示数为10N，即物体A受到水平方向的拉力为10N，故摩擦力也应为10N，故A错误； B．使用该动滑轮不可以省力，但可以省距离，故B错误； C．对动滑轮进行受力分析可知，拉力F=10N+10N=20N，故拉力的功率为 故C正确； D．滑轮的速度为1m/s，则物体A的运动速度为 故D错误。故选C。 【例题2】身高1.7米，质量为50千克的小明同学做俯卧撑运动，此时将他视为一个杠杆如图所示，他的重心在A点。则： （1）若他将身体撑起，地面对手的作用力至少要多大？ （2）将身体撑起，每次肩膀上升的距离均为0.3米，若他在1分钟内做了15个俯卧撑，他的功率是多少瓦？ 【答案】（1）300N；（2）22.5W 【详解】（1）小明所受的重力为G=mg=50kg×10N/kg=500N 由图可知，动力臂L1=0.9m+0.6m=1.5m 阻力臂L2=0.9m，阻力等于重力，即F2=G=500N 由杠杆平衡条件可得F1L1=F2L2，即 ，解得。 （2）做一次俯卧撑所做的功为 15个俯卧撑所做的功 他的功率是 【练习1】如图所示，分别利用甲、乙两个滑轮匀速提起A、B两物体（不计滑轮重力及摩擦）。 （1）其中甲装置为 滑轮，它的优点是可以 ； （2）若用大小相等的拉力F1、F2匀速提升A、B两物体，相同时间内，拉力F1、F2做功相同。其中拉力F1、F2做功时的功率为P1和P2，重物被竖直提升的高度为h甲和h乙，则下列选项正确的是____。 A．P1=P2，h甲=h乙 B．P1=P2，h甲>h乙 C．P1<P2，h甲>h乙 D．P1<P2，h甲=h乙 【答案】（1）定，改变力的方向；（2）B 【详解】（1）由图可知，甲滑轮的轴固定不动，为定滑轮，其优点是可以改变力的方向。 （2）不计滑轮重力及摩擦，拉力F1、F2做的功W1=W2，由于时间相同，根据P=W/t可知，功率是相同的，即拉力F1、F2做功时的功率为P1=P2；不计滑轮重力及摩擦，拉力F1=F2，拉力F1、F2做的功W1=W2，由W=Fs可知拉力端移动距离s1=s2，使用定滑轮时s1=h甲，使用动滑轮时s2=2h乙，则重物被竖直提升的高度为h甲>h乙。故B正确，ACD错误。故选B。 【练习2】小华乘坐电梯从家中下楼，其s-t图像如图所示，该电梯在20s内通过的路程为 m。若小华重600N，则在此过程中，他的重力做功 J，功率 W。 【答案】 30 18000 900 【详解】据图可知，该电梯在20s内通过的路程为30m。 他的重力做功为W=Gh=600N×30m=18000J 功率为 【练习3】跨大步、快速行走，可以起到锻炼身体的目的。一同学查阅资料后获得以下信息： ①人水平走路时，当重心上移时，人就会克服自身重力做功；②适当增大克服重力做功的功率，可以起到更好的锻炼效果；③人在水平面上行走时，步距、重心的变化和用时情况如下表： 步距（cm） 人体重心上下移动（cm） 每跨一步时间（s） 40 3 0.5 50 5 0.5 请结合所学知识及上述信息，回答下列问题： （1）某人按两种不同步距各走100步，克服重力所做的功：______。 A．一样多； B．40厘米步距做功多； C．50厘米步距做功多。 （2）请结合题目信息解释，跨大步走为什么能起到更好的锻炼效果？ 。 【答案】（1）C；（2）见详解 【详解】（1）此人按40厘米的步距走路时，走100步做的功W1=100mgh1 若按50厘米的步距走路时，走100步做的功W2=100mgh2 质量相同，由于h1<h2，所以50厘米步距做功多。故C正确。 （2）跨大步、快速行走时做功多，做功快，功率大，单位时间消耗的能量就多，可以起到锻炼身体的目的。 【练习4】使用A、B两个动滑轮匀速竖直提升相同的物体。首先，用滑轮A将物体匀速提升了2米，计算得到拉力所做的功W1和物体克服重力所做的功W2，如图（a）所示。接着，用滑轮A继续将物体匀速提升，获得W2的数据如图（b）所示。然后，换用滑轮B匀速提升物体至某一高度，W1和W2数据如图（c）所示。 （1）如果在图（a）中提升物体用时2秒，求拉力的功率P 。 （2）在图（b）中W1的大小为 焦。 （3）根据题中相关信息可知：物体的重力为 牛，滑轮A的重力为 牛，用滑轮B提升物体时的拉力大小为 牛。 【答案】（1）11W；（2）44；（3）10，1，6 【详解】（1）滑轮A的拉力所做的功为W1'=22J 用滑轮A提升物体用时2秒，则拉力的功率为 （2）滑轮和重物不变，则拉力大小不变，由图（a)、图（b）中物体克服重力做功的关系可知，（b）中物体移动的距离变为两倍，则拉力做的功也变为两倍，即W1=2W1'=44J （3）如图（a），用滑轮A将物体匀速提升了2米，滑轮A物体克服重力所做的功 则用滑轮A所提的物体的重力为 物体上升2米，则绳子端移动4米，拉力做的功为W1'=Fs=22J，则拉力的大小为 与动滑轮相连的绳子有几段，则拉力就是所提货物与动滑轮的总重力的几分之一，故拉力为 则滑轮A的重力为 如图（c）所示，用滑轮B提升物体时，拉力所做的功W1=36J 物体克服重力所做的功W2= Gh =30J 用滑轮B提升物体时，提升的高度为 则绳子端移动6m，用滑轮B提升物体时的拉力大小为 模块四、机械能 【例题1】如图所示，一名运动员投掷铅球的过程示意图。