专题01《第四章机械和功》第1节简单机械（B卷提高篇）

班级姓名学号分数第四章《第1节简单机械》单元卷（B卷）（时间：60分钟，满分：100分）一、选择题（下列各题均只有一个正确选项，共10小题，每小题2分，本大题共20分）1.（2020学年闵行二模）如图1所示，用5牛的拉力F匀速竖直提升重为G的物体，使其上升了0.2米。若不计滑轮自重及摩擦，关于物体的重力G和绳子自由端移动的距离s，下列判断中正确的是（）FF图1AG=2.5牛s=0.1米BG=2.5牛s=0.4米CG=10牛s=0.4米DG=10牛s=0.1米【答案】C.【解析】由图可知，该装置为动滑轮，使用动滑轮可以省一半的力，费一倍的距离，物体上升的高度为0.2m，则绳子自由端通过的距离为s＝0.2m×2＝0.4m；不计滑轮自重及摩擦，则F＝0.5G，G＝2F＝2×5N＝10N。故选C。2.如图2所示，要将一圆柱体重物推上台阶，最小的作用力应是（）图图2A．F1B．F2C．F3D．F4【答案】C【解析】要将一圆柱体重物推上台阶，圆柱体重物可以看做一杠杆，物体与台阶的接触点为支点，当用力的方向为F3时，力臂最大（为重物的直径），根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知：此时动力最小。所以选C.3．如图3所示，分别用F1、F2、F3、F4匀速提升同一重物，若不计滑轮本身的重力及摩擦，则（）图图3A．F1＜F2＜F3＜F4B．F1＞F2＞F3＞F4C．F1＝F2＝F3＜F4D．F1＝F2＝F3＞F4【答案】D【解析】由图可知，图中滑轮是定滑轮，使用定滑轮不能省力，所以F1、F2、F3都与物体重力相等，三种拉法所用拉力一样大，故选项A、B、C错误，D正确。故选D．4．如图4所示，物体重300牛，在水平拉力F=30牛的拉力作用下匀速前进，如果不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的重力，则物体受到的摩擦力的大小是（）图图4A．15牛 B．30牛 C．60牛 D．150牛【答案】B。【解析】图中使用的滑轮为动滑轮，在不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的重力时，重物匀速前进，所以与水平地面的摩擦力f＝2F＝2×30N＝60N。与重力的大小无关，故选C。5.（上海市罗南中学2021学年3月学业测试）如图5所示，用同一滑轮，沿同一水平面拉同一物体做匀速直线运动，所用的拉力分别为F1、F2、F3，下列关系中正确的是（）图图5A.F1＞F2＞F3B.F1＜F2＜F3C.F2＞F1＞F3D.F2＜F1＜F3【答案】D【解析】第一个图中滑轮为定滑轮，因为定滑轮相当于一个等臂杠杆，不能省力，所以根据二力平衡，此时拉力等于物体与地面间的滑动摩擦力F1=f；第二个图中滑轮为动滑轮，因为动滑轮可省一半的力，所以根据二力平衡，此时拉力F2=f/2；第三个图中滑轮为动滑轮，由二力平衡可知此时的拉力等于两股绳子向右的拉力，即F3=2f；由此可得F2<F1<F3.故D正确.6.甲、乙两个身高相同的人抬着一个木箱沿斜坡上山，木箱的悬点恰好在抬杠的中央。如图6所示，则甲、乙两人所用的力F甲与F乙的关系是（）A．F甲=F乙

B．F甲>F乙C．F甲<F乙

D．已知条件不足，所以无法判断【答案】A。【解析】分别以A和B为支点，找出动力臂和阻力臂，如图所示：

L

AE

为阻力臂，L

AF

为动力臂；根据F1l1=F2l2可知：F

乙

L

AF

=GL

AE

，因为

L

AF

=2L

AE

所以F

乙

＝1/2G

同理，可求F

甲

＝1/2G

，F甲=F乙

故选A。7.（上海民办永昌学校2020学年测试）一轻质杠杆在动力F1与阻力F2作用下保持水平平衡，如图7所示。已知动力臂L1<阻力臂L2，如果F1与F2的大小和方向均保持不变，将它们的作用点分别向远离支点移动相同的距离，那么（

）图图7A.

