专题05 简单机械与机械能(期中真题汇编,广东专用)九年级物理上学期
2026-09-17
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摘要:
**基本信息**
立足真实情境,融合生活与科技案例,如斜拉桥、智能挑夫机器狗、高空作业吊架等,系统覆盖简单机械与机械能4大高频考点,注重知识应用与能力梯度。
**题型特征**
|题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色|
|----|-----------|----------|----------|
|选择/填空/作图/计算/实验|约30题|杠杆动态平衡分析、滑轮组机械效率计算、功功率和机械效率、机械能及其转化|杠杆结合南沙红莲大桥模型,滑轮组融入高空作业情境,实验题探究机械效率影响因素,体现科学探究与模型建构|
内容正文:
专题05 简单机械与机械能
4大高频考点
1. 杠杆的动态平衡分析
2. 滑轮组机械效率的计算
3. 功、功率和机械效率
4. 机械能及其转化
考点1 杠杆的动态平衡分析
1.(25-26九上·广州多校·期中)下列悬臂式红绿灯设计中,螺钉对支架底座的压力最小的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【详解】图中的支点是底座左侧边缘,假设螺钉是动力,则动力臂不变,而横杆的重力与只受到的重力是阻力,指示灯的重力大小不变,分散后重心靠近竖杆,阻力臂较小,图中横杆一端粗,重心靠近较粗的一端,因而粗端固定在竖杆上,阻力臂较小,故D图中的阻力臂较小,根据杠杆的平衡条件知,阻力和动力臂一定时,阻力臂越小,动力越小,故D图螺钉对支架底座的压力最小,故ABC不符合题意,D符合题意。故选D。
2.(25-26九上·广州中学·期中)图甲中的木幔是我国古代的一种攻城车,作战时在B处施加动力向下拉,可将A处的木板吊起作掩护,其简化图如图乙。忽略绳和AB杆自身重力。
(1)请在图乙中画出阻力的示意图以及阻力臂;
(2)保持B处位置不变,将A处的木板向靠近支点O的方向移动一段距离,若AB杆以图乙的倾斜角度保持静止,则此时所需要的动力与原来相比将 (选填“变大”、“变小”或“不变”),判断依据是 。
【答案】(1) (2)① 变小 ② 根据杠杆平衡条件,木板向支点O移动时,阻力不变,但阻力臂减小;动力臂不变,因此动力变小。
【讲解】(1) 阻力方向竖直向下,A为阻力作用点,过支点O作阻力F2作用线的垂线段,即为,如图所示:
(2) [1][2]略。
3.(25-26九上·广州二中·期中)广州南沙红莲大桥是我国最大跨度的多功能斜拉桥。图甲为该大桥的实景图,采用双塔双索面斜拉桥,可逐步抽象成图乙、丙所示的模型。图丁为小明参照图丙制作的斜拉索大桥模型,他用长60cm、重10N的质量均匀分布的木条OA做桥面,桥面可绕O点转动,立柱GH做桥塔。
(1)在图丁中画动力的力臂和桥面OA受到的阻力F2 ;
(2)保持桥面水平静止,细线对桥面OA的拉力F1= N;换用更长的细线AC来拉桥面,使桥面仍保持水平静止,拉力F1的大小会 (选填“变大”“不变”或“变小”),依据是 。
【答案】(1) (2)① 10 ② 变小 ③ 动力F1的力臂变大
【讲解】(1) 过支点向动力F1的作用线作垂线,即为力臂l1,桥面OA的重力是阻力,因为木条质量均匀分布,所以重力的作用点在OA的中心,方向竖直向下,由此画出阻力F2,如图所示:
(2) [1]桥面OA可绕O点转动,OA长60cm,其重力G=10N,重力的力臂由图丁可知,根据三角形的关系,动力F1的力臂根据杠杆平衡条件可得解得。[2][3]换用更长的细线AC来拉桥面,使桥面仍保持水平静止。此时,因为细线变长,力的方向改变,力臂变长,即动力F1的力臂会变大,根据杠杆平衡的条件可知,拉力F1的大小会变小。
4.(25-26九上·广东实验中学·期中)周末小明的父亲在家进行大扫除,如图甲所示为他抬起沙发时的情景,其中沙发可视为一个杠杆,简化示意图如图乙,O点为支点,A点为沙发的重心,B点为人对沙发的力F1的作用点。沙发重力为G,人对沙发的力F1沿竖直方向,其作用线为图中的虚线 ab。请回答下列问题:
(1)请在图乙中画出人对沙发的力F1及其力臂L1的示意图。
(2)如图丙所示,小明的父亲为抬起沙发,又尝试对沙发施加作用线为虚线cd的力F2,虚线 cd与OB垂直。当沙发静止时,F1与F2的大小关系为F1 F2(选填“>”;“<”或“=”),判断依据是∶
【答案】(1) (2)① ② 当阻力和阻力臂不变时,动力臂越长,动力越小。
【讲解】(1) 力:沿虚线竖直向上,作用点在点,画出带箭头的线段表示。力臂:从支点向的作用线(虚线)作垂线,垂足到点的线段即为力臂,标注,如图所示:
(2) [1][2]当阻力(沙发重力)和阻力臂不变时,的力臂是(最长的动力臂),根据杠杆平衡条件,动力臂越长,动力越小,,因此。
5.(25-26九上·广州多校·期中)图a所示的斜拉桥,可逐步简化成图b、c、d的模型;
(1)以O点为支点,在图d中作出的力臂 ;
(2)为了减小钢索承受的拉力,可适当 (选填“升高”“降低”)钢索悬挂点在桥塔上的高度,理由是: 。
【答案】(1) (2)① 升高 ② 阻力不变,阻力臂不变,阻力与阻力臂的乘积不变,为了减小钢索承受的拉力,可增大动力臂,可适当升高悬挂点在桥塔上的高度,动力臂变大,从而减小钢索承受的拉力。
【讲解】(1) 力臂是支点到力的作用线的垂直距离;过O点作力F1的作用线的垂线,即为力F1的力臂,过O点作力F2的作用线的垂线,即为力F 2的力臂,如图所示:
(2) [1][2]略。
考点2 滑轮组机械效率的计算
1.(25-26九上·东莞五校·期中)图中四种装置匀速提升同一重物,滑轮重力相同,不计绳重和摩擦,机械效率最高的是( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【详解】不计绳重和摩擦时,机械效率公式为 : 匀速提升同一重物时,有用功是相同的,额外功仅来自克服动滑轮重力做的功,额外功越小,机械效率越高。C是定滑轮,定滑轮的轴固定不动,提升重物时不需要提升定滑轮自身,不需要克服滑轮重力做额外功,额外功为0,机械效率为100%,因此机械效率最高。故选C。
2.(25-26九上·广东实验中学·期中)如图所示,一台起重机在10秒钟内将重4000N的货物匀速竖直提高4m,此过程中起重机的机械效率为80%。下列关于此过程中的说法正确的是( )
A. 起重机做的有用功是40000J
B. 起重机做的额外功为4000J
C. 起重机对货物竖直向上的拉力为5000N
D. 起重机做总功的功率是2400W
【答案】B
【详解】A.起重机做的有用功是克服货物重力所做的功,有用功故A错误;B.起重机做的总功则额外功故B正确;C.因为货物被匀速竖直提高,所以货物处于平衡状态,起重机对货物的拉力与货物的重力是一对平衡力,大小相等,因此,拉力为4000N,故C错误; D.起重机做总功的功率故D错误。 故选B。
