2023教科版八年级下学期物理素养综合全练（五）简单机械的综合计算.pdf

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1、专项素养综合全练(五)简单机械的综合计算类型一杠杆类综合计算1.【跨学科 物理与生活】(2022四川达州中考)某兴趣小组设计了一个水塔水位监测装置，图甲是该装置的部分简化模型。轻质硬杆A B能 绕。点无摩擦转动，AO：OB=2：3；物 体 N 是一个不吸水的柱体。打开阀门，假定水的流量相同，物体M对压力传感器的压强与水流时间，的关系如图乙所示，力时刻装置自动报警，力时刻塔内水流完，杠杆始终在水平位置平衡。已知正方体M 的密度为6xl()3 kg/rrp,棱长为0.1m；悬挂物体A/、N 的轻质细绳不可伸长，g 取10 N/kg,水=1.0 x103 kg/n?,单位时间内水通过阀门处管道横截面

2、的体积为水的流量。求：A 03 Bm|g M稗本条W 割P_L压力传感器甲(1)物体M 的重力大小；(2)九时刻杠杆A端所受拉力大小；(3)物体N 的密度。类型二机械效率类综合计算2.【跨学科 物理与生活】(2022江苏无锡一模)如图甲所示，是一种塔式起重机上的滑轮组。已知在匀速吊起600 kg的货物时，绳端的拉力厂是2 500 N,不计摩擦和绳重，g 取 10N/kg。(1)滑轮组的机械效率多大；(2)货物在10 s 内匀速上升5 m,绳端拉力方的功率是多大；(3)图乙中悬吊货物所用动滑轮与图甲中动滑轮质量相同，若配重质量为3 3平衡臂长/i=5 m,起重臂长h=15 m,当把货物送至最右端

3、且塔臂在水平位置平衡时，求此时货物的质量。3.(2021河北桥西期末)如图甲所示，质量为60 kg的建筑工人用完全相同的两个滑轮绕成的滑轮组提升货物，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图像如图乙所示。工人在10 s 内将货物匀速提高了 3 m,双脚与地面的接触面积为0.04m2o 工人对钢绳拉力的方向始终向下，不计摩擦与绳重。g 取 10N/kg。(1)求动滑轮的重力；(2)求支架受到滑轮组的最大拉力;(3)若工人对钢绳的拉力为400 N,求此时工人的功率和他对地面的压强。4.(2020四川成都期末)如图所示，工人将一底面积为0.06 n?,高为2 m,密度为2.0 x103 kg/m3的圆柱形

4、实心物体从水下匀速提升1 m,不计绳重及摩擦，g取 10N/kgo(1)求物体受到的重力;(2)当物体未露出水面时，求物体受到的浮力;(3)当物体未露出水面时，若工人对绳的拉力为400 N,物体匀速上升，求此装置的机械效率。5.(2020内蒙古通辽中考)如图所示，是一辆汽车通过滑轮组提升重物的装置图，汽车部分参数如表。每次重物都以1 m/s的速度匀速上升，提升重2 400 N的物体时，滑轮组的效率为80%,不计汽车所受的摩擦阻力、绳重及滑轮组的摩擦，取 g=10N/kg。求：汽车部分参数汽车重量3t车轮数4 个每个车轮受力面积 250 cm2(1)提升重物时汽车对水平地面的压强；(2)汽车拉绳

5、的力做功的功率。6.(2022四川宜宾月考)在抗击新型冠状病毒肺炎疫情的特殊时期，小马同学设计了如图所示的装置进行“无接触传送”物品。现有质量M=25 k g 的木箱，长=5 m、高力=3 m 的固定斜面，他用fMOO N 的力拉绳，使木箱以u=0.2 m/s的速度沿斜面匀速地由底端上升到顶端，此过程因绳和滑轮间的摩擦而做的额外 功 Wo=2O J o 已知动滑轮质量m=l k g,连接动滑轮的绳子拉直且与斜面平行,不计绳的质量、木箱大小和木箱到动滑轮间的绳长，g 取 10N/kg。求：(1)木箱由斜面底端上升到顶端所用的时间;(2)小马同学拉力的功率；(3)整个装置的机械效率；(4)斜面对木

