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第十一章 简单机械
一、单选题
1．如图所示滑轮组处于静止状态，已知拉力，则甲、乙两弹簧测力计的示数分别为（　　）
A． B． C． D．
2．如图所示，G=80N，在力F的作用下，滑轮以0.4m/s的速度匀速上升，不计摩擦及滑轮重，则物体的速度和力F的大小分别是（ ）
A．0.5m/s，160N B．0.5m/s，40N C．0.8m/s，160N D．0.2m/s，40N
3．建筑工地用如图所示的两种方式来移动重物，重物的重力G=2000N，拉力F甲=120N，F乙=800N，不计绳重和滑轮与轴的摩擦，重物移动速度均为0.2m/s，下列说法中正确的是（ ）
A．图甲中重物与地面间的摩擦力为120N
B．拉力F甲的功率为24W
C．图乙中动滑轮重400N
D．拉力F乙的功率为160W
4．小明利用如图所示装置沿水平方向匀速拉动一个重300N的物体，物体受到的摩擦力是12ON，如果该装置的效率为80%，则作用在绳端的拉力F的大小是
A．50N B．60N C．80N D．120N
5．如图所示，用两个滑轮匀速提起两个物体，甲、乙两个滑轮提起重物的质量相等，不计摩擦和绳重，若，则说明了（　　）
A．使用定滑轮比使用动滑轮省力
B．动滑轮的重力大于物体的重力
C．使用动滑轮不省力
D．动滑轮的重力小于物体的重力
6．如图所示，动滑轮重为1 N，拉力F为5 N，则重物G和弹簧秤读数为
A．G为4 N，弹簧秤读数为5 N
B．G为9 N，弹簧秤读数为10 N
C．G为10 N，弹簧秤读数为5 N
D．G为9 N，弹簧秤读数为5 N
7．如图所示，用同一个动滑轮先后提升同一物体，使物体以相同的速度匀速上升相同的高度，所用的力分别是F甲和F乙，拉力做功的功率分别是P甲和P乙．若不计摩擦、动滑轮重和绳重，则F甲与F乙、P甲与P乙之间的大小关系是（　　）
A．F甲＜F乙、P甲＝P乙 B．F甲＞F乙、P甲＞P乙
C．F甲＞F乙、P甲＝P乙 D．F甲＜F乙、P甲＜P乙
8．关于功、功率和机械效率的概念，下列说法正确的是（ ）
A．做功越多的物体功率越大
B．做功越快的物体功率越大
C．功率越大的物体机械效率越高
D．物体做功时间越长的功率越小
二、填空题
9．如图甲是同学们常用的燕尾夹，AB=BC，当用力摁住C点打开该夹子时，此时夹子可近似看作 （省力/费力/等臂）杠杆。如图乙所示，手柄 （粗/细）一些的螺 丝刀用起来更省力；螺纹 （密/稀）一些的螺丝钉拧起来更省力。
10．如图所示是现代家庭经常使用的自动升降衣架的结构示意图，它可以很方便晾起洗好的衣服，取下晒干的衣服，其实就是通过一些简单机械的组合来实现此功能，图中动滑轮有 个，此装置 （填“能”或“不能”）改变动力的方向。
11．如图所示，想让一根筷子在手中沿竖直方向保持相对稳定，分别采用了以下三种做法。其中，最容易做到的是图 （选填“甲”“乙”或“丙”），你的依据是 。
12．小明在探究利用杠杆做功的实践活动中，所用的杠杆是一根质量均匀、重为5N的硬棒，他将棒的一端固定，把重为15N的物体挂在棒的中点，然后用手缓慢竖直向上提起棒的另一端，如图所示，若把物体提升了10cm，则小明作用在杠杆上的拉力是 N，此过程中杠杆的机械效率是 ．保持拉力方向不变，让重物继续匀速上升，则拉力大小将 （变大/变小/不变）
