八年级下册物理五年中考三年模拟006-第十二章　简单机械

5年中考3年模拟·初中物理·人教版·八年级下册第十二章简单机械单元大概念素养目标编号单元大概念素养目标对应新课标内容对应试题P8212001知道常见的简单机械,明确杠杆的五要素知道简单机械。知道杠杆物理模型【P15、P19】P92T1;P94T8P8212002探究杠杆的平衡条件探究并了解杠杆的平衡条件。在关于杠杆科学探究中,能制订初步的实验方案;能通过对数据的比较与分析,发现数据的特点,进行初步的因果判断,得出实验结论【P15、P19】P93T4;P94T9;P125T16P8212003了解杠杆的种类及其应用能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用【P23】P94T6;P110T1;P110T3P8212004知道定滑轮和动滑轮的本质,了解滑轮组的特点及其实际应用知道简单机械。能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用【P15、P23】P96T1;P96T3;P97T7;P110T2;P118T11P8212005知道机械效率,能解决常见简单机械在生产生活应用中的有关问题,具有节能意识知道机械效率。知道能量的利用存在效率问题,100%的能量利用率只是一种理想情况。能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义,增强学习物理学的动力【P23、P26】P100T3;P100T5;P102T6;P107T1P8212006测量滑轮组的机械效率,了解提高其机械效率的途径了解提高机械效率的意义和途径。测量某种简单机械的机械效率【P23】P101T1;P102T5;P112T16第1节杠杆基础过关全练知识点1杠杆1.【跨学科·物理学与日常生活】(2023北京昌平期中)如图所示是用瓶起子打开瓶盖的情境,开启过程中某时刻可将瓶起子看成一个杠杆(忽略杠杆所受重力),用“O”表示支点位置,手施加的力为动力F1(方向垂直杠杆),杠杆所受阻力为F2(方向垂直杠杆),能表示此时支点、动力和阻力的示意图是(P8212001)()2.【跨学科·物理学与工程实践】【新独家原创】如图甲为一辆高空作业车,其工作臂相等于一个如图乙所示的杠杆AOB。请画出工作臂动力F1和阻力F2的力臂l1和l2。知识点2杠杆的平衡条件3.【跨学科·物理学与日常生活】(2023山西翼城一模)图甲是一种落地式海报架,图乙是海报架的侧视结构示意图。若视海报架为杠杆,水平向右的风将其吹倒的瞬间,支点是(选填“A”“B”或“C”),若要使海报架抵抗更大的风力,可以采取的措施是(写出一条即可)。

4.(2023河南安阳一模)小航和小萱在探究杠杆平衡条件的实验操作中,桌上摆放有钩码1盒(每个钩码50g,共10个),弹簧测力计一个,杠杆尺及支架,细线。(P8212002)(1)小航将杠杆尺挂在支架上,紧接着的操作应该是;

A.调节平衡螺母使杠杆平衡B.轻轻拨动杠杆使其能够绕支点灵活转动(2)如图甲所示,小航在已调好的杠杆左端2格处挂了3个钩码,要使杠杆平衡,可以在杠杆右侧2处挂3个钩码,还可以在右侧(按“×处挂×”填写)个钩码来完成;经过多次实验,并分析记录的数据(见表),两位同学得出了杠杆的平衡条件是;

实验次序动力F1/N动力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm12.051.01022.0102.01033.0102.015(3)如图乙所示,小航将弹簧测力计挂在杠杆右端第4格处竖直向下方拉使杠杆平衡,当拉杠杆的力由竖直向下逐渐变为向右下方的过程中,小航观察到弹簧测力计的示数变化情况是以下选项中的(填选项符号),原因是;

A.逐渐变大B.逐渐变小C.先变大后变小D.先变小后变大(4)小萱进行了如图丙所示的探究,但发现测出的拉力与杠杆的平衡条件不符,原因是。

知识点3生活中的杠杆5.如图是搬运泥土的独轮车,独轮车属于杠杆(选填“省力”或“费力”)。设车箱和泥土的总重G=1200N,运泥土时从A点提起独轮车把手的力是F,F的力臂是m,F的大小是N。

能力提升全练6.【劳动教育】(2023湖北恩施中考,3,★☆☆)我们用扫把扫地,左手握住柄的末端,右手向前推扫柄时,扫把是(P8212003)()A.省力杠杆B.费力杠杆C.等臂杠杆D.都不正确7.(2023辽宁大连中考,21,★☆☆)如图所示,放置花盆的支架只在A、D两点用螺钉固定在墙壁上,BC保持水平。已知AC长为l1,CD长为l2,BC长为l3,花盆的重力为G,重力作用线恰好过BC中点。若不计支架的重力,则D点螺钉对支架的水平拉力F=(用已知量表示)。为了减小拉力F,花盆位置应离墙壁一些。

8.【学科素养·物理观念】(2023四川成都高新区一模,25,★☆☆)品学兼优的小天同学,周末在家喜欢主动承担一些家务,如图甲是她在厨房帮忙时使用的一个菜馅挤水器,其上部手柄在使用时相当于一个杠杆,图乙是其简化的示意图,O为支点,F2是使用菜馅挤水器时B点受到的阻力。请在图乙中画出作用在A点的最小动力F1的示意图及其力臂l1。(P8212001)9.【学科素养·科学探究】(2023河北邯郸一模,15,★★☆)小明探究杠杆平衡条件时,选定的实验器材有:铁架台与两端带有平衡螺母的直尺组成的杠杆装置、弹簧测力计一个、细线和完全相同的钩码若干。(P8212002)(1)将杠杆装置放在水平实验台上,静止时如图甲所示,为了探究杠杆的平衡条件,接下来的操作:,使杠杆在水平位置平衡;

(2)实验中,在杠杆两侧挂上不同数量的钩码,第1次、第2次杠杆平衡时的实验数据已填写在表中,图乙是第3次杠杆平衡时的情景,这次杠杆右侧的阻力为N,阻力臂为m;

实验次数动力F1/N动力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m12.50.220.25220.151.50.2310.2①②(3)分析表中数据,可以得出杠杆的平衡条件为:;

