1、专题12 简单机械单元课标要求1.知道简单机械。通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件。2.知道机械效率。了解提高机械效率的途径和意义。3.了解人类使用机械的历史发展过程。了解机械的使用对社会发展的作用。考点一：杠杆1.定义：一根在力的作用下能绕固定点转动的硬棒。一根硬棒能成为杠杆要具备两个条件：有力的作用；能绕某固定点转动。两个条件缺一不可，杠杆的形状可以是直的，也可以是弯的，但必须是硬的，支点可以在杠杆的一端，也可以在杠杆上的其它位置处。2.杠杆的五要素（1）支点：杠杆绕着固定转动的点，用字母“O”表示。（2）动力：促使杠杆转动的力，常用字母“F1”表示。（3）阻力：阻碍杠杆转动的力，常用字母
2、“F2”表示。（4）动力臂：支点到动力作用线的距离，常用字母“L1”表示。（5）阻力臂：支点到阻力作用线的距离，常用字母“L2”表示。【例题1】（山东威海）如图是一种活塞式抽水机的示意图。其中手柄AOB是一个杠杆，杠杆在动力F1的作用下绕O点匀速转动，请在图中画出杠杆在B点受到阻力的示意图和F1的力臂。【答案】如图所示：【解析】由图知，此时向上提起杠杆的左端，杠杆会绕O点顺时针转动，则B点会受到下面连杆向上的支持力，即阻力的方向竖直向上，过B点作竖直向上的阻力F2；反向延长力F1画出力的作用线，过支点O作动力作用线的垂线段，即动力臂L1考点二：杠杆分类物理量杠 杆力 臂力特点应用举例省力杠杆L
3、1L2F1F2省力费距离撬棒费力杠杆L1L2F1F2费力省距离船桨等臂杠杆L1=L2F1=F2不省力也不费距离天平【例题2】（2020黑龙江龙东农垦森工）如图是杠杆原理在生活中的应用，能省距离的是（）A用羊角锤起钉子B用撬棒撬石头C用启子起瓶盖D用钓鱼竿钓鱼【答案】D【解析】省力杠杆省力但费距离；费力杠杆费力但能省距离；羊角锤、撬棒、瓶盖起子在使用的过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，省力但费距离；钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，费力省距离，故ABC不符合题意，D符合题意。考点三：杠杆的平衡条件1.杠杆的平衡条件是指杠杆静止不动或匀速转动。2.杠杆的平衡条件又称杠杆原理，其
4、表达式为：动力动力臂=阻力阻力臂 （F1L1=F2L2）或3.从杠杆的平衡可知，力和力臂的大小成反比，即力臂越长，力就越小，计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要统一，动力臂和阻力臂的单位也要统一。【例题3】（2020四川甘孜州）如图所示，某同学用完全相同的钩码验证杠杆的平衡条件。杠杆调节平衡后，在杠杆上A点处挂4个钩码，为使杠杆重新平衡，应在B点处挂_个钩码； 如果A、B两处再各挂一个钩码，杠杆的_（选填 “左”或“右”）端会下沉。【答案】 (1)6 (2)左【解析】（1）设每个钩码所受重力为G，杠杆上每一小格代表的长度为L，由杠杆平衡条件可得解得（2）如果A、B两处再各挂一个钩码，则杠杆
5、的左边力与力臂的乘积为杠杆右边力与力臂的乘积为因故杠杆的左端会下沉。考点四：定滑轮和动滑轮【例题4】（2020湖南衡阳）如图所示，用一个动滑轮使重10N的物体在5s内匀速升高0.2m，绳子自由端所用的拉力F为6N求：（1）绳子自由端移动的速度。（2）拉力F做的功。【答案】（1）绳子自由端移动的速度为0.08m/s；（2）拉力F做的功为2.4J。【解析】（1）由图知，n2，当物体升高0.2m时，绳子的自由端移动距离s2h20.2m0.4m，绳子自由端移动的速度：v0.08m/s；（2）拉力F做的功：WFs6N0.4m2.4J。考点五：滑轮组1.定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成的叫滑轮组。2.