铅球在b点离手，c点是铅球运动的最高点，不计空气阻力，在a到d的整个过程中，下列说法正确的是 （　　） A．在a到b的过程中，运动员对铅球做了功 B．在b到d的过程中，铅球的重力势能先减少后增加 C．在b到d的过程中，铅球的动能先增加后减少 D．在b到d的过程中，铅球的机械能先增加后减少 【答案】A 【详解】A．在a到b的过程中，运动员有力作用在物体上且球在力的方向上移动了距离，运动员对球做了功，故A正确； BCD．在b到d的过程中，铅球的重力势能随高度变化先增大后减少，又因为不计空气阻力，球在此过程中机械能守恒，因此动能是先减少后增大，故BCD错误。故选A。 【例题2】炎炎夏日，小嘉和父母来到水上乐园体验大型滑梯，如图1所示。 （1）在小嘉从滑梯顶端加速下滑的过程中，下列说法正确的是（    ） A．重力势能转化为动能 B．重力势能增加 C．动能转化为重力势能 D．动能保持不变 （2）小嘉发现，胖瘦不同的两个人从同一个滑梯上滑下后，在水中滑行的距离不同，于是他猜想：物体的动能与物体的质量有关。为了验证以上猜想，他设计了如图2中甲、乙、丙所示的实验，用质量分别为m和2m的小球分别从同一个斜面上由静止释放撞击水平面上的木块。 ①在实验中可以通过观察 来比较小球的动能大小； ②要验证猜想，应选用图2中的 图，选择的理由是 。 【答案】（1）A；（2）木块移动的距离，乙、丙，见解析。 【详解】（1）在小嘉从滑梯顶端加速下滑的过程中，速度变大，质量不变，动能变大，因高度变小，故重力势能变小，重力势能转化为动能，故A正确，BCD错误。 故选A。 （2）由转换法可知，在实验中可以通过观察木块被撞后移动的距离来比较小球的动能大小，木块移动的距离越远，小球的动能越大。 根据控制变量法，要验证猜想，即研究物体的动能与物体的质量有关，要控制速度相同，质量不同，故小球要从同一高度自由滑下，只改变质量大小，应选用图2中的乙、丙图。 【练习1】如图甲中过山车从A点出发，先后经过B、C、D、E点。如图乙是过山车在B、C、D、E点的动能和重力势能大小的示意图。则过山车在 点动能最大，B点重力势能的大小 C点重力势能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”），D点重力势能的大小 E点动能的大小（选填“大于”、“等于”或“小于”）。在这个过程中，过山车的机械能 （选填“增加”、“不变”或“减少”）。 【答案】 C 大于 小于 减小 【详解】由图甲可知，C点在地面上，由图乙可知，过山车的动能在C点最大，在B点的动能最小，B点的重力势能最大，C点的重力势能为零，B点重力势能大于C点重力势能，D点重力势能小于E点动能。 由于机械能等于动能和势能的总和，由图乙可知，从B到C点、再到D点、最后到达E点的过程中，重力势能与动能之和越来越小，所以在这个过程中，过山车的机械能减小。 【练习2】在探究“物体动能的大小与什么因素有关”的实验中，小松设计了如图所示甲、乙、丙三次实验。让铁球从同一斜面上某处由静止开始向下运动，然后与放在水平木板上的木块相碰，铁球与木块在水平木板上共同移动一段距离后静止： （1）小球到达水平面时所具有的动能是由 能转化而来的。到达水平面时，三个小球速度vA、vB、vC的大小关系是 。 （2）在上述情境中，我们认为C球所具有的动能最大，其依据是 。 （3）分析乙、丙两图，得到的实验结论是 ，由此联想到高速公路限速牌上标明“120”和“100”字样， （选填“大客车”或“小轿车”）的限速为100km/h。 【答案】（1）重力势，vA＜vB=vC；（2）C球推动木块移动的距离最大；（3）在速度相同时，物体的质量越大，动能越；大客车 【详解】（1）小球从斜面上由静止滚下，质量不变，高度减小，重力势能减小，速度增大，动能增大，所以小球到达水平面时所具有的动能是由重力势能转化而来的。 小球从斜面上同一高度由静止滑下时，到达水平面的速度是相同的， 甲图中球的高度小于乙、丙图中球的高度，乙、丙图中球的高度相同，所以到达水平面时，三个小球速度大小关系是vA＜vB=vC。 （2）实验中通过观察木块被撞击后移动的距离来比较铁球动能的大小，运用了转换法；丙图中木块移动的距离最大，说明C球对木块做的功最多， 则C球所具有的动能最大。 （3）分析乙、丙两图，球从同一高度由静止滑下，则到达水平面的速度相同，丙图中球的质量大，木块被撞击后移动的距离大，说明在速度相同时，物体的质量越大，动能越大。 大客车的质量大，在速度相同时，动能大，所以限制的速度要小，小轿车的质量小，限制的速度可以大一些，高速公路限速牌上标明“120”和“100”字样，“100”字样应该是大客车的限速。 【练习3】为了研究“动能与重力势能的转化”，小明将一个小球从高空静止释放。用频闪照相记录了小球刚开始下落一段时间、落地前一段时间的运动过程， 分别如图（a）（b）所示。 （1）小明观察图（a）现象后，推断“小球从高空下落时，其重力势能会转化为动能”。