(4)为了使实验结论具有普遍性,他做了图丙所示的实验,用弹簧测力计斜拉使杠杆在水平位置平衡(忽略杠杆自重)。若图中∠α=30°,则拉力F=N;

【拓展】杠杆在我国古代就有了许多应用。距今约三千多年前,就有了用来捣米的舂。现在一些资料中见到的舂结构大致有图中的丁、戊两种。工作时,以O为固定转轴,在A端连着石球,脚踏B端可以使石球升高,抬起脚,石球会落下击打稻谷。你认为比较符合生活实际的“舂”是(选填“丁”或“戊”),它的主要特点是。

10.【学科素养·科学思维】(2023广东茂名电白期中,22,★★☆)一轻质杠杆AB水平放置,在杠杆上悬挂一个西瓜,杠杆长1m,O为杠杆的支点,AO长0.2m。在B点用弹簧测力计竖直提起杠杆,其装置如图所示。(P8212003)(1)若西瓜悬挂点距O点0.4m,弹簧测力计的示数为8N,求该西瓜的重力;(2)若弹簧测力计的量程为0~10N,要使轻质杠杆AB始终水平平衡,求西瓜悬挂点与O点之间的距离d的范围。素养探究全练11.【科学探究】某同学在河边玩耍时捡到一块石头。回家后,他用弹簧测力计、玻璃杯、细线和足量的水等器材测量石头的密度。估测这块石头的重力已超出了弹簧测力计的量程,通过思考,该同学利用一根质量分布均匀的细木杆和上述实验器材设计了如图所示实验:(1)将木杆的中点O悬挂于线的下端,使木杆在水平位置平衡,这样做的好处是可以消除对平衡的影响。这时木杆重力的力臂为。

(2)将左端A与弹簧测力计相连,用细线把石头挂于OA的中点C,弹簧测力计竖直向上提起A端,使木杆保持水平,弹簧测力计示数如图所示,则拉力大小为N;将石头浸没于装有水的玻璃杯中且不与杯子接触,保持木杆水平,记下弹簧测力计此时的示数为2.7N。

(3)通过计算,浸没后石头受到的浮力大小为N,石头的密度为kg/m3。(ρ水=1×103kg/m3,g取10N/kg)

(4)若上述(2)步骤中,只是木杆未保持水平,则测量结果(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

答案全解全析基础过关全练1.D由图可知,用瓶起子打开瓶盖时,是绕着瓶起子最前端的一点旋转的,故该点为支点;由力的作用效果可知,手对瓶起子的力是动力,方向向上;瓶盖对瓶起子的力为阻力,方向向下。2.如图所示解析该高空作业车的工作臂的支点为O点,过O点作动力F1作用线延长线的垂线段,即l1;过O点作阻力F2作用线延长线的垂线段,即l2。3.C增大∠BAC角度解析由图可知,水平向右的风将其吹倒的瞬间,只有C点不动,故支点为C点;重力G的力臂l2如图,由图可知,∠BAC角度越大,重力G的力臂l2越长,重力G大小不变,根据杠杆平衡条件可知,可承受阻力越大,故若要使海报架抵抗更大的风力,可以增大∠BAC角度。4.(1)A(2)见解析(3)见解析(4)杠杆自身重力对实验有影响,相当于增加了一个阻力解析(1)将杠杆尺挂在支架上,紧接着的操作应该是调节杠杆两端的平衡螺母使杠杆在水平位置平衡,故选A;(2)因为只有10个钩码,且杠杆最多只有5格,则3G×2L=3G×2L=2G×3L=6G×L,所以可以在右侧2处挂3个钩码或3处挂2个钩码或1处挂6个钩码来使杠杆平衡;先将数据中的各自的力与力臂相乘,然后分析实验数据,得出关系式为F1l1=F2l2(或动力×动力臂=阻力×阻力臂);(3)当拉力逐渐变为向右下方的过程中,力臂逐渐变小,杠杆左边力与力臂的乘积不变,根据杠杆平衡条件可知拉力逐渐变大,故选A;(4)如图丙所示,使弹簧测力计竖直向上拉,结果发现测出的拉力大小与杠杆的平衡条件不相符,是因为杠杆自身有重力,方向竖直向下,相当于增加了一个阻力。5.省力1.2300解析独轮车在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆。由图可知独轮车的支点在轮轴处,力F竖直向上,因此F的力臂是l1=1.2m,重力的力臂l2=0.3m;由F×l1=G×l2得,F=Gl2l能力提升全练6.B用扫把扫地时,左手握住柄的末端,右手向前推扫柄,扫把的动力臂比阻力臂短,是费力杠杆。7.Gl解析花盆对支架压力(阻力)F2=G;D处螺钉对支架的水平拉力(动力)的力臂为l1+l2,由杠杆平衡条件可得F(l1+l2)=F2×l32,D处螺钉的水平拉力的大小F=Gl32(l1+l2)8.如图所示解析根据杠杆的平衡条件,要想找到最小力就要找到最长的力臂,连接支点O与作用点A,OA即最长力臂l1,力臂始终与力的作用线垂直,从而找到最小力,方向向下。解题技巧找最大动力臂的方法:(1)当动力作用点确定时,支点到动力作用点的线段长即最大动力臂;(2)当动力作用点没有确定时,应看杠杆上哪一点离支点最远,则这一点到支点的距离即最大动力臂。9.(1)向右调节平衡螺母(2)20.1(3)F1l1=F2l2(4)4【拓展】见解析解析(1)如图甲所示,杠杆左低右高,说明左边重,故应向右调节平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡;(2)图乙中,左侧挂两个钩码,F1=1N,则一个钩码的重力为0.5N,所以右侧阻力为F2=4×0.5N=2N,左侧钩码悬挂位置到支点4个格,力臂为0.2m,则每个格的长度为0.05m,所以右侧力臂为l2=2×0.05m=0.1m;(3)由表中数据可知,动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积,即F1l1=F2l2;(4)图丙中F1=4×0.5N=2N,l1=4×0.05m=0.2m,拉力F的力臂l2=12×4×0.05m=0.1m,由F1l1=F2l2,可得F=F1l1l2=2N×0.2m0.1m10.解析(1)由杠杆平衡条件可得G×l=F×(AB-AO),即G×0.4m=8N×(1m-0.2m),解得西瓜的重力G=16N。(2)由题知,弹簧测力计的量程为0~10N,当弹簧测力计的示数为0时,d=0m,当弹簧测力计的示数为10N时,根据杠杆平衡条件知,G×d=F最大×(AB-AO),则16N×d=10N×(1m-0.2m),解得d=0.5m。西瓜悬挂点与O点之间的距离d的取值范围为0≤d≤0.5m。素养探究全练11.(1)木杆自重0(2)4.2(3)32.8×103(4)不变解析(1)将木杆的中点O悬挂于线的下端,木杆的重力作用线过支点,重力的力臂为零,可以消除木杆的重力对平衡的影响;(2)如图,弹簧测力计的拉力大小为4.2N;(3)根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可得,F1F2=l2l1=12,解得F2=G=8.4N,m石=Gg=8.4N10N/kg=0.84kg;石头浸没于装有水的玻璃杯中,根据杠杆的平衡条件得到F3F=l2l1=12,F=2F3=2×2.7N=5.4N,此时细线对C点的拉力为5.4N,细线对石头的拉力也为5.4N,则浸没后石头受到的浮力大小F浮=G-F=8.4N-5.4N=3N,由阿基米德原理可知石头的体积V石=V排=F浮ρ水g=3N1×103kg/m3×10N/kg=3×10-4m3,石头的密度ρ石=m石第2节滑轮基础过关全练知识点1定滑轮和动滑轮1.(2023江苏苏州吴中一模)如图所示,一个重G=20N的物体在拉力F的作用下被匀速提升了20cm。若不计滑轮重、绳重和摩擦,则拉力F及其向上移动的距离s分别为(P8212004)()A.F=10Ns=20cmB.F=10Ns=40cmC.F=20Ns=20cmD.F=20Ns=40cm2.(2023安徽无为期中)如图所示,用三个滑轮拉同一物体在同一水平面上做匀速直线运动,所用拉力分别为F1、F2、F3,那么这三个力从小到大的关系是。(不计滑轮重及绳与滑轮间的摩擦)

