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第2章 机械与动力工程 能力评价
(分值：120分)
　　　　　 　　　　　　　　　　　
一、选择题(本大题有15小题，每小题2分，共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分)
1.机械的发明和使用，极大地提高了人们的工作效率。下列四种简单机械中，一定不能省力的是(　　)
A.杠杆 B.动滑轮
C.定滑轮 D.斜面
2.汽油机的效率一般为20~30%，下列选项可能符合家用轿车等热机能量流向的是(　　)
A.
B.
C.
D.
3.某款升降晾衣架如图甲所示，转动其摇把(如图乙所示)可以控制晾衣架的升降，方便拿取衣物。它的构造中包含了多个物理模型，其中晾衣架的摇把属于下列物理模型中的(　　)
　
甲 乙
第3题图
A.动滑轮 B.斜面
C.滑轮组 D.轮轴
4.踮脚是一项非常好的有氧运动，它简单易操作，不受场地和天气的限制，不仅能缓解工作疲劳，还能锻炼小腿后侧肌肉，踮脚运动的基本模型是杠杆(如图所示)，下列与踮脚类型相同的杠杆是(　　)
第4题图
A.火钳 B.核桃夹
C.钓鱼竿 D.跷跷板
5.如图所示，在推油桶上台阶时，油桶(　　)
第5题图
A.不是杠杆
B.是杠杆，支点在A点
C.是杠杆，支点在B点
D.无法判断
6.安全重于泰山，了解自行车的工作原理是安全骑行的前提。下列关于自行车的分析错误的是(　　)
A.车把是一个轮轴，能起到既省力又省距离的作用
B.捏紧刹车把手刹车，是通过增大压力来增大摩擦
C.车座做得宽大，是通过增大受力面积来减小压强
D.车架设计成三角形，有助于提高稳定性和安全性
7.涡轮发动机也是一种内燃机，其结构示意图如图所示。空气通过压缩机被压缩后进入燃烧室，与燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气向后高速喷出，会推动涡轮机旋转，剩余能量经排气管排出。其与汽油机中的做功冲程作用相同的环节发生在(　　)
第7题图
A.进气室 B.压缩室
C.燃烧室 D.排气室
8.如图所示，沿斜面向上拉一个重为10 N的物体到斜面顶端，斜面长s=5 m，高h=3 m，拉力大小为8 N，则该斜面的机械效率为(　　)
第8题图
A.62.5% B.75%
C.80% D.90%
9.在实践活动基地，同学们体验使用劳动器具。如图所示，分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400 N的箱子匀速向上提起相同的高度，甲用时为10 s，乙用时为30 s。已知每个滑轮重为20 N，忽略绳子的重力及滑轮与绳子的摩擦。下列判断正确的是(　　)
第9题图
A.使用甲方式不能省力，但能省功
B.乙方式人对绳子的拉力为220 N
C.甲方式对箱子做功比乙方式快
D.甲、乙两种方式的机械效率相等
10.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，下列说法正确的是
(　　)
第10题图
A.F的力臂变小，F的大小变大
B.F的力臂变大，F的大小变小
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
11.某兴趣小组的同学用图甲所示的装置探究“改变物体内能的方式”，向圆底烧瓶内注入适量酒精，使用打气筒向烧瓶内打气，将传感器采集的数据经电脑处理后得到如图乙所示的图像。图乙中BC段能量变化相当于热机的(　　)
第11题图
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
12.如图所示，将5块相同的大理石分两次从地面匀速提升相同的高度。若每块大理石重为G，第一次运 2块，第二次运3块，两次拉力大小分别为F1、F2，效率分别为η1、η2(小桶重、绳重及摩擦均忽略不计)，下列判断正确的是(　　)
第12题图
A.η1=η2 B.η1＜η2
C.F1=G D.F2＜1.5 G
13.重为30 N的物体A，用图甲、乙所示两种方法被提升和水平移动。若物体A在水平面上滑动时受到的摩擦力为20 N，F1=18 N，F2=8 N，物体A在5 s内匀速移动的距离均为0.3 m，则在该过程中，下列分析正确的是(　　)
第13题图
A.图甲中绳子自由端移动的速度比图乙中绳子自由端移动的速度大
B.F1做功比F2做功少
C.两种方法中所做的有用功一样多
D.两种方法中机械效率相同
14.如图为父子两人一起抬货物的示意图，F1、F2为父子两人肩膀所受压力。走在后边的儿子偷偷将货物从a位置移到b位置，则(　　)
第14题图
A.F1变大，F2变小 B.F1、F2保持不变
C.F1变大，F2变大 D.F1变小，F2变大
15.如图甲所示，重为120 N的物体A在拉力F作用下沿水平面做匀速直线运动，其路程随时间变化的图像如图乙所示。已知物体A在水平方向上受到的阻力为物重的0.1倍，滑轮组机械效率为80%，不计滑轮组和绳子的自重及滑轮的摩擦。下列分析计算正确的是(　　)
