簡(jiǎn)單機(jī)械功和功率教師版

簡(jiǎn)單機(jī)械、功和功率1.(2022麗水,15,3分)如圖是某興趣小組用輕質(zhì)桿制作的桿秤,經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)量程偏小。下列操作能使桿秤量程變大的是(D)A.將a點(diǎn)向左移B.將b點(diǎn)向右移C.換一個(gè)質(zhì)量較小的秤砣D.將a、b點(diǎn)都向左移等長(zhǎng)距離解析將a點(diǎn)左移,阻力臂增大,動(dòng)力臂和動(dòng)力不變,由杠桿平衡條件可知,阻力變小,稱(chēng)量的最大質(zhì)量變小,量程變小,故A錯(cuò)誤;b點(diǎn)向右移,阻力臂變大,動(dòng)力不變,動(dòng)力臂變小,由杠桿平衡條件可知,阻力變小,稱(chēng)量的最大質(zhì)量變小,量程變小,故B錯(cuò)誤;換一個(gè)質(zhì)量較小的秤砣,動(dòng)力變小,動(dòng)力臂不變,阻力臂不變,由杠桿平衡條件可知,阻力變小,稱(chēng)量的最大質(zhì)量變小,量程變小,故C錯(cuò)誤;將a、b點(diǎn)都向左移等長(zhǎng)距離后,阻力臂不變,動(dòng)力臂變大,動(dòng)力不變,由杠桿平衡條件可知,阻力變大,所以稱(chēng)量物體的質(zhì)量變大,量程變大,故D正確;故本題應(yīng)選D。2.(2022湖州,12,3分)圖為小明同學(xué)用老虎鉗剪鋼絲時(shí)的情景,該老虎鉗鋒利的刀口(C)A.動(dòng)力臂大于阻力臂;把刀口制得很鋒利,是為了增大壓力B.動(dòng)力臂小于阻力臂;把刀口制得很鋒利,是為了增大壓力C.動(dòng)力臂大于阻力臂;把刀口制得很鋒利,是為了增大壓強(qiáng)D.動(dòng)力臂小于阻力臂;把刀口制得很鋒利,是為了增大壓強(qiáng)解析老虎鉗屬于省力杠桿,所以動(dòng)力臂大于阻力臂;把刀口制得很鋒利,是通過(guò)減小受力面積來(lái)增大壓強(qiáng),C正確,A、B、D錯(cuò)誤,故本題應(yīng)選C。3.(2022紹興,12,4分)小敏在做“研究杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)時(shí),先后出現(xiàn)杠桿右端下降的現(xiàn)象。為使杠桿水平平衡,下列操作正確的是(A)甲乙A.圖甲中平衡螺母向左調(diào)節(jié);圖乙中右側(cè)鉤碼向左移動(dòng)B.圖甲中平衡螺母向左調(diào)節(jié);圖乙中右側(cè)鉤碼向右移動(dòng)C.圖甲中平衡螺母向右調(diào)節(jié);圖乙中左側(cè)鉤碼向左移動(dòng)D.圖甲中平衡螺母向右調(diào)節(jié);圖乙中左側(cè)鉤碼向右移動(dòng)解析圖甲中右端下沉,可將平衡螺母向左調(diào)節(jié);圖乙中右端下沉,可將左端鉤碼左移或右端鉤碼左移;A正確,B、C、D錯(cuò)誤。故本題應(yīng)選A。4.(2022金華,29,7分)項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組在使用密度計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)了由于刻度不均勻,估讀時(shí)誤差較大,由此準(zhǔn)備制作一個(gè)刻度均勻的密度計(jì)?！拘〗M討論】液體密度計(jì)是根據(jù)排開(kāi)液體的體積變化判斷密度大小;根據(jù)密度公式ρ=mV,【查閱資料】桿秤是我國(guó)古老的質(zhì)量稱(chēng)量工具(如圖甲),刻度是均勻的。使用時(shí)先把被測(cè)物體掛在秤鉤處,提起秤紐,移動(dòng)秤砣,當(dāng)秤桿在水平位置平衡時(shí),秤砣懸掛點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值即為物體的質(zhì)量。圖甲圖乙圖丙(1)桿秤的工作原理是杠桿平衡原理(或F1·l1=F2·l2)。