3.(2023广东阳江江城期中)如图甲所示是“探究动滑轮工作时的特点”的实验装置。(P8212004)(1)实验时,应该沿着方向拉绳子自由端,使钩码上升;

(2)小张记录的数据如表所示,分析数据可得:使用动滑轮可以;

实验次数123钩码重G/N246钩码上升的距离h/cm555测力计示数F/N1.12.13.1绳端移动的距离s/cm//△(3)第3次实验中,绳端移动的距离是cm;

(4)小张继续实验,并作出“拉力与钩码重的比值随钩码重的变化”图象,如图乙所示,分析图象可知:钩码越重,拉力与钩码重的比值越接近(填数值)。由此他推断得出:使用动滑轮最多可以省的力。

知识点2滑轮组4.(2023新疆墨玉模拟)用下列方法匀速提升同一重物,若不计绳子、滑轮的重力及摩擦,其中最省力的是()5.【安全与健康】【新独家原创】如图甲所示为工人乘坐高空吊篮清洗建筑物外墙的情景,高空吊篮可在电动机的作用下实现升降,其结构原理如图乙所示。若该高空吊篮自重2000N,最大承载物体质量为600kg。若忽略绳重、动滑轮重和摩擦,为保证安全,要选用至少能承受N的吊篮钢丝绳。请你结合实际,提出一条安全使用高空吊篮的建议:。(g取10N/kg)

6.【学科素养·科学思维】(2023四川攀枝花仁和二模)图中的每个滑轮重0.5N,物体A重6N,托板重1N。在2s的时间内,拉力F的作用点沿竖直方向匀速升高了1.2m,这个过程中,不计摩擦和绳重,则:(1)拉力F的大小为N。

(2)物体A上升的速度为m/s。

(3)天花板对定滑轮拉力大小为N。

7.(2023辽宁鞍山立山二模)如图所示,物体重为20N,某人在5s内用4N的拉力匀速将该物体在水平方向移动了1m,则绳子自由端移动的速度为m/s,拉力做功为J,此物体受到的摩擦力为N。(不计滑轮重、绳重、滑轮与轴及滑轮与绳之间的摩擦)

(P8212004)8.【跨学科·物理学与工程实践】工人们想利用如图所示的滑轮组将质量为2.5t的装修材料运至楼顶。已知绳子能够承受的最大拉力为500N,动滑轮重、绳重和各种摩擦忽略不计。请你画出该滑轮组最省力的绕绳方式,并计算出工人们至少需要几次才能把所有的装修材料运送至楼顶。(g取10N/kg)能力提升全练9.【学科素养·物理观念】(2023四川自贡中考,4,★☆☆)如图所示,用一根绳子绕过定滑轮,一端拴在钩码上,手执另一端,分别用力F1、F2、F3匀速拉起钩码。忽略绳子与滑轮的摩擦,下列说法正确的是()A.F1、F2、F3的大小相等B.F1最大C.F2最大D.F3最大10.(2022广西北部湾经济区中考,10,★☆☆)如图所示的各种工具,正常使用时省力的是()A.定滑轮B.动滑轮C.筷子D.船桨11.(2023山东泰安岱岳联考一模,18,★☆☆)如图所示,物体A在水平桌面上,绳重、绳子与滑轮间的摩擦及滑轮与轴间摩擦不计,动滑轮重力为2N。当B物体重力为8N时,它恰好能匀速下降。物体A所受的摩擦力为N。若用一个水平向左的力F拉物体A,使其向左匀速运动,则这个力F大小应为N。