请分析图（a）现象，小明判断依据是 ； （2）小明阅读课本后，得知：重力势能转化为动能的过程，常常是通过重力做功来实现的。他认为：“小球下落过程中，其动能改变的量等于其重力做的功”。请根据实验现象，判断小明的观点是否合理，并写出简要分析∶ 。 【答案】（1）见解析；（2）不合理，理由见解析。 【详解】（1）由（a）图可知，小球从高空下落时，所处高度减小，重力势能减小；小球相同时间内，运动距离增大，运动越来越快，即速度增大，动能增大。因此小明判断小球的重力势能转化为动能。 （2）不合理。由（b）图可知，小球在相同时间内运动距离相同，小球运动速度不变，同一小球的动能不变，即小球动能改变的量为零；而小球仍在下落，重力做功大于零。因此动能改变的量不一定等于重力做功。 【练习4】巡航导弹是导弹的一种，具有突防能力强，难以拦截的优点。图示为某巡航导弹的飞行路线图，发射升空段，发动机点火，导弹以极快的速度穿出大气层升至高空；俯冲加速段，发动机处于关闭状态，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度；巡航阶段，主发动机的推力与阻力平衡，弹翼的升力与重力平衡，可以实现远距离“巡航状态”，最后精确打击目标。下列关于该巡航导弹的说法正确的是（    ）    A．整个过程中，在F点动能最大 B．O点到E点的过程中，机械能不变 C．G点到H点的过程中，机械能不变 D．I点到J点的过程中，不消耗导弹携带的燃料 【答案】C 【详解】A．F点后俯冲加速阶段，发动机处于关闭阶段，导弹向下俯冲，会被加速到极高的速度，说明F点的速度不是最大，则F点动能不是最大的，故A错误； B．O点到E点的过程中，发动机点火加速升空，巡航导弹速度在增大，可知其动能在增大，高度在增大，可知其重力势能在增大，则机械能在增大，故B错误； C．G点到H点的过程中，发动机关闭，没有对巡航导弹做功，只有重力在做功，减少的重力势能等于增加的动能，则可知机械能不变，故C正确； D．由题意可知，I点到J点的过程中，发动机处于打开状态，要对巡航导弹做功，可知其消耗导弹携带的燃料，故D错误。 故选C。 模块五、机械效率 【例题1】建筑工人通过如图所示的装置将一桶质量为45kg的涂料从地面提起，桶离开地面后在4s内缓慢上升0.8m，工人所用的拉力为500N，g取10N/kg。下列说法中正确的是（　　） A．绳子自由端移动的平均速度为0.4m/s B．该装置做的有用功为400J C．该装置的机械效率为90% D．拉力的功率为200W 【答案】C 【详解】A．由图可知，此滑轮为定滑轮，因此绳子自由端移动的距离等于桶上升的高度，即0.8m，所以绳子自由端移动的平均速度为 故A错误； B．由题意知，涂料的重力为G=mg=45kg×10N/kg=450N 该装置做的有用功为W有=Gh=450N×0.8m=360J，故B错误； C．该装置做的总功为W总=Fs=500N×0.8m=400J 该装置的机械效率为 故C正确； D．拉力的功率为 故D错误。故选C。 【例题2】小红和小明用一个滑轮、钩码、弹簧测力计等器材分别做了以下实验： （1）探究定滑轮工作时的特点如图甲，为了使弹簧测力计的示数尽可能接近绳子受到的实际拉力，实验中提升的钩码质量应取 （填“大”或“小”）些。 （2）探究动滑轮工作时的特点 ①测出 重力，然后组装好如图乙所示的装置； ②拉动弹簧测力计，使钩码 上升。 （3）测动滑轮的机械效率 ①实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置，是为了 ； ②小明用如图所示的动滑轮提升钩码，改变钩码的数量， 正确操作，实验数据如下表。 实验序号 钩码重 G/N 钩码上升高度 h/cm 拉力 F/N 绳端移动的距离 s/cm ① 1.0 20.0 0.7 40.0 ② 2.0 20.0 1.2 40.0 ③ 3.0 20.0 1.7 40.0 a. 第①次实验测得动滑轮的机械效率为 ，第②次实验的有用功为 J。 b. 第③次实验时，钩码上升的速度为0.05m/s，则拉力的功率为 W。 c. 由表中实验数据分析可知，同一动滑轮，所提升物重增大，机械效率将 （填“变大”、“变小”或“不变”）。 d。小红进一步研究，测出动滑轮的重力，再计算出每一次实验中总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值ΔW（ΔW=W总-W有用-W滑轮），发现钩码的重力越大，ΔW （填“越大”、“越小”或“不变”），请你用所学知识进行解释： 。 【答案】（1） 大；（2）滑轮与钩码；匀速；（3）测量钩码和弹簧测力计移动的距离；71.4%；0.4； 0.17；变大；不变；见解析。 【详解】（1）钩码越重时，摩擦力和绳子重力在总重中占的比例越小，弹簧测力计的示数越接近绳子受到的实际拉力，故应该取质量较大的钩码。 （2）在使用动滑轮时，不仅要提升物体，而且要提升动滑轮，所以，在探究动滑轮工作时的特点时，先测出滑轮与钩码总重。 