1、第十章 机械与人 一、选择题 1.用下列简单机械，使重力同为 G 的物体都处于静止状态，不计摩擦、机械自重及绳的重力，其中用力最 小的是( ) 2.在你学过的简单机械里既可以省力又可费力的机械是（物体重力大于机械重力）( ) A杠杆 B定滑轮 C动滑轮 D滑轮组 3.如图所示，下列简单机械中，能省距离的是( ) 4.如图所示，不考虑绳子与滑轮之间的摩擦，人通过定滑轮拉住重为 98 N 的物体，当人拉绳子从 A 点慢慢 移动到 B 点时，人对绳子的拉力和拉力所做的功为( ) A.拉力逐渐增大，拉力所做的功为 98J B.拉力的大小不变，拉力所做的功为 98J C.拉力的大小不变，拉力所做的功为
2、294J D.拉力的大小不变，拉力所做的功为 392J 5.航模小组的某位同学在操场上利用如图所示的电动遥控直升飞机进行训练，他操作遥控器，使重为 3 N 的飞机从水平地面由静止开始竖直上升，飞机先后经历加速、匀速、减速三个阶段，然后悬停在距离地面 10 m 高度处，飞机竖直上升的总时间为 12 s，匀速上升阶段的速度为 1 m/s。假设飞机在空中的受力情况 可以简化为仅受到重力和竖直向上的升力，则下列说法正确的是( ) A.在离开地面的过程中飞机对地面的压力先增大后减小 B.在上升阶段飞机受到的升力大于重力 C.在上升阶段飞机升力的功率为 2.5 W D.在悬停阶段飞机升力的功率为 3 W
3、6.如图是由相同的滑轮组装的滑轮组，甲、乙两人分别用两装置在相等时间内将质量相等的重物匀速提升 相同的高度，空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计，下列说法正确的是( ) A甲的拉力是乙的拉力的 3 倍 B乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大小的 2 倍 C甲拉力的功率大于乙拉力的功率 D如果考虑滑轮质量，左图装置的机械效率比右图的小 7.如图所示的剪刀，剪纸时的机械效率为 80%，这表示( ) A.若作用在剪刀上的动力是 1 N，则阻力是 0.8 N B.若作用在剪刀上的阻力是 1 N，则动力是 0.8 N C.若作用在剪刀上的动力做功 1 J，则有 0.2 J 的功用于剪纸 D.若作用在剪刀
4、上的动力做功 1 J，则有 0.8 J 的功用于剪纸 8.跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员( ) A助跑阶段机械能不变 B起跳时机械能为零 C经过最高点时动能最大 D经过最高点时重力势能最大 二、填空题 9.如图是生活中常见的杠杆，其中属于省力杠杆的是_，其中属于费力杠杆的是_(填写字母符 号)。 10.如图所示，大李和小李用一根均匀的木棒抬重物。大李为了减轻小李的负担，他可以_(写出一 种合理的做法)；假如大李要承担 3 5 的力，那么，小李的肩头到重物挂点 O 的距离与大李的肩头到重物挂 点 O 的距离之比是_。 11.用如图所示的滑轮组在 5 s 时间内，将重为 G=400 N 的物
5、体匀速竖直提升了 1 m，已知该滑轮组的机械 效率为 80%，在此过程中做的有用功为_J，拉力 F 的功率为_W，拉力 F 的大小为 _N。 12.如图所示，在测定杠杆机械效率的实验中，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆 OB 下面的物块 缓慢上升至虚线位置，弹簧测力计的示数 F 为_N，弹簧测力计上升的高度 s 为 0. 2 m，物块的重 G 为 1.5 N，物块上升的高度 h 为 0.3 m，则杠杆的机械效率为_%，使用该杠杆做额外功的一个原因是 _。 13.如图是玩弹弓的情景。经验表明，橡皮筋拉得越长，同样的“子弹”射得越远，这说明橡皮筋的弹性势 能与_有关；若橡皮筋被拉的长度相同，
