备战2023物理新中考二轮复习重难突破（北京专用）专题10 简单机械

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 重点讲解重点一、杠杆1.定义：在   力  的作用下绕着  固定点  转动的   硬棒  叫杠杆。①杠杆可  直  可  曲  ，形状  任意  。②有些情况下，可将杠杆实际转一下，来帮助确定支点。如：鱼杆、铁锹。2.五要素——组成杠杆示意图。①支点：   杠杆绕着转动的点   。用字母O 表示。    ②动力：   使杠杆转动的力   。用字母 F1 表示。③阻力：   阻碍杠杆转动的力  。用字母 F2 表示。④动力臂：从支点到动力作用的距离。用字母L1表示。⑤阻力臂：从支点到阻力作用的距离。用字母了L2表示。【说明】1. 动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在杠杆上。2.动力、阻力的方向  不一定相反  ，但它们使杠杆的转动的方向相反。3.力臂、阻力臂不一定在  杠杆上  。4.力臂是指“点到线”的距离，即支点到力的作用线的距离，而不是“点到点”的距离。重点二、杠杆的分类名称结 构特 征特 点应用举例省力杠杆动力臂>阻力臂L1>L2省力、费距离撬棒、铡刀、动滑轮、独轮车、羊角锤、钢丝钳、、、自行车闸、核桃夹、起子、手推车、花枝剪刀费力杠杆动力臂<阻力臂L1<L2费力、省距离缝纫机踏板、起重机的前臂、理发剪刀、钓鱼杆、筷子、船桨、面包夹、镊子、扫帚等臂杠杆动力臂=阻力臂L1=L2不省力不费力天平，定滑轮、跷跷板【说明】：应根据实际来选择杠杆，当需要较大的力才能解决问题时，应选择   省力杠杆   ，当为了使用方便，省距离时，应选   费力杠杆  。重点三、杠杆作图1.力臂做法的记忆口诀：“找支点，画力的作用线，从点到线引垂线段，力臂就是此线段。”画力臂方法：一定点（支点）、二画线（力的作用线）、三连距离、四标签⑴ 找支点O；⑵ 画力的作用线（虚线）；⑶ 画力臂（虚线，过支点作力的作用线的垂线，）；⑷ 标力      2.示意图”的方法：首先，过力臂的非支点那一端点，作垂直于力臂的线段，与杠杆的交点即为力的作用点，最后根据力的方向标上箭头，并标上力的符号。3.作最小动力的方法：首先，有杠杆平衡条件可知，在阻力与阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小，则在杠杆上距离支点最远的点，即为力的作用点，力的作用点与支点的连线即为力臂；然后，过力的作用点作与力臂垂直的线段；最后，根据力的方向标上箭头，并标上力的符号。（1）若动力作用点确定了，则支点到动力作用线的距离就是最大动力臂。（2）若动力作用点没有确定，应看杠杆上哪一点离支点最远，则这一点到支点的距离即为最大动力臂。4.由杠杆平衡条件可知：在阻力与阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小。据此判断该杠杆的支点，从而做出动力臂和动力。重点四、滑轮组的组装1.确定绕绳的有效段数：根据可得绳子的有效段数为：；也可以根据s＝nh得：。计算后本着“只入不舍”或“进一法”的原则取整数值n，即绳子的有效段数。2.绕绳方式的判断——“奇动偶定”（1）承重绳的段数是偶数时，绳的起始端拴在定滑轮的挂钩上。（2）承重绳的段数是奇数时，绳的起始端拴在动滑轮的挂钩上。3.动滑轮个数的确定：当需要n段绳子承担物重时，需要动滑轮的个数N为4.确定定滑轮的个数：重点五、探究杠杆的平衡条件：1.杠杆平衡是指：静止或匀速转动    2.选择杠杆中间为支点的目的（或不挂钩码时使杠杆在水平位置平衡的目的）：   避免杠杆自重对实验的影响   。3.实验前：应调节杠杆两端的平衡螺母，若杠杆右端下沉，杠杆两侧的平衡螺母向  左  调（即左高左调），使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是便于直接读出力臂    。4.多次实验的目的避免偶然性，寻找普遍规律   。5.当弹簧测力计的方向由竖直倾斜时，杠杆仍然平衡，示数变 大 原因力臂变小   。6.当把左侧的钩码拿掉。杠杆将处于竖直位置，在右侧施加一个力，却发现无论用多大的力都不能将杠杆拉到水平位置平衡，其原因水平位置时动力臂为零，杠杆无法平衡  。