只有让钩码匀速上升时，此时滑轮对钩码的拉力的大小才会等于钩码的重力，测力计的示数才等于拉力的大小，所以，应竖直匀速拉动弹簧测力计，使钩码匀速上升。 （3）为了测量钩码和弹簧测力计移动的距离，从而计算有用功和总功，应分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。 由表中实验数据可知，第①次实验测得动滑轮的机械效率 第②次实验的有用功 拉力端移动的速度 第③次实验时拉力的功率 根据表格数据，由机械效率公式可得，后面两次动滑轮的机械效率分别为 根据三次的机械效率及物重的变化可得：同一动滑轮，所提升物重增大，机械效率将增大。 第①次实验测得 第②次实验测得 第③次实验测得 故Δ W不变。 提升物体做的总功 在不计空气阻力与绳摩擦，W额全部用来克服动滑轮的重力做功，而三次实验动滑轮上升的高度不变，动滑轮的重力不变，故克服动滑轮的重力做功相等，故ΔW不变。 【练习1】情境：图1（a）所示为港珠澳大桥。 （1）如图1（b）所示，是小西制作的大桥如图1（a）中方框部分结构简化模型，可以把桥面看作杠杆，点A为支点，桥面AC受到的重力看作阻力F2，斜拉索的拉力看作动力F1，请在图（b）中画出动力F1的力臂l1。 （2）若适当增加塔柱的高，则可以 斜拉索承受的拉力。（选填“增大”或“减小”）理由是： 。 （3）建设大桥用到如图2（a）的塔式起重机，图2（b）所示滑轮是起重机的重要部件之一。若滑轮a自重为200N，将重为1800N的货物用该滑轮由地面沿竖直方向匀速提升20m，不计滑轮与绳之间的摩擦，求： ①拉力做的功W总； ②滑轮的机械效率η。 【答案】（1）见下图；（2）减小，见解析；（3）4×104J；90% 【详解】（1）力臂是从支点 A 到动力 F1作用线的垂直距离，从A作F1的垂线段。如图所示： （2）增加塔柱高度时，动力臂l1增大，阻力 F2和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件 F1l1=F2l2 可知，动力 F1（斜拉索拉力）减小。 （3）图 2（b）中滑轮为动滑轮，承担物重的绳子段数n=2。 ① 拉力 绳子自由端移动距离s=2h=2×20m=40m 拉力做的总功 ② 有用功 机械效率 【练习2】如图（a）所示，用竖直向上的拉力F，通过滑轮匀速提起重为20N的物体M。 （1）（作图）在图（b）中，用力的示意图画出物体M受到的拉力F拉； （2）图（a）中的滑轮可以看作 杠杆，若不计摩擦和滑轮重力，力F的大小为 N，物体M所受合力的大小为 N； （3）若不计摩擦，物体M被竖直提升1m过程中，拉力F做的总功为25J，求该过程中滑轮提升物体M所做的有用功W有和滑轮的机械效率η。 【答案】（1）见下图；（2）省力,，10，0；（3）20J，80% 【详解】（1）通过滑轮匀速提起重为20N的物体M，物体处于平衡状态，物体M在竖直方向受到拉力和重力作用，拉力的方向竖直向上，大小等于物体的重力为20N，作用点画在重心上，如图所示： （2）动滑轮的本质是动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆。 动滑轮绳子股数为2，若不计摩擦和滑轮重力，力F的大小为 ]因物体M匀速上升，处于平衡状态，物体M受到竖直向上的拉力与物体M的重力是一对平衡力，因此物体M所受合力的大小为0N。 （3）拉力做的有用功为W有=Gh=20N×1m=20J 滑轮的机械效率为 【练习3】如图所示，工人用相同的滑轮A、B组成滑轮组将重为400N的重物从井底匀速吊起2m，用时为8s，工人所用拉力F为250N。求： （1）滑轮 是动滑轮（选填“A”或“B”）。 （2）滑轮A的重力。 （3）此滑轮组的机械效率。 （4）拉力F的功率。 【答案】（1）A；（2）100N；（3）80%；（4）125W 【详解】（1）轴固定不动的滑轮为定滑轮，随物体一起运动的是动滑轮，由图知，A是动滑轮。 （2）由图可知，滑轮组的有效绳子段数为n=2，由 得，滑轮A的重力G动=2F-G=2×250N-400N=100N （3）绳子自由端移动的距离为s=nh=2×2m=4m 滑轮组的机械效率 （4）拉力F做的功为W总=Fs=250N×4m=1000J，则拉力F的功率为 四、综合练习 1. 小鹏想帮助爸爸修剪家里的盆景，需要用到园林修剪时专用的树枝剪，如图所示，请提出如何最省力的使用建议（    ） A．树枝靠近支点，手握在远离支点的手柄一端 B．树枝远离支点，手握在远离支点的手柄一端 C．树枝靠近支点，手握在靠近支点的手柄一端 D．树枝远离支点，手握在靠近支点的手柄一端 【答案】A 【详解】根据杠杆的平衡条件知，要使杠杆更省力，应该让剪刀的动力臂比阻力臂更大些；所以让树枝靠近支点，减小阻力臂；手握在远离支点的手柄一端，增大动力臂，这样会更省力些。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2. 