第15题图
A.10 s内，绳子自由端沿水平方向移动了4 m
B.10 s内物体A克服摩擦力做功15 J
C.在10 s内，作用在绳子自由端的拉力F为5 N
D.在10 s内，拉力F做功的功率为1.2 W
二、填空题(本大题有7小题22空，每空2分，共44分)
16.(6分)使用简单机械可以给人们的生活带来便利。
第16题图
(1)如图甲所示，旗杆的顶端安装着一个定滑轮，使用它的好处是　　。
(2)如图乙所示，把被剪物体尽量靠近剪刀的转动轴，可减小　　，剪断物体更省力。
(3)如图丙所示是用螺丝刀拧螺丝的情景，螺丝钉上螺纹　　(选填“密”或“疏”)一些的螺丝钉拧起来更省力。
17.(6分)插电式混动汽车是常见的一种新能源汽车，其驱动原理示意图如图甲所示：行驶动力可由电动机或发动机单独提供，也可以由二者同时提供。
甲
乙
第17题图
(1)当电池电量不足时，该汽车动力由发动机提供。发动机是　　(选填“外燃机”或“内燃机”)，通过燃油燃烧产生高压气体推动活塞做功，图乙中发动机产生动力的冲程的是(填字母)。
(2)汽车上坡时，将挡位切换为低速挡，以减小行驶的速度，这样做的目的是　　。
18.(6分)小金往车上装重物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去，如图所示。小金用3 m长的斜面，把120 kg的重物提高1 m，假设斜面很光滑，则需要施加的推力做功为J。若实际用力为500 N，则斜面的机械效率为，重物受到的摩擦力大小为N。(g取 10 N/kg)
第18题图
19.(6分)工厂中用来吊运货物的滑轮组如图所示。某次作业时，吊车在钢丝绳的自由端用2000 N的力将重6000 N的货物匀速竖直提升3 m，接着又在水平方向移动6 m。
第19题图
(1)吊车在水平移动货物的过程中，货物重力做的功为J。
(2)在竖直提升货物的过程中，所做的总功为　J。
(3)此滑轮组提升货物的机械效率为。
20. (4分)如图甲所示是某款学生用翻盖式课桌，抬起过程应用了杠杆原理，桌盖可绕铰链(支点O)自由转动，A点为桌盖重心位置。如图乙所示为桌盖抬起时的受力分析图，由图可知，该杠杆在三种用力方式下都属于　　(选填“省力”“等臂”或“费力”)杠杆，三种方式中，杠杆平衡时力最小的是　　。
第20题图
21.(6分)如图甲所示，滑轮组在竖直向上的拉力F作用下，将重为 105 N的物体匀速提起，在5 s时间内绳子自由端移动的距离s为3 m。图乙是滑轮组工作时的拉力F与绳子自由端移动距离s的关系图。
　
第21题图
(1)在0~5 s内，物体上升的速度是m/s。
(2)图乙中阴影部分的面积表示的物理量是　　。
(3)拉力F的功率是 W。
22.(10分)黑龙江有“中华粮仓”之称，现普遍使用收割机来收割麦子。某型号的收割机以柴油机作为动力装置，收割麦子时，收割机以2 m/s的速度匀速行驶30 min可将粮箱收满。(q柴油=5×107 J/kg， ρ柴油=0.8×103 kg/m3)
(1)若柴油机的转速为7200 r/min，则该柴油机在3 s内对外做功次，有个冲程。
(2)若收割机匀速行驶过程中受到的阻力大小恒为5×104 N，则收割机收割满一粮箱所做的功是 ，其功率是 。
(3)若收割麦子时柴油机的工作效率为40%，则收割机工作2 h要消耗柴油L。
三、实验与探究题(本大题有3小题，每空2分，共28分)
23.(8分)小明在“研究杠杆平衡条件”的实验中所用的实验器材有：刻度均匀的杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的0.5 N重的钩码若干个。
　　
甲 乙 丙
第23题图
(1)实验前，杠杆静止如图甲所示，则可以判断此时的杠杆　　(选填“处于”或“不处于”)平衡状态。
(2)实验时应调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，此操作除了可以消除杠杆自重对杠杆平衡的影响，还有另一个好处是　　。
(3)在图乙中的A点悬挂4个钩码，要使杠杆仍保持水平位置平衡，则B点弹簧测力计的读数应该是N。
(4)在实验操作过程中，小明拉动杠杆使其从水平位置慢慢转过一定角度，如图丙所示。此过程中，竖直的弹簧测力计拉力大小　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
24.(12分)为了探究影响斜面机械效率的因素，小金准备了三个质量不同的木块、三条长度相同但粗糙程度不同的长木板、刻度尺等器材。请回答下列问题。
(1)实验器材中没有列出的是　　。
(2)小金利用三个质量不同的木块和一块长木板，设计了如图所示的实验装置，并按图正确完成了实验，相关实验数据和计算结果如表所示。
第24题图
测量 次数 物重 G/N 斜面高 h/m 沿斜面的 拉力F/N 斜面长 L/m 有用功 W有 /J 总功 W总 /J 机械效 率η