6、而所用“子弹”的质量不同，则质量大的“子弹” 射出的距离较小，原因是质量大的“子弹”射出时的_小。 14.如表所示是一些物体的动能 请你根据表中的数据和所学的相关物理知识推断： (1)在质量和速度这两个物理量中，对动能影响较大的是_(选填“质量”或“速度”)。 (2)物体的动能 E 与物体的质量 m 和运动速度 v 的定量关系，你认为正确的选项是_。 A.E=mv B.E=mv C.E= 1 2 mv2 三、作图题(5 分) 15.一辆汽车不小心开进了泥潭中，司机取来一套滑轮，借助位于汽车正前方不远处的大树将汽车从泥潭中 拉出。请在图中画出最省力的绳子绕法，并标出拉力的方向。 四、实验探究题
7、16.(6 分)某学习小组使用几个相同的滑轮分别进行机械效率的测定，如图所示。他们将测得的钩码重 G、 拉力 F 、钩码上升的髙度 h、测力计移动的距离 s，并将计算出的有用功 W有用、总功 W总和机械效率数 据一并记入表格中： (1)表格中空格中数据是_； (2)比较实验 1、2，第 2 次的机械效率较低，主要原因是_； (3)比较实验 2、3，影响这两次实验机械效率不同的主要因素是_，使用滑轮组的优点是 _。 17.(8 分)在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，如图所示，使同一铁球从斜面的不同高度 由静止释放，撞击同一木块。请回答下列问题： (1)该实验的目的是研究_(选填“铁
8、球”或“木块”)的动能大小与_的关系。 (2)该实验是通过观察_来说明铁球对木块做功的多少，从而得出结论的。 (3)课外兴趣小组对这一实验进行了研究和改进，装置器材如下： 中间有沟槽的木质轨道(如图，其中 AB 部分倾斜并与平直部分 BC 平滑连接，沟槽较为光滑)，大小与沟槽 相当的玻璃球、铁球各一个，轻质弹簧，刻度尺各一个。 利用这套器材进行实验时，可以通过比较_的大小，来比较小球动能的大小。 为了研究动能与质量大小的关系，请你写出简要的操作步骤：_。 五、计算题 18.我国“向阳红 09”母船在进行投放“蛟龙号”载人深潜器试验时，由固定在“”形架顶部的绞车通 过钢缆释放深潜器。 “”形架可
9、以简化为图中以 O 为支点的杠杆，OB 表示“”形架，CD 表示两根伸 缩杆，O 到 CD 的距离为 2 m。OD、OE 的长度分别为 3 m、6 m。不考虑“”形架、两根伸缩杆和绞车的 重力。 (1)请在图乙中画出投放深潜器时“”形架的动力和阻力示意图。 (2)深潜器的质量为 25 t，总体积为 24.5 m3。在绞车缓缓向下释放深潜器至刚浸没的过程中，两根伸缩杆的 总拉力最多减少多少牛？(g =10 N/kg) 答案解析 1.选 D。 【解析】A 中杠杆的动力臂大约是阻力臂的 2 倍，所以 F1大约是 G 的 1 2；B 中杠杆动力臂小于阻力 臂，所以 F2G；C 中有 2 段绳子承担物重
10、，故 F3= G 2 ；D 中有 3 段绳子承担物重，则 F4= 1 3G。故用力最 小的是 D。 2.选 A。 【解析】动力臂大于阻力臂的杠杆为省力杠杆，动力臂小于阻力臂的杠杆为费力杠杆，所以利用杠 杆既可以省力，也可以费力；而定滑轮不能省力，只能改变力的方向；动滑轮和滑轮组都能省力，但不会 费力。A 项符合题意。 3.选 C。 【解析】本题考查了杠杆的使用。使用定滑轮既不省距离也不省力，故 A 错误；使用斜面省力但费 距离，故 B 错误；C 图是费力杠杆，动力臂要小于阻力臂，虽然费了力，但省了距离，故 C 正确；动滑轮 能省一半的力，费一倍的距离，故 D 错误。 4.选 B。 【解析】定滑
