第11~12章 功和机械能与简单机械过关训练（27大题型）（解析版）

第十一、十二章《功和机械能与简单机械》过关训练 （解析版） 一．力臂的画法（共2 小题） 二．杠杆的平衡条件（共3 小题） 三．探究杠杆的平衡条件（共2 小题） 四．杠杆的动态平衡分析（共2 小题） 五．杠杆中最小力的问题（共2 小题） 六．杠杆的分类（共2 小题） 七．杠杆的应用（共2 小题） 八．定滑轮及其工作特点（共2 小题） 九．滑轮组的设计与组装（共2 小题） 一十．滑轮组中的相关计算（共2 小题） 一十一．力是否做功的判断（共2 小题） 一十二．比较功的大小（共2 小题） 一十三．功的计算和公式的应用（共4 小题） 一十四．功率的概念与单位（共2 小题） 一十五．比较功率的大小（共2 小题） 一十六．功率的计算及公式的应用（共4 小题） 一十七．动能和势能的转化（共2 小题） 一十八．动能的影响因素（共2 小题） 一十九．探究影响物体动能大小的因素（共1 小题） 二十．探究影响物体势能大小的因素（共1 小题） 二十一．机械能的概念（共2 小题） 二十二．机械能的转化（共2 小题） 二十三．机械效率的概念（共2 小题） 二十四．机械效率的大小比较（共2 小题） 二十五．实验 测量滑轮组的机械效率（共3 小题） 二十六．滑轮（组）的机械效率（共3 小题） 二十七．斜面的机械效率（共3 小题） 一．力臂的画法（共2 小题） 1．（2023 春•西城区期末）如图所示，是以点为支点的杠杆，F 是作用在杠杆端的拉力。 图中线段B 与力F 的作用线在一条直线上，且B B ⊥；线段⊥。则线段 B 表示拉力F 的力臂。（选填“B”、“B”、“”、“”或“”） 【答】B 【解答】解：由图可知，B B ⊥，则B 是从支点到力F 作用线的距离，所以，线段B 表 示力F 的力臂。 故答为：B。 2．（2023 春•雁塔区校级期末）如图所示为钓鱼竿钓鱼的示意图，为支点，F1表示手对钓 鱼竿的作用力，请在图中画出动力臂l1和阻力F2的示意图。 【答】见试题解答内容 【解答】解：（1）过拉力作用点作竖直向下的拉力F2； （2）过支点作F1作用线的垂线段（即动力臂L1）。 如图所示 二．杠杆的平衡条件（共3 小题） 3．（2023 春•雨花区期末）如图所示，杠杆处于平衡，若将，B 两端各加相同质量的物体， 则（ ） ．杠杆继续平衡 B．杠杆不再平衡，端下降 ．杠杆不再平衡，B 端下降 D．无法确定 【答】 【解答】解：因为杠杆处于平衡，所以，gM1×＝gM2×B…① 当，B 两端各加相同质量的物体时，设所加物体质量是m。 杠杆左边：（M1+m）g×＝gM1×+mg×。 杠杆右边：（M2+m）g×B＝gM2×B+mg×B。 因为小于B，结合①式，可知杠杆两边力和力臂的乘积不相等，且端的力和力臂的乘积 小于B 端力和力臂的乘积。 所以，杠杆不再平衡，且B 端下降。 故选：。 4．（2023 春•黄岛区期末）杠杆是我们生活中一种常见的简单机械，如图所示，轻质杠杆 可绕点无摩擦转动，点悬挂一个重为20 的物体，B 点施加一个竖直向上的拉力F，使杠 杆在水平位置平衡，且B：＝2：3。则F＝ 30 ，将B 点沿杠杆向左移动，拉力F 将 会 变大 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答】30；变大。 【解答】解：已知G＝20，B：＝2：3， 由杠杆平衡的条件知：F×B＝G×， 变形可得：F＝ ＝ ＝30； 将B 点沿杠杆向左移动，则B 变小，而不变，G 不变，根据F×B＝G×可知，拉力F 将 会变大。 故答为：30；变大。 5．（2023 春•永川区期末）如图所示，工人利用杠杆将一桶水平移到台上的过程中，杠杆 始终保持水平，挂在端的的桶重100，桶内部底面积为1×103m2，桶内装有11×103的水， 水深1m，重600 的工作人员用绳子竖直拉住B 端并保持静止。