7.实验结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是：动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂  ；写成公式  F1l1＝F2l2   也可写成：                。其含义是：如果动力臂是阻力臂的几倍，那么动力就是阻力的  几分之一  。    真题演练一．选择题1．（2021•丰台区二模）如图甲所示是中国农村历代通用的旧式提水器具——桔槔，这种提水工具虽简单，但它可以使劳动人民的劳动强度得以减轻。桔槔的结构相当于一个普通的杠杆，如图乙所示。轻质细杆AB代表桔槔，O为支点。当水桶中装满水，人使用桔槔缓慢匀速提升水桶时，杠杆A端水桶和水的总重力为G1，人向上提升水桶的拉力为F，杠杆B端重石的重力为G2。下列说法正确的是（　　）A．人使用桔槔提水比直接用水桶提水费力 B．人使用桔槔匀速向上提水时，杠杆A端受到的拉力大小为G1+F C．人使用桔槔匀速向上提水时，杠杆满足条件（G1﹣F）•OA＝G2•AB D．当重石的重力G2增大时，人使用桔槔提升水桶时的拉力F变小2．（2021•昌平区二模）如图所示是撬石头情景的示意图，工人师傅在撬棒的一端施加力F1将石块匀速撬起，下面能正确表示石块对杠杆（撬棒）的压力F2的示意图是（　　）A． B． C． D．3．（2021•石景山区二模）如图所示，牵引车通过滑轮组将水平面上的物体匀速吊起，物体重900N、底面积为200cm2，物体20s内匀速竖直上升1m，牵引车的拉力为400N。不计绳重和摩擦，则下列结果正确的是（　　）A．动滑轮的重力为200N B．20s内牵引车的拉力做功为3600J C．该滑轮组提升重物的机械效率为75% D．当物体受到100N的拉力时，物体对地面的压强为4.5×104Pa4．（2021•天心区模拟）如图所示的四种工具，使用时属于费力杠杆的是（　　）A．羊角锤 B．核桃夹 C．裁纸刀 D．食品夹5．（2021•东城区一模）桔槔是利用杠杆原理工作的取水工具，如图甲所示，是我国古代劳动人民利用桔槔灌溉的场景。为了更好地研究该场景中的桔槔配重对需要搬动的重物的影响，小东将桔槔抽象成简单的杠杆模型，如图乙所示，轻质细杆AB代表桔槔，质量较大的物块M模拟重物，质量较小的物块m模拟搬动重物时的配重。支点O在AB的中点，M放置在水平地面上并用细绳悬挂在A点，m悬挂在杠杆上C点，C点可以在OB之间根据需要移动位置，l表示OC的距离。用Ta表示细绳对A点的拉力，T表示细绳对C的拉力，F表示地面对M的支持力，p表示M对地面的压强。已知AB始终保持水平位置平衡，则下列关于Ta、T、F、p随l大小变化关系的图像中正确的是（　　） A． B． C． D．6．（2021•昌平区二模）如图所示的工具中，在使用时属于费力杠杆的是（　　）A．天平 B．核桃夹子 C．瓶盖起子 D．食品夹子7．（2021•茂名模拟）如图所示为工人用撬棒撬石块的情景，工人在A点对撬棒施加竖直向下的力F，AB为力F的作用线，O为支点，OB垂直AB且交AB于B点。如果石块没有被撬动，则以下判断中正确的是（　　） A．撬棒处于平衡状态 B．撬棒属于费力杠杆 C．撬棒对石块做了功 D．OA可以表示力F的力臂8．（2021•海淀区校级模拟）如图所示，重力为G的均匀木棒竖直悬于O点，在其下端施一始终垂直于棒的拉力F让棒缓慢转到图中虚线所示位置，在转动的过程中（　　）A．动力F逐渐变大 B．动力F逐渐变小 C．动力F一直不变 D．无法确定动力F大小9．（2021•锡山区一模）如图所示，将重150N的甲物体用细绳挂在轻质杠杆的A端，杠杆的B端悬挂乙物体，杠杆在水平位置平衡，已知：乙物体所受重力为30N，AO：OB＝1：3，甲物体的底面积为0.2m2，g取10N/kg。下列说法正确的是（　　）A．甲物体对杠杆的拉力为10N B．杠杆对甲物体竖直向上的拉力为60N C．甲物体对水平地面的压强为750Pa D．水平地面对甲物体的支持力为60N10．（2021•门头沟区二模）如图所示的四种用具中，正常使用时属于省力杠杆的是（　　）A．镊子 B．食品夹 C．瓶盖起子 D．筷子二．填空题11．（2021•海淀区校级模拟）如图所示的杠杆，F是作用在杠杆B端的力。