第九章机械和功
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．水龙头手柄可视为下图所示的杠杆，O为支点，F为阻力，分别用力沿a、b、c、d方向都可以关闭水龙头，则用力最小时的方向是（ ）
A．a B．b C．c D．d
2．为了拔除外来入侵物种“一枝黄花”，农业专家自制轻质拔草器，如图所示，将拔草器左下端的叉子插入植株根部，用手对拔草器施力，可将植株连根拔起。若拔同一植株，手施力最小的是（ ）
A． B．
C．
D．
3．引体向上是体育课健身项目之一，小明在30s内完成9个标准的引体向上，他引体向上的功率约为（ ）
A．6W B．60W C．600W D．6000W
4．如图所示，在“探究动滑轮工作特点”的实验中，滑轮第一次受到的作用，第二次受到竖直向上的作用，物体都被匀速向上提起。已知物体的重力为，若不计摩擦和绳重，则下列说法正确的是（ ）
A．该实验中，需要测量的物理量只有物重和弹簧测力计示数F
B．
C．的力臂大小为2r
D．
5．用不可伸长的轻绳按图甲、乙两种方式将重力为10N的物体匀速提升10cm。下列说法正确的是（ ）
A．一定为10N B．一定小于10N
C．图甲中绳子自由端移动10cm D．图乙中绳子自由端移动5cm
6．工人用相同且较轻的滑轮以如图所示的甲、乙两种方式把同一重物竖直匀速提升相同高度。若不计绳重、滑轮重、摩擦和空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．甲方式中工人所用拉力等于乙方式中工人所用拉力
B．甲方式中工人所用拉力小于乙方式中工人所用拉力
C．甲方式中绳端移动的距离比乙方式中绳端移动的距离小
D．提升重物过程中，甲、乙方式中工人对地面的压力都减小
7．探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度的关系，如表所示，实验数据记录表。下列说法中，错误的一项是（ ）
实验次数 斜面倾斜程度 木块重力G/N 斜面高度h/m 拉力F/N 斜面长度S/m 机械效率η%
1 较滑 3 0.2 1.6 1 37.5
2 较陡 3 0.4 2 1 60
A．使用斜面运送货物时可以省力
B．使用斜面运送货物要费距离
C．当斜面的拉力一定时，斜面倾斜程度越陡，斜面的机械效率越高
D．斜面不可以省功
8．已知甲物体在光滑的斜面上运动，乙物体在粗糙的水平面上运动，丙物体在光滑的水平面上运动，现用相同大小的推力F分别使甲、乙、丙三个物体沿力的方向移动相同的距离s，三次推力所做的功分别是W甲、W乙、W丙，则三者的大小关系是（ ）
A．W甲>W乙=W丙 B．W甲>W乙>W丙
C．W甲=W乙=W丙 D．W甲
A． B． C． D．
10．关于杠杆，下列说法正确的是（ ）
A．杠杆一定是一根直的硬棒
B．杠杆一端转动的点，叫做支点
C．力臂可能在杠杆上也可能不在杠杆上
D．杠杆上的动力一定与杠杆的阻力方向相反
二、填空题
11．质量为1.5t的汽车以20m/s的速度在水平路面上沿直线匀速行驶5min，汽车行驶时所受阻力为车重的0.2倍，则牵引力为 N，这段时间内牵引力做功的功率为 W，重力做的功为 J。（取g=10N/kg）
12．在水平桌面上放一个200N的重物，现用如图所示装置将物体匀速拉动，物体与桌面的摩擦力是48N，不考虑滑轮重力和滑轮与绳间摩擦，水平拉力F为 N。若绳子自由端移动速度为0.9m/s，则物体移动速度为 。
13．功率是表示物体 的物理量，功率大的机械做功 快，做功 多（后两空选填“一定”或“不一定”）。
14．建立物理模型是物理学研究问题的一种重要方法，例如：研究平静水面产生的反射现象时，可以将水面看成是平面镜。同理，定滑轮可以看成是 （选填“省力杠杆”“费力杠杆”或“等臂杠杆”）。