已知工作人员双脚与地 面的接触面积为400m2，：B＝1：3。求： （1）B 端绳子受到的拉力； （2）桶底受到水的压力； （3）静止时人对地面的压强。 【答】（1）B 端绳子受到的拉力为400； （2）桶底受到水的压力为1000； （3）静止时人对地面的压强为5×103P。 【解答】解：（1）由杠杆平衡条件可得，G 总×＝F 拉×B， 则F 拉＝ ＝400； （2）水对桶底的压强：p＝ρg＝10×103kg/m3×10/kg×1m＝1×104P， 由p＝ 可得，水对桶底的压力：F＝pS＝1×104P×1×103×10 4 ﹣m2＝1000； （3）根据力的作用的相互性，绳子对人的拉力F 拉'＝F 拉＝400，人对地面的压力：F 压 ＝G F ﹣ 拉'＝600 400 ﹣ ＝200， 人对地面的压强p′＝ ＝5×103P。 故答为：（1）B 端绳子受到的拉力为400； （2）桶底受到水的压力为1000； （3）静止时人对地面的压强为5×103P。 三．探究杠杆的平衡条件（共2 小题） 6．（2023 春•东城区期末）小东在验证杠杆平衡条件时，使用的每个钩码的重力均为2， 杠杆上相邻刻线间的距离相等。如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将右端的平 衡螺母向 右 （选填“左”或“右”）端调节。杠杆水平平衡后，在杠杆上的点悬 挂了2 个钩码，如图乙所示，为使杠杆保持水平平衡，在B 点施加的最小拉力为 24 ，拉力的方向为 竖直向上 （选填“竖直向上”或“竖直向下”）。 【答】（1）右；（2）24；竖直向上。 【解答】解：（1）如图，杠杆的右端上翘，平衡螺母向上翘的右端移动，使杠杆在水 平位置平衡； （2）设杠杆一格长为L，杠杆水平平衡后，在杠杆上的点悬挂了重力均为2 钩码2 个， 杠杆会逆时针转动，为使杠杆保持水平平衡，要使在B 点施加最小拉力，则动力臂最大， 所以在B 处用弹簧测力计应竖直向上拉，根据杠杆的平衡条件可得2×2×3L＝F×5L， 故F＝24。 故答为：（1）右；（2）24；竖直向上。 7．（2023 春•随县期末）如图所示，小勇利用铁架台，带有均匀刻度的杠杆，细线，弹簧 测力计，钩码若干（每个钩码质量相同）等实验器材，探究杠杆的平衡条件。 （1）实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，则此时杠杆处于 平衡 （选填“平衡” 或“非平衡”）状态； （2）为了便于测量力臂，应使杠杆在水平位置平衡。为此，应将平衡螺母向 左 （选填“左”或“右”）调节； （3）将杠杆调成水平位置平衡后，如图乙所示，在点挂3 个钩码，则应在B 点挂2 个 钩码，才能使杠杆在水平位置保持平衡；随后两边各取下一个钩码，杠杆 左 （选 填“左”或“右”）端将下沉； （4）小勇用弹簧测力计替代钩码，在B 点竖直向下拉，然后将弹簧测力计绕B 点逆时 针旋转一小段至如图丙所示位置。在旋转过程中，要使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹 簧测力计的示数将逐渐变大，原因是 阻力和阻力臂不变，动力臂变小，动力慢慢变 大 。 【答】（1）平衡；（2）左；（3）左；（4）阻力和阻力臂不变，动力臂变小，动力慢 慢变大。 【解答】解：（1）杠杆处于静止状态或匀速转动状态是平衡状态； （2）为了便于测量力臂，应该使杠杆在水平位置平衡；如图甲所示，杠杆右端下沉， 要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向左调节； （3）两边各取下一个钩码后，2G×2L＞1G×3L，所以杠杆左端下沉； （4）弹簧测力计在B 处竖直向下拉时，拉力的方向竖直向下与杠杆垂直，动力臂等于 支点到力的作用点的距离；弹簧测力计在逐渐旋转过程中，拉力的方向不再与杠杆垂直， 动力臂变小，阻力和阻力臂不变，根据杠杆平衡条件得，动力变大，则弹簧测力计的示 数变大。 