如图所示用不同方向的拉力F1、F2、F3匀速拉动重力为G的物体时，不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（    ） A．F1=F2=F3 B．F2>G C．F1和F2是一对平衡力 D．F2和G是一对平衡力 【答案】A 【详解】AB．为定滑轮相当于一个等臂杠杆，力臂均为轮的半径，只能改变力的方向，而不省力，故用定滑轮拉同一重物，沿三个不同方向，用的拉力大小相等，不计绳重和摩擦，则F1=F2=F3 =G 故A 正确，B错误； CD．二力平衡的条件是两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，F1和F2、F2和G均不满足“方向相反、作用在同一条直线上”这一条件，所以都不是一对平衡力，故C、D错误。 故选A。 3. 如图所示，小球以某速度从M点开始沿粗糙轨道MOP运动，经P点离开轨道，上升至最高点N，又下落经过Q点，N位于P、Q之间，O、P、Q处在同一水平高度。不计空气阻力，下列说法正确的是（　　） A．小球经过O、P两点时动能相等 B．小球到达最高点N时速度一定为零 C．小球到达的最高点N不可能高于M点 D．小球经过N点时的机械能等于经过Q点时的机械能 【答案】D 【详解】A．由于球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，在轨道上运动过程中要克服摩擦阻力做功，有部分机械能转化为内能，因此球到达P点的机械能一定小于在O点的机械能，O、P处在同一水平高度，球的重力势能相等，则球在P点的动能一定小于在O点的动能，故A错误； B．球以某速度从M点沿粗糙轨道开始运动，球在M点既有动能又有重力势能，球上升至最高点N时，仍水平方向飞行，也既有动能又有重力势能，则在N点的速度不为0，故B错误； C．球在轨道上运动过程中要克服摩擦阻力做功，有部分机械能转化为内能，球在N点的机械能一定小于在M点的机械能，但由于球在M、N点的动能大小不确定，因此球在M、N两点的重力势能大小也不确定，即N点重力势能有可能比M点重力势能大，则最高点N与M点对比，N点可能M高，故C错误； D．忽略空气阻力，球从N点到Q点机械能守恒，因此球在N点的机械能等于Q点的机械能，故D正确。 故选D。 4. 两个完全相同的滑轮，分别以图示两种方式，将重为G的物体以相同的速度匀速竖直提升相同高度，不计绳重和摩擦，甲、乙的机械效率为η1、η2，拉力F1、F2做的功分别为W1、W2，功率分别为P1、P2，下列判断正确的是（　　） A．F1=2F2 B．η1>η2 C．W1>W2 D．P1=P2 【答案】B 【详解】A．甲是定滑轮，乙是动滑轮，不计绳重和摩擦，甲的拉力等于物体的重力，即F1=G 乙的拉力等于物体和滑轮总重的一半，即 2F2=G+G动 所以F1<2F2，A错误； BC．不计绳重和摩擦，因为物重相同，提升的高度相同，故甲做的有用功等于乙做的有用功；因为甲用定滑轮提升，乙用动滑轮提升，所以甲做的额外功为零，小于乙做的额外功，总功等于有用功和额外功之和，所以甲做的总功小于乙做的总功，即W1<W2 因为机械效率是有用功与总功的比值，由可知甲的机械效率大于乙的机械效率，即 η1>η2，故B正确，C错误； D．将重为G的物体以相同的速度匀速竖直提升相同高度，由t=s/v可知所用时间相同，甲做的总功小于乙做的总功，由P=W/t可知甲的功率小于乙的功率，即P1<P2 故D错误。 故选B。 5. 如图所示，用甲、乙、丙三种简单机械分别提起同一重物G，已知滑轮重20N，杠杆（OB=2OA）重10N，手的拉力始终沿竖直方向，忽略绳重及摩擦，下列说法错误的是（　　） A．甲图：该装置不省力也不省距离 B．乙图：该装置的机械效率是三者中最低的 C．丙图：在匀速拉动物体上升的过程中，拉力F3逐渐变小 D．若提升的物体越重，乙、丙的机械效率就会越高 【答案】C 【详解】A．甲图中，该滑轮的位置是固定的，是定滑轮，使用定滑轮时不省力也不省距离，但可以改变力的方向，故A正确，不符合题意； B．根据 可知，忽略绳重及摩擦，甲图中不用克服摩擦和滑轮做额外功，该装置的机械效率最高；乙图中克服动滑轮的重力做的功为额外功，机械效率为 丙图中，克服杠杆的重力做的功为额外功，当物体被提升h时，根据数学的相似三角形知识可知，拉力端移动2h，杠杆的重心上升h，则该装置的机械效率为 可知，可得：乙装置的机械效率是三者中最低的，故B正确，不符合题意； C．丙图中，根据杠杆平衡条件可得 则 在匀速拉动物体上升的过程中，物重和杠杆重不变，阻力臂变小，动力臂也变小，根据数学的相似三角形知识可知，阻力臂与动力臂的比值是一个定值，所以拉力F3不变，故C错误，符合题意； D．若提升的物体越重，根据 以及 可知，乙、丙的机械效率就会越高，故D正确，不符合题意。 故选C。 6．工人想要用撬棒撬起箱子，撬棒在如图所示的位置保持静止。 （1）O为撬棒的支点，工人对撬棒的作用力F1为动力，箱子对撬棒的作用力F2为阻力，在图中画出F1的力臂l1 ，此时撬棒相当于（ ） A．等臂杠杆        B．省力杠杆        C．