6、特点：既能省力又能改变力的方向，但是要费距离。3.省力特点:使用滑轮组时，有几段（股）绳子吊着物体，提起重物所用的力就是物重的几分之一，即F=G，其中F为提起重物所用的力，G为物重，n为承受物重的绳子段（股）数，即绕在动滑轮上的绳子段（股）数。【例题5】（山东省东营）如图所示，下列简单机械中，忽略杠杆、滑轮的自重、绳重及摩擦，当提起同一重物时，最省力的是（）ABCD【答案】A【解析】A由图可知，动力臂是阻力臂的4倍，所以拉力F1G；B由图可知，动滑轮省一半的力，所以拉力F2G；C设斜面的高度为h，斜面长度为s，则sin30，由功的原理可得，F3sGh，所以F3GG；D由图可知，滑轮组绳子的有效
7、股数为3，所以拉力F4G，综上可知，当提起同一重物时，最省力的是A。考点六：机械效率1.有用功 (W有）：人们为了达到工作目的的必须要做的功。2.额外功(W额）：利用机械时不想需要但不得不做的功。3.总功(W总）：外力所做的功，即有用功和额外功的总和。即W总= W有+W额。4.定义：机械效率是有用功与总功的比值，分析判定一个机械的机械效率高低要分析两个因素：有用功与总功。任何机械的机械效率都小于1.5.计算公式: =100。6.提高机械效率的途径：尽可能增加提升物体的重力；减轻机械的自身重量；合理地减少部件间的有害摩擦。7.特点：机械效率总是小于1.【例题6】（2020黑龙江龙东农垦森工）如图
8、所示，人用滑轮组拉着重810N的物体使其沿竖直方向以0.1m/s的速度匀速向上运动了5s，人对绳子向下的拉力为300N求：（1）物体上升的高度；（2）滑轮组的机械效率；（3）拉力的功率。【答案】（1）物体上升的高度为0.5m；（2）滑轮组的机械效率为90%；（3）拉力的功率为90W。【解析】（1）由v可得，物体上升的高度：hvt0.1m/s5s0.5m；（2）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n3，滑轮组的机械效率：100%90%；（3）拉力端移动距离s3h30.5m1.5m，总功：W总Fs300N3h300N1.5m450J，拉力的功率：P90W。简单机械单元综合素养精准达标模拟检测试卷（答题时
9、间90分钟，试卷满分100分）一、选择题（每小题3分，共30分）1（2020齐齐哈尔）杠杆是一种常见的简单机械，在日常生活中有着广泛的应用。下列杠杆在正常使用时能够省力的是（）A船桨 B托盘天平 C筷子 D撬棍【答案】D【解析】A.船桨在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，不能省力，故A错误；B.托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，不省力也不费力，故B错误；C.筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，不能省力，故C错误；D.撬棍在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，能省力，故D正确。2.（2020四川甘孜州）某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组（每个滑
10、轮等重），在相同时间内把重物G提升相同高度。若F1和F2大小相等，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（）A. 力F1和F2做功的功率相同B. 力F1和F2做的总功相同C. 两个滑轮组机械效率一样大D. 甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高【答案】D【解析】因不计绳重及摩擦，故克服动动滑轮重力所做的功为额外功，由可知，在相同时间内把重力G提升高度，甲乙两组滑轮组所做有用功相同，F1做的总功比F2做的总功少，甲做的额外功比乙做的额外功少，故两者的机械效率甲比乙高。3.（2020四川乐山市）如图所示，利用滑轮组在4s内将一重为9N的物体匀速向上提升了10cm，拉力为4N，不计一切摩擦和绳重，（g取10N/k