15．甲机器的功率比乙机器的功率大，表示甲机器做功比乙机器 。某机器的功率是1.5kW，表示的物理意义是 。
16．如图所示，轻质杠杆AOB以O为支点，AB=3OB，物体C重800N，底面积为，在杠杆A端与物体C的上表面中点用一根轻质硬棒连接。当在B端用50N的动力F竖直向上拉时，杠杆在水平位置平衡，该杠杆为 杠杆，此时物体C对水平地面的压强是 Pa。
三、作图题
17．画出用如图所示的滑轮所组成滑轮组的最省力的绕绳方法。
四、实验题
18．在探究“滑轮组机械效率”时，小强利用两组滑轮组进行了4次测量：用一个动滑轮和一个定滑轮测得前3组数据，用两个动滑轮和两个定滑轮测得第4组数据，如表：
实验次数 物重G物/N 动滑轮重G动/N 钩码上升的高度h/m 动力F/N 动力作用点移动的距离s/m 滑轮组的机械效率%
1 1 0.5 0.1 0.7 0.3 47.6
2 2 0.5 0.1 1.1 0.3 60.6
3 4 0.5 0.1 2 0.3
4 4 1 0.1 0.5 50.0
（1）在实验中，测量绳端拉力F时，应尽量 向上拉动弹簧测力计；
（2）如果弹簧测力计在静止时读数，测得的滑轮组机械效率会 （选填“变大”、“变小”或“不变”）；
（3）请计算出第3组实验中克服摩擦力所做的额外功 J。
五、综合题
19．发动机是汽车的核心部件，某汽车发动机是以92号汽油为燃料的内燃机。在某次测试中，汽车在1.5×103s内于水平路面上匀速行驶4.6×104m，该过程中汽车的牵引力为3000N，汽车消耗汽油12kg，汽油的热值为4.6×107J/kg。
（1）汽车的内燃机一个工作循环的四个冲程如图所示，图中四个冲程的顺序是（按序填写序号）；
（2）匀速行驶过程中，牵引力做的功及功率为多少；
（3）汽油完全燃烧所能释放的能量转化为汽车克服阻力做功的效率是多少？
六、计算题
20．一辆汽车，车和货共重60000牛, 在水平地面上50s匀速行驶1000米, 所受阻力是车与货总重量的0.05倍，求
（1）汽车的牵引力；
（2）汽车所做的功；
（3）牵引力的功率。
《第九章机械和功》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B C B D C C C C B C
1．B
【详解】根据杠杆平衡条件，当阻力和阻力臂一定时，动力臂越大，动力越小，越省力。所以在A点施加动力，要使关闭水龙头时用力最小，就要使动力臂最大。在A点施加动力，当动力的方向与支点和力的作用点的连线垂直时，动力臂最大，此时最省力，即沿b方向用动力最小。故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
2．C
【详解】杠杆平衡条件。根据题意可知阻力大小是不变的，要让动力最小，应该使尽量小，尽量大。根据图示最小，垂直于杠杆，的长度最大的，C符合题意，ABD不符合题意。
故选C。
3．B
【详解】中学生的质量约50kg，小明的重力
G=mg=50kg×10N/kg=500N
完成一个引体向上，向上运动约0.5m，则克服重力做的功
W=Gh=500N×0.5m=250J
由题意可知，30s内做的总功
W总=9W=9×250J=2250J
则30s内克服重力做功的功率
接近60W，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
4．D
【详解】A．在“探究动滑轮工作特点”的实验中，需要测量的物理量有动滑轮重G动、物重G物以及测力计示数F，故A错误；
B．由图知，O为支点，不计摩擦和绳重，阻力为动滑轮和物体的总重力，阻力臂为动滑轮的半径；用竖直向上的力F2（动力）提升物体时，动力臂为动滑轮的直径，所以动力臂是阻力臂的2倍，由杠杆平衡条件可知，动力是阻力的一半，即故B错误；