3.(25-26九上·广州中学·期中)如图为在建跨度拱桥的简图,钢绳1通过滑轮拉着重为800N的桥面材料,若某段时间内将桥面材料竖直上升了0.1m,其中滑轮A重为200N,不计绳重和摩擦,则下列说法正确的是( )
A. 使用滑轮A可以改变力的方向
B. 使用滑轮B可以省力
C. 钢绳1的拉力为400N
D. 钢绳1拉动的滑轮组机械效率为80%
【答案】D
【详解】AB.观察简图,滑轮A下端连接着桥面材料,随桥面材料的上升而上升,所以滑轮A是动滑轮,动滑轮可以省力,不可以改变力的方向;滑轮B固定在桥墩柱子上,是定滑轮,定滑轮可以改变力的方向,不能省力;故AB错误;C.滑轮A所在滑轮组绳子段数有2段,钢绳1自由端拉动桥面材料上升的过程中,既提升了桥面材料,还提升了滑轮A,所以钢绳1自由端的拉力,故C错误;D.钢绳1自由端拉动桥面材料上升的过程中,做的有用功滑轮A所在滑轮组绳子段数有2段,钢绳1自由端移动的距离钢绳1自由端的拉力F为500N,则钢绳1自由端拉力做的总功为则滑轮组的机械效率故D正确。故选D。
4.(25-26九上·广州多校·期中)如图甲所示是高空作业的师傅在美化楼体外墙的情境,其结构的原理图如图乙所示,已知吊架的质量为50kg;工人以及工具的总重为600N,绳子自由端的拉力的大小为500N。在电动机拉力的作用下,吊篮在10s内上升了2m,不计绳重和摩擦。则下列说法正确的是( )
A. 绳子自由端拉动的速度为0.2m/s
B. 整个装置的机械效率为73.3%
C. 若绳子的最大承受能力是600N,则吊篮中的人与工具的总重不能超过900N
D. 装置动滑轮的重力为200N
【答案】C
【详解】由图得,滑轮组A.绳子自由端移动的距离为绳子自由端拉动的速度为故A错误;B.整个装置的机械效率为故B错误;CD.吊篮的重力为由得,装置动滑轮的重力为若绳子的最大承受能力是600N,则吊篮中的人与工具的总重不能超过故C正确,D错误。故选C。
5.(25-26九上·茂名多校·期中)某机械的效率为50%,表示该机械做功时, 功在 功中的比例为50%。使用任何机械时,机械效率总是小于 。
【答案】① 有用 ② 总 ③ 100%
【详解】[1][2]根据机械效率的定义,有用功占总功的百分比,即表示该机械做功时,有用功占总功的比例为50%。[3]只要有使用机械,就必然会在机械上做一部分额外功,总功等于有用功加额外功的总和,也就是说有用功总是会小于总功,机械效率总是小于100%。
6.(25-26九上·茂名多校·期中)小金和小明在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时,提出了如下猜想:
猜想一:滑轮组机械效率与被提升物重有关;
猜想二:滑轮组机械效率与物体被提升的高度有关;
猜想三:滑轮组机械效率与动滑轮重有关。
【进行实验与收集证据】
(1)实验器材:两个相同的滑轮,一根细绳,钩码若干,刻度尺和弹簧测力计各一个。
(2)实验步骤:
①用弹簧测力计测出钩码重G;
②组装好实验器材,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计使物体上升;
③用 分别测出物体上升的高度h和绳端移动的距离s,读出弹簧测力计的示数F,将数据填入表格;
④根据公式算出滑轮组的机械效率;
⑤改变物重,重复上面的实验。
(3)实验数据如下表所示,表中第2次实验时机械效率为 (结果保留一位小数)。
实验次数
物重G/N
提升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2.0
0.1
1.0
0.3
66.7%
2
4.0
0.1
1.8
0.3
3
6.0
0.1
2.5
0.3
80%
4
6.0
0.2
2.5
0.6
80%
【分析论证】
(4)根据表中的数据,选出符合该实验的滑轮组的组装方式 ;
(5)分析第1、2、3次实验的数据可知:用同一滑轮组提升不同的物体时,物体越重,滑轮组的机械效率 (选填“越高”“越低”或“不变”);分析第3、4次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关;
【交流与评估】
(6)利用提供的器材, (选填“能”或“不能”)验证猜想三;
(7)小明在实验中发现:一边拉动弹簧测力计一边读数,示数不稳定。为了方便读数,他提出让弹簧测力计保持静止时读数,小华说他的这种想法不合理,因为他没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响。
【答案】① 匀速 ② 刻度尺 ③ 74.1% ④ B ⑤ 越高 ⑥ 不能 ⑦ 绳子与滑轮之间的摩擦
【详解】
(2)②[1]实验时,应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计,此时系统处于平衡状态,拉力大小等于测力计示数。③[2]实验中,记下钩码和测力计的起始位置,物体上升的高度和绳子自由端移动的距离用刻度尺进行测量。
(3)[3]表中第2次实验时机械效率(4)[4]由表中数据可知滑轮组的动滑轮绕绳子的段数图B的滑轮组的动滑轮绕3段绳,该实验的滑轮组的组装方式为图B。
(5)[5]分析第1、2、3次实验的数据可知,物体的重力分别是2.0N、4.0N、6.0N,提升高度相同,滑轮组的机械效率分别为66.7%、74.1%、80%,物体的重力增大,机械效率增大,可以得到用同一滑轮组提升不同的物体时,物体越重,滑轮组的机械效率越高。
(6)[6]验证滑轮组机械效率与动滑轮重是否有关,改变动滑轮的重力,题目中提供两个相同的滑轮,不能验证该猜想。
(7)[7]在弹簧测力计静止时读出了数据,由于不会克服绳与轮之间的摩擦,所以测得的拉力偏小,他的想法是不正确的,实验过程中拉力应该在匀速拉动弹簧测力计时读数。
7.(25-26九上·肇庆中学·期中)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,用同一滑轮组进行三次实验(如图所示),实验数据记录如下表:
实验序号
钩码重
钩码上升高度
弹簧测力计示数
弹簧测力计移动距离
机械效率
(1)在实验过程中,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
(2)第次实验中滑轮组的机械效率为 (结果保留一位小数),额外功为 。
(3)分析数据可得结论:用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越 (选填“高”或“低”)。
(4)根据实验结论推测,使用该滑轮组再次将重的物体匀速提升,此时滑轮组的机械效率可能为___________(只填序号)。
A.