13．《墨经》是中国战国后期墨家著作，其中记载了对力的认识——“力，形之所以奋也”，最早记述了秤的杠杆原理，论述了小孔成像，还记载了一种斜面引重车等，请回答下面相关问题。
(1)“力，形之所以奋也”的意思是：力是有形之物开始和加快运动的原因所在，这表明力有改变物体 的效果。英国物理学家 总结前人经验得出：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持静止或匀速直线运动状态；
(2)《墨经》中记载的秤的杠杆原理如图甲所示，“标”“本”对应物理学中杠杆的 ；当“权”需向A点移动才能平衡时，说明“重”的质量 （选填“增大”或“减小”）了；若把提纽的位置改到更靠近B点，秤的量程将 （选填“增大”或“减小”），若“权”发生磨损，则测得的物重偏 （选填“大”或“小”）；
(3)早在两千多年前，我国古代思想家 就在《墨经》中论述了小孔成像等光学现象，小明将易拉罐的上部剪去并蒙上一张半透明纸，在罐的底部开一个小孔，用它做小孔成像实验，如图乙所示，半透明纸上得到的是烛焰倒立的 （选填“虚像”或“实像”）；
(4)斜面引重车如图丙所示，系紧在后轮轴上的绳索，绕过斜面顶端的滑轮与斜面上的重物连接。若用该引重车将重为的木箱从斜面底端匀速拉到顶端，已知斜面长，高，后轮轴施加在绳子上的力为（不计绳重、滑轮与绳间的摩擦），则该斜面的机械效率为 ，此木箱与斜面之间的摩擦力是 N；经实际测量，发现人施加在车上的推力比绳子上的拉力小很多，说明车子后轮是一种 （选填“省力”“费力”）机械。
三、实验题
14．在“探究杠杆的平衡条件”实验中，小明使用可绕O点自由转动、刻度均匀的杠杆，以及多个重为的钩码进行了以下操作：
(1)不挂钩码时，杠杆在图甲所示的位置静止。小明将杠杆左边的螺母调至最左端，发现杠杆右侧还略向下倾斜，此时小明应向 （选填“左”或“右”）调节杠杆右边的螺母，使杠杆水平并静止，达到平衡状态。
(2)给杠杆两侧挂上不同数量的钩码，设右侧钩码对杠杆施的力为动力，左侧钩码对杠杆施的力为阻力；测出杠杆水平平衡时的动力臂和阻力臂；多次实验并把数据填入下表。
实验次数 动力 动力臂 阻力 阻力臂
1 0.5 0.2 1.0 0.1
2 1.0 0.15 1.5 0.1
3 0.1 3.0 2.0 0.15
4 2.0 0.15 1.5 0.2
…
小明分析表格中的数据发现，第 次实验数据有误，剔除这一组数据后，初步得出杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。
(3)第4次实验结束后，小明撤去右侧钩码，改用弹簧测力计继续实验。如图乙所示，他在左侧A点悬挂三个钩码，再用弹簧测力计（未画出）在B点拉杠杆。杠杆重新在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数可能为 （选填序号）。
① ② ③ ④
(4)筷子是中国传统餐具，体现了我国古代劳动人民的智慧。用筷子夹东西时，所属的杠杆类型与第 次实验时的杠杆类型相同。
(5)小明选用质量分布均匀但两端粗细不同的筷子玩“托筷子”游戏时，用一根筷子把另一根筷子MN水平托起来，图丙为筷子稳定时的俯视图，筷子MN的重心在点，此时 （选填“”或“”）段更重一些。
15．用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升。