11、g）。下列说法正确的是（）A. 动滑轮重力为5NB. 滑轮组的机械效率为75C. 拉力所做的功为0.4JD. 拉力的功率为0.4W【答案】B【解析】A三股绳子与动滑轮接触，作用在绳子自由端的拉力为4N，则对动滑轮和物体的总拉力为4N3=12N物体重9N，则动滑轮重12N9N=3NA选项错误，不符合题意B滑轮组的机械效率为B选项正确，符合题意C物体向上移动了10cm，拉力做的功为C选项错误，不符合题意D拉力的功率为D选项错误，不符合题意。4.（2020四川自贡市）如图，重为G的物体在沿斜面向上的拉力作用下，从斜面的底部移到顶部，设沿斜面移动的距离为s，高为h，拉力为F，物体受到的摩擦力为f。则斜
12、面的机械效率为（）A. B. C. D. 【答案】B【解析】有用功为W有=Gh总功为W总=Fs斜面的机械效率为=5.（内蒙古通辽）如图所示，利用滑轮组在2s内将重400N的物体匀速提升了1m，所用拉力F为150N不计绳重和摩擦下列说法正确的是（）A绳子自由端移动的速度为2m/sB动滑轮的总重为100NC滑轮组的机械效率为83.3%D提升更重的物体，滑轮组的机械效率会变小【答案】A 【解析】（1）由图知，n4，绳子自由端移动距离s4h，利用速度公式求绳子自由端移动速度；（2）不计绳重及摩擦，拉力F（G+G动），据此求动滑轮所受的重力；（3）利用WFs求拉力做的总功，利用WGh求有用功，滑轮组的机
13、械效率等于有用功与总功之比；（4）增大滑轮组机械效率的方法：一是增大提升的物重，二是减小摩擦、减小动滑轮重。A.由图知，n4，绳子自由端移动的距离：s4h41m4m，绳子自由端移动的速度：v2m/s，故A正确；B.不计绳重及摩擦，拉力F（G+G动），可得动滑轮所受的重力：G动4FG4150N400N200N，故B错误；C.拉力做的功：W总Fs150N4m600J，有用功：W有用Gh400N1m400J，滑轮组的机械效率：100%66.7%，故C错误；D.若用该滑轮组提升所受重力更重的物体，额外功不变，有用功增加，有用功在总功中所占的比例增加，机械效率会变大，故D错误。6（四川南充）如图，用一个
14、始终水平向右的力F，把杠杆OA从图示位置缓慢拉至水平的过程中，力F的大小将（）A变大B不变C变小D不能确定【答案】A【解析】从支点向力的作用线作垂线，垂线段的长度即力臂。根据杠杆平衡条件F1L1F2L2分析，力F始终水平向右，即动力臂不断变小，把杠杆OA从图示位置缓慢拉至水平的过程中，阻力不变，阻力力臂变大，所以动力变大。如图，用一个始终水平向右的力F，把杠杆OA从图示位置缓慢拉至水平的过程中，阻力的大小不变（等于物重G），阻力臂变大，动力臂不断变小，根据杠杆平衡条件F1L1F2L2可知，动力将变大。7（北京）某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物
15、体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物体的质量为450g，所用动滑轮的质量为50g，绳子自由端的拉力F为1.3N，g取10N/kg。在02s的过程中，下列说法中正确的是（）A绳子自由端移动的速度为5.0cm/sB拉力F的功率为0.26WC有用功为0.45JD滑轮组的机械效率为90%【答案】BC【解析】（1）根据v可求速度；（2）根据PFv可求拉力F的功率；（3）有用功W有用Gh；（4）由图线ab所示分析可得，snh可知n的示数，滑轮组的机械效率为可求。A、绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，绳子自由端移动的速度为：v20cm/s，故A错误；B、拉力F的功率：
16、PFv1.3N0.2m/s0.26W，故B正确；C、有用功：W有用Ghmgh0.45kg10N/kg0.1m0.45J，故C正确；D、由图线ab所示分析可得，snh可得n4，滑轮组的机械效率为：100%86.5%，故D错误。8.（湖南郴州）材料相同的甲、乙两个物体分别挂在杠杆A、B两端，O为支点（OAOB），如图所示，杠杆处于平衡状态。如果将甲、乙物体（不溶于水）浸没于水中，杠杆将会（）AA 端下沉BB 端下沉C仍保持平衡D无法确定【答案】C【解析】由题知，甲、乙两物体的密度相同，OAOB，即甲的力臂要小于乙的力臂；根据杠杆的平衡条件可知，G甲L甲G甲L乙，即：gV甲L甲gV乙L乙，所以：V甲