B.
C.
(5)若第次实验中,钩码上升高度变为,则滑轮组的机械效率 (选填“大于”、“小于”或“等于”)。
【答案】(1)匀速 (2)① 88.9% ② 0.05 (3)高 (4)C (5)等于
【讲解】(1) 实验过程中,应沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计,此时系统处于平衡状态,受到平衡力的作用,拉力大小不变,测力计示数稳定。
(2) [1]由表中数据可得,第2次实验中滑轮组的机械效率为[2]额外功为W额外=W总−W有=0.45J−0.4J=0.05J
(3) 纵向分析数据可得结论:用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高。
(4) 根据“用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高”,所以,使用该滑轮组再次将重8N的物体匀速提升10cm,此时物重比第3次实验的物重大,则机械效率大于90.9%,所以此时滑轮组的机械效率可能为92.1%,故选C。
(5) 该滑轮组的机械效率,可知滑轮组机械效率与物体提升的高度无关,所以,若第1次实验中,钩码上升高度变为20cm,则滑轮组的机械效率等于83.3%。
8.(25-26九上·广东实验中学·期中)如图所示,某学生研究小组正在进行“使用书包和滑轮组来提升人”的实验。书包沿直线匀速下降8m,使人匀速升高0.4m,书包对绳a的拉力,绳b对人的拉力 。请通过计算回答以下问题:
(1)此过程中滑轮组的有用功为多少?
(2)此过程中滑轮组的总功为多少?
(3)此过程中滑轮组的机械效率为多少?
【答案】(1)240J (2)400J (3)60%
【讲解】(1) 此过程中滑轮组的有用功是克服人的重力做功为
(2) 总功为书包拉力做的功为
(3) 此过程中滑轮组的机械效率为
9.(25-26九上·广州多校·期中)如图所示,重为500N的物体与水平地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加以100N的水平拉力,若物体移动速度为0.2m/s,则1min内拉力通过的距离是 ,有用功是 J,则滑轮组的机械效率约为 。
【答案】① 36m ② 1800 ③ 50%
【详解】[1]物体在水平地面上移动的距离为s物=vt=0.2m/s×60s=12m由图可知,动滑轮上有3段受力的绳子,则绳子自由端移动的距离为s=ns物=3×12m=36m[2]克服摩擦力所做的功为有用功,为W有用=f s物=150N×12m=180J[3]拉力F做的总功为W总=Fs=100N×36m=3600J滑轮组的机械效率为
10.(25-26九上·广州二中·期中)如图所示,地面上固定着一块竖直粗糙的铁板,一块重50N的磁铁吸在铁板上。小明利用滑轮组,用的力拉绳使磁铁沿铁板匀速缓慢提升了5m,用时30s。已知铁板重为400N,磁铁对铁板的压力,运动过程中,铁板对磁铁的阻力f是压力F压的0.4倍。
(1)用表示磁铁,在图乙中画出磁铁在竖直方向的受力示意图;
(2)求动滑轮下端的绳子对磁铁的拉力;
(3)求拉力F做功的功率;
(4)求滑轮组的有用功和机械效率。
【答案】(1) (2)90N (3)20W (4)450J,75%
【讲解】(1) 由图可知,因为磁铁沿铁板匀速缓慢向上运动,所以磁铁在竖直方向上受到竖直向下的重力和铁板对磁铁的阻力以及竖直向上的拉力,且磁铁受力平衡;因为铁板对磁铁的阻力f是压力F压的0.4倍,所以受到的阻力为动滑轮下端的绳子对磁铁的拉力为磁铁在竖直方向的受力示意图如图所示:
(2) 因为磁铁沿铁板匀速缓慢运动,受力平衡,在竖直方向上受到竖直向下的重力和铁板对磁铁的阻力以及竖直向上的拉力,且磁铁受力平衡,由小问1可知,动滑轮下端的绳子对磁铁的拉力为
(3) 由图可知,滑轮组绳子段数为,则绳子自由端移动的距离为拉力F所做的功为拉力F做功的功率为
(4) 滑轮组的有用功为机械效率为
考点3 功、功率和机械效率
1.(25-26九上·茂名多校·期中)下列物理学家中,以其名字命名功的单位的是( )
A. 帕斯卡(Pa)
B. 焦耳(J)
C. 牛顿(N)
D. 瓦特(W)
【答案】B
【详解】A.帕斯卡(Pa)是压强的单位,故A不符合题意;B.焦耳(J)是功或能的单位,故B符合题意;C.牛顿(N)是力的单位,故C不符合题意;D.瓦特(W)是功率的单位,故D不符合题意。故选B。
2.(25-26九上·茂名多校·期中)机器狗能帮助人们搬运重物;不计空气阻力,下列四种情境中,机器狗对重物A做功的是( )
A. 蹲着不动
B. 托举重物匀速竖直上升
C. 站着不动
D. 承载重物匀速水平移动
【答案】B
【详解】对重物A受力分析可知,机器狗对重物A有竖直向上的支持力的作用,根据力做功的两个必要因素可知,需要在竖直方向上移动一定的距离,因此需要托举重物匀速竖直上升,故ACD不符合题意,B符合题意。故选B。
