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）

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

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

【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•s

4. 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

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/s

C．绳子拉物体A的功率为1W

D．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：

（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×OB

A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。