图中线段AB与力F的作用线在一条直线上。则线段　   　表示力F的力臂。（选填“OA”或“AC”）12．（2021•北京模拟）如图所示，OB是以O点为支点的杠杆，F是作用在杠杆B端的力，图中线段AB与力F的作用线在一条直线上，且OA⊥AB、AC⊥OB，线段　   　表示力F的力臂。（选填“OA”或“AC”）13．（2020•海淀区校级三模）如图所示，O点为杠杆OA的支点，拉力F作用在杠杆的A点。图中线段AB与力F的作用线在一条直线上，且AB⊥OB．线段　   　表示拉力F的力臂。（选填“OA”、“OB”或“AB”）14．（2020•东城区一模）如图所示为“探究杠杆平衡条件”的实验装置，杠杆可在竖直平面内绕固定点O自由转动，其上相邻刻线间的距离相等，杠杆在水平位置静止。若在杠杆上的A点位置挂6个重均为0.5N的钩码，则在　 　点（选填“B”或“C”）用弹簧测力计竖直向上施加力可以使杠杆保持水平平衡，此时弹簧测力计的示数为　 　N。15．（2020•通州区一模）如图所示，OB是以O点为支点的杠杆，F是作用在杠杆B端的力。图中OA⊥AB、AC⊥OB．则力F的力臂为　   　。（选填“OA”“AC”或“OB”）三．实验探究题16．（2021•朝阳区二模）为了探究动力F1、动力臂l1、阻力F2和阻力臂l2这4个量满足怎样的关系时杠杆平衡，小阳利用轻质细杆（杆上相邻刻度线之间的距离相等）和质量相等的钩码等器材进行实验。（1）如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向 　 　侧调节。（2）将杠杆调节在水平位置平衡后，如图乙所示，在杠杆上的A点悬挂了2个钩码。为使杠杆保持在此位置平衡，可以在 　 　点悬挂钩码；也可以在 　 　点用弹簧测力计竖直向上拉杠杆。（选填“B”或“C”）（3）小阳通过多次实验发现，杠杆平衡时，F1、F2、l1、l2满足的关系式是：　 　。17．（2021•海淀区校级一模）小华探究杠杆平衡条件时，所用的杠杆上相邻刻线间的距离相等。（1）实验前小华发现杠杆处于如图甲所示的状态，此时杠杆处于　   　状态（选填“平衡”或“非平衡”）；要想使杠杆水平平衡，她　   　。A.只能调右端平衡螺母B.只能调左端平衡螺母C.调左、右平衡螺母均可（2）“测量滑轮组的机械效率”实验中，甲、乙、丙三位同学分别用图乙的同一个动滑轮竖直向上匀速提升不同的钩码，并记录了如表所示的实验数据。根据表中的实验数据可得出滑轮的机械效率与　   　有关。  钩码重G/N钩码上升的高度h/cm人对绳子的拉力F/N绳子自由端上升的高S/cm时间t/s甲同学352.11025乙同学442.681丙同学764.2123四．解答题18．（2021•西城区校级模拟）请阅读《世园会的“花伞”》并回答。北京世园会于2019年4月29日开幕，94把优美“花伞”簇拥在一起如图，形成一片白色的花海。夜间搭配灯光照明，更呈现出一片五彩斑斓的景象。这就是2019北京世园会的核心建筑之一﹣﹣国际馆。“放眼一看，94把‘花伞’长得都一样，但其实，每把‘花伞’从高低、标高到弧度都不相同。”以高度来说，最高的一把“花伞”是23.65米，最低的一把是17.56米，质量最大的33.7吨，最小的25吨。不仅如此，就连“花伞”上的每一个“花瓣”也都有不同的标高，整个工程不同点段的细部标高加在一起共有5000多个。建设者在完成制作操作平台、花伞柱定位、主梁拼装、次构件拼装、焊接、花伞吊装、花伞坐标定位、焊接等8个工序后，才能立起一把“花伞”。后期还要给“花伞”的顶部、底部及侧面都安装上不同材质的幕墙铝板，再加上LED灯光辅助，最终呈现出色彩斑斓的“花海”效果。除了造型的美感之外，94把“花伞”还被赋予更多绿色、科技、智慧的功能。“花伞”柱内设置雨水管线，与地下集水池和地面上500立方米的雨水收集井连通。无论是冬天融雪还是夏天降水，都能顺着“花伞”柱内设置的雨水管导流贮存，用于园林浇灌和建筑日常运行。“花伞”顶部还铺设了光伏膜，可以在白天通过太阳能蓄电，为建筑的夜间运行提供辅助供电。请根据上述材料，回答下列问题：（1）如图用塔吊匀速吊起质量最小的花伞，塔吊对花伞施加的拉力是　        　N（定滑轮、动滑轮及钢绳所受重力不计）；（2）若花伞柱与地面的接触面积为1.25m2，最轻的花伞安装完毕，它对地面的压强是　        　Pa；（3）针对延庆地区冬季寒冷多降雪的气候特点，请你为智能“花伞”的顶部增加一项功能。 