1、第 7 讲 简单机械、功和功率 【A 组组 基础巩固】基础巩固】 12019 台州消防安全，人人有责。下列有关灭火器使用方法的分析不正确的是 ( C ) A提灭火器时，手靠近瓶口，容易提起 B拔保险销时，放开手柄，有利于拔出 C用力压手柄时，手靠近瓶口，容易压下 D对准火源根部扫射，灭火物质覆盖可燃物，快速灭火 22019 宁波有些漫画，富有哲理，又蕴含科学知识。如图所示，一块一半伸出地面 的匀质板上站着甲、乙两人，人与板均保持静止。下列对于图中所蕴含的科学知识 的说法，不符合实际的是 ( A ) A乙没有掉下，说明甲对板的压力一定等于乙对板的压力 B乙踢甲的同时，也会受到甲对乙的反作用力，乙
2、可能因此坠落 C乙踢甲时，甲受到向前的作用力，可能会向前运动离开板 D若甲被踢出板，板会逆时针转动，乙因此坠落 32019 宁波2018 年 6 月 29 日，一则题为20 秒 60 级台阶 他抱着晕倒的女士冲向 医院的新闻报道让救人兵哥哥、东部战区海军战士朱墨岩刷屏全国。在这 20s 内， 朱墨岩登台阶的平均功率接近 ( C ) A5.5 W B55 W C550 W D5 500 W 解析 两人的总质量约 120 kg，一级台阶约 15 cm。则提升重量 G120 kg10 N/kg 1 200 N， 提升高度 h15 cm609 m。 做功 WGh10 800 J， 平均功率 PW t
3、10 800 J 20 s 540 W，最接近 550 W。 4如图所示，长 1 m 的粗细均匀的光滑金属杆可绕点 O 转动，杆上套一滑环，用测力 计竖直向上拉着滑环缓慢向右移动，并保持金属杆处于水平状态。则测力计示数 F 与滑环离 O 点的距离 s 之间的关系图像为 ( B ) A B C D 52019 杭州木块在两端开口且足够长的竖直筒中自由释放可向下做匀速直线运动； 若木块在其右侧质量为 5 kg 的物体牵引下则可向上做匀速直线运动(绳子质量及滑 轮与转轴、绳子间的摩擦均忽略不计)，如图所示。问：(g 取 10 N/kg) (1)当右侧物体刚落地时木块所受到的摩擦力的方向为_竖直向下_
4、。 (2)木块的质量为_2.5_kg。 (3)若右侧物体下落 20 cm 时其重力做的功为_10_J。 6如图所示，物体 G 在水平拉力 F 作用下向右匀速运动了 0.3 m，物体 G 受到的摩擦 力为 2 N，不计滑轮和绳子之间的摩擦，则拉力 F 的大小为_1_N，拉力 F 做的功 为_0.6_J。 72020 金华简单机械广泛应用于日常生活。某小区物业为了方便住户扔垃圾，对垃 圾桶进行了简易改装(如图甲)。被拉起的垃圾桶盖可看成是一个简易杠杆。图乙为桶 盖与绳子成 90 角且处于静止状态时的示意图，O 为杠杆支点，A 为绳子拉力 F 的作 用点，B 为桶盖的重心。根据图乙回答下列问题： (
5、1)定滑轮的作用是_改变力的方向_； (2)该状态下的桶盖属于_省力_(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。 82020 衢州在实际生活中，常用螺丝刀将螺丝钉拧进(出)物体。图甲为正在拧螺丝钉 的螺丝刀，可视为图乙所示的杠杆 AOB，其中 O 为支点，B 为阻力作用点，F2为阻 力，动力作用在手柄上。 (1)图甲中的螺丝刀属于_省力_杠杆。 (2)请在上图中，画出对应 F2的最小动力 F1的示意图。 【答案】 如图乙所示 【B 组组 能力提升】能力提升】 9 2020 绍兴小敏将质量为 20 g， 体积为 25 cm3的塑料块放入水平平衡的容器内(图甲)， 放手后容器右端下降。撤去塑料块，往
