第11讲 简单机械（思维导图+考点精讲+例题精析）-2023年中考物理一轮复习讲练测（全国通用）

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第11讲—简单机械2023年中考物理一轮复习讲练测一、思维导图二、考点精讲考点1 杠杆1. 杠杆(1)杠杆：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。(2)杠杆的五要素：①支点：杠杆绕着转动的固定点(O)；②动力：使杠杆转动的力(F1)；③阻力：阻碍杠杆转动的力(F2)；④动力臂：从支点到动力作用线的距离(l1)；⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离(l2)。2. 杠杆的平衡条件(1)杠杆的平衡：当有两个力或几个力作用在杠杆上时，杠杆能保持静止或匀速转动，则我们说杠杆平衡。(2)杠杆平衡的条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即：F1l1=F2l2(3)在探究杠杆的平衡条件实验中，调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响，此时杠杆自重的力臂为0；给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡，目的是方便直接从杠杆上读出力臂的大小；实验中要多次试验的目的是获取多组实验数据归纳出物理规律。3. 杠杆的应用 (1)省力杠杆：动力臂大于阻力臂的杠杆，省力但费距离。(2)费力杠杆：动力臂小于阻力臂的杠杆，费力但省距离。(3)等臂杠杆：动力臂等于阻力臂的杠杆，既不省力也不费力。4. 三种类型杠杆的相关比较名称省力杠杆费力杠杆等臂杠杆图示力臂的大小关系l1  <  l2l1  >  l2l1＝l2力的大小关系F1  >  F2F1  <  F2F1  =  F2特点省力但费距离费力但省距离既不省力也不省距离，既不费力也不费距离应用铡刀、启瓶器、手推车、钢丝钳等钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪子、缝纫机脚踏板等定滑轮、托盘天平等 考点2 滑轮1. 定滑轮(1)实质：是一个等臂杠杆。支点是转动轴，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。(2)特点：不能省力，但可以改变动力的方向。2. 动滑轮(1)实质：是一个动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆。支点是上端固定的那段绳子与动滑轮相切的点，动力臂是滑轮的直径，阻力臂是滑轮的半径。(2)特点：能省一半的力，但不能改变动力的方向，且多费一倍的距离。3. 滑轮组(1)连接：两种方式，绳子可以先从定滑轮绕起，也可以先从动滑轮绕起。(2)作用：既可以省力又可以改变动力的方向，但是费距离。(3)省力情况：由实际连接在动滑轮上的绳子段数决定。绳子段数：“动奇定偶”。拉力     ，绳子自由端移动的距离s=nh，其中n是绳子的段数，h是物体移动的高度。4. 轮轴和斜面(1)轮轴：实质是可以连续旋转的杠杆，是一种省力机械。轮和轴的中心是支点，作用在轴上的力是阻力F2，作用在轮上的力是动力F1，轴半径r，轮半径R，则有F1R=F2r，因为R>r，所以F1<F2。(2)斜面：是一种省力机械。斜面的坡度越小，省力越多。5. 区分定滑轮、动滑轮和滑轮组 滑轮种类定滑轮动滑轮滑轮组图示定义使用时轴固定不动的滑轮轴可以随被吊物体一起运动的滑轮把定滑轮和动滑轮组合在一起，构成滑轮组实质  等臂  杠杆  省力  杠杆—特点可以改变力的方向，但不省力可以省力，但不能改变力的方向，且费距离既可以省力，又可以改变力的方向拉力F移动的距离(s)和重力G移动的距离(h)的关系  S=h    S=2h    S=3h  拉力(F)和重力(G)的关系(忽略滑轮重及摩擦)F=G  2F=G    3F=G      应用旗杆顶部的定滑轮电动起重机的动滑轮常使用滑轮组提升重物 【方法指导】滑轮组承担物重绳子段数n的判断   如图所示在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线，有几段绳子通过动滑轮，就有几段绳子承担物重．如图甲、乙所示，图甲有3段绳子通过动滑轮，图乙有2段绳子通过动滑轮，所以图甲有3段绳子承担物重，即n＝3；图乙有2段绳子承担物重，即n＝2.滑轮组绕线作图1. 绕线方法(1)首先确定承担物重的绳子股(段)数n；(2)若n为奇数，那么绕线从动滑轮出发，若n为偶数，那么绕线从定滑轮出发，且绕线由内向外进行；简称“奇动偶定”．2. 