11、轮是一个等臂杠杆，故拉力的大小始终等于物重，即 F=G=98 N；当人拉绳子从 A 点慢 慢移动到 B 点时， 根据勾股定理可知， 绳子移动的距离为 5 m-4 m=1 m， 故拉力做功为 W=Fs=98 N1 m=98 J。 5.选 C。 【解析】飞机由地面上升靠的是螺旋桨的升力，不是依靠地面对飞机的反作用力，所以在离开地面 的过程中飞机对地面的压力一直减小，A 错；飞机在上升过程中经历加速、匀速、减速三个阶段，在飞机 加速阶段，飞机受到的升力大于重力，在飞机匀速阶段，飞机受到的升力等于重力，在飞机减速阶段，飞 机受到的升力小于重力，B 错；飞机在上升阶段做功 W=Gh=3 N10 m=30
12、 J, 飞机在上升阶段的功率 P= W30 J t12 s =2.5 W，C 对；在悬停阶段，飞机在升力的方向上没有移动距离，飞机升力不做功，功率为 0， D 错。 6.选 B。 【解析】由题图可知甲的拉力等于物体的重力，而乙的拉力是物体重力的一半，因此在相同的时间 内将物体提升相同的高度，乙的拉力通过的距离是甲的二倍，所以乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大 小的 2 倍；在相同的时间内甲拉力做的功和乙拉力做的功一样，所以甲拉力的功率等于乙拉力的功率；如 果考虑滑轮质量，右图中在提升物体的同时要对动滑轮做额外功，机械效率比左图装置的低。故选 B。 7.选 D。 【解析】本题考查机械效率的有关知
13、识。由题意可知，剪刀剪纸时的机械效率为 80%，即有用功占 总功的比例为 80%，故 A、B 错误。剪刀动力做的功是总功，剪纸所做的功为有用功，若动力做功为 1 J， 则有用功为 0.8 J，故 D 正确。 8.选 D。 【解析】助跑阶段运动员质量不变，速度增大，动能增大，故机械能增大，A 错；起跳时，运动员 有速度，故运动员有动能，因此机械能不为零，B 错；在起跳过程中，运动员的动能转化为重力势能，动 能减小，重力势能增大，经过最高点时，高度最高，重力势能最大，动能最小，C 错，D 正确。 9. 答案：B、D A、C 【解析】钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；道钉撬在使用过程
14、中，动力臂大于阻力 臂，是省力杠杆；筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；钢丝钳在使用过程中，动力臂大 于阻力臂，是省力杠杆。所以属于省力杠杆的是 B、D，属于费力杠杆的是 A、C。 10. 答案：向前移或让小李向前移或将重物向后移 32 【解析】根据杠杆的平衡条件，大李为了减轻小李的负担，可以减小自己的力臂或者增大小李的力臂；大 李承担 3 5的力，小李就承担 2 5 的力，故小李和大李承担的力之比为 23，根据杠杆的平衡条件可知，小 李和大李的力臂之比为 32。 11. 答案：400 100 250 【解析】本题考查了滑轮组的机械效率及功率。提升物体做的功为有用功：W有用=Gh=
15、400 N1 m=400 J； 根据机械效率可以求出总功：W总= W 400 J 80% 有用 =500 J，则拉力的功率为 P= W500 J t5 s 总 =100 W；由 题图可知，有两段绳子承担物重，绳的自由端移动的距离为 s=2 m，则拉力的大小为 F= W500 J s2 m 总 =250 N。 12. 答案：2.5 90 克服杠杆重力和轴处的摩擦做功 【解析】由题图可知，弹簧测力计的分度值为 0.1 N，所以弹簧测力计的示数为 2.5 N;W有用=Gh=1.5 N0.3 m=0.45 J,W总=Fs=2.5 N0.2 m=0.5 J，= W0.45 J W0.5 J 有用 总 =