12.(2022甘肃武威中考,17,★☆☆)如图所示,某工人站在地面上使用由三个滑轮组成的滑轮组提升重物,请画出最省力的绕绳方法。13.【实验探究·设计实验】(2023北京海淀一模,22,★★☆)小海和小妍想探究:使用动滑轮提升物体时,绳子自由端的拉力大小与被提升物体所受重力大小的关系。实验桌上有如图所示的实验装置和质量分别为50g、100g、200g的钩码若干。小海先用调节好的弹簧测力计测出钩码所受的重力G物并记录;再利用图示的实验装置,将钩码挂在动滑轮下,用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端,记录拉力大小F。更换钩码进行多次实验,实验数据记录如表(已知动滑轮所受的重力G动为1.2N)。G物/N1.52.02.53.03.54.04.5F/N1.41.71.92.22.42.73.0根据数据,小海认为:使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时,竖直向上的拉力F总是小于物重G物。(1)小妍分析G物、F的变化趋势,认为小海的观点是错误的,请你只利用上述实验器材,设计实验证明小海的观点是错误的;写出实验步骤和实验现象;(2)若不计绳重和摩擦,请分析并说明使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时,竖直向上的拉力F小于物重G物的条件。14.(2023湖南长沙中考,23,★★☆)如图,小明用一个动滑轮和几个相同的杠铃片自制了一个健身器,已知动滑轮的质量为5kg,每个杠铃片的质量为10kg。不计绳重和摩擦,g取10N/kg,小明通过握杆竖直向上匀速拉动绳子提升杠铃片的过程中,求:(1)杠铃片在0.5s内上升0.2m,杠铃片的速度;(2)动滑轮下挂着两个杠铃片,握杆对绳子拉力的大小;(3)动滑轮下挂着四个杠铃片,杠铃片上升了0.1m,在此过程中握杆对绳子的拉力做的功。素养探究全练15.【科学思维】如图甲是小明设计的“空气浮力演示器”:将一空心金属球与配重通过细线悬挂在定滑轮上,调节配重质量使二者保持静止,用气泵往玻璃容器内缓慢压入空气,可根据现象证明空气浮力的存在。已知容器的容积为0.05m3,金属球重4N,体积为5×10-3m3(滑轮和细线的重力、容器中除金属球外的体积及各种摩擦均忽略不计,g=10N/kg)(1)用气泵向甲装置玻璃容器内压入空气,当我们看到现象时可以说明金属球受到空气浮力的作用(写出一条即可);

(2)小明想通过分度值为0.1N的弹簧测力计反映空气浮力大小的变化,他设想将该演示器改进成如图乙所示装置;①压入空气前,容器内原有的空气密度为1.2kg/m3,此时弹簧测力计的拉力是N;

②现通过气泵向玻璃容器内压入空气,试求压入kg空气,能使演示器中的弹簧测力计示数变化0.1N。

答案全解全析基础过关全练1.B由图知,使用的是动滑轮,不计滑轮重、绳重和摩擦,则拉力F=12G=12×20N=10N,拉力端向上移动的距离:s=22.F2<F1<F3解析假设物体与地面的摩擦力为f,第一幅图中滑轮为定滑轮,不省力,则F1=f;第二幅图中滑轮为动滑轮,省一半的力,则F2=12f;第三幅图中滑轮为动滑轮,但动力作用在动滑轮的轴上,则F3=2f;所以,F2<F1<F33.(1)竖直匀速(2)省力(3)10(4)0.5一半解析(1)实验时,为了使实验结果准确,应竖直拉动使钩码匀速直线上升。(2)根据表中数据可知,测力计示数小于钩码重力,使用动滑轮可以省力。(3)第3次实验中,绳子自由端移动的距离为s=nh=2×5cm=10cm。(4)根据图乙可知:钩码越重,拉力与钩码重的比值就越接近0.5。由此推理得出:在不计动滑轮重及绳与滑轮间的摩擦时,使用动滑轮最多可以省一半的力。4.D不计绳子、滑轮的重力及摩擦,提起的是同一物体,A是动滑轮,省一半的力,即F1=12G;B是滑轮组,F2=12G;C是定滑轮,不省力,即F3=G;D是滑轮组,F4=15.见解析解析最大承载物体的重力G物=mg=600kg×10N/kg=6000N,钢丝绳的拉力至少为F=14(G物+G篮)=14×(6000N+2000N)=2000N。安全使用高空吊篮的建议:(1)不得超重;(2)及时更换老化的钢丝绳;(36.(1)2(2)0.15(3)4.5解析(1)图中的滑轮组共有4股绳子承担物重,提升的总重力G=GA+G滑轮+G托板=6N+0.5N+0.5N+1N=8N,不计摩擦和绳重,作用在绳端的力为F=Gn=8N4=2N;(2)物体上升的高度h=sn=1.2m4=0.3m,物体A上升的速度为v=ℎt=0.3m2s=0.15m/s;(3)定滑轮对天花板的拉力等于两股绳对定滑轮的拉力加上定滑轮的重力,即F拉=2N+2N+0.5N=47.0.488解析绳子自由端移动的距离s=2s物=2×1m=2m;绳子自由端移动的速度v=st=2m5s=0.4m/s;拉力做的功W=Fs=4N×2m=8J;不计滑轮重、绳重、滑轮与轴及滑轮与绳之间的摩擦,物体受到的摩擦力:f=28.解析最省力的绕绳方法如图所示;装修材料的总重力G=mg=2.5×103kg×10N/kg=2.5×104N,将装修材料运至楼顶的最少运送次数N=GnF=2.5×104N4×500N能力提升全练9.A图中滑轮是定滑轮,定滑轮不能省力,忽略绳子与滑轮的摩擦,所以F1、F2、F3都与物体重力相等,所以三种拉法所用拉力一样大。10.BA是定滑轮,使用时既不省力,也不省距离;B是动滑轮,若不计绳重、滑轮重和摩擦,使用时可以省一半的力;筷子、船桨在使用时,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆。11.510解析A向右做匀速直线运动,受力平衡,绳重、绳子与滑轮间的摩擦及滑轮与轴间摩擦不计,水平方向上受到水平向右的拉力和向左的摩擦力为一对平衡力,即f=F拉=12(GB+G动)=12×(8N+2N)=5N。当A向左做匀速直线运动时处于平衡状态,滑动摩擦力不变,绳子对A的拉力不变,A受到的水平向左的拉力F=f+F12.如图所示解析由于图中只有一个动滑轮,承担物重的绳子段数最多为3段,此时最省力。13.解析(1)实验步骤:①用弹簧测力计测量一个50g的钩码所受的重力G物并记录;②把该50g的钩码挂在动滑轮下,用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端,记录拉力大小F。实验现象:发现F>G物,说明小海的观点是错误的。(2)若不计绳重和摩擦,则2F=G物+G动,所以当G物>G动时,F<G物。14.解析(1)杠铃片上升的速度v=st=0.2m0.5s=0.4m/s;(2)每个杠铃片的重力G=mg=10kg×10N/kg=100N,动滑轮的重力G动=m动g=5kg×10N/kg=50N,不计绳重和摩擦,当动滑轮下挂两个杠铃片时,握杆对绳子的拉力F=12(2G+G动)=12×(2×100N+50N)=125N;(3)不计绳重和摩擦,动滑轮下挂着四个杠铃片,杠铃片上升了0.1m,在此过程中握杆对绳子的拉力做的功W=12(4G+G动)×2h=4Gh+G动h素养探究全练15.(1)配重下降(或者金属球上升)(2)①7.88②0.045解析(1)用气泵向甲装置玻璃容器内压入空气后,玻璃容器内的空气密度增大,金属球受到的浮力增大,金属球会上升,配重下降;(2)①压入空气前,金属球所受的浮力为F浮=ρgV球=1.2kg/m3×10N/kg×5×10-3m3=0.06N,F拉=2×(G-F浮)=2×(4N-0.06N)=7.88N;②压入空气后,金属球的浮力会变大,弹簧测力计示数变小,当测力计示数变化0.1N后,测力计拉力大小为F拉'=7.78N,此时有F拉'=2×(G-F浮')=2×(G-ρ'gV球),ρ'=G−12F拉'gV球=4N−12×7.78N10N/kg×5×10−3m3=2.2kg/m3,此时容器中空气的体积为ΔV=V容器-V球=50×10-3m3-5×10-3m3=4.5×10-2m3;压入空气的质量为Δm=ρ'ΔV-ρΔV=(2第十二章简单机械第3节机械效率第1课时有用功和额外功机械效率基础过关全练知识点1有用功和额外功1.超市售货员将地上的书包放到货架上,小明用书包将学习资料背到三楼,下列关于售货员和小明对书包做的功说法正确的是()A.都是额外功B.都是有用功C.售货员对书包做的功是有用功,小明对书包做的功是额外功D.售货员对书包做的功是额外功,小明对书包做的功是有用功2.【物理跨数学】(2023广东惠州惠城一模)小明利用如图甲所示的滑轮组,将不同的物体匀速提升1m,图乙所示为克服物体重力做的功和拉力做的功随物重变化的柱状图,不计绳重和摩擦。定滑轮的作用是,物重为150N时,小明做的有用功为J,动滑轮的重力为N。