最省力作图：保证动滑轮上连接的绳子股数最多，即绳子承担物重的股数n最大即可．考点3 机械效率1. 有用功—W有用：使用机械时，对人们有用的功叫有用功。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。在提升物体时，W有用=Gh。2. 额外功—W额外(1)使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功。(2)额外功的主要来源：①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。②克服机械的摩擦所做的功。3. 总功—W总： (1)人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，它等于有用功和额外功的总和。即：W总= W有用+ W额外。(2)若人对机械的动力为F，则：W总=F•s4. 机械效率—η(1)定义：有用功与总功的比值叫机械效率。    (2)公式：η= W有用/ W总。(3)机械效率总是小于1。(4)提高机械效率的方法：①改进结构，使它更合理、更轻巧；②经常保养，使机械处于良好的状态。(5)功率与机械效率的区别：①二者是两个不同的概念：功率表示物体做功的快慢；机械效率表示机械做功的效率。②它们之间的物理意义不同，也没有直接的联系，功率大的机械效率不一定大，机械效率高的机械，功率也不一定大。5．滑轮组、斜面的机械效率的相关计算机械类型有用功额外功总功机械效率提高机械效率的方法(考虑摩擦)(拉动物体上升h)W有＝GhW额＝G动hW总＝Fs＝W有＋W额＝Gh＋G动h，F是拉力，s是拉力移动的距离，s＝nh，n为承担物重的绳子段数η＝＝＝＝或η＝＝＝增加物重；减小动滑轮重，减小绳子摩擦(拉动物体上升h)W有＝GhW额＝fsW总＝Fs＝Gh＋fs，F是拉力，s是拉力移动的距离η＝＝或η＝＝增大斜面倾斜程度；减小摩擦(拉动物体前进s)W有＝fs—W总＝Fns，F是拉力，ns为拉力移动的距离，n为动滑轮连接绳子的段数η＝＝＝减小绳子摩擦三、例题精析1．如图所示工具，在使用时属于费力杠杆的是（　　）A． 天平B． 瓶盖起子C． 门把手D． 食品夹【答案】D【详解】A．天平在使用时动力臂等于阻力臂，属于等臂杠杆，故A不符合题意；B．瓶盖起子在使用时动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B不符合题意；C．门把手在使用时动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故C不符合题意；D．食品夹在使用时动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D符合题意。故选D。2．如图所示的四个实例中，属于费力杠杆的是A． 瓶盖起子B． 钓鱼竿C． 核桃夹D． 羊角锤【答案】B【详解】A．瓶盖起子使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆；B．钓鱼竿使用时，阻力臂大于动力臂，属于费力杠杆；C．核桃夹使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆；D．羊角锤使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆．3．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0.4m/sC．绳子拉物体A的功率为1WD．在运动过程中若将拉力F增大到12N，弹簧测力计的示数为6N【答案】C【分析】根据平衡力的知识结合动滑轮的特点进行分析：A在水平方向：向右受绳子的拉力，向左受地面的摩擦力和B的摩擦力；B在水平方向：向右受A的摩擦力，向左受测力计的拉力．【详解】A. 物体B静止，处于平衡状态，水平方向上受到向左的拉力和A给它的右向的摩擦力的作用，由平衡条件得：B受到的摩擦力f=F=3N，方向水平向右，故A错误；B. 由图可知，F作用在动滑轮上，所以动滑轮移动的速度是绳端移动速度的二分之一，物体A的移动速度为0.2m/s，所以动滑轮的移动速度为0.1m/s，故B错误；C. 由图可知，滑轮为动滑轮，绳子拉力为F的一半，是10N5N，P====5N×0.2m/s=1W，故C正确；D. 测力计对B的拉力与A对B的摩擦力是一对平衡力，在运动过程中，若拉力增大到12N，由于B和A之间的摩擦力不变，所以测力计的示数不变，仍为3N，故D错误．故选C.4．如图，斜面长S=10m，高h=4m．用沿斜面方向的推力F，将一个重为125N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B．