6、容器内缓慢倒入一定量的水，使容器再次水 平平衡(图乙)，将该塑料块轻轻放入图丙所示位置，放手后容器最终将_水平平衡 _(选填“左低右高”“左高右低”或“水平平衡”)，此时，塑料块所受浮力为 _0.2_N。 102019 嘉兴秀洲区校级模拟压路机是一种利用碾轮的碾压作用，使土壤、路基垫层 和路面铺砌层压实的工程机械，广泛用于筑路、筑堤和筑坝等工程。某型号压路机 质量为 3104 kg，发动机的额定功率为 120 kW，g 取 10 N/kg。求： (1)该压路机发动机正常工作，压路机在沥青路面上行驶 500 s，发动机所做的功为多 少焦？ (2)该压路机发动机正常工作，压路机在水平地面以 4 m
7、/s 的速度匀速直线行驶，则压 路机的牵引力为多少牛？压路机受到的阻力为多少牛？ 解：(1)由 PW t 得，发动机所做的功 WPt1.2105 W500 s6107 J。 (2)由 PW t Fs t Fv 得，压路机的牵引力 FP v 1.2105 W 4 m/s 3104 N。 由二力平衡条件得，压路机受到的阻力 fF3104 N。 112020 台州升降晾衣架(如图)给日常生活带来许多方便，转动手摇器能使横杆上升 或下降。 (1)安装在天花板上的简单机械应是_定滑轮_。 (2)使用一段时间后，对手摇器的转轴添加润滑剂，目的是_减小摩擦_。 (3)将挂在晾衣架上重为 20 N 的衣服升高
8、 1.5 m，至少对衣服做功_30_J。 (4)由于使用不当，造成晾衣架右侧钢丝绳受损，最多只能承受 15 N 的力，左侧钢丝 绳能正常使用。晾衣架的横杆上有 11 个小孔，相邻两孔间的距离均为 20 cm。现准 备将重为 20 N 的一件衣服挂到水平横杆的小孔进行晾晒，通过计算说明挂在哪些编 号的小孔，右侧钢丝绳会断裂_挂在 9、10、11 三个孔上晾晒会损坏晾衣架_(横杆、 衣架和钢丝绳等自重不计)。 解析 (1)安装在天花板上的简单机械应是定滑轮，因为使用定滑轮不省力，但可以 改变作用力方向。 (2)对手摇器的转轴添加润滑剂，目的是使接触面彼此分离，从而减小摩擦。 (3)根据题意知道，对
9、衣服做功 WGh20 N1.5 m30 J (4)晾衣架可以看作是一个杠杆，左侧钢丝绳与横杆的交点为杠杆的支点；设 L2为悬 挂点到支点的距离，由杠杆平衡条件知道 L2F1L1 F2 15 N0.2 m10 20 N 1.5 m150 cm 由于相邻两孔间的距离均为 20 cm， 所以挂在 9、 10、 11 三个孔上晾晒会损坏晾衣架。 12 2020 温州某跳伞运动员从飞机上跳下， 沿竖直方向降落， 一段时间后打开降落伞， 最后安全着地。已知运动员和跳伞设备的总重力为 700 牛，跳伞过程中下降的速度 与时间的关系如下图所示。 (1)图中曲线 OA 段速度越来越大的原因是_运动员和跳伞设备的
10、总重力大于阻力_。 (2)下图是跳伞过程中部分阶段的情景及受力示意图，其中与上图曲线中 CD 阶段对 应的是_。 (3)计算运动员和跳伞设备的总重力在 AB段所做的功。 解：svt50 米/秒(4020)秒1000 米 WFsGs700 牛1000 米7105焦 答：运动员和跳伞设备总重力在 AB 段所做的功为 7105焦。 【C 组组 思维拓展】思维拓展】 132020 宁波现有一根形变不计、长为 L 的铁条 AB 和两根横截面积相同、长度分别 为 La、Lb的铝条 a、b。将铝条 a 叠在铁条 AB 上，并使它们的右端对齐，然后把它 们放置在三角形支架 O 上，AB 水平平衡，此时 OB
11、的距离恰好为 La，如图所示。取 下铝条 a 后，将铝条 b 按上述操作方法使铁条 AB 再次水平平衡，此时 OB 的距离为 Lx。下列判断正确的是 ( A ) A若 LaLbL，则 LaLxL aLb 2 成立 B若 LaLbL aLb 2 成立 C若 LbLa，则L aLb 2 LxLa成立 D若 LbLa，则 LxL aLb 2 成立 解析 当把铝条 a 放在铁条上时，铁条的重力 G铁为阻力，作用在中点，那么阻力臂 为L 2La；动力为铝条 a 的重力 Ga，作用在它的中点处，动力臂为 La 2 ，根据杠杆的平 衡条件得到：G铁 L 2La GaLa 2 当把铝条 b 放在铁条上时，铁条