3.(25-26九上·广州二中·期中)近期,泰山景区出现了一道独特的风景线,如图所示,“智能挑夫”机器狗正式“上岗”当起了“挑山工”,有效解决了垃圾清运和物资运输难题。下列情境中机器狗对物资做功的是( )
A. 机器狗驮着物资蹲着不动
B. 人把物资搬到机器狗背上
C. 机器狗驮着物资在水平路面上匀速前进
D. 机器狗驮着物资上山
【答案】D
【详解】A.机器狗驮着物资蹲着不动,物资受到机器狗的支持力,但物资在支持力的方向上没有移动距离,所以机器狗没有对物资做功。故A不符合题意;B.人把物资搬到机器狗背上,是人的力对物资做功,机器狗对物资没有施加力,所以机器狗没有对物资做功。故B不符合题意;C.机器狗驮着物资在水平路面上匀速前进,机器狗对物资的支持力是竖直向上的,而物资是在水平方向移动,在支持力的方向上没有移动距离,所以机器狗没有对物资做功,故C不符合题意;D.机器狗驮着物资上山,机器狗对物资有向上的支持力,物资在支持力的方向(向上)上移动了距离,所以机器狗对物资做了功。故D符合题意;故选D。
4.(25-26九上·东莞五校·期中)如图所示,小明的质量为50kg。他在30s内完成了10个引体向上,他30s内克服重力做功的功率约为( )
A. 10W
B. 100W
C. 500W
D. 1000W
【答案】B
【详解】每次引体向上重心大约上升0.5m,每次克服重力做功大约10次克服重力做功大约则30s内克服重力做功的功率约为接近于100W,故B符合题意,ACD不符合题意。故选B。
5.(25-26九上·肇庆中学·期中)下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是( )
A. 做的有用功多的机器机械效率一定高
B. 功率小的机器做功慢
C. 机械效率高的机器功率一定大
D. 功率大的机器做功时间一定短
【答案】B
【详解】A.有用功与总功的比值叫机械效率,做的有用功多的机器机械效率不一定高,故A错误;B.功率反映做功的快慢,功率大则做功快,功率小,则做功慢,故B正确;C.机械效率是有用功与总功的比值,机械功率是指做功的快慢,二者的大小没有直接关系,故C错误;D.功率等于功和做功时间的比值,功率大,功多少不确定,时间短小不确定,故D错误。故选B。
6.(25-26九上·东莞五校·期中)利用斜面将一个重600N的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力F=300N,拉动的距离s=5m,物体提升的高度h=2m。
(1)对物体做的有用功是多少?
(2)拉力所做总功是多少?
(3)该斜面的机械效率?
【答案】(1)
1200J (2)
1500J (3)
80%
【讲解】(1) 根据公式可知,对物体做的有用功为
(2) 根据公式可知,拉力做的总功为
(3) 根据公式可知,该斜面的机械效率为
7.(25-26九上·东莞五校·期中)水平地面上一静止木箱重800N,某人用60N的水平推力在5s内推动木箱前进10m,撤去推力后木箱又继续前进了2m,整个过程中水平推力做功 J,重力做功 J。撤去推力后木箱仍继续前进,此时对木箱 (选填“有”或“没有”)做功。
【答案】① 600 ② 0 ③ 没有
【详解】[1]根据题意可知,水平推力做功为W=Fs=60N×10m=600J[2]木箱受重力的方向竖直向下,木箱水平移动,木箱在重力的方向上移动距离为0,所以重力对木箱做功为0。[3]撤去推力后,木箱由于惯性会继续前进,木箱此时不受推力的作用,所以此时推力对木箱没有做功。
8.(25-26九上·茂名多校·期中)AI机器人逐渐改变了我们的生活,我国自主研发的某款机器人,在一次测试中该机器人用80N竖直向上的力将箱子在2s内匀速抬高了1m。求:
(1)该过程中机器人对箱子所做的功;
(2)该过程中机器人对箱子做功的功率;
(3)机器人的电动机在该过程中所做功的功率为50W,求此过程中机器人的机械效率η。
【答案】(1)80J (2)40W (3)80%
【讲解】(1) 由题意知,机器人用80N竖直向上的力将箱子在2s内匀速抬高了1m,则机器人对箱子做的功
(2) 机器人对箱子做功的功率
(3) 由,机器人的电动机在该过程中所做的功因此,机器人的机械效率
9.(25-26九上·茂名多校·期中)刘明在0.5min内,用20N的水平推力使重120N的超市购物车在水平路面上匀速前进了15m,在此过程中购物车受到的摩擦力等于 N,他做的功率是 W,购物车重力做的功是 J.
【答案】① 20 ② 10 ③ 0
【详解】(1)∵购物车在水平路面上匀速前进时处于平衡状态,受到的阻力和拉力是一对平衡力,∴购物车受到的摩擦力f=F=20N;
(2)拉力做的功:W=Fs=20N×15m=300J,运动的时间:t=0.5min=30s,他做的功率:;
(3)购物车受重力,在水平面上匀速前进,在重力的方向上没有移动距离,所以重力没做功,为0J;故答案为20;10;0.