16、90%；在提升物体的过程中，同时要提升杠杆， 还要克服轴处的摩擦，这些都是不得不做的额外功。 13. 答案：弹性形变的程度 速度 【解析】本题考查影响弹性势能大小的因素以及影响动能大小的因素，弹性势能的大小与物体的弹性形变 程度有关；弹性势能相同时，转化成的动能也相同，故质量大的物体速度小。 14.答案：(1)速度 (2)C 【解析】(1)虽然牛的质量大约是人的 10 倍，但是百米跑运动员的动能远大于牛的动能，是由于运动员的 速度大于牛的速度，故对动能影响较大的是速度。(2)A 选项中动能与质量、速度成正比，B 选项中动能与 质量和速度的平方根成正比，而实际情况是速度对动能的影响更大，故 C
17、正确。 15. 答案：如图所示。 【解析】 “一定一动”的滑轮组最省力的绕法是 3 段绳子拉物体，根据“奇动偶定”的原则，绳子的起始 端应固定在动滑轮上。 16. 答案：(1)74.1% (2)对动滑轮做功(动滑轮有重力等) (3)克服滑轮与绳子间的摩擦做功 可以省力也可以改变用力方向 【解析】(1)= WGh2 N 0.1 m WFs0.9 N 0.3 m 有用 总 100%=74.1%； (2)比较实验 1、2，使用不同的滑轮提升同一物体，物体升高的高度相同，有用功相同，但是用动滑轮提升 重物时，需对动滑轮做功，额外功变大，总功增加，故滑轮组机械效率降低； (3)比较实验 2、3，有用功相
18、同，额外功不同。实验 2 有一个动滑轮，实验 3 有一个定滑轮、一个动滑轮， 绳子股数也不同，则绳与滑轮之间的摩擦不同。因为实验 2 的机械效率大于实验 3 的机械效率，在有用功 相同的情况下，说明实验 3 的额外功大，故可能是绳子与滑轮间的摩擦，导致额外功不同，以致影响滑轮 组的机械效率。但是使用滑轮组可以省力，也可以改变用力方向。 17. 答案：(1)铁球 速度 (2)木块被撞击的距离 (3)弹簧被压缩的长短 实验步骤：A.使玻璃球从轨道的最高点下滑，撞击弹簧，用刻度尺测出弹簧被压缩后的长度 L1；B.使铁 球从轨道的最高点下滑，撞击弹簧，用刻度尺测出弹簧被压缩后的长度 L2；C.比较 L
19、1和 L2，若 L1=L2，则动 能大小与质量无关；若 L1L2，则动能大小与质量有关，且质量越大，动能越大 【解析】 （1）让同一铁球从不同的高度滑下时，在水平面上获得的速度不同，动能就不同，木块被撞击的 距离也不同。 （2）本实验通过观察木块被撞击的距离来研究铁球的动能大小与速度的关系（3）改进的实 验装置中，小球从轨道上滑下时，撞击弹簧，使弹簧发生形变，故可以通过比较弹簧被压缩后的长短来比 较小球动能的大小；要研究动能与质量大小的关系，根据控制变量法，应控制小球的速度相同，即使不同 质量的小球从倾斜轨道的同一位置下滑，然后去撞击弹簧，使弹簧发生形变。 18. 答案：(1)见解析图。 (2
20、)7.35105 N 【解析】(1)动力和阻力示意图如下： (2)深潜器入水前，钢缆 BE 的拉力 F2=G=mg=25103 kg10 N/kg=2.5105 N， 深潜器浸没后，钢缆 BE 的拉力 F2=G-F浮=G-水V排g=2.5105 N-1.0103kg/m324.5 m310 N/kg=5.0103 N。 由杠杆平衡条件知，深潜器入水前，两根伸缩杆的总拉力 F1= 5 22 1 F L2.5 10 N6 m L2m =7.5105 N， 深潜器浸没后，两根伸缩杆的总拉力 3 4 22 1 1 F L5.0 10 N 6 m F1.5 10 N L2m 。 两根伸缩杆的总拉力减少F=F1-F1=7.5105 N-1.5104 N=7.35105 N。
