五、机械、功、功率、效率
一、考查要点：
1、三力以上的杠杆平衡条件； 2、非常规滑轮处理
3、功、功率、效率组合题； 4、多种工具的组合使用。 二、经典例题：
例1：一个均匀的厚木板长15米，重400牛顿，对称地搁在相距为8米的两个支架上，如图所示。一体重为500牛顿的人，从A点出发向右走去，在板翘起来之前，此人能够走到离B点以外＿3.2米处。 解析： L1=4m
G板L1=G人L2
例2：某次刮大风时把一棵大树吹倒了，需要两个工人把它扶起，工人们想到了如图l2所示的四种方案，每个人所需拉力最小的方案是( B )
例3：如图所示，用滑轮装置将A、B两个物体悬挂，如果不计滑轮质量、绳重和摩擦，要使整个装置达到平衡，则GA＝＿＿5＿GB。
例4：将绳子一端拴在斜面顶端，使绳子绕过圆木，用手拉绳子的自由端，将圆木拉上斜面顶端的汽车上。已知汽车高h为1.2m，斜面长L为4m，圆木重量为2000N,若效率为80％，则拉力为 A.350N B.375N C.400N D.425N
解析：绳子拉出的长度：S=2L=8m， W有=Gh W总=FS
根据公式得 ηFS=Gh 故F=375N
三、课堂练习：
1．如图所示为一种手摇升降晾衣架示意图，绳子的尾端绕在一个固定在墙壁的旋轮上，
（1）假设衣服和晾衣架（含动滑轮）的总重是80N，则静止时绳子拉力是 20 N。若旋轮摇手的半径是其轴半径的4倍，则手要用 5 N的力才能摇动旋轮摇手。
（2）要使上述衣架横梁上升1m，则绕进旋轮上的绳子长度是 4 m，手所做的功是 80 J。（不计摇手的重力及各种摩擦） 2.如图8甲所示，王大叔正吃力地把一重物送往高台，放学回家的小鹏看见后急忙前去帮忙。他找来一块木板，搭成图乙所示的斜面，结果非常轻松地把重物推到了高台上。关于这两种方法，下列说法中正确的是 ( ) A.王大叔克服重力做功较多 B.两人做同样多的有用功 C.小鹏做功的功率要大些
D.甲、乙两种情况下的机械效率一样 解析：A. B. 这两种方法，都把重物推到了高台上，两人做同样多的有用功，克服重力做功相同。A错B正确；
C. 功率等于功与时间是比值，由于题中没有给出时间，不能确定哪个做功的功率大。； D. 由于乙中情况需要克服摩擦做功，所以乙种情况下的机械效率小。
3．图6是环卫工人用的一种垃圾夹的结构示意图。拉绳的一端固定在手把上，另一端穿过空心管杆与两夹爪的一端相连。当用力捏手把时，夹爪在拉绳的作用下可夹持物体，同时弹簧被压缩；当松开手把时，夹爪在弹簧的作用下恢复原状。在使用过程中，手把和夹爪分别是（ ）
图6
A．省力杠杆，费力杠杆 B．费力杠杆，省力杠杆 C．省力杠杆，省力杠杆 D．费力杠杆，费力杠杆
4．小新同学家中的墙壁上竖直悬挂着一指针式电子钟，当其因电池电能不足而停止时，指针最可能停在如图4所示的哪个位置附近（ A）
解析：因电能是渐渐消耗的，而当需要提供的力最大时，消耗的电能最多； 因秒针的重力不变，而当秒针在水平位置时重力的力臂是最大的，则当指针在左侧水平位置向上时，电能需要克服的阻力及重力的力臂的乘积最大，则此时消耗的电能最多； 故秒针最应停在9点的位置，即A图所示； 故选A.