知识点2机械效率3.【学科素养·物理观念】(2023北京顺义期中)在生产和生活中经常使用各种机械,下列说法正确的是(P8212005)()A.使用任何机械都可以省力B.使用任何机械都可以省功C.使用机械时,有用功越大,机械效率越高D.使用机械时,有用功占总功的比例越大,机械效率越高4.【教材P88T3变式】如图,斜面长s为5m、高h为3m,现将重为10N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端,共用时5s,若拉力F为8N,则下列说法正确的是()A.斜面的机械效率为75%B.拉力做的功的功率为5WC.物体沿斜面运动的速度为0.6m/sD.物体所受的摩擦力等于8N5.【跨学科·物理学与工程实践】【新独家原创】如图是一款新型电动起重吊车,其提升装置由一个定滑轮和一个动滑轮组成。现用它将质量为200kg的建筑材料运送到距地面6m高的三楼。已知动滑轮质量为10kg,不计钢丝绳重和各种摩擦,g=10N/kg。求:(P8212005)(1)电动机对钢丝绳的拉力;(2)起重吊车做的有用功;(3)起重吊车的机械效率(百分号前保留一位小数)。

答案全解全析基础过关全练1.C售货员的目的是将书包放到货架上,对书包做的功是有用功;小明的目的是将学习资料背到三楼,他对书包做的功是额外功。2.改变力的方向15050解析定滑轮的作用是改变力的方向;小明做的有用功W有=Gh=150N×1m=150J;由图乙可得,不计绳重和摩擦,额外功为W额=W总-W有=200J-150J=50J,动滑轮的重力为G动=W额ℎ=3.D使用机械有的省力,有的费力,省力的机械费距离,省距离的机械费力,即不能省功,故A、B错误;使用机械时,有用功占总功的比例越大,机械效率越高,故C错误,D正确。4.AW有=Gh=10N×3m=30J,W总=Fs=8N×5m=40J,斜面的机械效率η=W有W总=30J40J=75%,故A正确;拉力做功的功率P=W总t=40J5s=8W,故B错误;物体沿斜面运动的速度v=st=5m5s=1m/s,故C错误;将物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端,所做额外功W额=W总-W有=40J-30J=10J,解题技巧计算物体与斜面间摩擦力的方法第1步:计算有用功W有=Gh;第2步:计算总功W总=Fs;第3步:计算额外功W额=W总-W有;第4步:计算摩擦力f=W额5.解析(1)建筑材料的重力G建=m建g=200kg×10N/kg=2×103N,动滑轮的重力G动=m动g=10kg×10N/kg=100N,电动机对钢丝绳的拉力F=1n(G建+G动)=12×(2×103N+100N)=1050N;(2)起重吊车做的有用功W有=G建h=2×103N×6m=1.2×104J;(3)起重吊车做的总功W总=Fs=1050N×2×6m=1.26×104J,起重吊车的机械效率η=W有W总=1.2×第十二章简单机械第3节机械效率第2课时测量滑轮组的机械效率基础过关全练知识点3测量滑轮组的机械效率1.(2023河北承德一模)同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图甲、乙、丙所示,实验数据记录如表所示。(P8212006)实验次数钩码重力G/N钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率η120.11.20.355.6%240.11.90.370.2%360.11.60.5420.21.20.655.6%(1)实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计;