1 1.5 0.1 0.6 0.4 0.15 0.24 62.5%
2 3 0.1 1.2 0.4 0.3
3 6 0.1 2.4 0.4 0.6 0.96 62.5%
①请将表格中第2次测量时的数据补充完整。
②分析实验过程和数据，可知该实验是在探究斜面的机械效率与　　的关系，第3次实验中物体受到的摩擦力为N。
(3)利用上述实验器材，还可以探究斜面的机械效率与　　的关系。
25.(8分)某小组通过实验测量如图甲所示滑轮组的机械效率，记录数据如表所示。
　
第25题图
滑轮组 钩码总 重G/N 钩码提升 高度h/m 拉力F/N 拉力移动的 距离s/m 滑轮组的机 械效率η
甲 1 0.1 0.6
(1)在表中空白处填上正确的答案。(保留一位小数)
(2)若在图甲实验装置的基础上，减少一只钩码，再测出滑轮组的机械效率，则机械效率比原来　　(选填“大”或“小”)。
(3)(2分)若要进一步探究滑轮组的机械效率是否与滑轮组的绳子绕法有关，在图乙中画出滑轮组和绳子的绕法。
四、综合题(本大题有2小题，共18分)
26.(8分)十八世纪，瓦特改良的冷凝器蒸汽机，推动了人类第一次工业革命。如图为利用瓦特蒸汽机提升物体的工作示意图，蒸汽机的工作原理为：打开阀门A、关闭阀门B，高压蒸汽进入汽缸，推动活塞上行。当活塞到达汽缸顶部时，关闭阀门A、打开阀门B，蒸汽进入冷凝器，汽缸内压强减小，活塞下降。如此循环往复。
第26题图
(1)(2分)蒸汽机活塞上行过程与汽油机的　　冲程相似。
(2)(2分)蒸汽机活塞往复运动，通过杠杆和定滑轮对重物做功。若物体重为2000 N，要提起物体，活塞上至少需要受到蒸汽的压力为多少？
(3)(4分)蒸汽机工作时，重2000 N的物体上升0.3 m，消耗煤炭质量0.1 g。则蒸汽机对物体做功的效率为多少？(煤炭热值为3×107 J/kg)
27.(10分)如图甲所示的装置，A是重15 N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100 N和50 N。质量为50 kg的小张将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所示，忽略绳重及摩擦。
第27题图
(1)(2分)动滑轮的重力为N。
(2)(2分)第2 s内拉力F的功率为W。
(3)(3分)现有重85 N的物体，小张能否成功将其运送？请用计算说明。
(4)(3分)此装置提升重物的最大机械效率为多少？
参考答案
第2章 综合能力评价
选择题（1~15）1.C　2.D　3.D　4.B　5.C　6.A　7.C　8.B　9.C　10.B　11.C　12.B　13.D　14.D　15.C
16.（1）改变力的方向　（2）阻力臂　（3）密
17.（1）内燃机；C　（2）增大爬坡的牵引力
18.推力做功 1200 J；斜面机械效率 80%；摩擦力 100 N
19.（1）0 J　（2）2.4×104 J　（3）75%
20.三种方式都属于省力杠杆；力最小的方式是 F2
21.（1）0.2 m/s　（2）总功　（3）30 W
22.（1）180 次；720 个冲程　（2）1.8×108 J；1×105 W　（3）45 L
23.（1）处于　（2）便于测量力臂　（3）1 N　（4）不变
24.（1）弹簧测力计　（2）第2次：f＝0.48 N，η＝62.5%；该实验探究斜面机械效率与物重的关系；第3次摩擦力 0.9 N　（3）斜面粗糙程度
25.（1）第1次 0.2 m/s、η 83.3%　（2）小　（3）如答图所示
26.（1）做功　（2）由杠杆平衡 F2·2L＝G·L，G＝2000 N，故 F2＝2000 N；活塞端需蒸汽压力 F1＝＝1000 N　（3）W有＝Gh＝2000 N×0.3 m＝600 J；Q＝mq＝0.1×10－3 kg×3×107 J/kg＝3000 J；η＝×100%＝20%
27.（1）5 N　（2）40 W　（3）FB＝85 N＋15 N＝100 N（绳 B 能承受）；FC＝＝＝52.5 N＞50 N，绳 C 不能承受，故小张不能成功运送　（4）以 C 处最大拉力 50 N 为准，B 处 F_B＝2×50 N－5 N＝95 N，G_物＝95 N－15 N＝80 N；最大机械效率 η＝G_物∶(2F_C)＝×100%＝80%
解析
4.【解析】 踮脚时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆；火钳动力臂明显小于阻力臂为费力杠杆；核桃夹动力臂大于阻力臂为省力杠杆；钓鱼竿动力臂小于阻力臂为费力杠杆；跷跷板为等臂杠杆，故选 B（核桃夹）。
16.【解析】 第16(3)题：螺丝钉上的螺纹相当于斜面，螺纹密一些的螺丝钉相当于增加了斜面的长度，拧起来更省力。

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