（1）实验中，将杠杆拉至图中实线位置，测力计的示数F为 N。钩码总重G为1.0 N，钩码上升高度h为0.1 m，测力计移动距离s为0.3 m时，杠杆的机械效率为 %。请写出使用该杠杆做额外功的一个原因： ；
（2）为了进一步探究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到如表所示的两组数据：
实验序号 钩码挂点 钩码总重G/N 钩码移动的距离h/m 拉力F/N 测力计移动距离s/m 机械效率η/%
1 A 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4
2 B 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3
根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重力有关，钩码越重其效率越高”的结论
答： （填“能”或“不能”），请简要说出两条理由：① ；② ；
（3）若仅将钩码从A点改挂到B点，其他因素不变，则杠杆的机械效率将 （填“变大”“变小”或“不变”），理由是 。
四、计算题
16．用定滑轮匀速提升质量为20 kg的物体，所用的拉力为220N，物体提升的高度为2m，求此过程中的有用功、总功和定滑轮的机械效率（g取10N/kg）。
17．如图所示的滑轮组，绳重及摩擦不计。若绳子自由端的拉力F是200N，平均每个动滑轮重40N，则货物重G是多少？物体升高1m，绳子自由端拉上多少米？
试卷第1页，共3页
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参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 D C C A B D C B
1．D
【详解】由图可知，甲弹簧测力计受两三股绳向右的拉力，且每股绳的拉力都等于F；定滑轮处于静止状态，故
F甲=3F=3×4N=12N
乙弹簧测力计受两股绳向左的拉力，且每股绳的拉力都等于F；定滑轮处于静止状态，故
F乙=2F=2×4N=8N
故选D。
2．C
【详解】据图可知：该动滑轮的拉力作用在滑轮轴上时，不计摩擦及滑轮重，根据动滑轮的特点可知：F＝2G＝2×80N＝160N，物体上升距离是拉力F和滑轮移动的距离的二倍，滑轮以0.4m/s的速度匀速上升，故物体上升速度为2v＝2×0.4m/s＝0.8m/s.故选C.
【点睛】要解答本题需掌握：动滑轮的拉力作用在滑轮轴上时，所用的力是重物重力的2倍，移动距离是重物移动距离的二分之一，移动速度是物体移动速度的二分之一．
3．C
【详解】A．图甲中，由2段绳子吊着动滑轮，不计绳重和滑轮与轴的摩擦，则图甲中重物与地面间的摩擦力是
f=2F甲=2×120N=240N
故A错误；
B．图甲中，绳子自由端移动的速度是
v′=2v=2×0.2m/s=0.4m/s
拉力F甲的功率是
P甲 = F甲 v′=120N×0.4m/s=48W
故B错误；
C．图乙中，由3段绳子吊着动滑轮，不计绳重和滑轮与轴的摩擦，则动滑轮重为
G=n′F乙-G=3×800N-2000N=400N
故C正确；
D．图乙中，绳子自由端移动的速度是
v″=3v=3×0.2m/s=0.6m/s
故拉力F乙的功率是
P乙= F乙v″=800N×0.6m/s=480W
故D错误。
故选C。
4．A
【详解】解答：根据图示可知，作用在动滑轮上绳子的段数为3；由η===可得，作用在绳端的拉力：F= ==50N.故选A.