费力杠杆 （2）若动力臂l1为1.5m，阻力F2为300N，阻力臂l2为0.5m，则动力F1的大小为 N。 【答案】（1）见下图； B；（2）100 【详解】（1）动力臂是支点O到动力作用线的距离，如图所示： 由图可知，动力臂大于阻力臂，由杠杆平衡条件可知，阻力和阻力臂一定，动力臂大于阻力臂时，动力小于阻力，因此是省力杠杆。 （2）由杠杆平衡条件可知 7. 小宝同学在锻炼时，双脚并拢，脚尖O触地，脚后跟踮起，手掌支撑在竖直墙壁上，手臂水平，A为人体重心所在位置。此时墙壁对手掌的支撑力F如图所示，不计墙壁对手掌的摩擦力。 （1）以O为支点，请在图中作出动力F的力臂l。 （2）若增大脚尖与墙壁的距离，手臂仍然水平支撑在墙壁上，支撑力F如何变化? ，并说明理由 。 【答案】（1）见下图；（2）变大；根据杠杆平衡条件，人体重力不变，重力的力臂变大、支撑力的力臂减小，所以支撑力F变大。 【详解】（1）过支点O作动力F作用线的垂线段，该垂线段就是动力F的力臂l（标注垂足）。如图所示： （2）以O为支点，若增大脚尖与墙壁的距离，人体重力G是阻力保持不变，其阻力臂lG会变大（脚尖离墙远，重心水平方向远离支点）；动力F的动力臂lF会变小（手掌到支点水平距离变小）。根据杠杆平衡条件，则动力 由于G不变，lG变大、lF减小，所以支撑力F变大。 8. 如图所示，分别用力F1、F2匀速提升相同质量的物体。其中可以看作等臂杠杆的是图 中的滑轮（选填“甲”或“乙”），使用该滑轮的好处是可以 ； 图中滑轮的支点在滑轮轴的位置（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；若不计滑轮重及摩擦，拉力F1的大小为20N，则F2大小的大小为 N。 【答案】 甲 改变力的方向 甲 10 【详解】甲图中滑轮在力的作用下围绕固定点O点转动，是定滑轮，它的好处是可以改变力的方向，其中动力是F1，阻力是物体M受到的重力GM，对应的动力臂和阻力臂是该滑轮的半径，则阻力臂和动力臂相等，故可以看做为等臂杠杆，支点在滑轮的轴O点位置；乙图在力的作用下围绕O点转动，支点在O点，不在该滑轮轴的位置。 不计滑轮重及摩擦，甲图中有 乙图中动滑轮可以省力，则有 9. 利用下图所示实验装置探究“动能的大小与哪些因素有关”。实验时让小车A从斜面上由静止开始滑下在水平面上将物体B推出一段距离。    （1）实验运用了控制变量法：让质量不同的小车从斜面的同一高度滑下，探究动能与质量的关系；让同一个小车从斜面的 高度滑下，探究动能与速度的关系。实验中动能的大小无法测量，我们通过 来判断小车动能的大小； （2）小车从斜面上滑下，它的 转化为动能，碰上物体B后，小车的部分 转移给了物体B，这个能量的转化转移过程机械能总量 ； （3）小车在水平面上推动物体B前进时受到4个力：①重力、②摩擦力、③物体B对小车的压力、④水平面对小车的支持力，其中 是一对平衡力， 方向相同（两空均填序号）。拿走物体B，如果小车滑到水平面时，它受的力全部消失，小车将 ； （4）下表是一些物体的动能大小，分析表中数据，请你提出一个可以探究的物理问题： 。 物体 动能/J 物体 动能/J 步行的人 约30 百米跑中的运动员 约 行走的牛 约160 刚射出的步枪子弹 约 中速行驶的小汽车 约 高速行驶的小汽车 约 【答案】（1）不同，B运动的距离；（2）重力势能，动能，减小；（3） ①④；②③；匀速直线运动；（4）见解析 【详解】（1）让同一小车在不同高度下滑，可使小车获得不同的速度，而此时小车的质量保持不变，可探究动能与速度的关系。 通过观察物体B移动的距离的大小，来说明小车对物体B做功的多少，从而判断出小车具有的动能的大小。 （2）小车从斜面上滑下，质量不变，速度变大，高度降低，它的重力势能转化为动能。 碰上物体B后，B由静止到运动，小车的部分动能转移给了物体B，小车的整个运动过程中受摩擦力作用，需要克服摩擦力做功，另外碰撞过程中也会有机械能的损失，机械能总量减小。 （3）根据平衡力的特点，小车所受的重力与水平面对小车的支撑力大小相等，方向相反，作用在同一物体上，所以可知①重力、④水平面对小车的支持力是一对平衡力。 由图示知，②摩擦力的方向水平向左，③物体B对小车的压力也水平向左，方向相同。 如果小车滑到水平面时，它受的力全部消失，据牛顿第一定律知，小车将做匀速直线运动。 （4）由表格数据可知，不同物体运动的速度不同，它的动能也不同，因此可以提出：物体的动能与速度的关系。 10．如图所示，物体的重力为100牛，在拉力F作用下在水平面上做匀速直线运动，物体的图像如下所示，已知弹簧测力计的示数为20牛。若不计滑轮重力及各种摩擦、阻力，求： （1）物体运动的速度的大小； （2）物体所受摩擦力f与拉力F的大小； （3）拉力F在10秒内所做的功。 