(2)通过比较1、4两次实验数据可得出:使用同一滑轮组提升相同重物,滑轮组的机械效率与重物上升高度;

(3)通过比较两次实验数据可得出:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高;

(4)分析表中数据可知:第3次实验是用图所示装置来完成的,第3次实验时所做的有用功为J,滑轮组的机械效率是%;

(5)假如第1次实验时,不计绳重和摩擦,钩码重由2N增加到8N,滑轮组的机械效率可以达到%(百分号前保留1位小数)。

能力提升全练2.(2023辽宁营口中考,12,★★☆)(多选)如图所示,重100N的物体A在F=10N的拉力作用下,3s内沿水平地面匀速直线运动了1.5m,不计绳和滑轮自重,滑轮组的机械效率为90%。下列说法正确的是()A.绳自由端移动的速度为1m/sB.在此过程中所做的额外功为15JC.物体与地面间的滑动摩擦力为18ND.拉力F增大时,物体A受到地面的摩擦力一定变大3.【物理跨数学】(2022内蒙古通辽中考,10,★★☆)用如图甲所示的滑轮组提升物体M,已知物体M所受的重力为550N,卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m,拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示,忽略绳重及摩擦,下列说法正确的是()A.拉力F为350NB.绳子自由端移动的速度为0.5m/sC.动滑轮重为50ND.该滑轮组的机械效率为83.3%4.(2023安徽合肥包河一模,7,★☆☆)利用如图所示的轻质杠杆提升钩码,已知钩码总重G为1.0N,利用弹簧测力计将杠杆缓慢拉至图中虚线位置,钩码上升高度为0.1m,弹簧测力计竖着向上移动的距离为0.5m,在此过程中,弹簧测力计示数如图所示。则在上述过程中,该杠杆的机械效率为。

5.【学科素养·科学探究】(2023江苏南通崇川期末,23,★★☆)物理学中把机械对重物施加的力与人对机械施加的力的比值叫做机械效益(用“MA”表示),根据机械效益可以比较省力程度。那么,滑轮组的机械效益与哪些因素有关呢?小明提出三个猜想:(P8212006)猜想一:与物体重力大小有关;猜想二:与吊起动滑轮的绳子股数有关;猜想三:与动滑轮重力大小有关。小明组装了如图甲、乙、丙所示的滑轮组,其中图甲、乙中每个滑轮的质量为m1,图丙中每个滑轮的质量为m2,m1=2m2,利用这三个滑轮组进行实验,测得5组数据,再将图丙的滑轮先后更换两次,测得2组数据。不计绳重和摩擦,实验数据如表。序号物重G/N吊起动滑轮的绳子股数n拉力F/N机械效益MA1624.01.52825.01.631026.01.74833.32.45842.53.26843.02.77843.52.3(1)分析1、2、3三次数据可知,其他条件相同时,越大,滑轮组的机械效益越大,其省的力(选填“越多”“越少”或“不变”)。

(2)分析数据可知,当其他条件相同时,机械效益与吊起动滑轮绳子股数的定量关系是。

(3)第三次实验是为了探究机械效益MA与动滑轮重的关系。

(4)用表格中第7次实验的滑轮组,匀速提升重10N的物体,则该滑轮组的机械效益为,机械效率为。

(5)同一滑轮组的机械效益增大时,其机械效率(选填“变小”“不变”或“变大”),机械效率与机械效益的比值(选填“变小”“不变”或“变大”)。

6.【学科素养·科学思维】(2023湖南永兴一模,21,★★☆)如图所示是利用起重机打捞水中物体的示意图,吊臂前端由滑轮组组成,动滑轮重100kg,绳重和摩擦不计。现在用此起重机从水中把上表面距水面5m,质量为1×103kg,体积为0.5m3的物体匀速提起(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)。求:(P8212005)(1)物体受到的重力;(2)物体浸没在水中时受到的浮力;(3)物体离开水面前,滑轮组的机械效率(百分号前保留一位小数)。素养探究全练7.【科学探究】某居民楼前的无障碍通道上,一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行,图甲是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小,小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。(g取10N/kg)(1)使刻度尺“0”刻度线与水平地面对齐,正确测量B点高度,结果如图甲,为cm。

(2)选用车轮与轮椅车轮相同材质、花纹的小车为研究对象,进行了如下操作:①正确使用弹簧测力计,测出小车重为2.0N;②将弹簧测力计与斜面平行放置并,然后沿斜面方向匀速拉动小车,如图甲所示,弹簧测力计示数为N;

③计算出将小车从A点拉到B点的过程中,拉力所做的功为J;利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为。

(3)在小车上逐渐添加重物,测出小车的总重G,测出沿斜面匀速拉动小车需要的力,计算出拉小车从A点到B点所做的功W1;计算出竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2。以功为纵坐标,以小车总重为横坐标,建立平面直角坐标系,作出W1和W2与小车总重G的关系图象,分别如图乙中的线段a和b;①由图象可知:用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重(选填“有关”或“无关”);

②若这位母亲的质量为50kg,所坐的轮椅质量为20kg,则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时,力的大小为N。

