2019九年级科学上册第3章能量的转化与守恒专题分类突破五简单机械及机械效率练习.doc

《2019九年级科学上册第3章能量的转化与守恒专题分类突破五简单机械及机械效率练习.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019九年级科学上册第3章能量的转化与守恒专题分类突破五简单机械及机械效率练习.doc（9页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1专题分类突破五专题分类突破五 简单机械及机械效率简单机械及机械效率, 探究点 1 理解杠杆平衡条件)【例 1】 如图甲所示，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。例 1 图 (1)实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉。此时，应把 杠杆两端的平衡螺母向_左_(选填“左”或“右”)调节，使杠杆在不挂钩码时，保持水 平并静止，达到平衡状态。这样做的好处是 消除重力对杠杆平衡的影响，便于直接读出 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

2、好在原位置平衡。于是小明便得出了杠杆的平衡条件为_F1l1F2l2_。他得出这样的结论 是否合理？为什么？不合理。实验次数太少，结论存在偶然性，不具普遍性 。 (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，杠杆的平衡条件 是否仍然成立？于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究，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_杠杆自重影响实验结果_。 变式 用细线拴住一端粗、一端细的实心胡萝卜并悬挂起来，静止后胡萝卜的轴线水 平，如图甲所示；在拴线处沿竖直方向将胡萝卜切成 A、B 两段。A、B 哪段重些呢？

3、甲、 乙、丙三个同学提出各自的猜想： 甲：A 较重；乙：B 较重；丙：A、B 一样重。 (1)请设计一个简易实验，判断 A、B 的轻重。甲 乙 丙 变式图 所用器材：_天平_。 操作方法：_把 A、B 两段胡萝卜分别放入调好的天平的左、右两盘_。 现象及结论： 天平指针向哪边偏转，哪段胡萝卜就重 。 (2)为进一步研究类似 A、B 轻重的问题，某同学在一根有等距离刻度的均匀杠杆两侧 挂上每个质量都相等的钩码进行实验，杠杆静止于水平状态的三次实验情景如图乙所示。 根据图中的实验，可以判断_甲_(选填“甲” “乙”或“丙”)同学的猜想正确。 根据图乙中所示的实验，该同学得出结论：只要满足“阻力阻力

4、作用点到支点的 距离动力动力作用点到支点的距离” ，杠杆就能平衡。这个结论是否正确？_不正确2_。 用图丙所示的装置，怎样通过实验说明该结论是否正确？写出具体实验步骤： a将弹簧测力计斜拉，保持杠杆水平平衡；b.读出动力即弹簧测力计示数 F1；量出动力 作用点到支点的距离 l1；c.用弹簧测力计测出三个钩码的重力即阻力 F2，量出阻力作用点 到支点的距离 l2；计算可知结论不正确 。 探究点 2 杠杆的动态平衡例 2 图 【例 2】 如图所示，杠杆处于平衡状态，如果将物体 A 和 B 同时向靠近支点的方向 移动相同的距离，下列判断正确的是( C ) A杠杆不能平衡，左端下沉 B杠杆仍能平衡 C

5、杠杆不能平衡，右端下沉 D无法判断变式 1 图 变式 1 如图所示，一根直硬棒被细绳系在 O 点吊起A 处挂一实心金属块甲，B 处挂 一石块乙时恰好能使硬棒在水平位置平衡。不计硬棒与悬挂的细绳质量，下列推断合理的 是( B ) A甲的质量和密度都比乙大 BO 点绳子拉力一定等于甲、乙重力之和 C如果甲浸没在水中，硬棒会逆时针转动 D如果甲浸没在水中，要使硬棒水平平衡，可将乙向右移动变式 2 图 变式 2 如图所示，一根可绕 O 点转动的均匀硬棒重为 G，在棒的一端始终施加水平力 F，将棒从图示位置缓慢提起至虚线位置的过程中( B ) AF 的力臂变小，F 的大小变大 BF 的力臂变大，F 的大

6、小变小 C重力 G 与它的力臂乘积保持不变 D重力 G 与它的力臂乘积变大 探究点 3 杠杆中最小力问题 【例 3】 如图所示，画出使杠杆平衡的最小力的示意图(要求保留作图痕迹)。例 3 图3例 3 答图变式 如图所示，AOB 为轻质杠杆，O 为支点，OAOB，在杠杆的 B 端挂一重 20 N 的 物体，要使杠杆在图示位置平衡，则在 A 端施加的力 F 至少为_20_N。并把这个力的作用 线在图上画出。变式图变式答图探究点 4 理解滑轮和滑轮组的作用 【例 4】 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( D )A B C D 变式 如图所