10.(25-26九上·肇庆中学·期中)物体在水平拉力F作用下沿水平面做直线运动,其所受摩擦力F摩为30牛,它的s-t图像如图所示。求:
①物体运动的速度v;
②5秒内拉力F做的功W和功率P。
【答案】① 2m/s;② 300J,60W
【详解】解:①根据题目s-t图像,是一条倾斜的直线,说明物体做匀速直线运动,5s内物体移动的距离为10m,物体运动的速度v2m/s②根据题目s-t图像,5s物体移动的距离为10m,物体沿水平面做匀速直线运动,处于平衡状态,在水平方向上受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,则F=F摩=30N拉力做的功W=Fs=30N×10m=300J拉力的功率P60W答:①物体运动的速度为2m/s;②拉力做的功为300J,拉力的功率为60W。
考点4 机械能及其转化
1.(25-26九上·肇庆中学·期中)如图所示是火箭发射时的情景,关于火箭加速上升的过程中。下列说法正确的是( )
A. 动能变小,势能变大,动能转化为重力势能
B. 动能变大,势能变小,重力势能转化为动能
C. 动能变小,势能不变,机械能不变
D. 动能变大,势能变大,机械能变大
【答案】D
【详解】火箭加速上升时,质量不变,速度变大,高度增大,动能增大,重力势能增大,所以机械能增大,故ABC错误,D正确。故选D。
2.(25-26九上·广州二中·期中)如图所示,人造地球卫星在绕地球椭圆轨道运行的过程中,当卫星从近地点向远地点运行时(近地点距地面的距离小于远地点,不计空气阻力),下列说法正确的是( )
A. 动能不变,机械能不变
B. 动能减小,重力势能增大
C. 动能增大,重力势能减小
D. 速度增大,机械能不变
【答案】B
【详解】卫星从近地点向远地点运行时,因为远地点离地面更远,高度逐渐增大,速度逐渐减小。由于速度减小,且卫星质量不变,根据动能的影响因素,动能减小。 由于高度增大,且卫星质量不变,根据重力势能的影响因素,重力势能增大。题目中明确“不计空气阻力”,因此卫星的机械能(动能 + 重力势能)在转化过程中总量保持不变(机械能守恒)。故ACD错误,B正确。故选B。
3.(25-26九上·肇庆中学·期中)如图所示,某中学实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,让小球从同一斜面的某处由静止释放,撞击同一水平面上的同一木块,并使木块向前移动一段距离。
(1)实验中通过比较滚下的小球撞击木块移动的 ,来比较小球动能的大小,这种实验方法称为 ;
(2)在探究动能与质量的关系时,为保证小球到达水平面的速度相同,需控制小球由静止下滑时的 相同。通过比较 两次实验可以得出:当速度一定时,小球质量越大,动能越 ;
(3)比较甲、丙两次实验得出的结论可以解释汽车在高速路上 (选填“超速”或“超载”)的危害。
(4)如果水平面绝对光滑,本实验将 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。
【答案】(1)① 距离 ② 转换法 (2)① 高度 ② 甲、乙 ③ 大 (3)超速 (4)不能
【讲解】(1) [1][2]在探究物体的动能跟哪些因素有关的实验中,通过观察木块被撞击后移动的距离长短来判断小球动能的大小,木块移动的距离越大,小球的动能越大,用到实验方法是转换法。
(2) [1]为了保证小球到达水平面的速度相同,应使小球由静止从同一斜面相同高度下滑。[2][3]要探究动能大小与质量的关系,根据控制变量法可知,应控制小球的速度相同,即小球下滑的高度相同,小球的质量不同,由图可知,甲、乙两次实验满足实验要求。甲图中小球的质量大,木块被撞击的距离远,可以得出:当速度一定时,小球的质量越大,动能越大。
(3) 分析比较甲和丙两组实验可得,小球的质量相同,而下滑的高度不相同,运动到水平面时速度不相同,甲推动木块滑行的距离大,说明甲图中小球的动能更大,故可得物体质量相同时,速度越大,动能越大,可以解释汽车在高速路上超速的危害。
(4) 若水平面绝对光滑,则木块运动时不受摩擦力作用,撞击后木块做匀速直线运动,不能通过木块移动的距离长短来判断小球动能的大小,所以本实验将不能达到探究目的。
4.(25-26九上·茂名多校·期中)中国蛟龙600成为世界上最大的水陆两栖飞机之一,军民两用极具价值。
(1)如图甲所示,蛟龙600从水面加速升空的过程中,它的机械能将 (填“变大”、“不变”或“变小”);
(2)如图乙所示,小亮向两张纸的中间吹气,这时会发现两张纸 (填“靠近”或“远离”),此实验现象初步说明,正常飞行中的飞机机翼的横截面要设计成图丙中的 (选填字母)。
【答案】① 变大 ② 靠近 ③ D
【详解】
(1)[1]如图甲所示,蛟龙600从水面加速升空的过程中,质量不变,速度增大、高度增大,动能和重力势能均增大,所以它的机械能将变大。
(2)[2][3]如图乙所示,小亮向两张纸的中间吹气,中间空气的流速大,压强小,外侧的空气流速小、压强大,这时会发现两张纸靠近,此实验现象初步说明:流速越大的位置,压强越小。正常飞行中的飞机机翼的横截面要设计成图丙中的D,这样机翼的横截面上凸下平,才会产生向上的升力。
5.(25-26九上·肇庆中学·期中)某同学设计了如图所示的实验以探究重力势能与哪些因素有关:用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球进行了四组实验(不计空气摩擦,球在管道中的能量损失不计)。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为和,C、D两球陷入沙深为,且。
(1)本实验铅球的重力势能大小是通过 来反映的;
(2)比较 两球,可得出结论:当下落高度相同时,物体质量越大,物体的重力势能越大;
(3)比较A、C两球,发现C球陷入沙深度更大,由此可得出重力势能的大小与 有关;
(4)比较C、D两球,发现两球运动路径不同,但陷入沙深度相同,由此可得出结论:物体的重力势能与物体运动的路径 (选填“有关”或“无关”)。
【答案】(1)铅球陷入沙的深度 (2)A、B (3)下落高度 (4)无关
【讲解】(1) 实验中通过转换法,将重力势能的大小转换为铅球陷入沙的深度来反映(陷入越深,重力势能越大)。