5．如图所示，长2m、粗细均匀的金属杆可以绕O点在竖直平面内自由转动，一个拉力-位移传感器竖直作用在杆上，并能使杆始终保持水平平衡。该传感器显示其拉力F与作用点到O点距离x的变化关系如图所示。据图可知金属杆重及拉力F的最小值分别是（ ）
A．8 N， 5N B．10 N ，5N C．8 N， 4 N D．10 N ，4 N
解析：金属杆重心在中心上,力臂为L1=1m,取图象上的一点F=20N,L2=0.4m， 根据杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂 GL1=FL2——① G×1m=20N×0.4m 解得：G=8N
L2最大时，F最小，L2最大为2m，代入①中得，F=4N
6．用如图甲所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦，物体重G从200N开始逐渐增加，直到绳子被拉断。每次都匀速拉动绳子将物体提升同样的高度。图乙记录了在此过程中滑轮组的机械效率随物体重力的增加而变化的图象．则每个动滑轮重 100 N，绳子能承受的最大拉力是550 N，该滑轮组所能达到的最大机械效率是 90% 。 7．两个完全相同的正方形均匀物块分别沿各自虚线切割掉一半，将剩余部分a和b按照图示位置摆放在同一水平面上，比较两物块的重力势能，（ ）
A．a 比较大 B．b比较大 C．一样大 D．无法比较
]
8．某学习小组对一辆在平直公路上做直线运动的小车进行观测研究。他们记录了小车在某段时间内通过的路程与所用的时间，并根据记录的数据绘制了路程与时间的关系图象，如下中图所示。根据图象可知，2～5秒内，小车的平均速度是 0 ；若5～7秒内小车受到的牵引力为100N，小车的功率是 200W 9.据报道，我国载人空间站工程已正式启动实施，2020年前后将建成规模较大、长期有人参与的国家级太空实验室。在太空实验室中可以正常使用的实验器具是（ ）
A．天平、测力计、电磁炉、微波炉； B．测力计、液体温度计、微波炉、指针式电压表； C．机械式秒表、超声波测距仪、液体式气压计； D．测力计、滴（液）管、数字式电压表和电流表。 解析：在失重状态下：
A. 天平不能使用。故A错误；
B. 测力计、液体温度计、微波炉、指针式电压表的使用不受影响。； C. 超声波测距仪、液体式气压计不能使用，故C错误； D. 滴(液)管滴液体不能使用，故D错误；
10.小明学习了浮力知识以后，对热气球运动产生 了兴趣，他在网上收集了许多关于热气球的知识。以下是他对热气球运动所做的猜想，其中正确的是 ( )
A.通过调节火焰大小，改变热气球的体积来调节热气球的飞行高度，进而选择需要的风向 B.通过改变人在吊篮中站立的位置，来改变热气球飞行的方向 C.通过调节火焰大小，改变热气球内的空气密度来调节热气球的飞行高度，进而选择需要的风向
D.通过调节火焰喷射的方向，来改变热气球飞行的方向
11.在煮饺子时．将饺子投入沸腾的水中，并用勺子轻轻推动沉下的饺子，等到水重新沸腾后，加上些凉水继续煮一会儿使水再次沸腾，这时煮熟的饺子会浮出水面。熟饺子会浮起来的主要原因是 ( ) A.锅里的水量多了
B.饺子在水里经过烧煮变轻了
C .水温低时饺子受到的重力较大，水温高时饺子受到的重力较小 D.水沸腾后，饺子内的部分水汽化变成水蒸气，佼饺子体积增大
13、如图甲所示是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图。A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，D是油缸，E是柱塞。通过卷扬机转动使钢丝绳带动A上升，被打捞重物重力为
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2.4×10N、体积为V＝0.6m。重物出水后滑轮组的机械效率为80%；（吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计，g取10N/kg）求： （1）重物受到的浮力； （2）动滑轮的重力；
（3）重物出水后卷扬机牵引力做的功随时间变化的图象如图乙所示，重物出水后匀速上升的速度；
（4）假设起重时E沿竖直方向，重物出水前、后E对吊臂的支撑力分别为N1和N2，支撑力N1和N2之比。
14.小明家新买了一台电热油汀取暖器，如图8所示。当小明用力晃动这台取暖器时，可以听到其内部发出了液体流动的声音。小明找出说明书仔细阅读后得知，这种取暖帮将电热管安装在散热片腔体内的下部;在腔体内电热管周围注有导热油;在控拉制电路中装有双金属混控元件，当油温达到调定温度时，温控元件会自行断开电源, 在使用注意事项中特别强调这种取暖器不能倒置或侧卧使用。请回答: (1)为什么用油做导热物质而不用水?