【答案】（1）0.8m/s；（2）20N，40N；（3）160J 【详解】（1）由图像可知，当t=6s时，物体A运动的距离s=4.8m，则物体运动的速度 （2）物体A做匀速直线运动，处于平衡状态，其在水平方向上受到绳子的拉力F拉和地面的摩擦力f是一对平衡力，大小相等，方向相反，图中使用的是动滑轮，不计滑轮重力及各种摩擦、阻力，绳子对物体的拉力与弹簧测力计的示数大小相等，则物体所受的摩擦力 图中滑轮为动滑轮，承担物体A所受摩擦力的绳子的段数n=2，拉力F为 （3）10秒内物体A运动的距离为 拉力F移动的距离为 拉力F在10秒内所做的功为W=Fs=40N×4m=160J 体育运动中蕴含着丰富的物理知识，从奥运冠军到业余爱好者，物理定律默默塑造着每一块奖牌、每一次突破。 11. 如图a所示是工人利用滑轮将材料运送上楼。分析滑轮受力时可将其简化为图b。 （1）在图b的画出支点O和力F的力臂l； （2）已知材料受到的重力为600N，工人将材料以0.1m/s的速度匀速上拉。 ①若忽略滑轮重力及滑轮与绳摩擦，求工人施加的拉力F的大小及工人做功的功率P。 ②若滑轮与绳摩擦，已知滑轮重200N，求用该滑轮提升材料的机械效率。 【答案】（1）见下图；（2）300N， 60W，75% 【详解】（1）图b中的滑轮是动滑轮，支点O是滑轮左侧与绳子的接触点（动滑轮的支点是绳子与滑轮的接触点）；力臂l是从支点O向力F的作用线作垂线，垂线段的长度即为力F的力臂，如图所示： （2）此滑轮是动滑轮，动滑轮的特点是省一半力。拉力 绳子自由端速度v绳=nv物=2×0.1m/s=0.2m/s 因为匀速，所以工人做功的功率 机械效率 12．完成下列各题。 （1）图甲中的皮划艇运动员一手支撑住浆柄的末端，另一手用力划桨，此时的船桨可看作是一个杠杆。图乙中最合理的船桨模型是( ) （2）图为一山脉的等高线图，若重力为500N的越野运动员自山顶B点匀速向半山腰A点运动，此过程中他的动能 ，机械能 （均选填“变大”“变小”或“不变”）；到达A点时，重力已做功 J。 （3）我校积极开展阳光体育运动，同学们课间在操场上进行各种项目的训练。 ①小聪在单杠上做引体向上。小明测量了他一次上升的高度h和n次引体向上的时间t，还需要测量 （填物理量和符号），可算出小聪引体向上的功率P= （用符号表示）。 ②小明在操场上投实心球。图是整个抛球运动过程的示意图，轨迹（实线）上a、b两点在同一高度，空气阻力忽略不计。关于球的运动，下列说法正确的是（ ） A．最高点时球的速度为0 B．球在a点的速度大于b点的速度 C．球在a点的速度等于b点的速度 D．球在a点的速度小于b点的速度 E. 球落地时的机械能最大 【答案】（1）B；（2）不变，变小，5×105J；（3）m，nmgh/t， C。 【解析】（1）如图甲所示，由题意得，左手撑住桨柄的末端为支点，右手给桨一个向后的拉力，则水就给桨叶一个向前的推力，驱动船前进；由图可知，此船桨属于费力杠杆，对比以上信息可得，B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 （2）物体的动能与物体的质量和速度有关，物体的重力势能与物体的质量和高度有关，物体的动能和势能统称为机械能；当越野运动员由山顶B点向半山腰A点匀速运动时，他的质量和速度不变，则动能不变，重力势能因高度的变小而变小，故动能与重力势能的和变小，即机械能变小。 由题意可知，当越野运动员由山顶B点到达半山腰A点时，运动员所处的高度减小了 已知运动员的体重为G=500N，所以，当运动员由B点到达A点时，重力所做的功为 （3）①根据功的计算公式W=Gh和功率的定义公式P=W/t可知，要计算出小聪引体向上的功率，除测量出小聪一次上升的高度h和n次引体向上的时间t外，还需要测量出小聪受到的重力G，但人的重力没有工具可以直接测量，所以，应测量人的质量m，可计算出小聪时间t内完成的功为 由此，可算出小聪引体向上的功率为 ②A．当抛出的实心球到达最高点时，仍具有水平方向的速度，所以最高点时球的速度不为0，故A错误； BCD．由题意可知，空气阻力忽略不计，故实心球机械能守恒，已知轨迹（实线）上a、b两点在同一高度，则a、b两点的重力势能相等，则在这两点时动能相等，所以球在a点的速度等于b点的速度，故C正确，BD错误； E．实心球机械能守恒，所以，整个过程小球的机械能大小不变，而不是落地时的机械能最大，故E错误。 故选C。 13. 本学期学校开展了学生体质健康检测。测得小嘉的身高为1.7m，体重为50kg。 （1）测体重时，小嘉双脚站在水平放置的体重计上，则他对体重计的压强大约是（    ） A．1.3×103Pa B．1.3×104Pa C．1.3×105Pa D．1.3×106Pa （2）在做引体向上运动时，如图1所示，小嘉每次身体上升的高度为0.6m，已知小嘉做一次引体向上需克服重力做功 J，如果小嘉在1min完成10个引体向上，则他的功率是 W。 （3）小嘉发现在行走的时候，可以将人的脚视为一个杠杆模型，如图2所示。行走时人的脚掌前端是支点，人体受到的重力是阻力，小腿肌肉施加的力是动力，请在图2中画出动力臂l1和阻力臂l2。 （4）在下图所示的工具中，与人的脚掌属于同类杠杆的是（     ） A．碗夹 B．天平 C．核桃夹 D．