《简单机械和功》复习与练习

《简单机械和功》复习与练习

【知识梳理】

（一） 杠杆

1、杠杆的识别：在力的作用下绕一固定点转动的硬物可视为杠杆

2、杠杆的支点：杠杆绕着转动的点（将杠杆转一下确定支点）

3、杠杆的力臂：从支点到力的作用线的距离

4、杠杆的图示：（1）标出支点；（2）画出力线；（3）作出力臂

5、杠杆的平衡：杠杆处于静止状态或匀速转动状态

6、杠杆的探究：

（1）“调节杠杆水平”的目的：消除杠杆自重对杠杆平衡的影响

（2）“水平位置平衡”的目的：便于测量力臂

7、杠杆的原理：动力×动力臂=阻力×阻力臂 （平衡条件）

8、杠杆的分类：

（1）省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力

（2）费力杠杆：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力

（3）等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，动力等于阻力

（二）滑轮

1、滑轮的种类：定滑轮和动滑轮

2、滑轮的实质：变形的杠杆

3、定滑轮常识：

（1）实质：是一种等臂杠杆

（2）特点：使用它既不省力，也不省距离，但可改变用力的方向

4、动滑轮常识：

（1）实质：是一种动力臂为阻力臂两倍的杠杆

（2）特点：使用它能省一半力，但费距离

5、滑轮组常识：

（1）特点：既能改变用力的方向，也能省力

（2）用力：匀速提升重物时（物重为G，绳子段数为n，用力F）

①理想滑轮组： （不计摩擦和绳重、动滑轮重）

②半理想滑轮： （不计摩擦和绳重，考虑动滑轮重）

③实际滑轮组：由

得

（三）功

1、 功的引入：使用机械移动物体时，既省力又省距离的机械是没有的。

2、 功的定义：力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为功

3、 功的公式：

4、 功的单位：（1）焦耳（J）；（2）1 J = 1 N·m

5、 做功条件：

一是对物体要有力的作用，二是物体要在力的方向上通过一定的距离

6、 做功判断：

（1）要明确哪个力对哪个物体做功；

（2）如果力和物体运动方向垂直，力不做功

7、常见计算：

（1）匀速提升重物时，克服重力做的功

（2）匀速平拉物体时，克服摩擦力做功

（3）计算功的另一个公式：

8、功的原理：

使用任何机械都不省功（省力的机械费距离，省距离的机械费力）

（四）功率

1、做功的快慢：

（1）相同时间比做功，做功多的做功快

（2）相同做功比时间，时间短的做功快

2、功率的引入：功率是反映物体做功快慢的物理量（功率大表示做功快）

3、功率的定义：单位时间内所做的功叫做功率

4、功率的公式：

5、功率的单位：

（1）瓦特（W）；

（2）1 W = 1 J/S；

（3）1kW = 10³ W 1MW = 10⁶ W

6、功率的意义：

（1）5瓦的物理意义：每秒完成5焦的功

（2）5千瓦物理意义：每秒完成5000焦的功

7、功率的测量：

以上楼为例，测出质量、上楼高度和上楼时间即可由上式算出上楼功率

8、功率的讨论：

（1）功率的另一个公式：

推导过程：

（2）公式 的应用：

汽车正常行驶时，发动机的功率是一定的，汽车上坡时比平路上需要更大的牵引力，根据 可知，汽车减速上坡可增大牵引力。

（五）机械效率

1、机械做功：

（1）有用功：移动物体时必须做的功叫有用功

例如：①匀速提升重物时：

②匀速平移物体时：

（2）额外功：使用机械时额外做的功叫额外功

例如：①克服机械摩擦做的功；②克服机械重力做的功。

（3）总 功：动力对机械做的功叫总功

例如：① ； ② ； ③

2、机械效率：

（1）定义：有用功与总功的比值叫做机械效率

（2）公式：

（3）注意：

①机械效率是个百分数，没有单位；

②由于额外功的存在，总有 ＜ ，因此η＜100%

③机械效率越大，表示有用功占总功的比例越大

④机械效率大，并不表示做功多、用力小、做功快，

（4）测量：测滑轮组的机械效率

①原理：

②因素：滑轮组的机械效率与物重、动滑轮重、滑轮摩擦有关。