答案全解全析基础过关全练1.(1)匀速(2)无关(3)1、2(4)丙0.675(5)83.3解析(1)为了准确测出滑轮组的机械效率,应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动;(2)1、4两次实验中滑轮组和提升物体的重力相同,重物上升高度不同,而机械效率相同,可得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与重物上升高度无关;(3)1、2两次实验使用同样的滑轮组,提升的物体重力越大,滑轮组的机械效率越高,得出结论:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高;(4)在第3次实验中,s=0.5m,h=0.1m,由s=nh可得n=5,所以第3次实验是用丙图所示装置来完成的;第3次实验时所做的有用功W有用=Gh=6N×0.1m=0.6J,总功W总=Fs=1.6N×0.5m=0.8J,滑轮组的机械效率η=W有用W总=0.6J0.8J=75%;(5)第1次实验时,不计绳重和摩擦,根据F=1n(G物+G动),得动滑轮的重力G动=3×1.2N-2N=1.6N,钩码重8N时滑轮组的机械效率η'=W有用'能力提升全练2.AC绳自由端移动的速度为v=st=3m3s=1m/s,故A正确;拉力做的总功W总=Fs=10N×3m=30J;在此过程中所做的额外功为W额=W总(1-η)=30J×(1-90%)=3J,故B错误;有用功为W有=W总η=30J×90%=27J,则物体与地面间摩擦力f=W有s物=27J1.5m=18N,故C正确;由于地面的粗糙程度不变,且物体A对地面的压力大小不变,故当拉力3.C由图乙知,在20s内拉力F做的功W总=6000J,由图甲知,滑轮组绳子的有效股数n=2,物体M沿竖直方向匀速提升10m时,绳子自由端移动距离s=nh=2×10m=20m,由W总=Fs可得,拉力F=W总s=6000J20m=300N,故A选项错误。绳子自由端移动速度v=st=20m20s=1m/s,故B选项错误。忽略绳重及摩擦,有F=1n(G+G动),则动滑轮重力G动=nF-G=2×300N-550N=50N,故C选项正确。有用功W有=Gh=550N×10m=5500J,滑轮组的机械效率η=W有W总×100%=4.40%解析由图可知,弹簧测力计读数为0.5N,故有用功W有=Gh=1N×0.1m=0.1J,总功为W总=Fs=0.5N×0.5m=0.25J,则机械效率为η=W有W总=0.1J5.(1)物重越多(2)MA=0.8n(3)5、6、7(4)2.562.5%(5)变大不变解析(1)分析1、2、3三次数据可知,其他条件相同时,物重越大,滑轮组的机械效益越大,计算物重与拉力的差可知其省的力越多;(2)分析2、4、5三次数据可知,当其他条件相同时,机械效益与吊起动滑轮绳子股数的定量关系是MA=0.8n;(3)根据控制变量法可知探究机械效益MA与动滑轮重的关系时,需改变动滑轮的重,控制其他条件相同,由题意可知5、6、7三次实验是为了探究机械效益与动滑轮重的关系;(4)第7次实验中动滑轮的重力G动=nF-G=4×3.5N-8N=6N,匀速提升重10N的物体,拉力F'=14(G'+G动)=14×(10N+6N)=4N,则该滑轮组的机械效益为MA=G'F'=10N4N=2.5,机械效率为η=W有W总=G'ℎF'×4ℎ=G'4F'=10N4×4N=62.5%;(5)由题意可知同一滑轮组的机械效益MA=GF=G1n(G+G动)=n×GG+G动,同一滑轮组的机械效率6.解析(1)物体受到的重力G=mg=1×103kg×10N/kg=104N;(2)物体浸没在水中时受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.5m3=5000N;(3)拉物体的绳子所受的拉力F拉=G-F浮=104N-5000N=5000N,由图可知,n=3,绳重和摩擦不计,拉力F的大小F=1n(F拉+G动)=1n(F拉+m动g)=13×(5000N+100kg×10N/kg)=2000N,绳端移动的距离s=nh=3×5m=15m,物体露出水面前拉力做的功W总=Fs=2000N×15m=3×104J;物体离开水面前做的有用功W有=F拉h=5000N×5m=2.5×104J,滑轮组的机械效率:η=W有W总=素养探究全练7.(1)9.00(2)②校零0.3③0.360%(3)①无关②105解析(1)B点所处高度为9.00cm;(2)②弹簧测力计使用前需要校零;由图甲可知,弹簧测力计的示数为0.3N;③拉力做的功为W总=Fs=0.3N×1m=0.3J;有用功为W有用=Gh=2.0N×9.00×10-2m=0.18J;机械效率为η=W有用W总=0.18J0.3J=60%;(3)①由图象可知η=GℎW1保持不变,所以利用斜面提升物体时的机械效率与物重无关;②这位母亲和所坐的轮椅总重力为G总=m总g=(50kg+20kg)×10N/kg=700N,中年人推轮椅匀速上坡时,从A点到B点所做的有用功为W有用'=G总h=700N×9.00×10-2m=63J;做的总功为W总'=W有用'η=63J第十二章素养综合检测(满分100分,限时45分钟)一、选择题(每小题4分,共32分)1.【跨学科·物理学与日常生活】(2023四川自贡中考)如图所示的工具在正常使用过程中,属于省力杠杆的是(P8212003)()2.【学科素养·物理观念】(2023湖南常德中考)如图所示小明组装了甲、乙两种滑轮,用来提升同一物体,G物=200N(不计绳重、轮重和摩擦),要使物体竖直匀速提升2m。下列说法中正确的是(P8212004)()A.F甲=200N,并向上移动4mB.F甲=100N,并向上移动2mC.F乙=200N,并向上移动1mD.F乙=400N,并向上移动1m3.【中华优秀传统文化】(2023湖北宜昌中考)如图为我国古人运送巨木的劳动情境示意图,他们通过横杆、支架、石块等,将巨木的一端抬起。当巨木太重无法抬起时,下列改进方法可行的是(P8212003)()A.减少横杆右端的人数B.将支架向右移动C.横杆右端的人向支架靠近D.减小横杆上悬绳与支架间的距离4.【学科素养·科学思维】(2022广西桂林一模)某工厂要提升一个笨重的零件,一位工人设计了以下四种方案,其中最省力的是(不计机械重、绳重和摩擦,A选项中OA=AB)()5.【跨学科·物理学与社会发展】(2023福建福州仓山期末)中国高铁运营里程稳居世界第一。高速铁路的输电线,采用坠砣牵引自动补偿线的张紧,无论冬、夏,输电线都绷得直直的,以保障列车电极与输电线的良好接触。如图为输电线的牵引装置工作原理图,钢绳通过滑轮组悬挂配重为4000N的坠砣,若某段时间内坠砣下降了20cm,不计滑轮和钢绳自重、摩擦。则(P8212004)()A.A、B都是动滑轮B.A是动滑轮,B是定滑轮C.输电线P端向左移动了10cmD.输电线P端受到的拉力为2000N6.(2023辽宁大连西岗模拟)如图所示,作用在铁棒的一端且始终与铁棒垂直的力F,将铁棒绕着O点,逆时针缓慢转动30°至水平位置。在此过程中,F的大小与铁棒重力G的力臂l的关系图象可能是()7.【教材P88T3变式】在斜面上将一个重为4N的物体匀速拉到高处,如图所示。拉力F=1.8N,物体沿斜面运动距离s=1.2m,上升高度h=0.3m。则下列说法正确的是()A.物体受到斜面的摩擦力为0.8NB.物体在匀速运动过程中,受到的拉力和摩擦力是一对平衡力C.斜面是一种省力的机械,所以越省力,机械效率越高D.物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用8.【学科素养·科学思维】(2023北京中考)用如图所示的装置提升重为800N的物体A,动滑轮重为200N。在卷扬机对绳子的拉力F作用下,物体A在10s内竖直匀速上升了2m。在此过程中,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是(P8212005)()A.物体A上升的速度为0.4m/sB.滑轮组的有用功为2000JC.拉力F的功率为100WD.滑轮组的机械效率为80%二、填空题(每空3分,共21分)9.(2023安徽中考)如图1,爸爸和小红坐在跷跷板的两侧,在水平位置保持平衡。将其简化成图2所示的杠杆,不计杠杆自重的影响,若小红的质量为15kg,则爸爸的质量为kg。(P8212003)