6、箱的摩擦力大小。7.【跨学科物理与生活】(2020山东日照中考)由于突降暴雨，一件体积为0.3 n?的物资浸没在了水坑中，其上表面距水面2 m。如图，是打捞物资所用起重机滑轮组的装置图，动滑轮重为600 N且始终露在水面外，电动机的输出功率恒为9kW。打捞过程中，物资从水底开始运动到上表面刚露出水面前以某一速度做匀速直线运动；物资从完全离开水面到竖直提升到离水面3 m高的过程中，保持1 m/s的速度匀速运动，在此过程中电动机所拉绳子的拉力刚好达到这根绳子所能承受的最大拉力。已知水的密度为1.0 x103 kg/m3,g取10 N/kgo不计绳子的重力、水和空气的阻力及摩擦。求：(1)物资浸没在

7、水中时所受的浮力；(2)电动机所拉绳子承受的最大拉力；(3)物资浸没在水中匀速提升的过程中，滑轮组的机械效率。答案全解全析1.答案(1)60 N(2)30 N(3)1.5xl03 kg/m3解析(1)物 体 M 的 体 积 V=(0.1 m)3=1()-3 m 3,物 体M受到的重力G=mg=pVg=6x03 kg/m3xl0-3 m3xl0 N/kg=60 No(2)力时，物体 M对压力传感器的压强开始减小，说明液面刚好到N 的上表面，物体M 对压力传感器的压力F=pS=4 000 Pax(0.1 m)2=40 N,压力传感器对M 的支持力/支=b=40 N,8 端受到细绳的拉力FB=FM埴

8、=G-F支=60 N-40 N=20 N,根据杠杆平衡条件，FAXOA=FBXO B,解 得FA=30 NO(3)力时对压力传感器的压强为0,为时对压力传感器的压强也为0,说明在及时，物体N 开始完全露出水面，则 B?=G=60N,根据杠杆平衡条件，FAXO A=F O B,解 得 F/=90 N,物 体 N 受到的重力GN=FA=90 N,物体N 的质量机“=77=9 k g,物体N浸没时受到的浮力产浮9 10N/kg 0=GN-FA=90 N-30 N=60 N,物体 N 的体积文=卜排=2=,6 =6xl(?3p 水g 1.0 xl03kg/m3xl0N/kgm3,物体N 的密度加=答=

9、%=1.5xl03 kg/m3。广 VN 6xl0-3m3 o2.答案(1)80%(2)3 750 W(3)850 kg解析(1)货物受到的重力G=mg=600 kgxlO N/kg=6 000 N,由图知有3 根绳子承担着动滑轮，滑 轮 组 的 机 械 效 率 片 熨 嘤*=言 黑 80%。绳子自总由端移动的距离s=3/z=3x5 m=15 m,拉力做的总功 W&=Fs=2 500 Nxl5 m=37500 J,拉力的功率尸=&=0 幽=3 750 W。(3)不计摩擦和绳重，拉 力 F=-t 10s 3(G+G动)，故动滑轮重G动=3?G=3x2 500 N-6 000 N=1 500 N

10、o 配重6 配=加 配SxlO3 kgxlO N/kg=3xl04 N,根据杠杆平衡条件，G 配 I产Fb,3xl04 Nx5m=Fxl5 m,解得 F=M04 N,货物受到的重力 动=lxl()4 N_j 500 N=8500 N,货物的质量相物=M*=850kg。g 10N/kg o3.答案(1)100N(2)1 900N(3)240 W 5 000 Pa解析(1)由图乙得，当货物的重力是300 N 时，滑轮组所做的有用功卬 有 用=G/z=300 Nx3 m=900 J,滑轮组所做的总功 W总=皿有用+W额外=900 J+G动力=900J+G动 x 3 m,滑轮组的机械效率是75%,则

11、片 券)/职？=75%,解 得 G 动1 W.；I 900J+G动x3m=100 No(2)支架受到滑轮组的拉力大小等于支架对滑轮组向上的拉力大小，把两个滑轮、货物和人看成一个整体，对整体进行受力分析，当地面对这个整体向上的支持力恰好为零时，支架对滑轮组向上的拉力达到最大，尸拉0=6总=6定+6动+G货物+G人；两个滑轮完全相同，则 G动=G _ 1 0 0 N,工人的重力G人=加 入g=60 kgxlO N/kg=600 N,工人对绳端的最大拉力等于其自身的重力，则/人拉=6人=600口 由图甲可知，滑轮组钢绳的有效股数n=2,工人将货物匀速提升,贝U G货物二 /人拉-G动=2x600 N