(2) 探究“下落高度相同时,质量对重力势能的影响”,需控制下落高度相同、改变质量。A、B两球下落高度均为H,质量分别为m和2m,符合控制变量要求。
(3) A、C两球质量均为m,下落高度分别为H和2H,C球陷入沙的深度更大,说明重力势能的大小与下落高度有关(高度越大,重力势能越大)。
(4) C、D两球质量均为m、下落高度均为2H,仅运动路径不同,但陷入沙的深度相同,说明物体的重力势能与运动路径无关。
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专题05 简单机械与机械能
考点1 杠杆的动态平衡分析
1.【答案】D
2.【答案】(1) (2)① 变小 ② 根据杠杆平衡条件,木板向支点O移动时,阻力不变,但阻力臂减小;动力臂不变,因此动力变小。
(2) [1][2]略。
3.【答案】(1) (2)① 10 ② 变小 ③ 动力F1的力臂变大
(2) [1]桥面OA可绕O点转动,OA长60cm,其重力G=10N,重力的力臂由图丁可知,根据三角形的关系,动力F1的力臂根据杠杆平衡条件可得解得。[2][3]换用更长的细线AC来拉桥面,使桥面仍保持水平静止。此时,因为细线变长,力的方向改变,力臂变长,即动力F1的力臂会变大,根据杠杆平衡的条件可知,拉力F1的大小会变小。
4.【答案】(1) (2)① ② 当阻力和阻力臂不变时,动力臂越长,动力越小。
(2) [1][2]当阻力(沙发重力)和阻力臂不变时,的力臂是(最长的动力臂),根据杠杆平衡条件,动力臂越长,动力越小,,因此。
5.【答案】(1) (2)① 升高 ② 阻力不变,阻力臂不变,阻力与阻力臂的乘积不变,为了减小钢索承受的拉力,可增大动力臂,可适当升高悬挂点在桥塔上的高度,动力臂变大,从而减小钢索承受的拉力。
(2) [1][2]略。
考点2 滑轮组机械效率的计算
1.【答案】C
2.【答案】B
3.【答案】D
4.【答案】C
5.【答案】① 有用 ② 总 ③ 100%
6.【答案】① 匀速 ② 刻度尺 ③ 74.1% ④ B ⑤ 越高 ⑥ 不能 ⑦ 绳子与滑轮之间的摩擦
7.【答案】(1)匀速 (2)① 88.9% ② 0.05 (3)高 (4)C (5)等于
8.【答案】(1)240J (2)400J (3)60%
9.【答案】① 36m ② 1800 ③ 50%
10.【答案】(1) (2)90N (3)20W (4)450J,75%
(2) 因为磁铁沿铁板匀速缓慢运动,受力平衡,在竖直方向上受到竖直向下的重力和铁板对磁铁的阻力以及竖直向上的拉力,且磁铁受力平衡,由小问1可知,动滑轮下端的绳子对磁铁的拉力为
(3) 由图可知,滑轮组绳子段数为,则绳子自由端移动的距离为拉力F所做的功为拉力F做功的功率为
(4) 滑轮组的有用功为机械效率为
考点3 功、功率和机械效率
1.【答案】B
2.【答案】B
3.【答案】D
4.【答案】B
5.【答案】B
6.【答案】(1)
1200J (2)
1500J (3)
80%
7.【答案】① 600 ② 0 ③ 没有
8.【答案】(1)80J (2)40W (3)80%
9.【答案】① 20 ② 10 ③ 0
10.【答案】① 2m/s;② 300J,60W
考点4 机械能及其转化
1.【答案】D
2.【答案】B
3.【答案】(1)① 距离 ② 转换法 (2)① 高度 ② 甲、乙 ③ 大 (3)超速 (4)不能
4.【答案】① 变大 ② 靠近 ③ D
5.【答案】(1)铅球陷入沙的深度 (2)A、B (3)下落高度 (4)无关
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专题05 简单机械与机械能
4大高频考点
1. 杠杆的动态平衡分析
2. 滑轮组机械效率的计算
3. 功、功率和机械效率
4. 机械能及其转化
考点1 杠杆的动态平衡分析
1.(25-26九上·广州多校·期中)下列悬臂式红绿灯设计中,螺钉对支架底座的压力最小的是( )
A. B.
C. D.
2.(25-26九上·广州中学·期中)图甲中的木幔是我国古代的一种攻城车,作战时在B处施加动力向下拉,可将A处的木板吊起作掩护,其简化图如图乙。忽略绳和AB杆自身重力。
(1)请在图乙中画出阻力的示意图以及阻力臂;
(2)保持B处位置不变,将A处的木板向靠近支点O的方向移动一段距离,若AB杆以图乙的倾斜角度保持静止,则此时所需要的动力与原来相比将 (选填“变大”、“变小”或“不变”),判断依据是 。
3.(25-26九上·广州二中·期中)广州南沙红莲大桥是我国最大跨度的多功能斜拉桥。图甲为该大桥的实景图,采用双塔双索面斜拉桥,可逐步抽象成图乙、丙所示的模型。图丁为小明参照图丙制作的斜拉索大桥模型,他用长60cm、重10N的质量均匀分布的木条OA做桥面,桥面可绕O点转动,立柱GH做桥塔。
(1)在图丁中画动力的力臂和桥面OA受到的阻力F2 ;
(2)保持桥面水平静止,细线对桥面OA的拉力F1= N;换用更长的细线AC来拉桥面,使桥面仍保持水平静止,拉力F1的大小会 (选填“变大”“不变”或“变小”),依据是 。
4.(25-26九上·广东实验中学·期中)周末小明的父亲在家进行大扫除,如图甲所示为他抬起沙发时的情景,其中沙发可视为一个杠杆,简化示意图如图乙,O点为支点,A点为沙发的重心,B点为人对沙发的力F1的作用点。沙发重力为G,人对沙发的力F1沿竖直方向,其作用线为图中的虚线 ab。请回答下列问题:
(1)请在图乙中画出人对沙发的力F1及其力臂L1的示意图。
(2)如图丙所示,小明的父亲为抬起沙发,又尝试对沙发施加作用线为虚线cd的力F2,虚线 cd与OB垂直。当沙发静止时,F1与F2的大小关系为F1 F2(选填“>”;“<”或“=”),判断依据是∶
5.(25-26九上·广州多校·期中)图a所示的斜拉桥,可逐步简化成图b、c、d的模型;
(1)以O点为支点,在图d中作出的力臂 ;
(2)为了减小钢索承受的拉力,可适当 (选填“升高”“降低”)钢索悬挂点在桥塔上的高度,理由是: 。
考点2 滑轮组机械效率的计算
1.(25-26九上·东莞五校·期中)图中四种装置匀速提升同一重物,滑轮重力相同,不计绳重和摩擦,机械效率最高的是( )