17、L甲V乙L乙，如果将甲、乙物体（不溶于水）浸没于水中，此时甲乙都要受到浮力的作用，根据阿基米德原理可知，甲乙受到的浮力分别为：F浮甲水gV甲，F浮乙水gV乙，此时左边拉力与力臂的乘积为：（G甲水gV甲）L甲G甲L甲水gV甲L甲此时右边拉力与力臂的乘积为：（G乙水gV乙）L乙G乙L乙水gV乙L乙由于V甲L甲V乙L乙，所以：水gV甲L甲水gV乙L乙，则由两式可知，此时左右两边拉力与力臂的乘积相同，故杠杆仍然会保持平衡。9.（海南）下图所示的工具中，正常使用时属于费力杠杆的是（）A瓶起子 B.我国人民发明的用餐工具筷子 C核桃钳 D.羊角锤【答案】B 【解析】结合生活经验，先判断杠杆在使用过程中，动
18、力臂和阻力臂的大小关系，根据杠杆平衡条件再确定动力和阻力的大小，最后判断它是属于哪种类型的杠杆A.起子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；B.筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；C.核桃钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；D.羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆.10（黑河）建筑工人用如图所示的滑轮组，在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动2m的过程中，所用的拉力大小为375N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍在此过程中下列说法正确的是（）A绳子自由端沿水平方向移动了6 m B物体受到的拉力为750NC拉力F的功率为750W D滑轮组
19、的机械效率为80%【答案】D【解析】本题考查了做功公式、功率公式、机械效率公式以及二力平衡条件的应用，明确有用功和滑轮组绳子的有效股数是关键（1）由图可知滑轮组绳子的有效股数，根据s=nsA求出绳子自由端沿水平方向移动；（2）物体沿水平方向匀速移动时处于平衡状态，受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，二力的大小相等，根据FA=f=0.4G求出物体受到的拉力；（3）根据W=Fs求出拉力F做的功，根据P=求出拉力F的功率；（4）根据W有=FAsA求出拉力做的有用功，根据=100%求出滑轮组的机械效率A由图可知，n=2，则绳子自由端沿水平方向移动的距离s=nsA=22m=4m，故A错误；B物体沿水平方向匀
20、速移动时处于平衡状态，物体受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，则物体受到的拉力FA=f=0.4G=0.41500N=600N，故B错误；C拉力F做的功W总=Fs=375N4m=1500J，则拉力F的功率P=375W，故C错误；D有用功W有=FAsA=600N2m=1200J，则滑轮组的机械效率=100%=100%=80%，故D正确二、填空题（每空1分，共16分）11.（2020江苏连云港）用如图所示滑轮组在10s内将重为300N的物体匀速提升1m，拉力大小为120N，拉力做功的功率为_W，有用功为_J，滑轮组的机械效率为_。【答案】 (1) 36 (2) 300 (3) 83.3%【解析】（1）由
21、图可知，承担重物的绳子段数n=3，所以绳子自由端通过距离s=31m=3m总功W总=Fs=120N3m=360J拉力做功的功率P=36W（2）有用功为W有=Gh=300N1m=300J（3）滑轮组机械效率为=83.3%12（2020齐齐哈尔）小彬用如图所示滑轮组把重400N的货物匀速提升2m，若不计绳重和摩擦，所用的拉力是250N此过程中绳端移动的距离为 m，滑轮组的机械效率是 。【答案】4；80%。【解析】（1）由图知，n2，绳端移动的距离：s2h22m4m；（2）滑轮组的机械效率：100%80%；13.（安徽省）如图，一轻杆AB悬于O点，其左端挂一重物，右端施加一个与水平方向成30的力F，此
