第十二章簡單機械
一、選擇題(每題4分，共40分)
1．如圖12－z－1所示的槓桿中，屬於省力槓桿的是( )
圖12－z－1
2．如圖12－z－2所示，槓桿處於平衡狀態，下列操作中能讓槓桿繼續保持平衡的是( )
圖12－z－2
a．將左右兩邊的鉤碼均向外移動一格
b．在左右兩邊鉤碼的下方各增加乙個鉤碼，位置保持不變
c．將左右兩邊的鉤碼各去掉乙個，位置保持不變
d．將左邊的鉤碼向裡移動一格，同時將右邊的鉤碼去掉乙個並保持位置不變
3．下列關於功、功率、機械效率的說法正確的是( )
a．做功多的機器機械效率一定高 b．功率小的機器做功慢
c．機械效率高的機器功率一定大 d．功率大的機器做功時間一定短
4．為了**槓桿的平衡條件，物理老師帶來了乙個自製槓桿ab，從其上找一點c用支架支起來，如圖12－z－3所示。當小強依次在槓桿上的a1、a2、a等各點施加乙個向下的力時，發現越來越容易提起水桶。根據這一實驗現象大家提出了以下四個問題，其中最有**價值且易於**的科學問題是( )
圖12－z－3
a．水桶重和位置不變，槓桿平衡時，為什麼施力點離支點越遠就越省力？
b．水桶重和位置不變，槓桿平衡時，動力和動力臂之間存在著怎樣的關係？
c．阻力和阻力臂不變，槓桿平衡時，動力和動力臂之間存在著怎樣的關係？
d．槓桿平衡時，動力和動力臂、阻力和阻力臂之間存在著怎樣的關係？
5．利用如圖12－z－4所示的裝置估測物體重g，當槓桿平衡時，已知力f的大小為5 n，則物體重g( )
圖12－z－4
a．大於5 n b．小於5 n c．等於5 n d．無法確定
6．用如圖12－z－5所示的四種機械提起同一重物，不計機械自重和摩擦，最省力的是( )
圖12－z－5
7．某地發生**，乙個結構堅固的水塔因地基鬆軟而傾斜，為阻止水塔繼續傾斜，救援隊借助山石用鋼纜拉住水塔。下列方案中，鋼纜對水塔拉力最小的是( )
圖12－z－6
8．如圖12－z－7所示，分別用甲、乙兩個滑輪組，在5 s內將重為100 n的物體勻速提公升2 m，每個滑輪的重力均為10 n。不計繩重及摩擦，此過程中( )
圖12－z－7
a．f甲＜f乙
b．甲的機械效率小於乙的機械效率
c．f甲做的功小於f乙做的功
d．f甲做功的功率等於f乙做功的功率
9．如圖12－z－8所示，一根鐵棒在水平拉力f的作用下，以o點為轉軸，由豎直位置逆時針勻速轉向水平位置的過程中，動力f與動力臂l1的大小變化是( )
圖12－z－8
a．f增大，l1增大 b．f減小，l1減小
c．f增大，l1減小 d．f減小，l1增大
10．如圖12－z－9所示，用滑輪組提公升重物時，重200 n的物體在5 s內勻速上公升了1 m。已知拉繩子的力f為120 n，如果不計繩重及摩擦，則提公升重物的過程中( )
圖12－z－9
a．繩子自由端被拉下3 m b．動滑輪重20 n
c．滑輪組的機械效率是83.3% d．拉力f的功率是40 w
二、填空題(每空2分，共22分)
11．如圖12－z－10所示是一種拉桿式旅行箱的示意圖，使用時它相當於乙個________(選填「省力」或「費力」)槓桿。若旅行箱內裝滿物體且質量分布均勻，其總重為210 n，輕質拉桿拉出的長度是箱體長度的二分之一，要使旅行箱和拉桿構成的槓桿水平平衡，則豎直向上的拉力f為________n。
圖12－z－10
12．如圖12－z－11所示，用滑輪拉著一重為400 n的物體向上做勻速直線運動，該滑輪為________(選填「動」或「定」)滑輪，如果不計滑輪重、繩重及軸與滑輪間的摩擦，則豎直向上的拉力f＝________n。
圖12－z－11
13．如圖12－z－12所示，ab為能繞b點轉動的輕質槓桿，其中點c處用細線懸掛一重物，在a端施加乙個豎直向上、大小為10 n的拉力f，使槓桿在水平位置保持平衡，則物重g＝________n。若拉力方向始終豎直向上，將a端緩慢向上提公升一小段距離，在提公升的過程中，拉力f將________(選填「增大」「不變」或「減小」)。
圖12－z－12
14．如圖12－z－13所示，利用乙個長為1.2 m的斜面將重為45 n的物體沿斜面勻速拉到高0.4 m的高台上，斜面的機械效率為60%，則把重物拉上高台所做的有用功是________j，物體與斜面間的摩擦力是________n。