专题10简单机械参考答案与试题解析一．选择题1．【解答】解：A、人使用桔槔提水时，水桶受到三个力的作用：竖直向下的重力、竖直向上的人的提力、竖直向上的绳子对水桶的拉力，所以人的提力小于水桶的重力，即人使用桔槔提水比直接用水桶提水省力，故A错误；B、水桶受平衡力，绳子对水桶的拉力为G1﹣F，根据力的相互性可知，杠杆A端受到的拉力大小为G1﹣F，故B错误；C、杠杆处于平衡状态，如图所示：；根据杠杆的平衡条件可知，（G1﹣F）•L2＝G2•L1，根据相似三角形的知识可知，L1：L2＝OB：OA，所以（G1﹣F）•OA＝G2•OB，故C错误；D、重石的重力的力臂不变，A端拉力的力臂不变，当重石的重力G2增大时，A对水桶的拉力变大，则人向上提升水桶的拉力为F变小，故D正确。故选：D。2．【解答】解：压力是垂直作用在物体表面的力，所以石块对杠杆的压力F2垂直杠杆向下，作用点在石块与杠杆接触处，由各选项图知，ABC错误，D正确。故选：D。3．【解答】解：A.由图可知，滑轮组绳子的有效股数n＝3，不计绳重和摩擦，由F（G+G动）可得，动滑轮的重力G动＝nF﹣G＝3×400N﹣900N＝300N，故A错误；B.牵引车的拉力端移动的距离s＝nh＝3×1m＝3m，20s内牵引车的拉力做的功W总＝Fs＝400N×3m＝1200J，故B错误；C.拉力做的有用功W有＝Gh＝900N×1m＝900J，该滑轮组提升重物的机械效率η100%100%＝75%，故C正确；D.当物体受到100N的拉力时，物体对地面的压力F′＝G﹣F拉＝900N﹣100N＝800N，物体对地面的压强p4×104Pa，故D错误。故选：C。4．【解答】解：A、羊角锤使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。B、核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。C、裁纸刀在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。D、食品夹使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。故选：D。5．【解答】解：轻质细杆AB相当于是一个杠杆，根据杠杆的平衡条件可知，T•l＝Ta•OA；m向左移动的过程中，l变大；由于物体m的质量不变，重力不变，对C的拉力不变，即T保持不变，故B错误；OA不变，l变大，根据杠杆的平衡条件可知，Ta变小，Ta与l成正比，故A错误；对M受力分析，M受到竖直向下的重力、竖直向上的拉力和支持力，根据力的相互性可知，拉力等于Ta，M受到的重力不变，Ta变大，则M对地面的压力变小，故C错误；根据p可知，受力面积不变，压力减小，则压强变小，故D正确。故选：D。6．【解答】解：A、托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，属于等臂杠杆，故A不符合题意；B、核桃夹子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B不符合题意；C、瓶盖起子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故C不符合题意；D、食品夹子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D符合题意。故选：D。7．【解答】解：A、工人用撬棒撬石块没有翘动，撬棒是静止的，静止的物体处于平衡状态，故A正确；B、由题知，O为支点，手向下的力是动力，石块对撬棒的压力是阻力，所以撬棒的动力臂大于阻力臂，此杠杆是省力杠杆，故B错误；C、石块没有被撬动，有力作用在石头上，但是在这个力的方向上没有移动距离，所以撬棒没有对石块做功，故C错误；D、力F的力臂是从支点到力F的作用线的距离，即OB为力F的力臂，故D错误。故选：A。8．【解答】解：将杠杆缓慢地由最初位置拉到图中虚线所示位置，拉力F始终垂直于棒，则动力臂不变；阻力为杠杆的重力，其大小不变，当硬棒在竖直位置时，重力的力臂为0，转过一定角后，重力的力臂（阻力臂）逐渐变大；因阻力（即重力）不变，阻力臂变大，动力臂不变，所以，由杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2可知，动力F变大，故A正确。