杠杆仍保持平衡

B.

杠杆右端下移C.

杠杆左端下移

D.

杠杆哪端下移不能确定【答案】C【解析】根据题意知道，原来平衡时，F1L1=F2L2，又因为L1＜L2，所以F1＞F2，设移动相同的距离L，则左边F1（L1+L）=F1L1+F1L右边F2（L2+L）=F2L2+F2L因为F1L1=F2L2，F1＞F2所以F1（L1+L）＞F2（L2+L）则杠杆的左端向下倾斜，即杠杆左端下移，C符合题意。故答案为C。8.如图8所示，一根重木棒在水平动力（拉力）Ｆ的作用下以O点为轴，由竖直位置逆时针匀速转到水平位置的过程中，若动力臂为l，动力与动力臂的乘积为M，则（

）图图8A．F增大，L增大，M增大

B．F增大，L减小，M减小

C．F增大，L减小，M增大

D．F减小，L增大，M增大【答案】C。【解析】如图中由竖直位置转到水平位置的过程中，动力臂L逐渐减小，而木棒的重不变，重力的力臂LG逐渐增大．由杠杆的平衡条件M=FL=GLG，而水平动力F=GLG/L，由上述两式可知M增大，L减小，F增大。所以选C.9.（浦东新区第一教育署2019学年调研）如图9所示是一根轻质粗细均匀的杠杆，支点为O并标有A、B、C、D四个点。若要用它提起某一重物且最省力。最合适的动力、阻力作用点应在（）A．A和CB．D和CC．A和DD．B和D图图9ABCDO【答案】B【解析】由杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知，在阻力一定时，动力臂越长、阻力臂越短，动力越小；已知图中支点在O点，OD最长应为动力臂，OC最短应为阻力臂，所以D点是最合适的动力作用点，C点是阻力作用点。故B符合题意。故选B。10．（上海民办永昌学校2020学年）如图10所示，轻质杠杆OE可绕O点转动，其中杆上相邻各点之间距离相等，在C点处挂一重为20牛的物体G，要使杠杆在水平位置平衡，则所用的动力()图图10A．一定在E点大小为12N B．可以在B点，大小为24N C．可以在E点，大小为24N D．可以在E点，大小为8N【答案】C【解析】①先求在B点最小的作用力，其方向是竖直向上，根据F1l1=F2l2可知，FB×2L=20N×3L，FB=30N；若该点的力不是竖直向上，则力要变大，所以要使杠杆平衡，FB≥30N，故B错误；②求在E点最小的作用力，其方向是竖直向上，根据F1l1=F2l2可知，FE×5L=20N×3L，FE=12N；若该点的力不是竖直向上，则力要变大，所以要使杠杆平衡，FE≥12N；故C正确，A、D错误；故选C．二、填空题(每空1分，本大题共26分)11.（上海民办永昌学校2020学年）在力的作用下能绕着某个固定点转动的硬棒叫做______。杠杆的力臂_______（选填“一定”或“不一定”）在杠杆上。杠杆平衡是指静止或绕支点______状态。【答案】杠杆；不一定；匀速转动。【解析】杠杆的定义：在力的作用下能绕着某个固定点转动的硬棒叫做杠杆。力臂指支点到力的作用线的距离，所以力臂不一定在杠杆上。杠杆平衡状态指的是杠杆处于静止或匀速转动状态。

12.（浦东新区第四教育署2021学年阶段测试）如图11所示，使用甲图中的滑轮可以提升物体，使用它的好处是___________。若不计滑轮的重力和摩擦，当使用甲图的滑轮缓慢提升物体时，物体重50牛，则F1=_______牛；乙图中的滑轮是______滑轮（选填“定”或“动”）。图图11甲乙F2F1【答案】可以改变用力的方向；50；动。【解析】由图可知，甲是定滑轮，其优点是能改变力的方向。使用定滑轮不省力也不费力，故人给绳子的拉力等于物体的重力，即为50N。乙图中的滑轮轴随物体一起运动，所以是动滑轮。13.（上海市罗南中学2021学年3月学业测试）如图12所示，杠杆OA长20厘米，AB长1.2米，物体G重420牛。要提起物体G，在B点至少加______牛的力，力的方向______。图图12【答案】60；竖直向上。【解析】阻力和阻力臂是一定的，根据F1l1=F2l2可知，当在B点的力竖直向上时，动力臂最长，此时动力最小，则此时的动力为所以在B点至少要施加60N的力，此时力的方向竖直向上。14.撬起大石头，向上、向下用力都可以。当用向下的力F下撬大石头时，是以______为支点（填字母）．当用向上的力F上撬大石头时，则用的力F上 向下的力F下图图13【答案】小于，向上用力时动力臂AB与阻力臂BC的比值大于向下用力时动力臂AD与阻力臂CD的比值。【解析】向上用力时，支点为B，以B点为支点，∵F