【產(chǎn)品制作】器材:木棒、塑料杯、細(xì)線(xiàn)、刻度尺、金屬塊(代替秤砣)。步驟:①模仿桿秤結(jié)構(gòu),用杯子代替秤鉤,先自制一根無(wú)刻度“密度秤”;②杯中不加液體,提起秤紐,移動(dòng)秤砣,當(dāng)秤桿在水平位置平衡時(shí)(如圖乙),將此時(shí)秤砣的懸掛點(diǎn)A標(biāo)記為“0”刻度;③杯中加水至a處,提起秤紐,移動(dòng)秤砣,當(dāng)秤桿在水平位置平衡時(shí),將此時(shí)秤砣的懸掛點(diǎn)B標(biāo)記為“?”刻度(單位g/cm3);

④以AB兩點(diǎn)之間長(zhǎng)度的1/10為標(biāo)準(zhǔn),在整根秤桿上均勻地標(biāo)上刻度。(2)在制作過(guò)程中,秤桿出現(xiàn)左低右高現(xiàn)象(如圖丙),要調(diào)至水平位置平衡,秤砣應(yīng)往右側(cè)移動(dòng)。

(3)步驟③中,秤砣懸掛點(diǎn)B標(biāo)記的刻度值應(yīng)為1.0(或1)。

【產(chǎn)品檢驗(yàn)】用多種密度已知的液體對(duì)“密度秤”刻度準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)?！井a(chǎn)品升級(jí)】(4)為了制作出精確度更高的“密度秤”,下列改進(jìn)措施可行的是AB。

A.把秤紐位置往遠(yuǎn)離秤鉤一側(cè)移動(dòng)B.減小秤砣的質(zhì)量C.減少加入杯中的液體體積D.換用更細(xì)的秤桿解析(1)見(jiàn)答案;(2)丙圖秤砣力臂小,故秤砣向右移適當(dāng)位置,可使秤桿水平平衡;(3)杯中加的是水,故秤桿平衡時(shí),掛點(diǎn)B處標(biāo)水的密度,即1g/cm3;(4)制作出精確度更高的“密度秤”,可增大秤砣力臂或減小秤砣質(zhì)量,A、B正確。5.(2020杭州,34,6分)桿秤是一種用來(lái)測(cè)量物體質(zhì)量的工具。小金嘗試做了如圖所示的桿秤。在秤盤(pán)上不放重物時(shí),將秤砣移至O點(diǎn)提紐處,桿秤恰好水平平衡,于是小金將此處標(biāo)為0刻度。當(dāng)秤盤(pán)上放一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體時(shí),秤砣移到B處,恰好能使桿秤水平平衡,測(cè)得OA=5cm,OB=10cm。(1)計(jì)算秤砣的質(zhì)量。(2)小金在B處標(biāo)的刻度應(yīng)為2kg。若圖中OC=2OB,則C處的刻度應(yīng)為4kg。

(3)當(dāng)秤盤(pán)上放一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體時(shí),若換用一個(gè)質(zhì)量更大的秤砣,移動(dòng)秤砣使桿秤再次水平平衡時(shí),其讀數(shù)<(選填“<”或“>”)2kg,由此可知一桿桿秤不能隨意更換秤砣。