故答为：（1）平衡；（2）左；（3）左；（4）阻力和阻力臂不变，动力臂变小，动力 慢慢变大。 四．杠杆的动态平衡分析（共2 小题） 8．（2023 春•丰都县期末）如图，用一个始终与杠杆垂直的力F，把杠杆从图示位置缓慢 拉至水平的过程中，力F 的大小将（ ） ．变大 B．不变 ．变小 D．不能确定 【答】 【解答】解：使杠杆绕固定点缓慢拉至水平位置，在这个过程中，阻力为重物对杠杆的 拉力（等于重物的重力），则阻力大小不变；由题知，动力F 始终与杠杆垂直，则动力 臂L1不变（始终等于杆的长度）； 使杠杆绕固定点缓慢拉至水平位置过程中，阻力臂L2会逐渐变大，根据FL1＝GL2可知 拉力F 将变大。 故选：。 9．（2023 春•井研县期末）如图所示，杠杆处于平衡状态，若在处再加一个同样的砝码， 要使它重新恢复平衡，则必须（ ） ．在B 处加一个同样的砝码 B．将B 处的砝码移至处 ．在B 处再加一个同样的砝码后再移至处 D．B 处的砝码位置不动 【答】B 【解答】解：设一个钩码的重力为G，一格的长度为L，则处的钩码重为3G，力臂为 3L； 、当B 处钩码为4G，力臂为2L 时，3G×3L≠4G×2L，故不符合题意； B、当B 移到处时，钩码重3G，力臂为3L，3G×3L＝3G×3L，故B 符合题意； 、在B 处再加一个同样的砝码后再移至处时，钩码重4G，力臂为3L，3G×3L≠4G×3L， 故不符合题意； D、B 处的砝码位置不动，B 处钩码重3G，力臂为2L，3G×3L≠3G×2L，故D 不符合题 意； 故选：B。 五．杠杆中最小力的问题（共2 小题） 10．（2023 春•合阳县期末）如图甲所示是一款压饺子皮的工具，使用时压杆可以看作一 个杠杆。图乙是简化示意图，图中为支点，请在简化示意图上画出下压时作用在杠杆点 的最小动力F1的示意图及其动力臂l1。 【答】 【解答】解：由杠杆平衡条件F1L1＝F2L2可知，在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂 越长，动力越小；图中支点在点，因此作为动力臂最长；在压制饺子皮时，动力的方向 应该向下，过点垂直于向下作出最小动力F1的示意图，如图所示： 11．（2023 春•夏津县期末）“节约用水，人人有责”。如图甲是用水后及时关闭水龙头 时的情景，水龙头手柄看作是一个杠杆，向下按关水，请你在图乙所示的示意图中画出 阻力臂L2，并画出施加在点的最小动力F1。 【答】见试题解答内容 【解答】解：过点作阻力F2的垂线，即为阻力F2对支点的力臂L2； 根据杠杆平衡的条件，F1×L1＝F2×L2，在杠杆中的阻力、阻力臂一定的情况下，要使所 用的动力最小，必须使动力臂最长。由图可知，为最长动力臂时，动力最小，阻力的方 向已标出，所以动力的方向应该向下，连接支点与点，过点作的垂线就得到在点施加的 最小动力F1，如下图所示： 六．杠杆的分类（共2 小题） 12．（2023 春•福田区期末）公元前400 多年，墨子所著《墨经》中有大量的物理知识，其 中包括杠杆原理，比阿基米德还早两百多年。墨子将阻力臂叫“本”，动力臂叫“标”。 下列杠杆属于“本短标长”的是（ ） ． 钢丝钳 B． 食品夹 ． 钓鱼竿 D． 筷子 【答】 【解答】解：根据题意可知，“本短标长”是指动力臂长，阻力臂短，属于省力杠杆； 、钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故符合题意； B、食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B 不符合题意； 、钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故不符合题意； D、筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故D 不符合题意。 