上

×AB=F石头×BC，∴F

上

=

F石头×BC/AB；向下用力时，支点为D，以D点支点，∵F

下

×AD=F石头×DC，∴F

下

=F石头×

DC/AD

，由于

BC/AB＜DC/AD

，所以向上用力最省力，即向上用力时，动力臂AB与阻力臂BC的比值大于向下用力时动力臂AD与阻力臂CD的比值．也可以理解为：以B为支点时，AB是这条杠杆最长的动力臂，所以其所用的用力也最小。15.如图14所示，当人托起茶杯时，手臂相当于________杠杆(选填“省力”、“等臂”或“费力”)。若此时手臂上的阻力臂是动力臂的8倍，阻力为5牛，则手臂肌肉施加的力为____牛。图图14【答案】费力，40N。【解析】如图所示，当人托起茶杯时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。根据F1l1=F2l2可知，l2=8l1，F1=8F2=40牛。16.退休的老张师傅平时非常关心小区的环境卫生，他为了方便收集小区内的饮料瓶等垃圾，准备自己动手做一辆小推车，他设计了如图15甲、乙所示的两种制作方案。你认为从使用时能更省力的角度分析，两种方案中较好的是____方案（选填“甲”或“乙”）。从杠杆的类型分析，图甲中小车的实质是一个_____杠杆，图乙中小车的实质是一个______杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）。甲甲图15乙【答案】甲，省力，费力。【解析】人所用的力为动力，所推货物的重力为阻力，由图可知：甲图中的动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，而乙图中的动力臂小于阻力臂，是费力杠杠。从使用时能更省力的角度分析，两种方案中较好的是甲方案。17.（2020青浦实验中学月考）如图16所示，物体A在水平地面上，在力F的作用下向左以1米/秒的速度作匀速直线运动（忽略滑轮自重和绳与滑轮间的摩擦），若已知弹簧测力计1的示数为10牛，则弹簧测力计2的示数为牛，拉力F为牛，物体所受的摩擦力为牛，绳自由端的速度为米/秒。图图16【答案】20，10，20，2。【解析】这是一个动滑轮，拉力F与弹簧测力计都在同一根绳子上，绳子可以大小不变的传递拉力，所以拉力F的大小等于弹簧测力计1的示数，F=F示1=10N；忽略滑轮自重和绳与滑轮间的摩擦，使用动滑轮省力一半，则拉力F的大小为弹簧测力计2的示数的一半，F=F示2/2，所以弹簧测力计2的示数F示2=2F=2×10N=20N；