A. B. C. D.
2.(25-26九上·广东实验中学·期中)如图所示,一台起重机在10秒钟内将重4000N的货物匀速竖直提高4m,此过程中起重机的机械效率为80%。下列关于此过程中的说法正确的是( )
A. 起重机做的有用功是40000J
B. 起重机做的额外功为4000J
C. 起重机对货物竖直向上的拉力为5000N
D. 起重机做总功的功率是2400W
3.(25-26九上·广州中学·期中)如图为在建跨度拱桥的简图,钢绳1通过滑轮拉着重为800N的桥面材料,若某段时间内将桥面材料竖直上升了0.1m,其中滑轮A重为200N,不计绳重和摩擦,则下列说法正确的是( )
A. 使用滑轮A可以改变力的方向
B. 使用滑轮B可以省力
C. 钢绳1的拉力为400N
D. 钢绳1拉动的滑轮组机械效率为80%
4.(25-26九上·广州多校·期中)如图甲所示是高空作业的师傅在美化楼体外墙的情境,其结构的原理图如图乙所示,已知吊架的质量为50kg;工人以及工具的总重为600N,绳子自由端的拉力的大小为500N。在电动机拉力的作用下,吊篮在10s内上升了2m,不计绳重和摩擦。则下列说法正确的是( )
A. 绳子自由端拉动的速度为0.2m/s
B. 整个装置的机械效率为73.3%
C. 若绳子的最大承受能力是600N,则吊篮中的人与工具的总重不能超过900N
D. 装置动滑轮的重力为200N
5.(25-26九上·茂名多校·期中)某机械的效率为50%,表示该机械做功时, 功在 功中的比例为50%。使用任何机械时,机械效率总是小于 。
6.(25-26九上·茂名多校·期中)小金和小明在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时,提出了如下猜想:
猜想一:滑轮组机械效率与被提升物重有关;
猜想二:滑轮组机械效率与物体被提升的高度有关;
猜想三:滑轮组机械效率与动滑轮重有关。
【进行实验与收集证据】
(1)实验器材:两个相同的滑轮,一根细绳,钩码若干,刻度尺和弹簧测力计各一个。
(2)实验步骤:
①用弹簧测力计测出钩码重G;
②组装好实验器材,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计使物体上升;
③用 分别测出物体上升的高度h和绳端移动的距离s,读出弹簧测力计的示数F,将数据填入表格;
④根据公式算出滑轮组的机械效率;
⑤改变物重,重复上面的实验。
(3)实验数据如下表所示,表中第2次实验时机械效率为 (结果保留一位小数)。
实验次数
物重G/N
提升高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率η
1
2.0
0.1
1.0
0.3
66.7%
2
4.0
0.1
1.8
0.3
3
6.0
0.1
2.5
0.3
80%
4
6.0
0.2
2.5
0.6
80%
【分析论证】
(4)根据表中的数据,选出符合该实验的滑轮组的组装方式 ;
(5)分析第1、2、3次实验的数据可知:用同一滑轮组提升不同的物体时,物体越重,滑轮组的机械效率 (选填“越高”“越低”或“不变”);分析第3、4次实验的数据可知,滑轮组的机械效率与物体被提升的高度无关;
【交流与评估】
(6)利用提供的器材, (选填“能”或“不能”)验证猜想三;
(7)小明在实验中发现:一边拉动弹簧测力计一边读数,示数不稳定。为了方便读数,他提出让弹簧测力计保持静止时读数,小华说他的这种想法不合理,因为他没有考虑到 对滑轮组机械效率的影响。
7.(25-26九上·肇庆中学·期中)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,用同一滑轮组进行三次实验(如图所示),实验数据记录如下表:
实验序号
钩码重
钩码上升高度
弹簧测力计示数
弹簧测力计移动距离
机械效率
(1)在实验过程中,应沿竖直方向 拉动弹簧测力计。
(2)第次实验中滑轮组的机械效率为 (结果保留一位小数),额外功为 。
(3)分析数据可得结论:用同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越 (选填“高”或“低”)。
(4)根据实验结论推测,使用该滑轮组再次将重的物体匀速提升,此时滑轮组的机械效率可能为___________(只填序号)。
A.
B.
C.
(5)若第次实验中,钩码上升高度变为,则滑轮组的机械效率 (选填“大于”、“小于”或“等于”)。
8.(25-26九上·广东实验中学·期中)如图所示,某学生研究小组正在进行“使用书包和滑轮组来提升人”的实验。书包沿直线匀速下降8m,使人匀速升高0.4m,书包对绳a的拉力,绳b对人的拉力 。请通过计算回答以下问题:
(1)此过程中滑轮组的有用功为多少?
(2)此过程中滑轮组的总功为多少?
(3)此过程中滑轮组的机械效率为多少?