故选：。 13．（2023 春•槐荫区期末）我国古代科技著作《天工开物》里记载有“横木穿插碓头， 碓嘴为铁，足踏其末而舂之。”舂是古人巧妙应用杠杆的智慧结晶，如图甲所示，当人 用力踩横木一端时，松脚后横木绕某点转动，另一端碓头下落，击打石臼内的谷物。图 乙是用力踩在横木位置的示意图，根据此图可知：此时的舂可视为 费力 杠杆（选 填“省力”“费力”或“等臂”），碓头制成乙图中所示的形状是为了 增大 （选 填“增大”或“减小”）对谷物的压强。 【答】费力；增大。 【解答】解；（1）由图可知，为支点，舂在使用过程中，用力踩在横木位置，动力臂 小于阻力臂，是费力杠杆； （2）由图可知，碓头比较尖，是在压力一定时，通过减小受力面积，增大压强。 故答为：费力；增大。 七．杠杆的应用（共2 小题） 14．（2023 春•梁区期末）如图是某兴趣小组用轻质杆制作的杆秤，经测试发现量程偏小。 下列操作能使杆秤量程变大的是（ ） ．将点向左移 B．将b 点向右移 ．换一个质量较大的秤砣 D．将、b 点都向右移等长距离 【答】 【解答】解：、将点向左移，阻力臂增大，动力臂和动力不变，由杠杆平衡条件可知， 阻力变小，称量的最大质量变小，量程变小，故错误； B、将b 点向右移，阻力臂增大，动力不变，动力臂变小，由杠杆平衡条件可知，阻力 变小，称量的最大质量变小，量程变小，故B 错误； 、换一个质量较大的秤砣，阻力臂不变，动力变大，动力臂不变，由杠杆平衡条件可知， 阻力变大，称量的最大质量变大，量程变大，故正确； D、杆秤使用时，有G 物Lb＝G 砣L 砣，将、b 点都向右移等长距离，Lb不变，L 砣变小， G 砣不变，可见G 物变小，则所称量物体的质量变小，量程变小，故D 错误。 故选：。 15．（2022 秋•皇姑区校级期末）冰箱里的温度升高到一定程度时，温控开关会自动闭合 压缩机工作。如图为冰箱内的温控开关的部分结构图，膜盒中气体随着温度的升高受热 膨胀，胀动膜推动金属杠杆向 左 （选填“左”或“右”）转动，使触点接触，压 缩机电路开始工作制冷，当膜盒里的气体温度下降到一定程度，由于气体体积收缩，胀 动膜向右侧瘪回去，金属杠杆被弹簧向右拉动，触点又分开，制冷结束，直到下次温度 升高再重复上述过程。凸轮是设定温度的旋钮，手动旋转凸轮时，凸轮会带动连杆的上 端移动位置，从而改变弹簧上的拉力。如果将凸轮逆时针旋转，凸轮将连杆向右顶，使 得弹簧上的拉力增大，此时要将触点接通制冷，需要膜盒里面气体温度更 高 （“高”或“低”）。 【答】左；高。 【解答】解：膜盒中气体随着温度的升高受热膨胀，胀动膜推动金属杠杆向左转动。 凸轮是设定温度的旋钮，手动旋转凸轮时，凸轮会带动连杆的上端移动位置，从而改变 弹簧上的拉力。如果将凸轮逆时针旋转，凸轮将连杆向右顶，使得弹簧上的拉力增大， 此时要将触点接通制冷，需要膜盒里面气体温度更高。 故答为：左；高。 八．定滑轮及其工作特点（共2 小题） 16．（2023 春•漳州期末）如图所示，升旗时关于旗杆顶端的滑轮，下列说法正确的是（ ） ．该滑轮是动滑轮 B．可以省力 ．可以改变力的方向 D．可以省距离 【答】 【解答】解：升旗时旗杆顶端的滑轮是定滑轮，定滑轮本质上是等臂杠杆，不省力不省 距离，可以改变力的方向。故正确，BD 错误。 故选：。 17．（2023 春•定州市期末）如图所示，小宣同学利用定滑轮提起重力为200 的物体，定滑 轮本质上是 等臂 杠杆（选填“等臂”、“省力”或“费力”），他向右行走时， 物件匀速上升，绳子拉力F 的大小将 不变 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答】等臂；不变。 