专题15 简单机械-2022年中考物理一轮复习抓重点考典型（人教版）.学案

简单机械

1、了解杠杆、滑轮的性质

2、掌握杠杆平衡、滑轮组的计算

3、掌握简单机械做功中功、功率和机械效率的计算

一、杠杆

1、几个概念：

  杠杆：在力的作用下绕固定点转动的硬棒。

  支点：固定点

  力臂：支点到力的作用线的距离。

2、杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。缺一不可

    如何确定支点？

有些情况下，可将杠杆模拟转一下，来帮助确定支点。如：鱼杆、铁锹。

画力臂的方法：

先确定支点，然后找到对应力，过支点做这个力所在直线的垂线段

3、 研究杠杆的平衡条件： 

① 杠杆平衡是指：杠杆静止或匀速转动。 

② 实验前：应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是：可以方便的从杠杆上

量出力臂。 

③ 结论：杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂

        写成公式                 也可写成：                   

注意：

（1）必须先找出并确定支点。

（2）对力进行分析，从而确定动力和阻力

（3）找出动力和阻力的作用线，确定动力臂和阻力臂。

4、杠杆的分类：

   （1）省力杠杆：动力臂大于阻力臂       省力费距离

  撬棍、扳手、钳子、拔钉器、开瓶器、指甲剪、自行车把手、汽车方向盘......

   （2）费力杠杆：动力臂小于于阻力臂     费力省距离

  筷子、镊子、扇子、汤勺、鱼竿、理发师剪刀......

   （3）等臂杠杆：动力臂等于于阻力臂      改变力的方向

天平、跷跷板、定滑轮

二、滑轮

1、定滑轮：滑轮轴固定不动

  本质：等臂杠杆，不省力不省距离，但改变力的方向。

  如：自动晾衣架

2、动滑轮：滑轮随物体一起运动

   本质：省力杠杆，省一半力，多一倍距离   。动力臂是阻力臂2倍。

3、滑轮组：动滑轮负责省力，定滑轮负责改变距离。

     重物和动滑轮的重力有几段绳承担，所用的拉力就是它们的总重力的几分之一；拉力作用点移动的距离就是重物移动距离的几倍。

三、机械效率

1、有用功、额外功、总功

2、机械效率：η=W有用/W总     

实际情况下：η<1。η反应机械性能优劣的重要标志

3、滑轮组的机械效率

   有用功就是提升物体所需要的能量，总功就是绳子自由端力所做的功。

竖直提升重物时，滑轮组本身有重力，经常忽略摩擦力。

水平拉物体时，忽略动滑轮的重力，绳头拉力根据平衡状态等于物体与接触面的摩擦力。

（1）斜面  ①W有用=G·h   

②W额外=f·S

③W总=F·S=G·h＋fS

（2）定滑轮竖直方向提升重物（a）

①W有用=Gh

②W额外：摩擦及绳重

③W总=F·S=F·h

（3）定滑轮水平方向拉动物体（b）

①W有用=f·S物

②W额外：滑轮转动摩擦

③W总=F·SF=F·S物

（4）动滑轮（a）及竖直方向滑轮组

①W有用=G物·h              

②W额外                                      ③W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h    （n为连接动滑轮绳子段数）

（5）动滑轮（b）及水平方向滑轮组

①W有用=fS物          

②W额外：绳重及滑轮转动摩擦

③W总=F·SF=F·nS物    （n为连接动滑轮绳子段数）

注：a、所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分，故对机械进行润滑一般都可以提高机械效率。

b、所有的有用功均等于不使用机械时所做的功

c、对于所有机械均有

类型一  杠杆五要素

1、如图，轻质杠杆AB可以绕O点转动，在A点用细线挂一重物，在B点施加一竖直向

下的动力，使杠杆在水平位置保持平衡。若将动力方向改为沿虚线方向，仍使杠杆在水平位置保持平衡，则 （      ）

  A．动力臂增大，动力增大  

  B．动力臂增大，动力减小

  C．动力臂减小，动力减小  

  D．动力臂减小，动力增大

【答案】D

【解析】原力臂等于OB，力倾斜后，力臂减小，所以动力会增大。

【拓展延伸】下列关于杠杆的说法，错误的是 （      ）

A、杠杆可以是直的，也可以是弯的         B、动力是杠杆转动，阻力阻碍杠杆转动

C、支点可能在杠杆端点，也可能在中间     D、杠杆的长度等于动力臂和阻力臂之和

【答案】D

【解析】力臂是过支点做力所在直线的垂线段，与杠杆长度无关。

2、如图甲所示是一个钥匙形“酒瓶起子”，图乙为其简化的示意图，图中O为支点，F2 是杠杆在A点受到的阻力。请在图乙中画出：①阻力F2 的力臂l2；②作用在B点的最小动力F1的示意图。

【答案】

【解析】作最小力：①定点：在杠杆上找到距离支点最远的一点，即力的作用点；②连线：连接该点与支点，该线段为最大动力臂；③定向：过动力作用点作最大动力臂的垂线，根据动力与阻力使杠杆转动的方向相反，确定动力的方向。