7、示，用 10 N 的水平拉力 F 拉滑轮，使足够长的物体 A 以 0.2 m/s 的速度 在水平地面上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 3 N。若不计滑轮重、弹簧测力计重、 绳重和滑轮摩擦，则下列说法正确的是( D )变式图 AB 受到的摩擦力为 3 N，方向水平向左 B滑轮移动的速度为 0.4 m/s4C绳子拉物体 A 的功率为 2 W D在运动过程中若将拉力 F 增大到 12 N，弹簧测力计的示数仍为 3 N 探究点 5 掌握功和功率及机械效率的分析与计算 【例 5】 某兴趣小组用如图甲所示的滑轮组(物体与动滑轮用绳子 a 连接)匀速拉动 放在同一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从

8、200 N 开始逐渐增加，直到组装滑轮 组的绳子 b 被拉断，每次物体拉动的距离均为 2 m。通过实验绘出了该滑轮组机械效率随 物体受到摩擦力大小变化的关系图象如图乙。(不计绳重和绳与滑轮间的摩擦)求：例 5 图 (1)动滑轮重力； (2)当滑轮组的机械效率为 80%，物体以 0.2 m/s 的速度匀速运动时，该滑轮组的有用 功率； (3)一个重 500 N 的同学利用该滑轮组，想独自用竖直向下的力拉断绳子 b，请你通过 计算分析他能否实现。 解：(1)由图乙可知，当 f1200 N 时，150%， 通过滑轮组拉动水平面上的物体，则有用功：W有用 1f1s， 由题知，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦

9、，则额外功：W额外G动s， 则总功：W总 1f1sG动s，所以，150%W有用1 W总1f1s f1sG动sf1 f1G动200 N 200 NG动解得动滑轮重：G动200 N； (2)当 280%时，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，280%W有用2 W总2f2s f2sG动sf2 f2G动f2 f2200 N解得：f2800 N； 滑轮组的有用功率：P有f2v800 N0.2 m/s160 W；W有用2 tf2s t(3)由图乙可知，当 f31 600 N 时，绳子刚好被拉断，由于不计绳重及绳与滑轮间的 摩擦，且物体做匀速直线运动，绳 b 承受的最大拉力：F3 (f3G动) (1600 N200

10、 N)600 N1 31 3因为人的重力为 500 N，竖直匀速拉动，所以绳子对人的最大拉力等于人的重力，根 据力的作用是相互的，故人给绳子的最大拉力为 500 N，由于绳子 b 承受的最大拉力大于 人给绳子的最大拉力，所以该同学不能拉断绳子 b。 变式 如图所示，用力 F 将重为 100 N 的物体匀速拉上高为 1 m、斜边长为 2 m 的斜 面，已知斜面的机械效率为 80%。 (1)求所用的拉力 F 大小；5(2)若物体重为 G，与斜面之间的摩擦力为 f，斜面长为 s，高为 h，拉力为 F。很多同 学都认为，物体匀速上升的过程中，拉力 F 与摩擦力 f 是一对平衡力，试根据有用功、额 外功

11、和总功之间的关系，证明： 拉力 Ff。变式图 (1)解：W有用Gh100 N1 m100 J，W总125 J，W有用 100 J 80%F62.5 N；W总 s125 J 2 m(2)证明：由于 W总Fs W额fs W有用GH， W总W有用W额 故 W总W额，即 Fsfs，所以 Ff。1甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时， 则( B ) A. 甲吊车的电动机做的有用功较多 B乙吊车的电动机做的额外功较多 C甲吊车的电动机做的总功较多 D甲、乙两吊车的电动机做的总功相同 第 2 题图 2如图所示，小明分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑

12、 轮所做的总功为 W1，机械效率为 1；用乙滑轮所做的功为 W2，机械效率为 2，若不计绳 重与摩擦，则下列关系正确的是( C ) AW1W2 12 BW1W2 12 CW1W2 12 DW1W2 12 6第 3 题图 3如图所示，整个装置处于静止状态，重力和摩擦不计，弹簧测力计 A、B、C 的示数 分别为 FA、FB、FC，则可以判断( B ) A3FA2FBFC B6FA3FB2FC C弹簧测力计 A 对墙壁的拉力大于 FA D弹簧测力计 B 对墙壁的拉力小于 FB第 4 题图 4如图所示，用 10 N 的水平拉力 F 拉滑轮，使足够长的物体 A 以 0.2 m/s 的速度在 水平地面上匀

13、速运动，弹簧测力计的示数为 3 N。若不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和 滑轮摩擦，B 受到的摩擦力为 3 N，方向水平向_右_(选填“左”或“右”)；绳子拉物体 A 的功率为_1_W；在运动过程中若将拉力 F 增大到 12 N，弹簧测力计的示数_不变_(选 填“变大” “变小”或“不变”)。第 5 题图 5如图所示，斜面长 4 m，高 2 m。质量为 50 kg 的小明站在斜面顶端，用平行于斜 面向上的 75 N 的拉力将 100 N 重的物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端，g10 N/kg，那么( D ) A. 小明对物体做的总功为 1 300 J B斜面的机械效率是 75% C物体所受的摩擦阻

14、力为 75 N D物体所受的摩擦阻力为 25 N 6从地面上搬起重物，我们的常见做法是弯腰(如图甲)或人下蹲弯曲膝盖(如图乙)把 它搬起来，哪种方法好呢？下面就建立模型说明这个问题。把脊柱简化为杠杆如图丙所示， 脊柱可绕骶骨(轴)O 转动，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，搬箱子的拉力 F2作用在肩关节 B 点，在 B 点挂一重物代替箱 子。用测力计沿 F1方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小。接着，改变 脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角 ，多次实验得出结论。第 6 题图 (1)在丙图中画出 F2的力臂 L2。

15、 (2)当 增大时， F1如何变化？ (3)对比甲图和乙图中的两种姿势所对应丙图中的两种状态，分析哪个图中人的姿势比 较正确。7解：(1)延长 F2作用线，由支点作其作用线的垂线，L2是其力臂，如图：第 6 题答图 (2)由图可知：当 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； (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要比较长时间使用较大的力，所以甲姿势不正确，乙姿势比较

16、正确。 故答案为：(1)如上图；(2)变小；(3)乙第 7 题图 7小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。实验时竖直向上拉动杠杆，使挂 在杠杆下面的钩码缓缓上升。(支点和杠杆的摩擦不计)问： (1)重为 5 N 的钩码挂在 A 点时，小金的拉力 F 为 4 N。钩码上升 0.3 m 时，动力作用 点 C 上升 0.5 m，此时机械效率 1为多大？ (2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，仍用该实验装置，将钩码移 到 B 点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点 C 仍然上升 0.5 m。与第一次相比，他的拉力 F 将_不变_(填“变大” “变小”或“不变”)。比较此时的机械效率 2

17、与 1的大小，并 用学过的知识加以推导。 【解析】(1)有用功：W有用Gh5 N0.3 m1.5 J，总功：W总Fs4 N0.5 m2 J， 机械效率：W有用/W总100%1.5 J/2 J100%75%；(2)减小，100%W有用 W总W有用 W有用W额外11W额外W有用因为杠杆升高的高度不变，所以克服杠杆自重所做的额外功不变(即 W额G杠杆h杠杆 不变)；由于悬挂点 B 更接近支点，所以钩码提升的高度减小，根据 W有用Gh 可知，有用功减小；从上面 的表达式可知：W有用减小、W额外不变，所以变大，分母变大，W额外 W有用 就减小；即 21。 8如图所示是起重机吊臂上滑轮组的示意图。用该滑轮

18、组将一些规格相同的石板匀速 提升到 2 m 高的平台上，若每块石板的重力均为 1.2104 N，当滑轮组一次提升一块石板 时，钢丝绳的拉力 F 的功率为 3 000 W，此时滑轮组的机械效率为 80%，不计摩擦和钢丝绳 的重力，求：(1)在此过程中，石板匀速上升时的速度是多少？8(2)若该滑轮组一次匀速提升两块石板到同一平台上，则此时钢丝绳的拉力 F 是多少？第 8 题图【解析】(1)根据 可得总功：W有 W总Gh W总W总3104 J，Gh 1.2 104 N 2 m 0.8由 P 可得拉起石板的时间：W tt10 s，W总 P3 104 J 3000 W所以石板的上升速度：v 0.2 m/

19、s；s th t2 m 10 s(2)由 W额G动hW总W有可得动滑轮重力：G动3 000 N，W总W有 h3 104 J1.2 104 N 2 m 2 m由图知，通过动滑轮绳子段数 n3，不计摩擦和钢丝绳的重力，由 F (G物G动)可得，当滑轮组一次提升两块石板时拉力为：F (21.2104 1 n1 3N3 000 N)9 000 N。 9在如图所示的装置中，物体质量 m10 kg，在 F 的作用下，以 0.4 m/s 的速度在 水平面上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 10 N。求： (1)拉力 F 为多少？ (2)物体受到水平面的阻力是多少？ (3)在 10 s 内拉力做功多少？ (4)拉力的功率多大？第 9 题图 解：(1)物体做匀速直线运动，物体受到的摩擦力 fF示 拉力 FF示f2F示210 N20 N； (2)因为物体做匀速运动，所以物体受到的阻力 fF示10 N； (3)分析滑轮可知，n2，拉力端移动速度：v v物 0.4 m/s0.2 m/s，1 21 2拉力端移动距离 svt0.2 m/s10 s2 m， 拉力做功：WFs20 N2 m40 J9(4)拉力的功率：P 4 W。W t40 J 10 s