答案(1)1解析(1)根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2和受力分析,得m1gl1=m2gl2,即m1l1=m2l2,2kg×5cm=m2×10cm,解得m2=1kg。(2)當(dāng)秤盤(pán)上放一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體時(shí),秤砣移到B處,恰好能使桿秤水平平衡,所以在B處標(biāo)的刻度應(yīng)為2kg;秤砣在C處時(shí)桿秤恰好水平平衡,設(shè)此時(shí)秤盤(pán)上放的物體質(zhì)量為m,根據(jù)杠桿平衡條件和受力分析得mg×l1=m2g×OC,即mg×l1=m2g×2OB,將l1=5cm,OB=10cm,m2=1kg代入,解得m=4kg,即C處刻度應(yīng)為4kg。(3)根據(jù)杠桿平衡條件和受力分析得mg×OA=m2g×l,現(xiàn)在m、OA不變,m2變大,則l減小,所以讀數(shù)小于2kg。解題關(guān)鍵(1)秤盤(pán)上放一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體時(shí),秤砣移到B處,恰好能使桿秤水平平衡,根據(jù)杠桿平衡條件和受力分析計(jì)算秤砣的質(zhì)量;(2)根據(jù)杠桿平衡條件和受力分析,有m物×5cm=1kg×l,OB=10cm,OC=20cm,據(jù)此可得出對(duì)應(yīng)被稱(chēng)物體的質(zhì)量,標(biāo)出B處和C處的刻度;(3)根據(jù)杠桿平衡條件和受力分析,列出表達(dá)式,找出不變的量和變化的量,代入公式,判斷出力臂的變化。6.(2021湖州,26,7分)下列是某科學(xué)研究小組探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)過(guò)程:(本實(shí)驗(yàn)均使用輕質(zhì)杠桿)實(shí)驗(yàn)1:在直杠桿水平平衡時(shí)(如圖甲所示)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄多組數(shù)據(jù)。得出:F1×s1=F2×s2(注:s1和s2分別表示支點(diǎn)O到F1和F2的作用點(diǎn)的距離)。在直杠桿傾斜平衡時(shí)(如圖乙所示)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),也得到了同樣的結(jié)論。甲乙丙該結(jié)論適用于所有平衡時(shí)的杠桿嗎?實(shí)驗(yàn)2:科學(xué)研究小組用一側(cè)彎曲的杠桿進(jìn)行如圖丙所示的實(shí)驗(yàn),移動(dòng)鉤碼,改變鉤碼數(shù)量,記錄數(shù)據(jù)如表,分析表格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)上述結(jié)論并不成立,但發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的等量關(guān)系,即:。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)F1/Ns1/cmF2/Ns2/cml2/cm11.010.00.521.320.121.520.01.031.729.832.030.02.525.524.0s和l(支點(diǎn)到力的作用線(xiàn)的距離)這兩個(gè)量在研究杠桿平衡條件時(shí),哪個(gè)量才是有價(jià)值的呢?研究小組的同學(xué)觀察到:支點(diǎn)到F1的作用點(diǎn)的距離(s1)與支點(diǎn)到F1的作用線(xiàn)的距離(l1)是相等的。研究小組的同學(xué)又進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)3:①移動(dòng)鉤碼,使杠桿,并使杠桿處于平衡狀態(tài)。

②記錄F1、s1、l1和F2、s2、l2。③改變鉤碼數(shù)量,移動(dòng)鉤碼,記錄杠桿處于平衡時(shí)的多組F1、s1、l1和F2、s2、l2。④分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出彎杠桿的平衡條件。最后,通過(guò)科學(xué)思維,得出所有杠桿的平衡條件都是:F1×l1=F2×l2。杠桿的平衡條件可用于解釋許多杠桿應(yīng)用,如用圖1方式提升物體比用圖2方式省力,就可用杠桿的平衡條件作出合理解釋。圖1圖2請(qǐng)回答:(1)在研究一側(cè)彎曲的杠桿時(shí),發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新的等量關(guān)系是F1×s1=F2×l2。

(2)將實(shí)驗(yàn)3中的①填寫(xiě)完整。傾斜或轉(zhuǎn)動(dòng)

(3)“支點(diǎn)到力的作用線(xiàn)的距離”在科學(xué)上被稱(chēng)為力臂。通過(guò)探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn),使我們深深認(rèn)識(shí)到建立這一科學(xué)量的價(jià)值。