12、-100 N=1 100 N,贝 U/拉max=G定+G动+G货物+G人=100 N+100 N+1 100 N+600 N=1 900 No(3)若工人对钢绳的拉力为 400 N,10 s 内货物被匀速提高了 3 m,n=2,则钢绳绳端移动的距离s=/i=2x3 m=6 m,这个过程中工人所做的功W工人=/拉s=400 Nx6 m=2 400 J,此时工人的功率P人=2 4 0 W；工人静止站在地面上，处于平衡状态，则 方 绳+/支，工人对钢绳的拉力等于钢绳对工人的拉力，即/绳=尸 拉=400 N,则地面对人的支持力/支=6人-F绳=600 N-400 N=200 N,由力的作用是相互的可知

13、，人对地面的压力F ff=F=200 N,双脚与地面的接触面积S=0.04 nA 则他对地面的压强4.答 案 (1)2.4xl03 N(2)1.2xl03 N(3)75%解析(1)物体体积V=Sh=0.06 m2x2 m=0.12 m3,物体受到的重力G=mg=p物S=2.0 xl()3 kg/m3x0.12 m3xl0 N/kg=2.4xl03 N；(2)当物体未露出水面时，V排=V=0.12 m3,物体受到 的浮力 F 浮=水 gV 排=1.0 xl()3 kg/m3xl0 N/kgx0.12m3=1.2xl03 N；(3)由图知，滑轮组绳子的有效股数=4,此装置的机械效率(G-尸浮)/1

14、(G-F浮 加 G-F浮 2.4X1O3N-1.2X1O3NFx4h 4F4X400N=75%。5.答案(1)3xl05 Pa(2)3 000 W解析(1)提升重物时，汽车对水平地面的压力F ffi=G=mg=3xl03 kgxlON/kg=3xl04 N,受力面积 5=45o=4x25O cm2=l 000 cm2=0.1 m2,汽车对水平地面的 压 强 =竽 粤=3x105 pa(2)滑轮组绳子的有效股数片3,根据r S 0.1m2片 需 嗖 二 悬 答 得，汽 车 拉 绳 的 力 代 导 谭=1 000 N,汽车的速度一研物=3x1 m/s=3 m/s,汽 车 拉 绳 的 力 做 功 的

15、 功 率 乍=1 000 Nx3 m/s=3 000Wo6.答案(1)25 s(2)40 W(3)75%(4)40 N解析(1)木箱移动的距离s=L=5 m,木箱由斜面底端上升到顶端所用的时间1=5m=25 So(2)绳子自由端移动的速度v=nv=2x0.2 m/s=0.4 m/s,拉力v 0.2m/s的功率P=Fvs=100 Nx0.4 m/s=40 Wo(3)物体受到的重力G 物=愚=25 kgxlON/kg=250 N,有 用 功 W 有 用=G 物 力=250 Nx3 m=750 J,绳子自由端移动的距离s=nL=2x5 m=10 m,总功 W总 二 五 力=100 NxlO m=l

16、000 J,整个装置的机械效率片 碧=黑 产 75%。(4)动滑轮受到的重力G=mg=l kgxlO N/kg=10 N,克服动滑轮重所做的功W动=6动后10 NX3 m=30 J,克服摩擦力做的功用=卬总-W有 用-W动-Wo=l 000 J-750 J-30 J-20 J=200 J,斜面对木箱的摩擦力户(=驾=40 N。7.答案(1)3 000N(2)3 000N(3)90%解析(1)物资浸没在水中时受到的浮力尸浮彳水gV 排=1.0 x103 kg/m3xioN/kgx0.3 m3=3 000 No(2)n=3,物资在完全离开水面后电动机拉绳子的速度v=3v=3xl m/s=3 m/s,由可得，电动机所拉绳子承受的最大拉力F最 大=2=等 工 3 000 N。(3)不计绳子的重力、空气的阻力及摩擦，最大拉力Fv 3m/s最 大=(G+G动)，贝 IJ物资受至I 的重力G=3/最 大-G动=3x3 000N-600N=8 4 0 0 N,物资 浸 没 在 水 中 匀 速 提 升 的 过 程 中，滑 轮 组 的 机 械 效 率1尸川 有用G-F浮8400N-3000N 门-=9 0%oW 总 G-F浮+G 动 8400N-3000N4-600N