晾衣架中的滑轮 【答案】（1）B；（2）300，50；（3）见下图；（4）C 【详解】（1）小嘉双脚站在水平放置的体重计上，对体重计的压力等于他的重力，即F=G=mg=50kg×10N/kg=500N 体重计的受力面积大约为400cm2，即S=0.04m2，则他对体重计的压强 该压强值与1.3×104Pa接近。故选B。 （2）小嘉做一次引体向上克服重力做的功W1=Gh=500N×0.6m=300J 根据题意可得，小嘉在1min内做的总功W=nW1=10×300J=3000J 他的功率 （3）力臂是从支点到力的作用线的垂直距离，由此画出动力臂l1和阻力臂l2，如图所示： （4）由上图可知，杠杆的动力臂大于阻力臂，即行走时，人的脚掌相当于一个省力杠杆，图A中，碗夹使用时，支点在碗夹的上端，动力作用在靠近在支点的位置，阻力作用在远离支点的下端，它的动力臂小于阻力臂，是一个费力杠杆；B中，天平在使用时，动力臂等于阻力臂，是一个等臂杠杆；C中，核桃夹使用时，支点在夹子的前端，动力作用在远离支点的位置，阻力作用在靠近支点的位置，它的动力臂大于阻力臂，是一个省力杠杆；D中，晾衣架上的滑轮是定滑轮，实质是一个等臂杠杆。 故选C。 14. 阅读材料，回答问题： 在北京冬奥会我国运动员谷爱凌取得了两金一银的辉煌成绩，尤其是在自由式滑雪女子大跳台决赛上谷爱凌更是有着超常发挥。跳台滑雪简称“跳雪”，是冬季奥运会的比赛项目之一，其跳台由助滑坡、着陆坡和停止区组成，简化模型如图乙。运动员穿着特制的滑雪板，沿着倾斜的助滑坡下滑，借助速度和弹跳力，使身体跃入空中，使整个身体在空中飞行约4-5秒钟后，落在着陆坡上（d点是落地点），继续滑行至停止区，跳台滑雪整个过程即为完成，而运动员顺着助滑坡滑行时，速度越来越快，最高速度可达30m/s。 （1）运动员处于着落坡上，由于 ，会继续向前滑行一段距离，在雪地 的作用下，然后速度慢慢减少，最后停在停止区； （2）如果不计空气阻力，谷爱凌从a点向b点运动过程中，她的动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；她在a点处的机械能 她在c点处的机械能（选填“大于”、“小于”或“等于”）；从c点到d点腾空运动过程中她的机械能 （选填“增大”、“减小”或“不变”）；她在空中下落的过程中，重力做功越来越 （填“快”或“慢”）。 【答案】 惯性 摩擦力 增大 大于 不变 快 【详解】（1）运动员处于着落坡上时，由于具有惯性，会保持原来的运动状态继续向前滑行一段距离。 在滑行过程中，运动员会受到雪地摩擦力（阻力）的作用，这个阻力会阻碍运动员的运动，使其速度慢慢减小，最后停在停止区。 （2）谷爱凌从a点向b点运动过程中，她的质量不变，速度增大，她的动能会增大。 由于机械能是动能和势能的总和，而在这个过程中，她的高度降低，所以重力势能减小。但是，由于受到雪地摩擦力（阻力）的作用，所以她的机械能是减小的,因此，她在a点处的机械能大于她在c点处的机械能。 从c点到d点腾空运动过程中，不计空气阻力，她的机械能守恒，即机械能不变。 谷爱凌向上腾空跃起到达最高点的过程中，她的动能转化为重力势能；她在空中下落的过程中，根据 速度越来越快，可知重力做功越来越快。 15. 在“探究杠杆的平衡条件”实验中， （1）实验器材有带有刻度的横杆、铁架台（含支架）、细线（或弹簧夹）、钩码和 ； （2）将杠杆中点支在铁架台上，发现杠杆右端下沉，则应将杠杆两侧的平衡螺母向 调，使杠杆在水平位置保持平衡，这样做的目的是 ； （3）小松进行正确的实验操作后，他能不能根据图甲这一组数据得出探究结论？ （填“能”或“不能”），理由是 。 （4）小明学过杠杆知识后自制了一根杆秤（自重不计），如图乙所示，要想增大杆秤的测量范围，你觉得下列可行的方法有：（　　） A．增大秤砣的质量m2 B．减小秤砣的质量m2 C．将支点O向A点移动 D．将A点远离支点O 【答案】（1）弹簧测力计；（2）左，便于直接从杠杆上读出力臂的值；（3）不能；只根据一组数据得出的结论具有偶然性，不具有普遍性；（4）AC 【详解】（1）在“研究杠杆平衡条件”实验中，所用器材有带刻度的杠杆、铁架台、弹簧测力计、弹簧夹和钩码等，所以需要补充弹簧测力计。 （2）杠杆右端下沉，即杠杆的左端上翘，左端的平衡螺母或右端的平衡螺母都向上翘的左端移动，才能使杠杆在水平位置平衡。 杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于直接从杠杆上读出力臂的值。 （3）小松不能根据图甲这一组数据得出探究结论。因为只根据一组数据得出的结论具有偶然性，不具有普遍性，应该多次实验，得到多组数据，才能总结出普遍适用的规律。 （4）由杠杆的平衡条件知 ， 则。 AB．当增大m2，m1增大，故A符合题意，B不符合题意； C．将支点O向A点移动，即OA减小，OB增大，m2不变，则m1增大，故C符合题意； D．将A点远离支点O，即OA增大，OB、m2不变，则m1减小，故D不符合题意。 故选AC。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $