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【暑期预习】 07 内能与简单机械
、选择题
下列用具使用时，属于省力杠杆的是（　　）
A．用撑衣杆晾衣服 B．用船桨划船
C．用开瓶器起瓶盖 D．用钓鱼竿钓鱼
如图所示，在空塑料瓶内滴一滴酒精，用装有气门芯的橡皮塞塞紧瓶口，再用打气筒通过气门芯向瓶内打气。当气压达到足够大时，橡皮塞从瓶口冲出，且原来透明的瓶内充满了白雾。则下列说法正确的是（　　）
A．该实验中只有气体对外界做功
B．被封闭的气体的内能始终是减少的
C．手接触打气筒感觉到烫，说明做功可以改变手的内能
D．白雾的形成是因为瓶内气体内能减小，温度降低
下列机械或工具的使用，属于费力杠杆的是（　　）。
A． 羊角锤 B． 筷子
C． 起瓶器 D． 独轮车
我们生活中有一些有趣的小现象，关于他们的原理解释错误的是（　　）
A．挂在墙上的时钟当电池耗尽停止走动时，秒针往往停留在“9”处，因为重力距阻碍作用最大
B．飘落的薄纸片由于表面凹凸不平，各处空气流速不同，压强不一致，所以纸片会不断翻滚
C．棒冰拿出来后周围有“白气”上升，这是因为汽化现象
D．水煮开前，由于深度浅，压强小，所以气泡越上升越大
在学习了《重要的碱》 内容后，小科同学在实验室也尝试进行了“溶解鸡毛” 实验，他将鸡毛放在浓氢氧化钠溶液中，用酒精灯加热一段时间，发现鸡毛真的“溶解”了。关于此实验，以下说法错误的是(　　)
A．酒精燃烧是化学变化，鸡毛“溶解”的过程是物理变化
B．酒精、鸡毛的主要成分是有机物，氢氧化钠是无机物
C．加热时，是通过热传递的方式改变液体的内能
D．酒精的化学能通过燃烧转化成内能释放出来
如图是胖子和瘦子两人用滑轮组锻炼身体的简易装置(不考虑滑轮重和摩擦)。使用时：①瘦子固定不动，胖子用力FA拉绳使所受重力为G的物块匀速上升。②胖子固定不动，瘦子用力FB拉绳使所受重力为G的物块匀速上升。下列说法中正确的是（　　）
A．FA＜G B．FB＜G C．FA＝2G D．FB＝2G
图中的每个滑轮重0.5N，物体A重6N，托板重1N。为了提升重物A，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，不计滑轮轴摩擦和绳重，则下列分析正确的是（　　）
A．拉力F的大小为1.5N
B．天花板对定滑轮拉力大小为4.5N
C．物体A上升的速度为0.6m/s
D．拉力F克服A重力做功7.2J
如图所示的工具中都是利用了杠杆原理，下列说法正确的是(　　)(吊车分析的是它的长吊臂，需要位于图中长吊臂偏下方的液压支撑装置进行抬升)
A．①和②都属于费力杠杆
B．③中的独轮车在使用时手离车斗越近越省力
C．使用图④的工具可以省力
D．以上说法都不正确
学校教室黑板上方常安装有如下左图的多媒体投影仪(示意图)，右下图中能正确表示该投影仪杠杆示意图的是（　　）
A． B．
C． D．
如图所示，甲同学站在地面上用定滑轮把地面上的物体匀速向上运送到某一高度处，乙同学站在某一高处用动滑轮把该物体也从地面上匀速向上运送到同样的高度处。不计绳和滑轮之间的摩擦及绳子的重力。就甲和乙这一运送物体的过程中，下列分析正确的是（　　）
A．甲和乙做功相同 B．甲和乙做功的功率相同
C．甲比乙做的功少 D．甲比乙做功的功率大
、填空题
如图所示是农家乐摆放的古代“舂米”的装置，该装置实质是　 　。当游客用力将此装置的右端踩下后，舂球上升，舂球的重力势能将　 　。
如图所示，杠杆AB放在钢制圆柱亭的正中央水平凹槽CD中，杠杆AB能以凹槽两端的C点或D点为支点在竖直平面内转动，长度AC=CD=DB，左端重物G=12N。（杠杆、细绳的质量及摩擦均忽略不计）
（1）当作用在B点竖直向下的拉力F足够大时，杠杆容易绕　 　（选填“C”或“D”）点旋转。
（2）为使杠杆AB保持水平位置平衡，拉力最小值F1=　 　N，最大值F2=　 　N。
在“探究杠杆的平衡条件”实验中：
（1）图甲中，为使杠杆在水平位置平衡，应将右端的平衡螺母向　 　侧调节。
（2）图乙中，杠杆恰好处于水平平衡状态，若在A处下方再挂一个钩码，则B处所挂钩码须向右移动　 　格，可使杠杆在水平位置再次平衡。
（3）杠杆处于图甲所示位置时，小李同学就在杠杆上挂钩码进行实验，小明认为这样操作会对实验产生以下影响：
①杠杆自身重力可能会对实验产生影响
②可能不便于测量力臂或出现力臂测量错误
③无法得出杠杆平衡条件
你认为正确的是____。
A．①② B．①③ C．②③
如图是一位科学老师的一个自制教具，在转轴O点上套有半径大小为R的圆形纸板，纸板圆心也在O点。将钩码挂在杠杆的C点，在杠杆A．B两点先后施加与纸板边缘相切的拉力FA．FB，都能使杠杆在水平位置平衡。杠杆平衡时，拉力FB的力臂大小为　 　(填 图中字母)，拉力FA　 　 FB (填 “>”“=” 或“<”)。
如图所示，在水平桌面上放一个重300N的物体，物体与桌面的摩擦力为60N，若不考虑绳的重力和绳的摩擦，使物体以0.1m/s的速度匀速移动时，水平拉力F为　 　N，其功率的大小为　 　W。
、实验探究题
在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某同学用如图所示的同一滑轮组分别做了三次实验，实验数据记录如下：
（1）在表中的空格处填上适当的数据。 (机械效率保留一位小数)
实验次数 钩码重/N 钩码上升的距离/cm 弹簧测力计的读数/N 弹簧测力计的上升的距离/cm 机械效率/%
1 2 8 0.8 24 83.3
2 4 5 1.5 15 　 　
3 6 10 　 　 　 　 90.9
（2）在实验操作中应竖直向上　 　拉动弹簧测力计。
（3）从实验数据分析得出：使用同一滑轮组，　 　可以提高滑轮组的机械效率。
在“探究杠杆的平衡条件”实验中：
（1）图甲中，为使杠杆在水平位置平衡，应将左端的平衡螺母向　 　侧调节。
（2）图乙中，杠杆恰好处于水平平衡状态，若在A处下方再挂一个钩码，则B处所挂钩码须向右移动　 　格，可使杠杆在水平位置再次平衡。
（3）下列四个因素中，不会带来实验误差的是
A．铁架台自身的重力足够大 B．单个钩码的重力不完全相等
C．悬挂钩码的绳套重力偏大 D．杠杆与转轴之间的摩擦偏大
、解答题
小强用如图所示装置在10s内将重为450N的货物匀速提升2m，此过程中拉力F的功率为120W，不计绳子的重和滑轮与转轴之间的摩擦。求：
（1）小强拉绳子的速度；
（2）拉力F的大小；
（3）动滑轮的重力。
2020 年 2 月 12 日上午，顺丰无人机充满电后装载着 4 kg 的医疗防疫物资只用了 7 分钟就降落在武汉金银潭医院，将医疗防疫物资顺利送至医护人员手中。该无人机自身的质量为20 kg，水平匀速飞行的速度为 15 m/s。无人机在空中水平飞行时所受平均阻力为 5 N。
（1）该无人机水平匀速飞行 7 min 推力做的功。
（2）无人机的电阻为 484 Ω，此次飞行后使用 220 V 电源充电只需要 7 min 的时间就可以把无人机再次充满电，求无人机的机械效率。（假设为纯电阻电路，电阻产热忽略不计）
加油站的圆柱形油桶，油桶质量为40千克，油桶高为0.8米，底部直径为0.6米，推翻油桶如图甲→乙。
（1）在甲图上A点作出推翻油桶最小的力F的方向。
（2）推翻过程中至少需要对油桶做多少功？
【暑期预习】 07 内能与简单机械答案解析
、选择题
C
【解析】比较动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类。
A．用撑衣杆晾衣服时，靠近胸口的手为支点，另一只手施加动力，而阻力作用在撑衣杆的顶端，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故A错误；
B.划桨时，外侧的手为支点，内侧的手施加动力，而水的阻力作用在船桨顶端，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故B错误；
C.使用开瓶器时，与瓶盖顶端接触的位置为支点，阻力作用在瓶盖的边缘，动力作用在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故C正确；
D.钓鱼时，靠近胸口的手为支点，另一只手施加动力，而阻力作用在鱼竿的顶端，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故D错误。
故选C。
D
【解析】根据能量转化和改变物体内能的方法的知识分析判断。
A．用打气筒打气时，活塞压缩空气做功，将机械能转化为内能，即外界对气体做功，故A错误；
B.当打气筒活塞对气体做功时，气体的内能增大，故B错误；
C.手接触打气筒感觉到烫，说明热传递可以改变手的内能，故C错误；
D.白雾是打气筒内的水蒸气放热液化成的小水珠，它可以说明气体内能减小，温度降低，故D正确。
故选D。
B
【解析】在杠杆中，如果动力臂小于阻力臂，那么它属于费力杠杆，据此分析判断。
A．使用羊角锤时，锤头上弯曲的位置固定不动为顶点，阻力作用在锤头缺口处，动力作用在锤柄上。此时动力臂大于阻力臂，为升力杠杆，故A不合题意；
B.使用筷子时，大拇指的位置为支点，动力作用在食指和中指推动的位置，阻力作用在筷子的尖端。此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故B符合题意；
C.使用起瓶器时，顶在瓶盖上的牙为支点，另一个牙作用的位置为阻力作用点，动力作用在长柄上。此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故C不合题意；
D.使用独轮车时，车轴的位置为支点，货物和车的自重为阻力，动力作用在推柄上。此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故D不合题意。
故选B。
C
【解析】（1）根据杠杆的平衡条件分析；
（2）根据流体压强和流速的关系判断；
（3）物质由液态变成气态叫汽化；
（4）根据液体压强随深度的变化规律判断。
A．可将表芯的转轴看作支点，秒针的重力则为阻力。当它停留在“9”处时，重力的方向与表针的方向恰好垂直，此时阻力臂最长，阻力的作用效果最大，则秒针很容易停留在此处，故A正确不合题意；
B.空气流速越大的位置压强越小，故B正确不合题意；
C.“白气”是水蒸气放热后，由气态变成液态形成的小水珠，即发生了液化现象，故C错误符合题意；
D.根据液体压强公式p=ρ液gh可知，深度越小，液体压强越小，则气泡会膨胀变大，故D正确不合题意。
故选C。
A
【解析】（1）化学变化和物理变化本质区别：有无新物质生成；
（2）有机物即有机化合物。含碳化合物（一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金属碳化物等少数简单含碳化合物除外）或碳氢化合物及其衍生物的总称。
（3）做功改变物体内能的本质为能量的转化；热传递改变物体内能的本质为能量的转移；
（4）根据能量转化的知识判断。
A．酒精燃烧生成了新物质，是化学变化，鸡毛“溶解”的过程也生成了新物质，也是化学变化，故A错误符合题意；
B.酒精、鸡毛都含有碳元素，它们的的主要成分是有机物；氢氧化钠不含碳元素，是无机物，故B正确不合题意；
C.加热时，是通过热传递的方式改变液体的内能，故C正确不合题意；
D.酒精的化学能通过燃烧转化成内能释放出来，故D正确不合题意。
故选A．
C
【解析】瘦子固定不动时，中间的滑轮为动滑轮，根据动滑轮的特点计算拉力FA；当胖子固定不动时，中间的滑轮为定滑轮，根据定滑轮的特点计算拉力FB。
①瘦子固定不动时，中间的滑轮为动滑轮，
动滑轮向上只受一个拉力FA，向下受到两个拉力G，
根据二力平衡的知识可知，拉力FA=2G；
②当胖子固定不动时，中间的滑轮为定滑轮，
定滑轮不省力不费力，
那么拉力FB=G。
B
【解析】A．根据图片确定承担重力的绳子段数n，再根据计算拉力的大小；
B.对定滑轮进行受力分析，根据平衡力的知识计算天花板对定滑轮的拉力；
C.重物提升的距离，由求出物体A上升的速度；
D.根据W=Fs计算拉力F克服重力所做的功。
A．根据图片可知，与托板相连的两个滑轮为动滑轮，承担重力的绳子段数n=4。
它们的总重力G=GA+G滑轮+G托板=6N+0.5N+0.5N+1N=8N，
则作用在绳端的力为：，故A错误；
B.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=4.5N，故B正确；
C.物体上升的高度，
那么物体A上升的速度为：，故C错误；
D.拉力F克服A重力做功：W=Fs=2N×1.2m=2.4J，故D错误。
故选B。
A
【解析】（1）（3）比较动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类；
（2）根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2分析判断；
（4）根据上面的分析判断。
A．吊车的长吊臂与车体之间连接的转轴为支点，支点附近的下方的液压杆产生动力，而阻力作用在吊臂的末端，此时动力臂大于阻力臂，为费力杠杆。划桨时，外侧的手为支点，内侧的手施加动力，水对船桨的阻力作用在桨头上，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故A正确；
B.使用独轮车时，车轮中间的轴为支点，车和货物的重力为阻力，动力作用在手柄上。手离车斗越近，动力臂越小，动力越大，故B错误；
C.使用碗夹时，靠近手心的转轴为支点，手指施加动力，而碗对它的阻力作用在夹子末端，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故C错误；
D.综上所述，故D错误。
故选A．
A
【解析】分析杠杆，找出杠杆的五要素：支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂，再结合图中各力的方向，标出杠杆示意图。
分析多媒体投影仪示意图可知，支点在左下方杠杆与墙体接触的地方，动力方向向左上方，阻力为投影仪的重力，方向竖直向下，A符合题意。
故答案为：A．
C
【解析】（1）通过定滑轮对物体做功时，不计绳和滑轮之间的摩擦及绳子的重力，效率为1，人所做的功就是物体上升增加的势能；（2）通过动滑轮对物体做功时，还必须对动滑轮进行做功，所以人做的功等于物体势能和动滑轮势能的增加。
甲通过定滑动对物体做功，乙通过动滑轮对物体做功。物体上升同样高度，物体增加的势能相同，其中乙中物体上升时，动滑轮也上升，动滑轮的势能也增加，所以乙所做的功大于甲所做的功，C选项正确。
故选C
、填空题
费力杠杆；变大
【解析】（1）比较动力臂和阻力臂的大小，从而确定杠杆的分类；
（2）重力势能与质量和高度有关。
（1）根据图片可知，舂球的重力相当于阻力，人施加的力为动力。因人到支点的距离小于舂球到支点的距离，所以动力臂小于阻力臂，为费力杠杆。
（2）舂球的质量不变，高度增大，则它的重力势能变大。
（1）D
（2）6；24
【解析】（1）在B点施加向下的拉力F，那么杠杆的A端就会翘起，从而离开C点，这时杠杆与钢柱的接触点就是D点，因此它会绕D点旋转。
（2）当杠杆的支点为C点时，动力臂最长，此时拉力最小；当杠杆的支点为D点时，动力臂最短，此时动力最大，根据杠杆的平衡条件列式计算即可。
（1）当作用在B点竖直向下的拉力F足够大时，杠杆容易绕D点旋转；
（2）当支点为C时，阻力臂为AC，动力臂为CB，
那么：G×AC=F1×CB；
12N×1=F1×2；
解得：F1=6N；
当支点为D时，阻力臂为AD，动力臂为DB，
那么：G×AD=F2×DB；
12N×2=F2×1；
解得：F2=24N。
（1）右
（2）1
（3）A
【解析】（1）为使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母应向杠杆上翘的一端调节；
（2）根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，计算得出调节的方法；
（3）实验中杠杆在水平位置平衡，可方便测量力臂，还可减少杠杆自重的影响。
（1）为使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母应向杠杆上翘的一端调节，即应将右端的平衡螺母向可侧调节；
（2）根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知，钩码重与力臂长度的乘积应相等，所以，杠杆恰好处于水平平衡状态，若在A处下方再挂一个钩码，则B处所挂钩码须向右移动1格时，可使杠杆在水平位置再次平衡；
（3）实验中杠杆在水平位置平衡，可方便测量力臂，还可减少杠杆自重的影响，A符合题意。
R；=
【解析】（1）力臂是从杠杆支点到力的作用线的垂直距离；
（2）根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2分析解答。
（1）根据图片可知，FB的力的作用线与圆相切，那么支点O到切点的连线恰好与力的作用线垂直。从支点O到切点的距离等于圆的半径，因此FB的力臂为半径R。
（2）根据图片可知，FA的力的作用线也与圆相切，则它的力臂也等于半径R，那么两个拉力的力臂相等。根据根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知，两个拉力相等，即FA=FB。
20；6
【解析】当使用滑轮组水平拉动物体时，根据计算绳子自由端的拉力，根据v=nv物计算绳子拉力的速度，根据P=Fv计算拉力的功率。
根据图片可知，承担拉力的绳子段数n=3，则绳子自由端的拉力；
绳子拉力的速度：v=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s；
那么拉力的功率为：P=Fv=20N×0.3m/s=6W。
、实验探究题
（1）88.9%；2.2；30
（2）匀速
（3）增大重物重力
【解析】（1）②根据W有=Gh计算出有用功，根据W总=Fs计算出总功，根据计算机械效率。
③根据s=nh计算出测力计移动的距离，根据图片确定弹簧测力计的示数。
（2）在实验过程中，只有竖直向上匀速拉动弹簧测力计，此时测力计的示数才和绳子上的拉力相互平衡，即二者大小相等。
（3）分析表格数据，找到影响滑轮组机械效率的因素。
（1）②滑轮组做的有用功W有=Gh=4N×0.05m=0.2J；
滑轮组做的有用功W总=Fs=1.5N×0.15m=0.225J；
那么滑轮组的机械效率：；
③根据图片可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，那么测力计的示数为2.2N；承担重力的绳子段数为3，那么弹簧测力计上升的距离为：s=nh=10cm×3=30cm。
（2）在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计。
（3）根据表格可知，当其他条件相同时，钩码的重力越大，滑轮组的机械效率越高，因此得到：使用同一滑轮组，增大重物重力可以提高滑轮组的机械效率。
（1）右
（2）1
（3）A
【解析】（1）平衡螺母总是向杠杆轻的那端调节；
（2）根据杠杆的平衡条件计算即可；
（3）根据实验的具体过程分析即可。
（1）根据甲图可知，杠杆的右端上翘，说明右端轻，因此应将左端的平衡螺母向右调节；
（2）设每个钩码的重力为G，每格的长度为L，
根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2得到：
（3+1）G×2L=2G×L1；
解得：L1=4L；
因为△L=4L-3L=1L；
所以应将B处的钩码向右移动1格，杠杆才能平衡。
（3）A．铁架台的重力作用在桌面上，并没有作用在杠杆上，因此对实验没有影响，故A符合题意；
B.如果钩码的重力不完全相等，那么杠杆平衡时，力臂就不能在整格处，因此造成误差，故B不合题意；
C.如果悬挂钩码的绳套重力太大，那么对作用在杠杆上的力影响较大，因此产生误差，故C不合题意；
D.如果杠杆和转轴之间的摩擦力偏大，那么会使一侧的杠杆拉力偏小，因此产生误差，故D不合题意。
故选A．
、解答题
（1）解：V物==0.2m/s
v=3v物=0.6m/s
（2）解：F==200N
（3）解：3F=G动+G物
G动=3F-G物=600N-450N=150N
【解析】（1）首先根据计算物体上升的速度，再根据v=nv物计算小强拉绳子的速度；
（2）已知拉力的功率和速度，根据公式计算拉力F的大小；
（3）动滑轮受到向上的3个拉力F，向下的物体重力G物和动滑轮的重力G动，根据二力平衡的条件得到：3F=G动+G物，据此计算出动滑轮的重力即可。
（1）解：s=vt=15m/s×7×60s=6300m
W=Fs=5N×6300m=31500J
（2）
【解析】（1）首先根据s=vt计算出无人机飞行的距离，再跟机W=Fs计算无人机的推力做的功；
（2）首先根据 计算出电池储藏的电能，再根据 计算出无人机的机械效率。
（1）
（2）已知AC＝0.8米，CD＝0.6米，由勾股定理可得，BC＝1米
重心上升高度为重心上升最高点和最初的高度差，即h′＝0.1米
在推翻油桶过程中，至少需要对油桶做功：W＝Gh′＝mgh′＝40千克×10牛/千克×0.1米＝40焦
【解析】（1）根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知，动力臂最长时动力最小，据此分析解答；
（2）根据勾股定理计算出对角线BC的长度，当对角线与地面垂直时，此时油桶的重心最高。油桶的重心在高度的一半处，据此与原来重心高度相减得到重心上升的高度，接下来根据W=Gh计算推翻油桶至少要做的功。
（1）在推翻油桶的过程中，D点保持不动，相当于杠杆的支点，重力相当于阻力，作用在油桶的重心上。油桶上距离D点最长的点就是对角线上的A点，则AD为最长的力臂，即通过A点作AD的垂线，并在向上的方向上标上箭头即可，如下图所示：
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