(4)用圖1方式提升物體比用圖2方式省力的原因是圖1的動(dòng)力臂大于阻力臂而圖2的動(dòng)力臂等于阻力臂。

解析(1)分析表格數(shù)據(jù)即可得到F1×s1=F2×l2;(2)實(shí)驗(yàn)3是在發(fā)現(xiàn)s1=l1的基礎(chǔ)上再進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),故實(shí)驗(yàn)3需進(jìn)行s1≠l1的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,使杠桿傾斜或轉(zhuǎn)動(dòng),并最終處于平衡狀態(tài);(3)力臂是指支點(diǎn)到力的作用線(xiàn)的距離;(4)圖1是動(dòng)力臂等于2倍阻力臂的省力杠桿,圖2是動(dòng)力臂等于阻力臂的等臂杠桿。7.(2021杭州,34,6分)已知一根質(zhì)量分布均勻的圓柱體木料質(zhì)量為60kg,體積為0.1m3。(g取10N/kg)問(wèn):(1)此木料的密度為多少?(2)如圖所示,甲、乙兩人分別在A點(diǎn)和B點(diǎn)共同扛起此木料并恰好水平,其中AO=BO,O為木料的中點(diǎn)。求此時(shí)乙對(duì)木料的作用力大小。(3)若在(2)中當(dāng)乙的作用點(diǎn)從B點(diǎn)向O點(diǎn)靠近時(shí),請(qǐng)列式分析此過(guò)程中甲對(duì)木料作用力大小變化情況。答案解:(1)ρ=mV=(2)G=mg=60kg×10N/kg=600N以A為支點(diǎn),根據(jù)杠桿平衡條件:F1l1=F2l2由受力分析得:F乙×AB=G×AO即:F乙=G×OAAB=0.(3)當(dāng)乙的作用點(diǎn)向O點(diǎn)靠近時(shí),此時(shí)作用點(diǎn)記為B'以A為支點(diǎn),根據(jù)杠桿平衡條件:F1l1=F2l2由受力分析得:F乙×AB'=G×AO即:F乙=G因?yàn)锳B'減小,而G×AO不變,所以F乙變大而F乙+F甲=G,所以F甲變小8.(2022臺(tái)州,35,8分)圖甲是一種太陽(yáng)能“擺葉花”,其擺動(dòng)原理如圖乙所示。塑料擺葉AOB是硬質(zhì)整體,由擺桿OB和葉瓣OA組成,可視為繞固定點(diǎn)O自由轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿。甲乙(1)圖乙為斷電靜止時(shí)的狀態(tài),葉瓣OA重0.04牛,C是其重力作用點(diǎn)。擺桿OB質(zhì)量不計(jì),B端固定著一塊小磁鐵,C、O、D在同一水平線(xiàn)上。求磁鐵受到的重力是多少牛?(2)線(xiàn)圈E有電流時(shí),推動(dòng)磁鐵向左上方運(yùn)動(dòng),則線(xiàn)圈E上端的磁極是南(或S)極。

(3)線(xiàn)圈E推動(dòng)磁鐵向左上方運(yùn)動(dòng),使擺葉AOB順時(shí)針小幅擺動(dòng)后,立即斷電,擺葉AOB會(huì)自動(dòng)逆時(shí)針擺回來(lái)。請(qǐng)利用杠桿知識(shí)對(duì)上述現(xiàn)象作出分析。答案(1)0.12N(3)擺動(dòng)后,力臂l1變小,力臂l2變大,則F1l1<F2l2,擺葉AOB會(huì)逆時(shí)針自動(dòng)擺回來(lái)。解析(1)解:擺葉AOB可視為杠桿,此時(shí)l1=OC=4.5cm,l2=OD=1.5cm,F1=G葉瓣=0.04N,根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2得:0.04N×4.5cm=F2×1.5cm,故F2=0.12N,G磁=F2=0.12N。9.(2022杭州,18,3分)現(xiàn)有甲、乙、丙三個(gè)質(zhì)量不同的物體(m甲>m乙>m丙),在相等的恒力F作用下,分別在水平方向、沿斜面向上、豎直方向通過(guò)了相等的距離s,如圖所示。F在三種情況下做的功分別為W甲、W乙、W丙,三者大小判斷正確的是(C)A.W甲>W乙>W丙B.W甲<W乙<W丙C.W甲=W乙=W丙D.W甲=W乙<W丙解析甲、乙、丙三個(gè)物體在相等的恒力F作用下,分別通過(guò)了相等的距離s,根據(jù)W=Fs得:W甲=W乙=W丙。A、B、D錯(cuò)誤,C正確。故本題應(yīng)選C。10.(2022紹興,22,6分)長(zhǎng)度均為20厘米的相同均質(zhì)木塊A、B平放在水平桌面上,從圖示位置開(kāi)始推木塊,當(dāng)F為3牛時(shí),木塊靜止;當(dāng)F為6牛時(shí),木塊A、B開(kāi)始沿桌面做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),2秒后木塊A掉落;繼續(xù)推木塊B使其仍做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)直到掉落。(1)推力為3牛時(shí),AB整體受到摩擦力為3牛。