22、时轻杆水平平衡。若重物质量m3kg，BO3AO，g取10N/kg。则力F的大小为_N。 【答案】 20 【解析】反向延长力F的作用线，过支点O作力F作用线的垂线即为F的力臂L1 ， 因为右端施加一个与水平方向成30的力F，则由几何知识可知L1 OB，已知BO3AO，重物质量m3kg，则物体重力Gmg3kg10N/kg30N，由杠杆平衡条件得：GL2FL1 ， 即GOAF OB，代入数据可得，30NOAF 3OA，解得F20N。14.（甘肃兰州）如图所示，斜面长2m、高1m，把一个质量为24kg的物体沿斜面从斜面底端匀速拉到顶端，需要克服重力做功J。若斜面是光滑的，则沿斜面向上的拉力N。在“核桃
23、钳、红酒开瓶器和家中升降晾衣架上的滑轮”三种工具中属于斜面的是。（g=10N/kg）【答案】240；120；红酒开瓶器。【解答】物体的重力：G=mg=24kg10N/kg=240N，使用斜面时做的有用功：W有=Gh=240N1m=240J；若斜面是光滑的，则拉力所做的做等于克服物体重力所做的功，由W=Fs可得拉力：F=120N；“核桃钳、红酒开瓶器和家中升降晾衣架上的滑轮”这三种机械中，核桃钳属于杠杆，衣架上的滑轮属于滑轮组，红酒开瓶器属于斜面。15（海南省）如图，小谦想把被台风刮倒的树拉正。他把绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子，这样做有_段绳子拉甲树。如果不计绳重和摩擦，甲树受3
24、00N拉力，则小谦对绳子的拉力至少为_N。【答案】2 150【解析】小谦的做法相当于借助一个动滑轮来拉甲树，因此，这样做有2段绳子拉甲树；根据动滑轮省一半力的特点，小谦对绳子的拉力至少为150N。16.（经典题）某建筑工地用如图所示的滑轮组提升重物，工人对绳的拉力F为400N，并能用10s的时间将96kg的重物匀速提升2m，则拉力F的功率为W，此时滑轮组的机械效率为%（不计绳重和摩擦，取g=10N/kg）【答案】240；80【解析】知道拉力大小，由滑轮组结构得出承担物重的绳子股数n=3，则s=3h，利用W总=Fs求拉力做功，再利用功率公式求拉力做功功率；知道物重G和提升的高度，利用W=Gh求有
25、用功；再利用效率公式求滑轮组的机械效率来源:学科网Z（1）由图知，n=3，则绳端移动的距离：s=3h=32m=6m，拉力F做的功：W总=Fs=400N6m=2400J；拉力F做功的功率：P=240W；（2）重物的重力：G=mg=96kg10N/kg=960N，有用功：W有用=Gh=960N2m=1920J；滑轮组的机械效率：=100%=100%=80%17.（贵州黔东南）某大桥设计车速为60km/h，图1为该大桥的实景图，其主通航孔桥采用双塔双索面斜拉桥，可逐步抽象成图2、图3、图4所示的模型。（1）可以看出它用到了 （选填“杠杆”或“斜面”）的物理知识。为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的
26、前提下，可以适当 （选填“增加”或“减小”）桥塔的高度。（2）若某汽车质量为5103kg，在大桥上按设计车速水平匀速直线行驶时受到的阻力为汽车重力的0.06倍，则汽车通过该大桥时汽车发动机的功率为 W（g取10N/kg）【答案】（1）杠杆；增加；（2）5104。【解析】（1）图4所示的模型，可以看做是一个在力的作用下静止在水平位置的硬棒，结合杠杆的定义，即可知道它就是杠杆的模型。所以用到了杠杆的知识。由图可知，若增加塔桥的高度，增加了支点O到钢索的垂直距离，即增大了动力臂，根据公式F1，可以得到，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂越大，动力越小，即桥对钢索的拉力就越小。（2）汽车受到的重力为G