物体A在水平方向上受到弹簧测力计2的拉力F示2和摩擦力f，由于物体A做匀速直线运动，处于平衡状态，所以摩擦力f与F示2是平衡力，f=F示2=20N；

使用动滑轮，绳子末端移动的距离为物体移动距离的2倍，所以绳自由端（末端）的速度：

v=2v物=2×1m/s=2m/s．18.如图17所示，放在水平地面上的物块，在大小为3牛的水平拉力F的作用下，沿着地面匀滑动．由此可知，物块与地面间的摩擦力为_______牛（不计绳与滑轮的摩擦）；若物块在拉力F的作用下前进了0.2米，则滑轮移动了_____米。图图17【答案】1.5，0.1。【解析】该滑轮是动滑轮，拉力作用在轴上，物体在水平方向上受到绳子的拉力F绳子与摩擦力f是一对平衡力，大小相等，所以物体A受到的摩擦力f=F绳子；对于动滑轮，轴上的作用力F等于向左的两根绳子的拉力之和，F=2F绳子，所以f=F绳子=F/2=1.5牛，对于动滑轮，绳子末端移动的距离（即物体移动的距离）等于轴移动距离的2倍，所以若物块在拉力F的作用下前进了0.2米，则滑轮移动了0.1米。19.（奉贤区2020期中考试题）如图7甲和乙所示是人们从地面上搬起重物常用的两种做法：弯腰或人下蹲弯曲膝盖把它搬起来。这两种做法哪种方法好呢？下面通过建立模型来研究这一问题。我们把脊柱简化为杠杆，如图7丙所示，搬起重物的过程中，脊柱可绕骶骨（轴）O转动，脊柱与水平面的夹角（即杠杆与水平面的夹角）为α，腰背部复杂肌肉的等效拉力F1作用在A点，其实际作用方向与脊柱夹角为12°且保持不变，重物对人有一个向下的拉力F2，作用在肩关节B点。①当α角增大时，F2的力臂l2将________，F1将________（选填“变大”、“不变”或“变小”）。②如果考虑人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力大小将比丙图中F1要______（选填“大”或“小”）。③根据丙图的分析，对比甲、乙两种搬箱子的方法，可知：图_____（选填“甲”或“乙”）的姿势比较正确。【答案】（1）变小；变小；（2）大；（3）乙。【解析】（1）先画出力臂的示意图：延长F2作用线，由支点作其作用线的垂线，L2是其力臂。如图：由图可知：当α角增大时，力臂L2变小；由于拉力F1的方向与脊柱夹角始终为12°，且OA这段距离不变，则O点到F1作用线的距离不变，即动力臂不变，阻力为箱子的重力不变，根据杠杆平衡条件可知，F1变小；（2）如果考虑到人上半身的重力，由于上半身的重力会阻碍杠杆的转动，根据杠杆平衡条件可知：实际拉力将变大；（3）比较甲、乙两种姿势可知：甲的支点太高，在搬起物体时，阻力臂减小得慢，则腰背部复杂肌肉的等效拉力F1要比较长时间的使用较大的力，所以甲姿势不正确，乙姿势比较正确．三、作图题：（每题3分，共9分）20．如图18所示，轻质杠杆的A点挂一重物G，绳受的拉力为F2，O为杠杆的支点。请在杠杆上画出使杠杆保持静止的最小的力Fl的示意图，并作出Fl和F2的力臂L1和L2图图18【答案】见右图。【解析】做力F2的延长线，过支点O做力F2作用线的垂线段l2，则线段l2为力F2的力臂；使杠杆保持静止的最小的力Fl应该垂直于OB，与杠杆OB的交点为力F1的作用点，方向斜向右上方，如图所示。21.（嘉定区2020学年测试）杠杆AOB在Fl、F2的作用下处于平衡状态，在图7上做出动力F1的力臂L1和力臂L2的阻力F2。图图19【答案】见右图。22.（青浦区2020学年测试）在图20中挂上1个钩码，使弹簧测力计示数最大。图图20图20（a）【答案】见右图。【解析】因为动力臂与钩码的重力一定，使弹簧测力计示数最大时，根据F1l1=F2l2可知，阻力臂一个最大，所以应该挂在最左端。四、计算题：（共28分）23．假期里，小兰和爸爸、妈妈一起参加了一个家庭游戏活动。活动要求是：家庭成员中的任意两名成员分别站在如图19所示的木板上，恰好使木板水平平衡。图图19(1)若小兰和爸爸的体重分别为400N和800N，小兰站在距离中央支点2m的一侧，爸爸应站在距离支点多远处才能使木板水平平衡?(2)若小兰和爸爸站在了木板上中央，他们同时开始向两端匀速行走，小兰的速度是0.5m／s，爸爸的速度是多大才能使木板水平平衡不被破坏?【答案】（1）1米；（2）0.25m/s。【解析】（1）小兰和爸爸对杠杆施加的力分别为F1=400N，F2=800N，F1的力臂l1=2m，