类型二  杠杆的平衡条件

1、如图是研究杠杆平衡条件的实验装置，要想使杠杆平衡，应在B处挂（   ）个钩码。

【答案】6

【解析】动力×动力臂=阻力×阻力臂，4个×3格=6个×2格

【拓展延伸】在探究杠杆平衡条件的实验中：

 ⑴小明发现杠杆右端低左端高，要使它在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向_____调节。小明调节杠杆在水平位置平衡的主要目的是                        。

⑵实验过程中，在杠杆的两侧挂上钩码后，仍要使杠杆在水平位置平衡，是为了___________________。如杠杆不在水平位置平衡时，应通过调节钩码的______和______来实现，而不能再调节_______________。

⑶如右图所示，用弹簧测力计在C处竖直向上拉时测力计的示数为_______N(每个钩码重0.5N)，当弹簧测力计逐渐向右倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将________（选填“变大”、“变小”或“不变”），其原因是__________________。

⑷某同学进行正确的实验操作后，得到的数据为F1=6N、l1=20cm、F2=4N和l2=30cm。该同学根据这些数据能否得出探究结论?_________。理由是：________________________。

【答案】（1）左   消除杠杆自重对杠杆平衡的影响（2）方便读取力臂    数量    位置  平衡螺母     （3）3   变大   力臂变小  （4）不能   一组数据具有偶然性

【解析】（1）向左调节平衡螺母，相当于左侧加重；支点两侧重力作用效果相互抵消，不会影响两侧所加钩码的力的作用效果。

（2）力在竖直方向，力臂在水平方向，方便读取力臂 ； 钩码的数量代表力的大小，钩码的位置决定力臂的大小；平衡螺母只能在没有挂钩码前调节平衡  

（3）2N×3格=3 N×2格；根据杠杆平衡条件可知，力臂变小，力会变大。  

（4）不能   一组数据具有偶然性

2、杠杆AOB的A端挂重为GA的物体，B端挂重GB的物体，杠杆处于平衡状态，AO=BO，杠杆自身重力不计，则(      ) 

A、GA=GB

B、GA<GB

C、GA>GB

D、无法判断

【答案】B

【解析】OA=OB，GA的力臂等于OA，GB的力臂小于OB，故GA<GB

类型三  杠杆的分类

1、图中所示的工具中，属于费力杠杆的是（     ）

【答案】D

【解析】A、B、C的动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，为省力杠杆

【答案】C

【解析】阿基米德设想的杠杆中，动力臂远大于阻力臂，是省力杠杆。托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆；铁锹和食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。故选C。

类型四  滑轮及滑轮组

1、工人们为了搬运一个笨重的机器进入厂房，他们设计了如图所示的四种方案（机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的横截面）。其中最省力的方案是（   ）

【答案】C

【解析】使用动滑轮可以省力，相同条件下，滚动摩擦小于滑动摩擦。

【拓展延伸】用下图所示的四种机械提起同一重物，不计机械自重和摩擦，最省力的是（   ）

【答案】D

【解析】A为费力杠杆；B为等臂杠杆；C可省一半的力；C可省2/3的力。

2、用如图所示的滑轮组拉动物体A，使物体A以0.2 m/s的速度向上匀速运动10 s。已知物体A重120 N，拉力F的功率为30 W。下列说法正确的是 （     ）

A. 拉力F的大小为60 N

B. 对物体A所做的有用功为320 J

C. 拉力所做的总功为400 J

D.滑轮组的机械效率为80%

【答案】D

【解析】由图知，，绳子自由端移动的速度v绳 =nv物=3×0.2 m/s=0.6 m/s，绳子自由端移动的距离绳=绳，由 =Fv可得，拉力=50 N，物体上升的距离=物=，滑轮组对物体A所做的有用功J，总功总=绳=，滑轮组的机械效率故选D。

3、甲乙两个滑轮组如图4所示，其中的每一个滑轮都相同，用它们分别将重物G1、G2提高相同的高度，不计滑轮组的摩擦，下列说法中正确的是（     ）

A.若G1 = G2，拉力做的额外功相同

B.若G1 = G2，拉力做的总功相同

C.若G1 = G2，甲的机械效率大于乙的机械效率

D.用甲乙其中的任何一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变

【答案】C

【解析】乙滑轮组有两个动滑轮，额外功大，故A错；若G1 = G2，甲乙两滑轮组有用功相等，乙的额外功大，W总=W有用+W额，故乙中总功大，B错；η=W有用/W总，η甲>η乙，C正确；提升的重物不同，有用功变化，额外功不变，总功变化，机械效率也变化，D错。

4、如图所示，用10N的水平拉力F拉滑轮，使足够长的物体A以0.2m/s的速度在水平地面上匀速运动，弹簧测力计的示数为3N。若不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和滑轮摩擦，则下列说法中正确的有（    ）