(2)取暖器内部发出了液体流动的声音，说明油没有装满，这是为什么? (3)为什么强调不能上下倒置或放倒后通电加热? 解析：(1)①油的比热容较小，在加热时间相同的情况下，温度升高的快；②油是绝缘体，使用起来安全性比较高；③油的密度较小，移动起来比较方便。
(2)加热时，腔体的油体积会膨胀；若在腔体内注满油，油受热膨胀易胀坏腔体，引发安全事故。
(3)①避免电热管露出油面，在这种情况下，通电加热有可能导致电热管处于油面以上的部分由于温度过高而烧坏；②不利于对流。
15．按照“嫦娥工程”计划，我国将发射“登月探测器”，携月球车一起登陆月球，进行月面巡视勘察。
（1）由于月球上没有大气，温度的变化完全由阳光决定．月球表面白天温度可达150℃，而夜间会降至—180℃，昼夜温差高达330℃，即使在白天，照亮区域与阴影区域的温差同样高达300℃。月球车的零件应使用热胀冷缩程度较 （明显/微弱）的材料制作，零件之间应 （留有缝隙/紧密结合）。
（2）月球车可使用 （汽油机/柴油机/电动机）驱动，当前方有障碍物时，月球车上的探测器就会发出预警，探测器不能利用 （激光/电磁波/超声波）的反射来工作。
（3）在研制月球车的过程中要克服的主要难题有：指令迟滞问题．当以5cm/s行进的月球车发现某种情况后，向地球发出一个无线电信号，地球上的设备接收到这个信号立即回发一
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个无线电指令。地球到月球的距离约为3.8×10m，无线电波的传播速度与光速相同。则当这一指令到达月球时，已比探测车发出信号时至少滞后了 2.5 s，此时间内探测车已移动了 12.5 cm。（保留一位小数）
16．如图是利用电子秤显示水库水位装置的示意图．该装置主要由滑轮C，物体A、B以及轻质杠杆MN组成．物体A通过细绳与滑轮C相连，物体B通过细绳与杠杆相连．杠杆可以绕支点O在竖直平面内转动，杠杆始终在水平位置平衡，且MO：MN=1：3．物体B受到的重
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力为100N，A的底面积为0.02m，高1m．当物体A恰好浸没在水中时，物体B对电子秤的压力为F1；若水位下降至物体A恰好完全露出水面时，物体B对电子秤的压力为F2，已知：滑轮的重力为20N，F1﹕F2=3﹕1，滑轮与转轴的摩擦、杠杆与轴的摩擦均忽略不计，g取10N/kg．求：
（1）物体A完全浸没时受到的浮力F浮 （2）物体A的密度ρA．
（3）当电子秤上显示的压力为40N时，A物体的底部距水面深为多少米？
17.在蜻蜓翅膀末端的前缘，会看到有一块加厚而发暗的色素斑，生物学上它被称为“翅痣”如图 2 所示，它的作用可能是（ ） A、吸收太阳的光能，产生飞行的动力；
B、发出超声波，通过吸收反射波辨别方位，给蜻蜓的飞行导航； C、调整翅膀的振动，减弱飞行过程中翅膀上的有害振动；
D、就像人的眼睛一样，通过吸收红外线，来获取外界的信息。
18.如图5所示，是某同学用一次性纸杯自制的走马灯模型，用支架支在白炽灯上，点亮白炽灯，纸杯就旋转了起来。更换不同瓦数的白炽灯泡，以及利用透明塑料片卷成的不同长度的圆筒加在走马灯上方，都可以观察到纸杯的转速发生了改变。同学们就此发表了四条意见： ① 因为空气对流，纸杯发生了旋转；② 塑料圆筒长度越长，纸杯旋转得越慢； ③ 白炽灯的瓦数越大，纸杯旋转得越快； ④ 纸杯的转动方向与杯底开口方向相反。其中与事实符合是（ ）
A、① ② ③； B、① ② ④； C、② ③ ④； D、① ③ ④。
五、功 功率 机械效率培优资料 答案版 - 图文