运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功，斜面的机械效率为________；推力F的大小为________N．【答案】83.3%；60【详解】已知：s=10m，h=4m，重力G=125N，额外功W额=100J求：（1）机械效率η=？；（2）推力F=？解：（1）有用功W有用=Gh=125N×4m=500J，总功W总=W有用+W额=500J+100J=600J，机械效率η=×100%=×100%≈83.3%；（2）∵W=Fs∴推力F===60N．答：83.3%；60．考点：斜面的机械效率．专题：功、功率、机械效率．分析：（1）根据W=Gh求出有用功，再求出总功，根据η=求出机械效率；（2）根据W=Fs求出推力大小．点评：此题主要考查的是学生对有用功、总功、机械效率计算公式的理解和掌握，基础性题目．5．杠杆可以分为 __________杠杆，_________杠杆， __________杠杆，下列根据中属于费力杠杆有___________ ．（填序号）①老虎钳②钓鱼杆③定滑轮【答案】     省力     费力     等臂     ②【详解】考点：杠杆的分类．专题：应用题．分析：（1）根据动力臂和阻力臂的大小关系，可将杠杆分为以下几种：①省力杠杆，动力臂大于阻力臂；②费力杠杆，动力臂小于阻力臂；③等臂杠杆，动力臂等于阻力臂．（2）结合生活经验，先判断杠杆在使用过程中，动力臂和阻力臂的大小关系，再判断它是属于哪种类型的杠杆．解答：解：（1）杠杆可以分为省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆．（2）①老虎钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；②钓鱼杆在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；③定滑轮在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆．故答案为省力；费力；等臂；②．6．在学习简单机械知识后，我们知道利用机械工作时可以省力，那么能不能省功呢？如图，利用长为L的光滑斜面将重为G的物体匀速拉到高度h处，拉力F对物体所做的功W1=______（用字母表示）；若直接将重为G的物体提升到高度h处，需要克服重力所做的功W2=______（用字母表示）。实验数据表明，W1=W2，即使用机械工作时可以省力但不能______。【答案】     FL     Gh     省功【详解】[1]将物体沿着斜面拉到高度h处，力的大小为F，在力的方向上通过的距离为L，故拉力F做的功为W1=FL[2]克服重力所做的功为重力乘以竖直方向上的距离，即W2=Gh[3]实验数据表明W1=W2即FL=Gh又L>h故F<G由此可知使用斜面的好处是可以省力，但是不能省功。7．小宏用如图所示的装置探究杠杆的机械效率，杠杆的质量分布均匀，右端固定在O点，杠杆可绕 O 点在竖直平面内转动，且 AC=BC=OA；（1）该实验中杠杆所做的额外功主要是___________ ；（2）他将重为G的钩码悬挂在A点，在 B点竖直向上匀速拉动弹簧测力计，拉力为F1，测得 A、B 两点上升的高度分别为 h1、h2，则此次杠杆的机械效率为η1=___________（用物理量的符号表示）；（3）若保持弹簧测力计位置不变，将钩码挂在C 点，缓慢拉动弹簧测力计将钩码提升相同的高度（不计摩擦），则弹簧测力计的示数 F1___________F2，杠杆的机械效率 η2___________η1（均选填“>”或“<”或“=”）；（4）若保持钩码挂在A点位置不变，仅将弹簧测力计由B点移动到C，缓慢拉动弹簧测力计将钩码提升相同的高度（不计摩擦），杠杆的机械效率为η3，则η3___________η1。（选填“>”或“<”或“=”）【答案】     克服杠杆重力做额外功          >     <     =【详解】（1）[1]因为杠杆自身有重力，提升物体的同时也要提升杠杆，即实验中杠杆所做的额外功主要是克服杠杆自重做额外功。（2）[2]拉力做的功为总功，大小为W总=F1h2，杠杆对重物做的功为有用功，大小为W有=Gh1，则杠杆的机械效率为（3）[3]悬挂点移至C点，从图中可以看出，拉力的力臂不变，钩码的重力不变，钩码的重力的力臂变大，根据杠杆的平衡条件可知，弹簧测力计的示数变大，即F2>F1。[4]悬挂点移至C点时，缓慢拉动弹簧测力计将钩码提升相同的高度，有用功不变，但杠杆提升的高度减小，额外功减小，又因为总功等于额外功与有用功之和，因此此次弹簧测力计做的功将小于第一次做的功，根据可知，机械效率变大，即η1<η2。