12、的重力 G铁为阻力，作用在中点，那么阻力臂为L 2 Lx；动力为铝条 b 的重力 Gb，作用在它的中点处，动力臂为 LxLb 2 ，根据杠杆的平 衡条件得到：G铁 L 2Lx Gb LxLb 2 得到： L 2La L 2Lx Ga Gb La 2 LxLb 2 因为铝条 a 和 b 横截面积相等，根据公式 GVgShg 可知，铝条的重力与长度成 正比，即Ga Gb La Lb， 将其代入得到： L 2La L 2Lx La Lb La 2 LxLb 2 ； 若 LaLbL，则La Lb1， 那么 L 2La L 2Lx La 2 LxLb 2 ， 化简得到：L2L a L2Lx La 2Lx
13、Lb， 整理得到：LxL aLLbL2LaLb 2L2La ， 即：LxL a( )LLbLb()LLa 2()LLa ； 可得：LxLa，所以肯定铝条 b 有一部分在 O 点左侧。与原来相比 可知，此时左边重力增大，为了维持平衡，必须减小阻力臂，增大动力臂，即支点 向左移动，那么 LaLb，可得到 LxL aLb 2 。 若 LbLa，故 C、D 错误。 142020 杭州杆秤是一种用来测量物体质量的工具。小金尝试做了如图所示的杆秤。 在秤盘上不放重物时，将秤砣移至 O 点提纽处，杆秤恰好水平平衡，于是小金将此 处标为 0 刻度。当秤盘上放一个质量为 2 kg 的物体时，秤砣移到 B 处，恰
14、好能使杆 秤水平平衡，测得 OA5 cm，OB10 cm。 (1)计算秤砣的质量：_1_kg_。 (2)小金在 B 处标的刻度应为_2_kg； 若图中 OC2OB， 则 C 处的刻度应为_4_kg。 (3)当秤盘上放一个质量为 2 kg 的物体时，若换用一个质量更大的秤砣，移动秤砣使 杆秤再次水平平衡时，其读数_(选填“”)2 kg，由此可知一杆杆秤不能随 意更换秤砣。 解析 (1)由杠杆的平衡条件得到 G物OAG砣OB m物gOAm砣gOB m砣OA OBm 物 5 cm 10 cm2 kg1 kg (2)秤盘上放一个质量为 2 kg 的物体时，秤砣移到 B 处，能使杆秤水平平衡，说明 B
15、处标的刻度应为 2 kg。 图中 OB2OA，OC2OB4OA， 由杠杆的平衡条件可知 G物1OAG砣OC m物1gOAm砣gOC m物1OC OAm 砣41 kg4 kg 则 C 处的刻度应为 4 kg。 (3)当秤盘上放一个质量为 2 kg 的物体时，若换用一个质量更大的秤砣，移动秤砣使 杆秤再次水平平衡时，由杠杆的平衡条件可知 G物OAG砣l G物OA 的值不变，G砣增大，力臂 l 变小，读数变小，小 于 2 kg。 152020 青海某人使用如图所示的机械装置，从井里提升 78 kg 的重物，在 10 s 内沿水平地面向右匀速行走了 8 m，该 人 拉绳子的力是 400 N(绳重与摩擦
16、忽略不计)。 (1)物体上升的速度是多少？ (2)拉力的功率是多少？ (3)该装置的机械效率是多少？ (4)动滑轮的重力是多少？ 解：(1)由图可知，有两端绳子拉着动滑轮，某人沿水平地面向右匀速行走了 8 m， 则物体上升的高度为 h1 2s 1 28 m4 m； 重物上升的速度为：vh t 4 m 10 s0.4 m/s； (2)拉力所做的总功为： W总Fs400 N8 m3 200 J； 拉力的功率为： PW 总 t 3 200 J 10 s 320 W； (3)提升重物过程中的有用功： W有Ghmgh78 kg10 N/kg4 m3 120 J； 该装置的机械效率为： W 有 W总100% 3 120 J 3 200 J100%97.5%， (4)所做的额外功为： W额W总W有3 200 J3 120 J80 J； 由 W额G动h 得，动滑轮的重力为： G动W 额 h 80 J 4 m20 N 答：(1)物体上升的速度是 0.4 m/s； (2)拉力的功率是 320 W； (3)该装置的机械效率是 97.5%； (4)动滑轮的重力是 20 N。