5．B
【详解】AC．由图知道甲动滑轮，乙是定滑轮，定滑轮不能省力，由可知，动滑轮可以省一半的力，所以使用动滑轮比定滑轮省力，故AC不符合题意；
BD．在不计摩擦及绳重时，拉力
F2 = G，若，则
即，故B符合题意，D不符合题意。
故选B。
6．D
【详解】此时弹簧秤与拉力F共同承担重物和滑轮的重力，因拉力F为5N，所以弹簧秤读数也为5N；，所以G=9N，故选项D正确；
故选D．
7．C
【分析】不计摩擦、动滑轮重和绳重，对于动滑轮，F甲＝2G，F乙＝G；根据P＝Fv比较甲乙的功率．
【详解】由题知，两装置都不计摩擦、动滑轮重和绳重，提升物体的重相同，甲图，拉力作用在动滑轮的轴上，费一倍的力，即F甲=2G；乙图，拉力作用在绳子自由端，省一半的力，即F乙=G/2，故F甲＞F乙 ，AD错误；
物体上升的速度相同，则拉力端的速度分别为：v甲=v物/2，v乙=2v物，甲图拉力的功率：P甲=F甲v甲=2G×v物/2 =Gv物；乙图拉力的功率：P乙=F乙v乙=G/2×2v物=Gv物，故P甲=P乙，C正确，B错误，故选C．
【点睛】知道不计摩擦绳重和动滑轮重力时，求拉力与物体重力的关系和P＝Fv是解答本题的关键．
8．B
【详解】A D．根据公式可知，功率由做功的多少和时间的长短共同决定，做功越多的物体功率不一定越多，物体做功时间越长的功率不一定越小，故AD错误；
B．功率是表示物体做功快慢的物理量，做功越快的物体功率越大，故B正确；
C．机械效率是有用功与总功的比值，反映了机械的性能优劣，机械效率与功率大小没有直接关系，故C错误。
故选B。
9． 等臂 粗 密
【详解】[1]由图甲知，用力摁住C点打开夹子时，AC是绕着B点转动的，C点受到的力是动力，A点受到的力是阻力，所以支点是B点。由题意知，AB=BC，即动力臂等于阻力臂，所以是等臂杠杆。
[2]如图乙知，螺丝刀在作用时相当于轮轴，手柄相当于动力臂，作用在手柄上的力是动力，据杠杆的平衡条件知，在阻力和阻力臂不变时，使用手柄粗一些的螺丝刀，相当于增大动力臂，可以减少动力，即更省力。
[3]螺丝钉的螺纹的作用相当于斜面，螺纹密一些的螺丝钉，相当于在斜面的高度不变时，增大斜面的长度，起到省力的作用。
10． 2 能
【详解】[1][2]当晾衣架上升时，下面的两个滑轮与晾衣架一起上升，所以下面的两个滑轮是动滑轮；当拉着晾衣架上升时，自由端的拉力方向向左，因此此装置能改变动力的方向。
11． 丙 见解析
【详解】[1][2]可将筷子视为杠杆，当筷子倾斜时，支点为筷子与手的接触点。物体和筷子的重力为其动力，手施加给筷子的力为阻力。当筷子略有倾斜时，重心越高，动力和动力臂的乘积越大，在阻力臂不变时，阻力更大，手能够感受到倾斜的方向性更强，便于手及时调整阻力方向使筷子处于竖直平衡状态。甲重心在筷子中间，乙重心偏下，丙重心偏上。所以丙最容易保持相对稳定。
12． 10 75% 不变
【详解】[1]15N的物体和5N杠杆的重作用在杠杆中点上，动力竖直作用在杠杆的末端，两力都在竖直方向上，动力臂是阻力臂的2倍，所以动力是阻力的二分之一，则小明作用在杠杆上的拉力是
[2]动力臂是阻力臂的2倍，则动力移动的距离是阻力移动距离的2倍，所以机械效率为
[3]将杠杆从A位置匀速提升到B位置的过程，如图所示：
杠杆在水平位置时，杠杆平衡，根据杠杆平衡条件得
F×OA=G×OC
则动力
﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
当杠杆匀速提起到B点的过程中，杠杆平衡，根杠杆平衡条件得
F'×OA′=G×OC'
此时的动力
﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②C为OA的中点，且二力始终在竖直方向，所以△OBA'∽△OCC'，根据相似三角形的性质可得
所以，则拉力大小将不变。
13．(1) 运动状态 牛顿
(2) 力臂 增大 增大 大
(3) 墨子 实像
(4) 80 200 省力
【详解】（1）[1]力是有形之物开始和加快运动的原因所在，这表明力有改变物体运动状态的效果。