C．力臂是支点到力的作用线的垂线段，由图知OA与F1的作用线垂直，所以F1的力臂为OA，故C错误；
D．在提升动滑轮的过程中，由力臂的定义可知，F1的力臂要小于F2的力臂，根据杠杆平衡条件可知，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂越小，动力越大，即，故D正确。
故选D。
5．C
【详解】A．由图可知，甲滑轮是定滑轮，若不计绳重和摩擦，拉力等于物体的重力，即
而实际上绳重和摩擦是存在的，所以拉力可以大于10N，故A错误；
B．乙滑轮是动滑轮，假设乙滑轮重10N，若不计绳重和摩擦，拉力等于物体和动滑轮总重力的一半，即
而实际上绳重和摩擦是存在的，所以拉力大于10N，故B错误；
C．由于甲是定滑轮，绳长不可伸长的情况下，绳端移动的距离跟物体上升的距离是一样的，都是10cm，故C正确；
D．由于乙是动滑轮，绳长不可伸长的情况下，绳数n=2，绳端移动的距离是物体上升的距离的2倍，即为20cm，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】AB．图甲使用是定滑轮，不计绳重、摩擦和空气阻力，拉力；图乙使用是动滑轮，乙图中“轻质滑轮”动滑轮的重力远小于物体重力，不计绳重、摩擦和空气阻力，作用在绳自由端拉力大小为，因此甲中工人所用拉力大于乙中工人所用拉力，故AB错误；
C．图甲使用是定滑轮，承担物重的绳子股数，绳自由端移动的距离；图乙使用是动滑轮，承担物重的绳子股数，绳自由端移动的距离为，甲中绳端移动距离比乙中绳端移动距离小，故C正确；
C．由图可知，甲中工人受到绳向上的拉力，则提升重物过程中，甲中工人对地面的压力减小,；乙中工人受到绳向下的拉力，则提升重物过程中，乙中工人对地面的压力增大，，故D错误。
故选C。
7．C
【详解】ABD．由表格数据知：拉力总小于重力，但总功总是大于有用功。即使用斜面可以省力，费距离，但不能省功，故ABD正确，不符合题意；
C．从表格中的数据分析。物体重力一定，两次实验拉力F逐渐渐增大，机械效率逐渐增高，斜面越省力，机械效率越低。而不是拉力一定的情况下，故C错误，符合题意。
故选 C。
8．C
【详解】由题意知，三个物体在相同推力的作用下移动相同的距离，据W=Fs知，三次推力所做的功相等，故ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
9．B
【详解】动滑轮之所以能省一半的力，是因为其相当于杠杆的变形，轮的直径相当于动力臂，轮的半径相当于阻力臂，这样动力臂是阻力臂的二倍，自然就能省一半的力，而这一关系成立的前提条件是：必须竖直向上拉绳子；不计绳重和摩擦，重物和动滑轮的总重由2段绳子承担， 当沿竖直方向拉动时，拉力
图中斜向上拉绳子时，动力臂和阻力臂都会减小，但动力臂会小于阻力臂的二倍，而阻力不变，由杠杆平衡条件可知，动力就会增大，因此所用拉力变大，则拉力F的范围是F＞50N，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
10．C
【详解】A．杠杆是能够绕着固定点转动的硬棒，杠杆不一定是直的，也可能是弯曲的，故A错误；
B．杠杆绕着固定点转动的固定点，称为杠杆的支点，故B错误；
C．力臂是过支点做力作用线的垂线段，因此可能不在杠杆上，故C正确；
D．若动力与阻力不在支点的同一侧，为使杠杆平衡，动力和阻力方向相同，故D错误。
故选C。
11． 3×103 6×104 0
【详解】[1]汽车做匀速运动，处于平衡状态，由力的平衡条件得牵引力为
F=f=0.2G=0.2mg=0.2×1.5t×10N/kg=0.2×1.5×103kg×10N/kg=3×103N
[2]汽车的功率为
P=Fv=3×103N×20m/s=6×104W