（4）[5]不计摩擦，杠杆提升钩码时，对钩码做有用功，克服杠杆重力做额外功，并且W总=W有+W额；设杠杆重心升高的距离为h，则有Gh1+G杆h=Fh2而G不变，h1不变，G杆不变，弹簧测力计从点到C点，钩码升高相同的高度，杠杆升高的距离h不变，所以Gh1+G杆h不变，所以Fh2也不变，由得，杠杆的机械效率不变，即η1=η3。8．如图所示是小海同学“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验装置，实验中测得数据如下表所示： 钩码重G/N钩码升高高度h/m测力计示数F/N测力计移动距离s/m甲0.980.20.980.2乙0.980.21.020.2丙0.980.20.550.4（1）比较弹簧测力计示数的大小，可知：使用动滑轮的好处是______；（2）把钩码升高相同的高度，比较（b）和（c）实验弹簧测力计移动的距离，可知：使用动滑轮______，所以在提升重物的过程中，如果要同时兼顾定滑轮和动滑轮的特点，则应选择滑轮组______；（3）请在图（d）中画出最省力的绕线方式。______【答案】     可省力     要多移动距离     （d）     【详解】（1）[1]根据表中数据可知，图（a）中，测力计示数为0.98N，即钩码的重力为0.98N，图（b）中测力计示数为1.02N，在图（c）中，测力计示数为0.55N，因拉力F=0.55N<G=0.98N故使用动滑轮的好处是可省力。（2）[2]由表中数据，把钩码升高的高度均为0.2m，（b）和（c）中测力计移动的距离分别为0.2m和0.4m，因把钩码升高的高度0.2m小于0.4m，可知：使用动滑轮要多移动离。[3]所以在提升重物的过程中，如果要同时兼顾定滑轮和动滑轮的特点，既省力也要改变力的方向，则应选择由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组（d）。（3）[4]由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，绳子的有效段数可为2或3，要求画出最省力的绕线方式，故绳子的有效段数为3，绳子的一端先从动滑轮的挂钩上连起，如下所示：9．小明利用如图甲所示的滑轮组，将放置在水平地面上重为G=80N的重物提升到高处。拉力F随时间t变化的图像如图乙所示，重物上升的速度v随时间变化的图像如图丙所示，在2s~4s内，重物上升1m。不计绳重和摩擦，求：（1）在0~6s内，重物上升的平均速度；（2）在4s~6s内，滑轮组的机械效率；（3）在0~2s内，重物对地面的压力大小。【答案】（1）0.5m/s ；（2）80%；（3）40N【详解】解：（1）重物4-6s内上升的高度为重物0到6s内上升的高度为在0~6s内，重物上升的平均速度为（2）由图可知4到6s内绳子自由端所受的拉力为50N，拉着动滑轮绳子的段数为2，滑轮组的机械效率为（3）不计绳重和摩擦时动滑轮的重力为0~2s内，物体所受拉力为地面所受压力和物体所受支持力是相互作用力，大小相等，地面所受压力为答：（1）在0~6s内，重物上升的平均速度为0.5m/s。（2）在4s~6s内，滑轮组的机械效率为80%。（3）在0~2s内，重物对地面的压力大小为40N。10．如图所示是锅炉上的安全阀示意图，当阀门受到蒸汽的压力超过安全值时，阀门就会被顶开，让蒸汽放掉一些，使锅炉气压减小。图中OC为轻质杠杆且可绕O点转动，阀门质量不计。OA长10cm，OB长80cm，B端所挂重物重为50N。（1）如果蒸汽刚好把阀门顶起，求A处受到阀门竖直向上顶的力为多少？（2）当A处受到阀门竖直向上顶的力为300N时阀门就开启， 求重锤应该挂在距A点多远处？【答案】（1）400N；（2）50cm【详解】解：（1）由杠杆平衡条件可得FA×OA=G×OBA处受到阀门竖直向上顶的力为（2）由杠杆平衡条件可得FA′×OA=G×OB′重锤离O点的距离重锤与A点的距离AB′=OB′-OA=60cm-10cm=50cm答：（1）如果蒸汽刚好把阀门顶起，A处受到阀门竖直向上顶的力为400N；（2）当A处受到阀门竖直向上顶的力为300牛时阀门就开启，重锤应该挂在距A点50cm处。11．质量为2.5kg的圆柱体，其横截面的半径为0.5m；放置在水平地面上，与高为0.2m的台阶接触，接触部位足够粗糙，情景如图所示。现欲在圆柱体上施加一作用力，使它下部刚好脱离地面。(1)求此作用力的最小值；(2)要使此圆柱体在10s内运动到台阶上，则功率至少为多少？【答案】(1)10N；(2)0.5W【详解】(1)此圆柱体绕接触点转动时，可视为杠杆。根据杠杆的平衡条件可知“当阻力、阻力臂一定时，动力臂最大，则所施加的动力最小”，即动力臂为过支点和圆心的直径，如图所示。 解得(2)此圆柱体在10s内运动到台阶上，当所做的功仅仅为克服物重时，所需的功率最小。即答：(1)求此作用力的最小值为10N。(2)要使此圆柱体在10s内运动到台阶上，则功率至少为0.5W。