(2)木塊A在桌面上勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小為0.05米/秒。

(3)從開(kāi)始推動(dòng)到木塊B掉落的過(guò)程中,推力共做功1.2焦。

解析(1)推力為3N時(shí),物體處于靜止,受力平衡,摩擦力等于推力,大小為3N;(2)A中點(diǎn)過(guò)桌子邊緣后,A掉下,此時(shí)A滑動(dòng)距離為s=12L=10cm,所以A滑動(dòng)速度v=st=10cm2s=5cm/s=0(3)從開(kāi)始到A掉落時(shí),推力做功W1=Fs=6N×0.1m=0.6J,A掉落后,B仍勻速運(yùn)動(dòng),壓力減半,滑動(dòng)摩擦力也變?yōu)樵瓉?lái)的一半,所以此時(shí)推力F'=12F=3N,B重心過(guò)桌面邊緣時(shí),B掉落,移動(dòng)距離s'=20cm=0.2m,W2=F's'=3N×0.2m=0.6J。所以整個(gè)過(guò)程推力做功W=W1+W2=1.2J11.(2021紹興,20,6分)我國(guó)古代記錄傳統(tǒng)手工技術(shù)的著作《天工開(kāi)物》里記載了一種搗谷用的舂,“橫木穿插硾頭,硾嘴為鐵,足踏其末而舂之”,如圖甲所示。若硾頭質(zhì)量為20千克,不計(jì)橫木的重力和摩擦,g取10N/kg。(1)圖乙為腳用力向下踩舂時(shí)在某一位置的示意圖,O點(diǎn)為支點(diǎn),F2為阻力,請(qǐng)?jiān)趫D中作出阻力臂,此時(shí)舂屬于費(fèi)力(選填“省力”“等臂”或“費(fèi)力”)杠桿。

(2)若每次硾頭上升的高度為0.6米,1分鐘撞擊臼中的谷粒20次,則人克服硾頭重力做功的功率為40瓦。

答案(1)如圖所示解析(1)力臂為支點(diǎn)到力的作用線(xiàn)的距離;由圖及杠桿平衡條件可得:阻力臂大于動(dòng)力臂,則阻力小于動(dòng)力,此杠桿為費(fèi)力杠桿;(2)P=Wt=20mg?12.(2022溫州,20,4分)如圖是小明在做俯臥撐和引體向上的鍛煉場(chǎng)景。甲乙(1)圖甲中小明靜止時(shí)地面對(duì)雙手的支持力為F1,圖乙中小明靜止懸掛在單杠上時(shí),單杠對(duì)他的作用力為F2,則F1小于F2(選填“大于”“小于”“等于”)。

(2)重為600牛的小明按圖乙做一個(gè)引體向上,需克服自身重力做功約為420焦。

(3)運(yùn)動(dòng)時(shí),人體產(chǎn)熱增加,散熱也加快,使體溫維持穩(wěn)定。寫(xiě)出此時(shí)散熱的一種方式:汗液蒸發(fā)散熱(或皮膚直接散熱)。

解析(1)俯臥撐時(shí),地面對(duì)雙手、雙腳的支持力等于人的重力,所以F1<G;引體向上時(shí),單杠對(duì)雙手的支持力等于人的重力,所以F2=G;故F1小于F2。(2)W=GH=600N×0.7m=420J。(3)見(jiàn)答案。13.(2021嘉興,29,7分)健康的生活既要注意平衡膳食,還要積極參加體育鍛煉。如圖所示為可調(diào)式握力器,可用于鍛煉手部肌肉。鍛煉時(shí)只要抓住左手柄,用力抓緊使其碰觸右手柄上的計(jì)數(shù)按鈕,即算完成一個(gè)握力動(dòng)作。(1)握力器的力度可以通過(guò)使用調(diào)節(jié)器移動(dòng)彈簧下端的位置來(lái)改變?，F(xiàn)在需要將力度調(diào)小,則應(yīng)該將彈簧下端向右(選填“左”或“右”)移。

(2)小嘉用平均大小為500牛的力抓握力器的手柄,使手柄在力的方向上移動(dòng)6厘米完成一個(gè)握力動(dòng)作,則做功多少焦?(3)小嘉飲用一罐凈含量為330毫升的可樂(lè)后,獲得的能量為540千焦。若獲得能量的10%用于握力做功,則消耗這些能量需要完成多少個(gè)題(2)中的握力動(dòng)作?答案(2)30J(3)1800解析(1)將握力器看成支點(diǎn)為O點(diǎn)的杠桿,由杠桿平衡條件得:力度調(diào)小即動(dòng)力變小。動(dòng)力臂不變,阻力不變,所以阻力臂變小,故彈簧下端向右移。(2)W=Fs=500N×0.06m=30J。(3)N=540×103J×10%30J14.(2022麗水,31,8分)如圖甲是清代的手持消防水槍,它在消防滅火中發(fā)揮過(guò)一定作用,其部分結(jié)構(gòu)如圖乙;槍身由內(nèi)外兩個(gè)套筒組成,外筒底部是進(jìn)水口,內(nèi)筒頂端是噴水口、底部有活塞。使用時(shí)將進(jìn)水口浸沒(méi)在水