9.(25-26九上·广州多校·期中)如图所示,重为500N的物体与水平地面间的摩擦力是150N,为使物体匀速移动,必须在绳端加以100N的水平拉力,若物体移动速度为0.2m/s,则1min内拉力通过的距离是 ,有用功是 J,则滑轮组的机械效率约为 。
10.(25-26九上·广州二中·期中)如图所示,地面上固定着一块竖直粗糙的铁板,一块重50N的磁铁吸在铁板上。小明利用滑轮组,用的力拉绳使磁铁沿铁板匀速缓慢提升了5m,用时30s。已知铁板重为400N,磁铁对铁板的压力,运动过程中,铁板对磁铁的阻力f是压力F压的0.4倍。
(1)用表示磁铁,在图乙中画出磁铁在竖直方向的受力示意图;
(2)求动滑轮下端的绳子对磁铁的拉力;
(3)求拉力F做功的功率;
(4)求滑轮组的有用功和机械效率。
考点3 功、功率和机械效率
1.(25-26九上·茂名多校·期中)下列物理学家中,以其名字命名功的单位的是( )
A. 帕斯卡(Pa)
B. 焦耳(J)
C. 牛顿(N)
D. 瓦特(W)
2.(25-26九上·茂名多校·期中)机器狗能帮助人们搬运重物;不计空气阻力,下列四种情境中,机器狗对重物A做功的是( )
A. 蹲着不动
B. 托举重物匀速竖直上升
C. 站着不动
D. 承载重物匀速水平移动
3.(25-26九上·广州二中·期中)近期,泰山景区出现了一道独特的风景线,如图所示,“智能挑夫”机器狗正式“上岗”当起了“挑山工”,有效解决了垃圾清运和物资运输难题。下列情境中机器狗对物资做功的是( )
A. 机器狗驮着物资蹲着不动
B. 人把物资搬到机器狗背上
C. 机器狗驮着物资在水平路面上匀速前进
D. 机器狗驮着物资上山
4.(25-26九上·东莞五校·期中)如图所示,小明的质量为50kg。他在30s内完成了10个引体向上,他30s内克服重力做功的功率约为( )
A. 10W
B. 100W
C. 500W
D. 1000W
5.(25-26九上·肇庆中学·期中)下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是( )
A. 做的有用功多的机器机械效率一定高
B. 功率小的机器做功慢
C. 机械效率高的机器功率一定大
D. 功率大的机器做功时间一定短
6.(25-26九上·东莞五校·期中)利用斜面将一个重600N的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力F=300N,拉动的距离s=5m,物体提升的高度h=2m。
(1)对物体做的有用功是多少?
(2)拉力所做总功是多少?
(3)该斜面的机械效率?
7.(25-26九上·东莞五校·期中)水平地面上一静止木箱重800N,某人用60N的水平推力在5s内推动木箱前进10m,撤去推力后木箱又继续前进了2m,整个过程中水平推力做功 J,重力做功 J。撤去推力后木箱仍继续前进,此时对木箱 (选填“有”或“没有”)做功。
8.(25-26九上·茂名多校·期中)AI机器人逐渐改变了我们的生活,我国自主研发的某款机器人,在一次测试中该机器人用80N竖直向上的力将箱子在2s内匀速抬高了1m。求:
(1)该过程中机器人对箱子所做的功;
(2)该过程中机器人对箱子做功的功率;
(3)机器人的电动机在该过程中所做功的功率为50W,求此过程中机器人的机械效率η。
9.(25-26九上·茂名多校·期中)刘明在0.5min内,用20N的水平推力使重120N的超市购物车在水平路面上匀速前进了15m,在此过程中购物车受到的摩擦力等于 N,他做的功率是 W,购物车重力做的功是 J.
10.(25-26九上·肇庆中学·期中)物体在水平拉力F作用下沿水平面做直线运动,其所受摩擦力F摩为30牛,它的s-t图像如图所示。求:
①物体运动的速度v;
②5秒内拉力F做的功W和功率P。
考点4 机械能及其转化
1.(25-26九上·肇庆中学·期中)如图所示是火箭发射时的情景,关于火箭加速上升的过程中。下列说法正确的是( )
A. 动能变小,势能变大,动能转化为重力势能
B. 动能变大,势能变小,重力势能转化为动能
C. 动能变小,势能不变,机械能不变
D. 动能变大,势能变大,机械能变大
2.(25-26九上·广州二中·期中)如图所示,人造地球卫星在绕地球椭圆轨道运行的过程中,当卫星从近地点向远地点运行时(近地点距地面的距离小于远地点,不计空气阻力),下列说法正确的是( )
A. 动能不变,机械能不变
B. 动能减小,重力势能增大
C. 动能增大,重力势能减小
D. 速度增大,机械能不变
3.(25-26九上·肇庆中学·期中)如图所示,某中学实验小组在“探究物体的动能跟哪些因素有关”的实验中,让小球从同一斜面的某处由静止释放,撞击同一水平面上的同一木块,并使木块向前移动一段距离。
(1)实验中通过比较滚下的小球撞击木块移动的 ,来比较小球动能的大小,这种实验方法称为 ;
(2)在探究动能与质量的关系时,为保证小球到达水平面的速度相同,需控制小球由静止下滑时的 相同。通过比较 两次实验可以得出:当速度一定时,小球质量越大,动能越 ;
(3)比较甲、丙两次实验得出的结论可以解释汽车在高速路上 (选填“超速”或“超载”)的危害。
(4)如果水平面绝对光滑,本实验将 (选填“能”或“不能”)达到探究目的。
4.(25-26九上·茂名多校·期中)中国蛟龙600成为世界上最大的水陆两栖飞机之一,军民两用极具价值。
(1)如图甲所示,蛟龙600从水面加速升空的过程中,它的机械能将 (填“变大”、“不变”或“变小”);
(2)如图乙所示,小亮向两张纸的中间吹气,这时会发现两张纸 (填“靠近”或“远离”),此实验现象初步说明,正常飞行中的飞机机翼的横截面要设计成图丙中的 (选填字母)。
5.(25-26九上·肇庆中学·期中)某同学设计了如图所示的实验以探究重力势能与哪些因素有关:用大小、形状相同的A、B、C、D四个铅球进行了四组实验(不计空气摩擦,球在管道中的能量损失不计)。实验测得A、B两球陷入沙深度分别为和,C、D两球陷入沙深为,且。
(1)本实验铅球的重力势能大小是通过 来反映的;
(2)比较 两球,可得出结论:当下落高度相同时,物体质量越大,物体的重力势能越大;
(3)比较A、C两球,发现C球陷入沙深度更大,由此可得出重力势能的大小与 有关;
(4)比较C、D两球,发现两球运动路径不同,但陷入沙深度相同,由此可得出结论:物体的重力势能与物体运动的路径 (选填“有关”或“无关”)。
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