故选：A。9．【解答】解：（1）根据杠杆平衡条件可得：FA•LAO＝FB•LOB，AO：OB＝1：3，则OB＝3AO，所以细绳对杠杆拉力的作用FA3G乙＝3×30N＝90N；根据力的作用的相互性可得，杠杆对甲物体竖直向上的拉力为90N，甲物体对杠杆的拉力也为90N，故AB错误。（2）对甲物体进行受力分析可知，甲物体共受到竖直向下的重力、竖直向上的支持力和竖直向上的拉力三个力的作用，且重力等于拉力与支持力之和，则甲物体对地面的压力：F甲＝F支＝G甲﹣FA＝150N﹣90N＝60N，甲物体对地面的压强：p300Pa．故C错误，D正确。故选：D。10．【解答】解：A、镊子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；B、食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；C、瓶盖起子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；D、筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。故选：C。 二．填空题11．【解答】解：由图可知，AB是力F的作用线，OA⊥AB，OA为支点到力F的作用线的距离，所以线段OA表示力F的力臂。故答案为：OA。12．【解答】解：由图可知，OA是从支点到力F作用线的距离，所以，OA表示力F的力臂；虽然AC⊥OB，但OB是杠杆，不是力的作用线，则AC不是力臂。故答案为：OA。13.【解答】解：由图可知，OB是从支点到力F作用线的距离，所以，线段OB是力F的力臂。故答案为：OB。14．【解答】解：在杠杆上的A点位置挂6个重均为0.5N的钩码，力和力臂的乘积产生的效果是逆时针转动，要保持杠杆在水平位置平衡，在B点用弹簧测力计竖直向上施加力，使拉力产生顺时针转动的效果，杠杆才能在水平位置平衡；设杠杆的一个小格为L，一个钩码重为G＝0.5N，由杠杆平衡条件得，6G×2L＝F×3L，所以，F＝4G＝4×0.5N＝2N。故答案为：B； 2。15．【解答】解：由图可知，BA是力F的作用线，OA⊥AB，OA为支点到力F的作用线的距离，所以线段OA表示力F的力臂。故答案为：OA。三．实验探究题16．【解答】解：（1）由图甲可知，杠杆的左端上翘，所以平衡螺母向上翘的左端移动；（2）将杠杆调节在水平位置平衡后，如图乙所示，在杠杆上的A点悬挂了2个钩码，A点的钩码对杠杆的拉力使杠杆产生逆时针转动的效果，为使杠杆在水平位置平衡，可以在B点悬挂钩码，B点的钩码对杠杆的拉力使杠杆产生顺时针转动的效果，才能使杠杆保持在水平位置平衡；A点的钩码对杠杆的拉力使杠杆产生逆时针转动的效果，为使杠杆在水平位置平衡，应在C点用弹簧测力计竖直向上拉杠杆，使杠杆产生顺时针转动的效果，才能使杠杆保持在水平位置平衡；（3）小阳通过多次实验发现，杠杆平衡时，F1、F2、l1、l2的满足的关系式是：F1l1＝F2l2。故答案为：（1）左；（2）B；C；（3）F1l1＝F2l2。17．【解答】解：（1）如图甲所示的杠杆是静止的杠杆，杠杆处于平衡状态；由于杠杆左端下沉，为了使它在水平位置平衡，应将杠杆两端的平衡螺母向右调节，即左右两侧的平衡螺母皆可调节，故选C；（2）由表中数据可知使用动滑轮时拉力端移动的距离s＝2h，由η得三位同学实验得出动滑轮的机械效率：η甲71.4%；η乙76.9%；η丙83.3%；可见当提升的钩码重增大时，动滑轮的机械效率增大，说明滑轮的机械效率与提升的钩码重有关。故答案为：（1）平衡；C；（2）提升的钩码重。四．解答题18．【解答】解：（1）用塔吊匀速吊起质量最小的花伞，塔吊对花伞施加的拉力F＝G＝mg＝25×103kg×10N/kg＝2.5×105N；（2）花伞柱对地面的等于塔吊对花伞施加的拉力，花伞柱对地面的压强p2×105Pa；（3）针对延庆地区冬季寒冷多降雪的气候特点，花伞顶部增加加热功能，用于熔化积雪。故答案为：（1）2.5×105；（2）2×105；（3）花伞顶部增加加热功能，用于熔化积雪。