③结论：以半理想滑轮组为例

（ⅰ）提升同一重物时，动滑轮越多（即越重），越省力，但机械效率越低；

（ⅱ）用同一滑轮组提升不同重物时，物体越重，机械效率越高。

【练习反馈】

一、选择题（每题2分，共20分）

1、如图是指甲刀的结构图，关于指甲刀下面说法正确的是（ ）

A、指甲刀可以看成是由一个省力杠杆和一个费力杠杆组成

B、指甲刀可以看成是由一个省力杠杆和两个费力杠杆组成

C、指甲刀使用的越久，用它剪指甲就越省力

D、用指甲刀剪指甲时，大段的往下剪比小段的往下剪省力

2、如图，杠杆可绕O点转动，B处挂着一重物G，如果在A点施加一个动力F，使杠杆在水平位置平衡，则该杠杆为（ ）

A．费力杠杆 B．省力杠杆

C．等臂杠杆 D．以上三种情况都有可能

3、如图所示，在用滑轮将同一物体沿相同水平地面匀速移动时，拉力的大小分别为F_甲、F_乙、F_丙、F_丁，比较它们的大小（不计滑轮重及滑轮与细绳间的摩擦），正确的是（ ）

A．F_甲＞F_乙 　 B．F_乙＝F_丙 C．F_丙＜F_丁 D．一样大

4、如图所示，某同学用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体．不计摩擦和绳重，则该同学所用拉力F的可能值是 （ ）

A．20N B．25N C．30N D．35N

5、如图是胖子和瘦子两人用滑轮组锻炼身体的简易装置（不考虑轮重和摩擦）．使用时:（1）瘦子固定不动，胖子用力F_A拉绳使货物匀速上升；（2）胖子固定不动，瘦子用力F_B 拉绳使货物匀速上升．下列说法中正确的是（ ）

A．F_A ＜ G B．F_A ＞ F_B

C．F_A = 2 G D．以上说法都不对

6、如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械自重和摩擦)，其中所需动力最小的是 （ ）

7、某建筑工地要将同一个箱子从地面搬上二楼，如果分别采用如图甲、乙所示的两种方式搬运，F₁和F₂做功的情况，以下判断正确的是（ ）

A．两种方式机械效率一定相等

B．两种方式功率一定相等

C．两种方式所做的总功一定相等

D．两种方式所做的有用功一定相等

8、甲升降机比乙升降机的机械效率高，它们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度，则 （ ）

A．乙升降机提升重物做的有用功较多

B．甲升降机的电动机做的额外功较多

C．甲升降机的电动机做的总功较少

D．乙升降机的电动机做的总功较少

9、小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组（如图），分别将同一物体匀速提高到相同高度，滑轮组的效率分别为η₁、η₂．下列关系正确的是（忽略绳重及摩擦）（ ）

A．F₁ >F₂，η₁ =η₂ B．F₁ >F₂，η₁ >η₂

C．F₁ <F₂，η₁ =η₂ D．F₁ <F₂，η₁ >η₂

10、小明和同学们利用如图所示的装置探究斜面的机械效率，同学们对实验过程和装置发表了下列不同的看法，其中正确的有 （ ）

A．匀速拉动茶杯时，拉力与摩擦力是一对平衡力

B．斜面的机械效率与茶杯被拉动的距离是无关的

C．匀速拉动茶杯时，拉力对茶杯做的功是有用功

D．匀速拉动茶杯时，克服摩擦力做的功是有用功

二、填空题（每空或每图2分，共30分)

11、船桨也是一种杠杆．手只要向后移动较小距离，就能使浆在水中移动较大距离，容易增加船的_______，其特点是杠杆的动力臂比阻力臂_____（大/小）．

12、小梅想探究杠杆平衡时动力和动力臂的关系。实验过程中，小梅保持阻力为2N，阻力臂为0.15 m不变，然后改变动力臂L₁和动力F₁，并保持杠杆水平平衡，分别测量出动力臂L₁和动力F₁的数据如下表所示。请你根据实验条件和实验数据帮助小梅归纳出动力F_l跟动力臂L_l的关系式：（ ）

13、图中所示是工厂里用来吊运货物的行车滑轮组。某次作业时，行车在钢丝绳的自由端用2000N的力，将重6000N的货物匀速提升3m，接着又在水平方向移动6m．则行车在水平移动货物的过程中，货物重力所做的功是( )J，行车滑轮组提升货物的机械效率为( )