A．B受到的摩擦力为3N，方向水平向左

B．滑轮移动的速度为0.2m/s

C．绳子拉物体A的功率为2W

D．在运动过程中若将拉力F增大到12N，弹簧测力计的示数仍为3N

【答案】D

【解析】B物体静止，水平方向受力平衡，弹簧测力计对B有向左的3N的水平拉力，则A对B有水平向右的3N的摩擦力，A错；物体A的速度为0.2m/s ，滑轮移动的速度为0.1m/s，B错；水平拉力F=10N，则绳对A的拉力为5N，方向水平向右，根据公式P==Fv=5N×0.2m/s=1w，C错；A、B间的压力和接触面的粗糙程度不变，故摩擦力不变，B物体静止，水平方向受力平衡，弹簧测力计示数也不变为3N，D正确。

5、用图所示的滑轮组将重G=12N的物体匀速提升20cm，所用的拉力F=5N，忽略摩擦阻力。求：

（1）所做的有用功；

（2）此时滑轮组的机械效率；

（3）当改为提升27N的重物时，该滑轮组的机械效率。

【答案】（1）2.4J    （2）80%      (3) 90%              

【解析】（1）W有=Gh=12N×0.2m=2.4J

（2）W总=FS=5N×3×0.2m=3 J

   机械效率η=×100%=80%

(3) 提升12N物体时绳子拉力F=（12N+G动）=5N

    动滑轮重力G动=3N

提升27N物体时绳子拉力F1=（27N+3N）=10N

提升27N物体时W有1=G1h=27N×0.2m=5.4J

提升27N物体时W总=F1S=10N×3×0.2m=6 J

提升27N物体时机械效率η=×100%=90%

1、“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，请你在图乙所示的示意图中画出阻力F2的力臂l2以及施加在A点的最小动力F1。

【答案】

【解析】作最小力：①定点：在杠杆上找到距离支点最远的一点，即力的作用点；②连线：连接该点与支点，该线段为最大动力臂；③定向：过动力作用点作最大动力臂的垂线，根据动力与阻力使杠杆转动的方向相反，确定动力的方向。

2、如图19所示，一个质量60kg，底面积为0.1m2物块，通过滑轮组在25N拉力作用下作匀速直线运动。已知物块受到的滑动摩擦力为物重的0.1倍。(g取10N/kg )。求：

（1）在图上做出物体对水平地面压力的示意图；

（2）物体的重力是多少？

（3）物体静止时对水平地面的压强是多少？

（4）该滑轮组的机械效率是多少？

【答案】（1）

（2）600N    （3）6×103Pa    （4）80% 

【解析】（1）见答案（2）重力G=mg=60kg×10N/kg=600N

（3）物体对地面压力F= G=600N

     物体对地面压强P===6×103Pa

（4）F摩=0.1G=60N

W有=F摩s=60s

W总=FS=25N×3s=75s

   机械效率η=×100%=80%

3、俯卧撑可以看成是一个杠杆，如图所示，A为重心，O为支点，支撑点为B，手臂垂直地面，则动力臂是       m；假如人的质量是50 kg，则人所受的重力为        N，地面对他双手的支撑力是        N。（g取10 N/kg）

【答案】1.5   500   300

【解析】由图可知，O为支点，地面对B处的支撑力F为动力，动力臂为OB段距离，即l1=0.9 m+0.6 m=1.5 m；

人所受的重力G=mg=50 kg×10 N/kg=500 N；

根据杠杆平衡条件可知，Fl1=Gl2，则=300 N。

4、小琳用图中装置提升重为400 N的物体，不计摩擦和滑轮自重，下列说法正确的是 （      ）

A. 两个滑轮均为定滑轮

B. 人将绳子拉过1 m，物体也上升1 m

C. 物体匀速上升时，人对绳子的拉力为200 N

D. 使用该装置不能省力，但能改变力的方向

【答案】C

【解析】该装置由一个动滑轮和一个定滑轮组成，故A错误；该滑轮组由两段绳子吊着物体，物体上升1 m，则绳子的自由端会移动2 m，故B错误；不计摩擦和滑轮自重，使用此滑轮组能省一半的力，物体重力为400 N，则拉力为200 N，故C正确；该滑轮组既可省力，又能改变力的方向，故D错误。

5、如图所示，小红用20N的水平拉力F拉质量为 4kg的木箱A，使它以2m/s的速度在水平面上匀速直线运动了4s。则木箱受到的拉力是     N，摩擦力是        N。拉力F在这段时间内所做的功是       J。（忽略轮与细绳的重力和摩擦）

【答案】10       10      80  

【解析】动滑轮绳子自由端省力费距离，A受绳子拉力FA=F=10N

        A做匀速直线运动，摩擦力和拉力平衡，大小相等

       动滑轮绳子自由端省力费距离,绳子自由端移动距离S=vt =2m/s×4s=8m

       拉力F移动距离S1=4m    ，拉力F做功W=F S1=20N×4m=80J