10.(2023辽宁沈阳于洪期末节选)如图所示,物体A、B的质量分别为1kg和0.4kg,在物体A、B下面分别挂上完全相同的钩码C和D,此时整个装置处于静止状态,不计摩擦、绳重和滑轮重,则钩码D的质量为kg。

11.(2023安徽合肥瑶海期末)如图显示的是甲、乙两机械在某次使用时的参数,其中“900J”和“720J”为所做的有用功,“75%”和“70%”表示额外功所占的比例,甲的机械效率为η甲,乙的机械效率为η乙,则η甲(选填“大于”“等于”或“小于”)η乙。

12.(2023山东东明一模)用图甲的滑轮组提升重200N的物体,已知拉力F为80N,不计绳重和摩擦,物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示,反映绳子自由端运动的图线是(选填“A”或“B”),3s内滑轮组对物体做的有用功为J。(P8212005)

13.(2023黑龙江哈尔滨香坊期末)如图,用滑轮组帮助汽车脱困时,滑轮B的作用是;汽车被匀速拉动时,作用在绳子上的拉力F为1000N,滑轮组的机械效率为80%,则汽车受到的阻力为N。(P8212004)

三、作图题(每题5分,共10分)14.(2023吉林中考节选)如图为用手写字时的示意图,笔可以看做是杠杆,O为支点,F为阻力,请画出F的力臂l。(P8212001)15.(2023广东茂名期中)用滑轮组提升重物,请在图中画出拉力F=13G的绳子的绕法。(不计动滑轮重、绳重和摩擦四、实验探究题(18分)16.【实验探究·分析论证】【新独家原创】小龙和同学们利用如图所示的甲、乙、丙三个滑轮组“测量滑轮组的机械效率”,测得的实验数据如表所示。已知每个滑轮的重力都相等。(P8212006)实验次数钩码重力G/N钩码上升高度h/m绳端拉力F/N绳端移动距离s/m机械效率η140.11.80.374%280.13.10.386%380.12.50.4(1)小龙认为匀速拉动弹簧测力计时读数很不方便,应该在测力计静止时读数,同学们经过讨论后认为这样测量出的滑轮组的机械效率(选填“偏大”“偏小”或“不变”),原因是。

(2)第3次实验,滑轮组的机械效率为。

(3)通过比较1、2两次实验数据可得出结论:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率(选填“越高”“越低”或“不变”)。

(4)通过比较、两次实验数据可得出结论:不同滑轮组提升相同重物,动滑轮越重,机械效率越低。

(5)工地的塔吊主要利用滑轮组提升建筑材料,提高滑轮组的机械效率有利于充分发挥塔吊的机械性能。为提高塔吊上滑轮组的机械效率,请你结合本实验结论和生产实际提出一条可行的措施:。

五、计算题(19分)17.(2023河北石家庄桥西期末)如图甲所示的装置,空吊篮A的重力为30N,绳子B(与A相连)和C能承受的最大拉力分别为300N和200N。质量为50kg的小明将A提升到高处,A上升的速度v随时间t变化的关系如图乙所示,施加的拉力F随时间t变化的关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦,g=10N/kg,求:(P8212005)(1)动滑轮的重力;(2)1~2s内拉力F的功率;(3)提升不同重物,此装置的最大机械效率η。

答案全解全析1.C食品夹、筷子、镊子的动力臂比阻力臂短,是费力杠杆;核桃夹的动力臂比阻力臂长,是省力杠杆。2.D图甲是动滑轮,不能改变力的方向,但是可以省一半的力,所以F甲=12G物=12×200N=100N,拉力端移动的距离为s=2h=2×2m=4m,故A、B错误;图乙是动滑轮,G物=12F乙=200N,所以F乙=400N,拉力端移动的距离为s'=12h=123.D减少横杆右端的人数,减小了动力,不能将巨木抬起,故A不可行;将支架向右移动,阻力臂变大,动力臂变小,不能将巨木抬起,故B不可行;横杆右端的人向支架靠近,减小了动力臂,不能将巨木抬起,故C不可行;减小横杆上悬绳与支架间的距离,减小了阻力臂,可能将巨木抬起,故D可行。4.D设零件的重力为G,A为杠杆,拉力作用在中点,L1<12L2,根据杠杆平衡条件可得,F1>2G;B为滑轮