根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，400N×2m=800Nl2，所以，l2=1m，

（2）设小兰和爸爸匀速行走的速度分别为v1、v2，行走时间为t，要保证杠杆水平平衡，

则有F1（l1+vt）=F2（l2+0.5m/s×t）

400N（2m+vt）=800N（1m+0.5m/s×t）v2=0.25m/s。24.如图20所示，高0.8m、重1100N、均匀的圆柱形木柱M，截面半径为0.3m，将它竖直放在水平地面上时，若要使木柱的a点离开地面，至少需要多少N的力？图图20【答案】330牛。【解析】木柱a点离开地面，要使施加的力最小，应让所施加力的力臂最大，如下图所示：此时动力为F，阻力为G＝1100N，动力臂L＝＝＝1m，阻力臂L2＝r＝0.3m，由杠杆的平衡条件可得：FL1＝GL2，则最小力F＝GL2/L1＝330N。25．（上海民办永昌学校2020学年测试）如图21所示，轻质光滑的木板长2米，可以绕固定轴O自由转动，离O点0.4米的B端有一重物G，板的另端A用一根与板成90度角的细绳AC拉住．这时细绳的拉力是2牛，求：①重物G大小为多少。②若在转轴O上放一重为4牛的小球，并使小球以0.2m/s的速度由O点出发向左匀速运动，则经过多少秒后，系在A端的细绳拉力刚好为零。图图21【答案】①8牛；②1秒.【解析】①F1l1=F2l2F×OA=G×OB2牛×（2米0.4米）=G×0.4米G=8牛②F1l1=F2l2G′×OC=G×OB4牛×OC=8牛×0.4米OC=0.2米，t=sv=OC五、实验题（第7、9、10空每空2分，其余每空1分，共18分）26．（2020学年上海市浦东新区第四教育署）如图22所示，小明在探究“杠杆的平衡条件”实验中所用的实验器材有：杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。图图23图22（a）（b）①实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉。此时杠杆处于（1）（选填“平衡”或“不平衡”）状态。应把杠杆两端的平衡螺母向（2）（选填“左”或“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时，保持（3）并静止，这样做的好处是：__（4）_。②杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡,如图23（a）所示。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为：动力×动力臂=阻力×阻力臂。他这样得出的结论是否合理？（5）（选填“合理”或“不合理”），原因是（6）。③实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小组同学利用如图23（b）所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是：（7）。【答案】①平衡；右；水平；便于直接从杠杆上读出力臂。②不合理；实验次数少,得出的结论不具有普遍性。③支点不在杠杆的中心上，由于杠杆自身有重力，对杠杆的平衡是有影响的。【解析】①实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉。此时杠杆处于平衡状态。应把杠杆两端的平衡螺母向右调节，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，这样做的好处是：便于直接从杠杆上读出力臂。②杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码，在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡,小明便得出了杠杆的平衡条件为：动力×动力臂=阻力×阻力臂。他这样得出的结论是不合理，原因是实验次数少,得出的结论不具有普遍性。③小组同学利用如图23（b）所示装置进行探究，发现在杠杆左端的不同位置，用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时，测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是：支点不在杠杆的中心上，由于杠杆自身有重力，对杠杆的平衡是有影响的。27.某课外兴趣小组为了研究杆秤定标，自制了一把杆秤。他们取质量为5克的物体作为秤砣，秤盘内不放重物，秤砣的位置在A处时杆秤水平平衡，A处即零刻度（俗称定盘星），如图24（a）所示。然后，在秤盘中分别放入标准质量的称量物体m后，当杆秤水平平衡时，分别记下秤砣的位置，由此定刻度，如图24（b）所示。他们用刻度尺分别测量对应的刻线到零刻度的距离s，记录数据如表一所示。接着，他们又分别将质量为10克、25克的物体作为秤砣，实验过程同前，并将数据记录在表二、表三中。图2图24（a）0g20g10g30gA秤砣秤盘提纽图24（b）表一秤砣5g表二秤砣10g表三秤砣25g序号ms序号ms序号ms110g4cm410g2cm710g0.8cm220g8cm520g4cm820g1.6cm330g12cm630g6cm930g2.4cm（1）分析比较实验序号（8）的数据及相关条件，可以得到初步结论：同一把杆秤，当秤砣的质量一定时，刻线到零刻度的距离与称量物体的质量成正比。（2）分析比较实验序号1与4与7或（2与5与8）或（3与6与9）的数据及相关条件，可以得到初步结论：（9）。（3）某同学家有一小块矿石，他想测出此矿石的质量，但是由于质量太小，这些秤都无法测量。请问他应该如何改进杆秤？