圖12－z－13
15．如圖12－z－14所示是一種塔式起重機上的滑輪組，用50 s的時間將質量為600 kg的物體勻速起吊5 m，已知滑輪組的機械效率是80%。則物體上公升的速度是________，拉力所做的功是________，拉力的功率為________w。(g取10 n/kg)
圖12－z－14
三、作圖題(共8分)
16．(4分)如圖12－z－15所示，一輕質槓桿ac可繞支點o自由轉動，在b點掛一重為g的物體。為使槓桿在水平位置保持平衡，畫出施加在槓桿上最小力f的示意圖。
圖12－z－15
17．(4分)工人站在地面上利用滑輪組把貨物提起來，請你把圖12－z－16中繩子的繞法補充完整。
圖12－z－16
四、實驗**題(共21分)
18．(12分)在「**槓桿平衡條件」的實驗中：
(1)小麗把槓桿支在支架上，調節槓桿兩端的平衡螺母，使槓桿在________位置平衡。
(2)如圖12－z－17甲所示，在槓桿右邊b處掛兩個相同的鉤碼，要使槓桿仍在水平位置平衡，應在槓桿左邊a處掛______個同樣的鉤碼。
圖12－z－17
(3)如圖乙所示，用彈簧測力計在c處豎直向上拉，當彈簧測力計逐漸向右傾斜時，槓桿仍然在水平位置平衡，彈簧測力計的拉力f________(選填「變大」 「不變」 或「變小」)，原因是
19．(9分)某實驗小組在「測定滑輪組機械效率」的實驗中得到的資料如下表所示，第1、2、3次實驗裝置分別如圖12－z－18甲、乙、丙所示。
圖12－z－18
(1)比較第1次實驗和第2次實驗可得結論：使用同樣的滑輪組，提起的物體越重，滑輪組的機械效率________。
(2)填寫第3次實驗中的機械效率。比較第2次實驗和第3次實驗可得結論：使用不同的滑輪組提公升相同的重物時，動滑輪的個數越多，滑輪組的機械效率________。
(3)如果不計繩重和摩擦，圖丙中鉤碼重為4 n時，彈簧測力計的拉力為1 n，那麼當鉤碼重為9 n時，該滑輪組的機械效率是________。
五、計算題(9分)
20. 如圖12－z－19甲所示為農民張文任栽種出的乙個超級大南瓜。為將南瓜順利裝車，村民們利用如圖乙所示的滑輪，用繩子繞製成滑輪組。
在20 s時間內，村民們用750 n的拉力將繩端沿豎直方向勻速向下拉動6 m，把南瓜提公升到1.5 m高處，此過程中滑輪組的機械效率為90%。(g取10 n/kg)
(1)按題意畫出滑輪組的繩子繞法。
(2)村民們拉動滑輪組的功率為多大？
(3)超級大南瓜的質量為多大？
圖12－z－19
詳解詳析
1．d3．b [解析] 有用功與總功的比值叫做機械效率，機械效率與做功的多少無關，故a錯誤；功率反映做功的快慢，功率大則做功快，功率小則做功慢，故b正確；機械效率與機器的功率大小沒有直接關係，故c錯誤；功率等於功和做功所用時間之比，功率大，做功多少不確定，故做功時間不確定，d錯誤。
4．c [解析] 水桶重和位置不變，即阻力和阻力臂不變，當小強依次在槓桿上的a1、a2、a等各點施加乙個向下的力時，動力臂不斷增大，發現越來越容易提起水桶，說明動力越來越小，所以根據此實驗提出的最有**價值且易於**的科學問題是：阻力和阻力臂不變，槓桿平衡時，動力和動力臂之間存在著怎樣的關係？
5．b6．d [解析] a中機械動力臂小於阻力臂，是費力槓桿；b中機械屬於等臂槓桿，不省力也不費力；c中滑輪組承擔物重的為兩股繩子，拉力為物重的[', 'altimg': '', 'w': '22', 'h':
'43', 'eqmath': ' \\f(1,2)'}]；d中滑輪組承擔物重的為3股繩子，拉力為物重的[', 'altimg': '', 'w':
'22', 'h': '43', 'eqmath': ' \\f(1,3)'}]，所以最省力。
7．b [解析] 由圖可知，水塔可以看作是乙個槓桿，支點是水塔與地面的接觸點，阻力是水塔的重力，在阻力和阻力臂不變的情況下，由槓桿的平衡條件f1l1＝f2l2可知，當鋼纜對水塔拉力的力臂最大時，拉力最小；力臂是支點到力的作用線的垂直距離，分析四個選項可知，拉力的力臂最大的是圖b，此時鋼纜對水塔的拉力最小，故選b。