27、mg5103kg10N/kg5104N汽车发动机的牵引力为Ff0.06G0.065104N3103N汽车行驶的速度为v60km/hm/sm/s汽车的功率为PFv3103Nm/s5104W。三、作图题（每小题2分，共6分）18.（2020新疆兵团）请在图中画出动力F的力臂。【答案】【解析】过支点O做力F作用线的垂线段，即为力F的力臂L.19.（甘肃兰州）如图所示为“探究杠杆平衡条件”的实验示意图，O点为杠杆的支点，请画出杠杆左侧钩码所受重力的示意图和弹簧测力计施加拉力的力臂L1。【答案】见解析。【解析】（1）测力计对杠杆的拉力作用在C点，拉力的方向斜向右下方，过支点0作这条拉力作用线的垂线段，即
28、拉力的力臂L1。（2）重力的方向是竖直向下的，过物体重心画一条带箭头的竖直向下的有向线段，用G表示，即为其所受重力的示意图。如图所示：20（四川达州）轻质杠杆OABC能够绕O点转动，已知OABC20cm，AB30cm，在B点用细线悬挂重为100N的物体G，为了使杠杆在如图所示的位置平衡，请在杠杆上作出所施加最小动力的图示（不要求写出计算过程）。【答案】如图所示：【解析】根据杠杆的平衡条件，要使力最小，则动力臂应最长，即连接OC为最长的力臂，力的方向与OC垂直且向上，根据勾股定理和全等三角形定理可得，动力臂OC50cm，故根据杠杆平衡条件可得：F1OCGOA，代入数值可得：F150cm100N2
29、0cm，解得F140N，选取标度为20N，过C点作出最小动力，使线段长度为标度的2倍。四、实验探究题（21题6分、22题8分、23题8分，共22分）21.（2020四川自贡市）小明利用刻度均匀的轻质杠杆进行探究杠杆的平衡条件实验，已知每个钩码重0.5N。(1)实验前，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉，这时应将平衡螺母向_（选填“左”或“右”）调节，直到杠杆在水平位置平衡。你认为实验中让杠杆在水平位置平衡的好处是_；(2)在图甲中的A点悬挂4个钩码，要使杠杆仍保持水平位置平衡，需在B点悬挂_个钧码；(3)如图乙所示，取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉，仍使
30、杠杆水平位置平衡，测力计的拉力为_N；若在C点改变弹簧测力计拉力的方向，使之斜向右上方，杠杆仍然水平位置平衡，则测力计的读数将_（选填“变大”或“变小”或“不变”），若此时斜向右上方的测力计与竖直方向间的夹角为60，杠杆在水平位置平衡时，测力计的读数为_N。【答案】 (1) 右 (2) 便于测量力臂 (3) 2 (4) 1 (5) 变大 (6) 2【解析】(1)杠杆静止时，杠杆左端下沉，说明右端偏高，平衡螺母需向右调节，直到杠杆在水平位置平衡。杠杆只有在水平位置平衡时，力臂才正好在杠杆上，这样测量起来会比较方便。(2)设杠杆每个格的长度为l，每个钩码的重力为G，根据杠杆的平衡条件FAlA=FB
31、lB4G2l=FB4lFB=2G即需在B点处挂2个钩码。(3)取走悬挂在B点钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上的拉力，根据杠杆的平衡条件得到4G2l=FC4lFC=2G=205N=1N（4）如改变弹簧测力计拉力的方向，使之斜向右上方，阻力和阻力臂不变，动力臂减小，动力要增大，所以弹簧测力计示数变大，才能使杠杆仍然水平平衡。（5）从支点O到动力作用线做垂线，支点与垂足之间的距离即为力臂，如图所示：由杠杆的平衡条件得到F=2N22.（2020天津）在探究影响滑轮组机械效率的因素时，小明提出了如下猜想：猜想一：滑轮组机械效率与被提升物体所受的重力有关；猜想二：滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关；为