【解答】解：定滑轮本质上是等臂杠杆，他向右行走时，物件匀速上升，绳子拉力F 将 不变。 故答为：等臂；不变。 九．滑轮组的设计与组装（共2 小题） 18．（2023 春•禅城区期末）如图，工人在处用滑轮组提起重物B，请画出最省力的绕线方 式。 【答】 【解答】解：根据题意，滑轮组由3 段绳子承担物重最省力，需要从动滑轮上挂钩绕起。 如图所示： 19．（2023 春•铁东区期末）如图所示，站在处的小明用一根绳子和滑轮组拉斜面的物体 B，请画出滑轮组的正确绕线。 【答】 【解答】解：由图可知，小明站在处用一根绳子和滑轮组拉斜面的物体B，相当于人站 在地面上，拉力方向向下，所以从人的手开始，先绕过定滑轮，然后再依次绕过动滑轮 和定滑轮的框架钩，如图所示： 一十．滑轮组中的相关计算（共2 小题） 20．（2023 春•江油市期末）如图所示滑轮组中，动滑轮重3，重20 物体放置于粗糙水平 桌面上，当动滑轮下方的悬挂物体B 重9 时，恰好能够匀速下降。不考虑绳重和滑轮的 摩擦，对施加一个水平向左的拉力，使B 物体恰好能够匀速上升，则拉力大小为（ ） ．8 B．12 ．16 D．20 【答】 【解答】解：由图可知，通过动滑轮绳子的段数＝3。 物体B 恰好能够匀速下降时，物体处于平衡状态，受到的滑动摩擦力f 和绳子的拉力作 用处于平衡状态，二力大小相等，忽略绳重及摩擦，摩擦力f＝F'＝ （G+G 动）＝ × （9+3）＝4； 对施加一个水平向左的拉力，使B 物体恰好能够匀速上升，向左运动，摩擦力方向向右 为4，右侧绳子拉力为4 不变，根据平衡力知拉力F＝F'+f＝4+4＝8；故正确，BD 错误。 故选：。 21．（2023 春•阳西县期末）如图所示，用110 的拉力刚好可以拉动一重为300 的物体匀速 上升，不计绳重及滑轮之间的摩擦，则动滑轮所受的重力为 30 ；现用同样的滑轮 组拉动重为600 的物体上升01m，则拉力至少为 210 ，绳子末端将被拉下 03 m。 【答】30；210；03。 【解答】解：由图知道，＝3，不计绳重及滑轮之间的摩擦，由F＝ （G+G 轮）知道， 动滑轮的重力： G 轮＝3F G ﹣＝3×110 300 ﹣ ＝30； 拉动重为600 的物体时绳子自由端拉力： F′＝ （G+G 轮）＝ ×（600+30）＝210。 s＝＝3×01m＝03m。 故答为：30；210；03。 一十一．力是否做功的判断（共2 小题） 22．（2018 春•新田县期末）如图所示的情景中，人对物体做功的是（ ） ． 小车在拉力的作用下向前运动 B． 提着水桶在水平路面上匀速前进 ． 小孩推车，车未动 D． 踢出去的足球在地面上滚动一段距离 【答】 【解答】解：、小车在拉力的作用下向前运动，有力作用在小车上，小车在力的方向上 通过了距离，所以人对小车做了功，故符合题意； B、提着水桶在水平路面上匀速前进，桶所受拉力方向向上，桶在拉力的方向上没有通 过距离，所以不做功，故B 不合题意； 、小孩推车，车未动，小孩给汽车一个向前的力，但汽车在推力作用下没有移动距离， 推力对汽车不做功。故不合题意； D、踢出去的足球在地面上滚动一段距离，此时足球不再受到脚的踢力，所以人对足球 不做功，故D 不合题意。 故选：。 23．（2023 春•贵溪市校级期末）今年我市中考体育考试新增加了排球垫球项目，如图所 示为某同学考试时的垫球过程示意图。排球撞击墙壁后会反弹回来，说明力可以改变物 体的 运动状态 ；排球离开手臂上升过程中，手臂对排球 不做功 （选填“做 功”或“不做功”）。 【答】运动状态；不做功。 【解答】解：排球撞击墙壁后，受到墙壁的作用力，反弹回来，运动方向发生变化，所 以说明力可以改变物体的运动状态； 排球离开手臂上升过程中，人不再给排球施加力，所以手臂对