[3]汽车在重力的方向上没有移动距离，所以克服重力做的功做功为0。
12． 16
【详解】[1]由图知道，n=3，不考虑滑轮重力和滑轮与绳间摩擦，水平拉力
[2]因为拉力端移动的距离等于物体移动距离的3倍，时间相同，所以，由知道，拉力端移动的速度等于物体移动速度的3倍，即物体移动速度
13． 做功快慢 一定 不一定
【详解】[1][2]把物体单位时间内做的功定义为功率，它表示物体做功的快慢；功率越大的机械做功越快，功率越小的机械做功越慢。
[3]由可知，物体做的功与功率和时间都有关，功率大，若做功时间短，那物体做的功不一定多。
14．等臂杠杆
【详解】定滑轮在使用过程中动力臂等于阻力臂，根据杠杆平衡条件可知，动力等于阻力，为等臂杠杆。
15． 快 每秒钟机器做功1500J
【详解】[1]功率是指做功的快慢的物理量，甲机器的功率比乙机器的功率大，表示甲机器做功比乙机器快。
[2]功率的大小表示物体单位时间做的功，某机器的功率是1.5kW，表示的物理意义是每秒钟机器做功1500J。
16． 省力 /90000
【详解】[1]由题知，为支点，因为，所以，动力臂大于阻力臂，此杠杆为省力杠杆。
[2]由杠杆平衡条件可得
杠杆A端受到的力
杠杆A端受到的力方向竖直向上,由于力的作用是相互的，物体C受到硬杆的竖直向下的压力
此时物体对水平地面的压力
受力面积为
物体对水平地面的压强
17．
【详解】从动滑轮的挂钩开始依次绕绳子，最后有三段绳子承担物重，这就是最省力的绕法，如图所示：
18． 沿竖直方向匀速 变大 0.15
【详解】（1）[1]实验中应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，这样才能准确测出拉力的值。
（2）[2]由于弹簧测力计静止时与运动时，所克服的摩擦力大小不同，所以不能让弹簧测力计静止进行读数；静止时读数由于摩擦力较小会导致读数偏小，则减小了一部分由于摩擦造成的额外功，因此得出的机械效率与实际值相比变大。
（3）根据表中第3组数据可知，有用功
W有＝Gh＝4N×0.1m＝0.4J
克服动滑轮重做的额外功
W动＝G动h＝0.5N×0.1m＝0.05J
总功
W总＝Fs＝2N×0.3m＝0.6J
则克服绳重及摩擦做的那部分额外功
W额1＝W总﹣W有﹣W动＝0.6J﹣0.4J﹣0.05J＝0.15J
19．（1）③①④②；（2）1.38×108J，92000W；（3）25%
【详解】解：（1）①中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是第二个冲程；②中的排气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四个冲程；③中的进气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一个冲程；④中的两个气阀都关闭，活塞向下运动，所以为做功冲程，是第三个冲程；故排序为③①④②。
（2）汽车牵引力做的功
牵引力做的功率
（3）汽车消耗汽油12kg放出的能量
汽油完全燃烧所能释放的能量转化为汽车克服阻力做功的效率
答：（1）③①④②；
（2）匀速行驶过程中，牵引力做的功是1.38×108J，功率为92000W；
（3）汽油完全燃烧所能释放的能量转化为汽车克服阻力做功的效率是25%。
20．（1）3000N；（2）3000000J；（3）60000W
【详解】解：（1）汽车在水平地面上匀速行驶，汽车的牵引力
（2）汽车所做的功
（3）牵引力的功率
答：（1）汽车的牵引力3000N；
（2）汽车所做的功3×106J；
（3）牵引力的功率6×104 W。
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