8．d9．c [解析] 分析題意知，當鐵棒在水平拉力f的作用下，以o點為轉軸，由豎直位置逆時針勻速轉向水平位置的過程中，可看作槓桿，根據槓桿平衡條件列等式：g×l2＝f×l1；而槓桿在逆時針勻速轉向水平位置的過程中，鐵棒重力不變，但阻力臂l2會不斷變大，動力臂l1會逐漸變小，因此阻力和阻力臂的乘積會變大，所以動力f變大，故選c。
10．c [解析] 由圖可知，承擔物重的繩子有兩股，所以繩子自由端移動的距離：s＝2h＝2×1 m＝2 m，a選項錯誤。在不計繩重與摩擦的情況下，f＝[', 'altimg':
'', 'w': '22', 'h': '43', 'eqmath':
' \\f(1,n)'}](g＋g動)，所以動滑輪的重力：g動＝nf－g＝2×120 n－200 n＝40 n，b選項錯誤。滑輪組的機械效率：
η＝[_,w^{}_)}', 'altimg': '', 'w': '67', 'h':
'22', 'eqmath': '\\s(, \\f)(w\\s(,有),w\\s(,總))'}]＝[', 'altimg': '', 'w':
'35', 'h': '43', 'eqmath': ' \\f(gh,fs)'}]＝[', 'altimg':
'', 'w': '34', 'h': '43', 'eqmath':
' \\f(g,nf)'}]＝[', 'altimg': '', 'w': '91', 'h':
'43', 'eqmath': ' \\f(200 n,2×120 n)'}]≈83.3%，c選項正確。
繩子自由端移動的速度：v＝[', 'altimg': '', 'w':
'20', 'h': '43', 'eqmath': ' \\f(s,t)'}]＝[', 'altimg':
'', 'w': '44', 'h': '43', 'eqmath':
' \\f(2 m,5 s)'}]＝0.4 m/s，又p＝fv，則拉力f的功率：p＝fv＝120 n×0.
4 m/s＝48 w，d選項錯誤。故選c。
11．省力 70
[解析] 豎直向上的力f為動力，箱體的重力為阻力，支點在輪處，故動力臂大於阻力臂，所以是省力槓桿。
當旅行箱和拉桿構成的槓桿水平平衡時，如圖所示：
由題意知，l1＝3l2，
根據槓桿平衡條件f1l1＝f2l2，
所以豎直向上的拉力為f＝[_}_}', 'altimg': '', 'w': '38', 'h':
'57', 'eqmath': ' \\f(gl\\s(,2),l\\s(,1))'}]＝[', 'altimg': '', 'w':
'22', 'h': '43', 'eqmath': ' \\f(1,3)'}]g＝[', 'altimg':
'', 'w': '22', 'h': '43', 'eqmath':
' \\f(1,3)'}]×210 n＝70 n。
12．動 200
[解析] 由題圖所示滑輪的使用情況可判斷該滑輪為動滑輪；不計滑輪重、繩重及軸與滑輪間的摩擦，使用動滑輪能省一半力，f＝[', 'altimg': '', 'w': '22', 'h':
'43', 'eqmath': ' \\f(1,2)'}]g＝[', 'altimg': '', 'w':
'22', 'h': '43', 'eqmath': ' \\f(1,2)'}]×400 n＝200 n。
13．20 不變
[解析] (1)由圖可知，槓桿在水平位置平衡時，根據槓桿平衡條件得f·ba＝g·bc，則g＝[', 'altimg': '', 'w': '56', 'h':
'43', 'eqmath': ' \\f(f·ba,bc)'}]＝[', 'altimg': '', 'w':
'105', 'h': '43', 'eqmath': ' \\f(10 n×2bc,bc)'}]＝20 n。
(2)槓桿被拉起後，拉力的方向不變，阻力的方向不變，此時動力臂仍是阻力臂的2倍，所以動力仍是阻力的二分之一，故拉力f大小將不變。
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