32、了验证猜想，准备的器材如下：两个相同的滑轮、一根细绳、钩码若干、刻度尺和弹簧测力计；小明把两个滑轮分别作为定滑轮和动滑轮组装成滑轮组，用该滑轮组提升不同数量的钩码进行了三次实验，数据如下表所示：实验次数钩码所受的重力G/N提升高度h/m拉力F/N蝇瑞移动的距离s/m机械效率𝜂12.00.11.00.366.7%24.00.11.80.374.1%36.00.12.503请你解答如下问题：(1)表中第3次实验时滑轮组的机械效率为_：根据表中数据在图中画出该滑轮组的绕线方式；(2)分析表中数据可知：用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率_（选填“越高”“越低”或“不
33、变”）；(3)为了验证猜想二，还需增加的实验器材是_【答案】 (1) 80.0% (2) (3)越高 (4)自重不同的滑轮【解析】(1)第3次实验中，有用功W有=Gh=6.0N0.1m=0.6J通过滑轮组所做的总功W总=Fs=2.5N0.3m=0.75J滑轮组的机械效率因为绳子端移动的距离是物体提升高度的3倍，所心滑轮组承重绳子的根数为3，那么滑轮组的绕线如图：(2)分析表格数据知，用同一滑轮组提升不同的物体，物体越重，滑轮组的机械效率越高。(3)猜想二，要验证滑轮组机械效率与动滑轮所受的重力有关，换用自重不同的动滑轮进行实验。23.（湖南省邵阳）某物理兴趣小组在测量滑轮组的机械效率，实验过程
34、如下：用弹簧测力计测量沙和袋所受总重力G并填入表格。按图安装滑轮组，分别记下沙袋和绳端的位置。匀速拉动弹簧测力计，使沙袋升高，读出拉力F的值，用刻度尺测出沙袋上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格。算出有用功W有，总功W总，机械效率。改变沙袋中沙子的重量，重复上面的实验。 请根据实验过程和实验记录，思考并回答：（1）在第一次实验中，粗心的小冬同学忘记在表格中填写绳端移动的距离s，你认为s应该为 m。（2）根据表中数据，可计算得出第二次实验的机械效率为 。（3）根据表中数据，分析得出所用动滑轮的重为 N（绳重和摩擦忽略不计）（4）分析三次实验中的数据，可以发现用同一个滑轮组提升重物，
35、物重越大，滑轮组的机械效率 。（选填“越大”、“越小”或“不变”）【答案】（1）0.6；（2）75%；（3）0.3；（4）越大。【解析】（1）绳子的有效段数为3，根据snh，在第一次实验中，绳端移动的距离s30.2m0.6m；（2）根据表中数据，可计算得出第二次实验的机械效率为：275%；（3）不计绳重和摩擦，绳子自由端的拉力：F=0.3N结合第一次实验的数据可得，所用动滑轮的重：G动3FG30.3N0.6N0.3N；（4）纵向分析三次实验中的数据，可以发现用同一个滑轮组提升重物，物重越大，滑轮组的机械效率越大。五、计算题（24题6分、25题6分、26题6分，共18分）24.（2020湖北武汉
36、）一种新型井盖排水系统如图甲所示，系统结构简化示意图如图乙所示，排水系统由井盖、两个相同杠杆(AOB是其中之一)、容器等组成，AB长度是300mm，AO长度是120mm，井盖的上表面和侧面都有排水孔，下暴雨时，雨水从排水孔经排水管导流到容器中，再从容器底部的排水孔流入下水道，由于容器的排水速度较小，当容器中的雨水上升到一定高度时，容器下降，拉动杠杆，将井盖项起，加速路面排水。当容器中的雨水下降到一定高度时，井盖自动下降盖住井口，不影响车辆、行人的通行。该井盖的质量是28.8kg，不考虑杠杆的质量，不考虑各连接处的摩擦。(1)球墨铸铁强度高、韧性好，密度是7.2103kg/m3，若上述规格的井盖
37、全部用球墨铸铁制成，则制作一个这样的井盖需要多少立方米的球墨铸铁?(2)下暴雨时，杠杆会将井盖顶起50mm，如图丙所示。两个相同杠杆对井盖至少做了多少焦耳的功?(3)某次调试中，为了节约用水，调试人员将容器底部的排水孔全部堵住，测出容器的质量是4.2kg，再将容器和杠杆组装在一起，直接向容器内匀速注水，注水120秒时井盖刚好被项起，假设在任意时刻水对容器的压力与容器中水的重力大小相等，求每分钟向容器内注水的体积是多少升?【答案】(1)；(2) 14.4J ；(3)【解析】(1)球墨铸铁的体积(2)两个相同杠杆对井盖至少做功W=Gh=28.8kg10N/kg5010-3m=14.4J(3)井盖刚