14、如图为电梯结构示意图。钢链的一端固定在A点，然后绕过电梯厢下的滑轮，另一端接电动控制装置．若用拉力F将重为2×10⁴N的电梯和乘客从一楼匀速提升到15m高的六楼，则拉力F是（ ） N，拉力F所做的功是（ ）J（不计摩擦和钢链重）

15、如图所示，用定滑轮和动滑轮分别将质量相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度，不计绳重与摩擦，且动滑轮重G_动小于乙物体的物重G，则所用的拉力F_{甲 （ ）} F_乙(选填“>”、“<”或“=”)，其机械效率η_{甲 （ ）} η_乙．(选填“>”、“<”或“=”)

16、如图所示，AOB为一机械设备的简化示意图，我们可以把它看成杠杆(自重不计)，已知AO=2OB，θ=60°，固定O点，在B端挂一重为40N的物体，要使杠杆的AO处于水平位置并保持静止，在A端施加的最小动力F=_______N，并画出此时的杠杆示意图．

17、如图，用一个重为9N的动滑轮来提升物体，在实际工作中竖直向上的拉力为30N，则动滑轮的机械效率一定________（大于/等于/小于）______%

18 、图中人曲臂将重物端起时, 画出手臂的杠杆示意图，人的前臂可以看作一个（ ）（省力/省距离）杠杆．

三、综合题（19—25题，每题6分；26题8分）

19、定滑轮在使用时相当于一个杠杆。如图所示，某人用绳子沿着倾斜方向通过定滑轮拉住钩码，已知人手的拉力为F，钩码重为G．（1）请在实物图上画出定滑轮的杠杆示意图，并用杠杆平衡条件推证：F至少等于G．（2）实际测出F大于G，请写出一条原因．

20、某记者报道：他在植物园内，看到一位老人伸手抱起一根长约3m，半径约0.2m的木头轻轻地举在头顶尽情玩耍，该木头就是地球上最轻的木料——轻木，密度0.2g/cm³．（g=10N/kg）（1）请你通过文中给出的数据计算并回答上述报道是否真实．（2）若用图示滑轮组匀速提升木头至车上，所用拉力F为314N．求滑轮组的机械效率．

21、如图所示，长为3米的匀质平板的中点能绕固定的支点转动，平板与水平地面的夹角为30°，在板上站两个小孩。已知20千克的甲小孩位于板的中点，30千克的乙小孩位于板的左端。现两个小孩均以0.1米／秒的速度同时向右慢慢移动．（1）多长时间后平板开始转动；（2）乙小孩在这一过程中克服自身重力做功的功率（g=10N／kg）

22、某实验小组探究影响滑轮组机械效率的因素的实验装置如图所示，实验数据如下表。如果不计摩擦；（1）比较第1次和第2次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与有关；（2）比较第1次和第3次的实验数据，可以看出滑轮组的机械效率与有关。

23、小明为了帮助爸爸将重600N的装修材料运送到6m高的楼上，小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图甲所示的材料搬运方案(其中每个滑轮重30N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为250N，不计绳重及摩擦)．（1）计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力?（2）小明爸爸观察了该装置后，他想如果将该装置的滑轮位置颠倒(图乙)是否会更省力一些，请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确．(3)求两种方案的机械效率之比?(4)综合分析评估两个方案，你认为哪个方案更好一些?说明理由．

24、张强同学利用如图所示的滑轮组将货物运送到楼上，图中每个滑轮等重，不计绳子重和摩擦。如果所送货物重G从200N开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次均匀速拉动绳子，且提升同样的高度。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物的重力的增加而变化的图像。请完成以下问题：（1）每个滑轮的重是多少？（2）绳子能承受的最大拉力是多少？（3）当绳子拉力最大时，滑轮组效率是多少?

25、如图所示，物重G为2000N，斜面长5m，高3m，斜面和滑轮组装置的总机械效率为80%，若将重物沿斜面以0.2m/s的速度拉上来，求：（1）所需拉力F是多少？ （2）机械的总功率是多少？

26、小聪用图所示的滑轮组先将重4 N的物体匀速提升，再用这个滑轮组匀速提升重9 N的物体。不计滑轮组的绳重及摩擦，提升重9 N的物体时，滑轮组的机械效率比提升4 N物体时提高了l0％，已知动滑轮的重力小于4 N，求滑轮组匀速提升9 N物体的拉力。