[2]英国物理学家牛顿总结前人经验得出：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持静止或匀速直线运动状态，即牛顿第一定律。
（2）[1]支点到力的作用线的垂线段即为力臂，“标”和“本”对应物理学中杠杆的力臂。
[2]根据杠杆平衡条件则有
权×标=重×本
所以当“权”需向A点移动才能平衡时，标变大，则说明“重”的质量增大。
[3]若把提纽的位置改到更靠近B点，本变小，标最大时，对应的重变大，则秤的量程将增大。
[4]若“权”发生磨损，对应的标变大，则测得的物重偏大。
（3）[1][2]早在两千多年前，我国古代思想家墨子就在《墨经》中论述了小孔成像等光学现象，小孔成像是由于光沿直线传播形成的，成倒立的实像。
（4）[1]拉力做的有用功为
W有用＝Gh＝2000N×0.8m＝1600J
拉力做的总功为
W总＝Fs＝1000N×2m＝2000J
斜面的机械效率为
[2]克服木箱在斜板上受到摩擦力做的额外功为
W额＝W总﹣W有用＝2000J﹣1600J＝400J
由W额＝fs可得，木箱与斜板之间的摩擦力为
[3]车子后轮在该装置中是一个轮轴，人施加在车上的推力作用在轮上，绳子上的拉力作用在轴上，并且施加在车上的推力小于绳子上的拉力，可见车子后轮是一种省力机械。
14．(1)左
(2)3
(3)②③④
(4)4
(5)
【详解】（1）将杠杆左边的螺母调至最左端，发现杠杆右侧还略向下倾斜，此时小明应继续向左调节杠杆右边的螺母，使杠杆水平并静止，达到平衡状态。
（2）根据表格数据可知，钩码的重力均为0.5N，而第三次的动力大小为0.1N，故第3次实验数据有误。
（3）当拉力的方向为竖直向上方向时，拉力的力臂最大，拉力的大小最小，为
当拉力不在竖直方向时，拉力的力臂变短，拉力将变大，故②③④符合题意，①不符合题意。
故选②③④。
（4）用筷子夹东西时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，根据表格数据可知，第4次实验中，动力臂小于阻力臂，故所属的杠杆类型与第4次实验时的杠杆类型相同。
（5）由图可知，MO′比O′N更长，MO′侧重心的位置更远，O′N侧重心的位置更近，则根据可知，O′N段更重一些。
15． 0.5 66.7 杠杆自身有重力 不能 两次实验时钩码没有挂在同一位置 一次对比实验所得结论是不可靠的 变大 见详解
【详解】（1）[1]弹簧测力计每一个大格代表1N，每一个小格代表0.1N，示数为0.5N。
[2]用杠杆提起货物，对货物做的功有用功为
W有＝Gh＝1N×0.1m＝0.1J
用杠杆提起货物，对整个杠杆做的功为总功为
W总＝Fs＝0.5N×0.3m＝0.15J
则杠杆的机械效率为
[3]用杠杆提起重物时，杠杆也会同时被提升一定高度，由于杠杆自身有一定重力，此时对杠杆做的功为额外功。
（2）[4][5][6]分析机械效率的影响因素采取控制变量法，研究提起的物重和机械效率的关系时，应保持位置不变，多次改变物重；分析多组数据，才能得出正确结论，故实验中重物位置不同，只凭一次实验数据做出结论是不科学的。
（3）[7][8]钩码的悬挂点在A点或B点时，将杠杆提升到相同位置的过程，拉力克服杠杆自身重力所做额外功是一样的，但B点物物体提升的高度更大，所做的有用功更多，根据机械效率的定义，此时的有用功占总功的比例更大，机械效率更高。故若仅将钩码从A点改挂到B点，其他因素不变，则杠杆的机械效率将变大。
16．400J ，90.9%
【详解】此过程中的有用功
W有=Gh=mgh=20kg×10N/kg×2m=400J
使用定滑轮既不省距离也不费距离，则拉力端移动的距离
s=h=2m
拉力做的总功
W总=Fs=220N×2m=440J
定滑轮的机械效率
17．920N，5m
【详解】解：由图可知，由5段绳子吊着动滑轮，拉力为
由则货物重力为
G＝5F G动总＝5×200N 40N×2＝920N
物体升高1m，则绳子自由端移动的距离为
s＝nh＝5×1m＝5m
答：货物重G是920N，物体升高1m，绳子自由端拉上5m。
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