38、好顶起时，杠杆AOB的A端受到的压力根据杠杆的平衡条件有FALOA=FBLOB则容器对杠杆B端的拉力容器中水的重力G水=2FB-G容=192N-42N=150N每分钟向容器注水的体积25（湖北荆州）为了发展文化旅游事业，荆州市正在兴建华强方特文化主题园，建成后将通过最新的VR技术展示包括楚文化和三国文化在内的五千年华夏文明。园区建设中需把重1200N的木箱A搬到高h2m，长L10m的斜面顶端。如图所示，工人站在斜面顶端，沿斜面向上用时50s将木箱A匀速直线从斜面底端拉到斜面顶端，已知拉力F的功率为80W求：（1）拉力F的大小；（2）该斜面的机械效率是多少；（3）木箱A在斜面上匀速直线运动时受到
39、的摩擦力是多大。【答案】（1）400N；（2）60%；（3）160N。【解析】（1）由P得，拉力所做的功： W 总Pt80W50s4103J，由WFL得，拉力F的大小：F400N。（2）克服物重做功： W 有Gh1200N2m2.4103J，则斜面的机械效率：100%100%60%。（3）木箱 A 在斜面上匀速运动时克服摩擦做功：W额W总W有4103J2.4103J1.6103J，由W额fL得，木箱 A 在斜面上匀速运动时受到的摩擦力：f160N。26（2020海南模拟）如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：（1）若不计绳重，滑轮重及摩
40、擦，两次拉力F1和F2之比；（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为400g，动滑轮质量为100g，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。【答案】（1）若不计绳重、滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比为3：2；（2）若不计绳重及摩擦，甲、乙两装置的机械效率都是80%。【解析】（1）由图知，甲图中，n1=2；乙图中，n2=3，若不计绳重、滑轮重及摩擦，则拉力F=G，两次拉力F1和F2之比：F1：F2=G：G=：=3：2；（2）重物的重力：G=mg=0.4kg10N/kg=4N，动滑轮的重力：G轮=m轮g=0.1kg10N/kg=1N，不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率=，由于两装置中物重和动滑轮重均相
41、同，所以甲、乙两装置的机械效率：1=2=100%=80%。六、综合素养题（8分）27（苏州模拟题）图甲是一种壶口处配有自动开合小壶盖的电水壶。（1）如图乙，电水壶底部的导线连接装置有铜环、铜环和铜柱经测试发现：、之间是绝缘的，、之间常温下有十几欧姆的电阻。则与水壶金属外壳相连的装置是 。（2）图丙是自动开合小壶盖简化侧视图。OA是小壶盖，C是其重力作用点。B是小壶盖的配重。OB是配重柄。AOB能绕固定点O自由转动。请在答题纸图丙中作出小壶盖的重力G及其力臂L。（3）已知：小壶盖质量为4克，OA=3厘米，OC=1.4厘米，OB=1厘米，AOB=135要求倒水时，壶身最多倾斜45，小壶盖便自动打开
42、；壶身竖直时，小壶盖在水平位置自动闭合。求配重B的质量取值范围。（配重柄质量和O点的摩擦均忽略不计，取1.4）【答案】（1）铜环；（2）如图1所示；（3）配重B的质量取值范围为4g7.89g。（最小值为3.92g、3.96g、3.98g等，最大值为7.8g、7.84g、7.9g、8g等都可）。【解析】（1）铜是导体，由题意，铜环、铜环之间是绝缘的，说明之间有底盘的绝缘体，、之间常温下有十几欧姆的电阻，为加热电阻，故与水壶金属外壳相连的装置只能是铜环，否则与或相连则有触电的危险。（2）小壶盖的重力G方向竖直向下，根据力臂的定义做出重力的力臂，如下图l所示：（3）当配重柄水平时，可求出配重的最小质量，杠杆示意图如图2：OD=OC=1.4cm=1cm，根据杠杆的平衡条件：G1l1=G2l2，m1gl1=m2gl2，m2=m1=4g；当小壶盖水平时，可求出配重的最大质量，杠杆示意图如图3：OE=OB=1cm=0.71cm，根据杠杆的平衡条件：G1l1=G2l2，m1gl1=m2gl2，m2=m1=7.89g。
