中考物理一轮复习单元复习讲练考专题34 简单机械 单元知识点讲解与典型题解析（解析版）

第十二单元简单机械专题34简单机械单元知识点讲解与典型题解析新课标对单元考点要求1.知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。2.知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。3.能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。单元知识思维导图单元考点知识讲解考点1：杠杆1.定义：一根在力的作用下能绕固定点转动的硬棒。一根硬棒能成为杠杆要具备两个条件：有力的作用；能绕某固定点转动。两个条件缺一不可，杠杆的形状可以是直的，也可以是弯的，但必须是硬的，支点可以在杠杆的一端，也可以在杠杆上的其它位置处。2.杠杆的五要素（1）支点：杠杆绕着固定转动的点，用字母“O”表示。（2）动力：促使杠杆转动的力，常用字母“F1”表示。（3）阻力：阻碍杠杆转动的力，常用字母“F2”表示。（4）动力臂：支点到动力作用线的距离，常用字母“L1”表示。（5）阻力臂：支点到阻力作用线的距离，常用字母“L2”表示。考点2：杠杆分类物理量杠杆力臂力特点应用举例省力杠杆L1＞L2F1＜F2省力费距离撬棒费力杠杆L1＜L2F1＞F2费力省距离船桨等臂杠杆L1=L2F1=F2不省力也不费距离天平考点3：杠杆的平衡条件1.杠杆的平衡条件是指杠杆静止不动或匀速转动。2.杠杆的平衡条件又称杠杆原理，其表达式为：动力×动力臂=阻力×阻力臂（F1L1=F2L2）或SKIPIF1<03.从杠杆的平衡可知，力和力臂的大小成反比，即力臂越长，力就越小，计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要统一，动力臂和阻力臂的单位也要统一。考点4：滑轮和滑轮组1.定滑轮与动滑轮2.滑轮组（1）定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成的叫滑轮组。（2）特点：既能省力又能改变力的方向，但是要费距离。（3）省力特点:使用滑轮组时，有几段（股）绳子吊着物体，提起重物所用的力就是物重的几分之一，即F=SKIPIF1<0G，F为提起重物所用的力，G为物重，n为承受物重的绳子段（股）数，即绕在动滑轮上的绳子段（股）数。考点5：滑轮组机械效率1.有用功(W有）：人们为了达到工作目的的必须要做的功。2.额外功(W额）：利用机械时不想需要但不得不做的功。3.总功(W总）：外力所做的功，即有用功和额外功的总和。即W总=W有+W额。4.定义：机械效率是有用功与总功的比值，分析判定一个机械的机械效率高低要分析两个因素：有用功与总功。任何机械的机械效率都小于1.5.计算公式:η=SKIPIF1<0×100％。6.提高机械效率的途径：尽可能增加提升物体的重力；减轻机械的自身重量；合理地减少部件间的有害摩擦。7.特点：机械效率总是小于1.单元考点解题规律总结一、杠杆作图题技巧学习杠杆的关键点是知道杠杆的五要素。五要素包括支点、动力、动力臂、阻力和阻力臂。组成杠杆的示意图如下。（1）支点用字母O表示，是杠杆绕着转动的点，同一根杠杆使用方法不同，支点的位置可能不同，要能根据具体情况区分支点。（2）画动力（用字母F1表示）或阻力（用字母F2表示）时应注意力的作用点和方向。动力和阻力都是杠杆受到的力，其作用点都在杠杆上。有同学认为同一根杠杆上动力和阻力的方向一定相同，有同学认为一定不同，这都是错误的。正确的认识是：动力和阻力能使杠杆转动的方向一定是相反的。即一个力能使杠杆向顺时针方向转动，则另一个力一定是能使杠杆向逆时针方向转动。（3）动力臂用字母l1表示，阻力臂用字母l2表示。力臂不是支点到力的作用点的距离，而是支点到力的作用线的距离。借用几何用语，力臂不是点到点的距离，而是点到直线的距离。（4）画力臂方法：一找支点、二画线、三连距离、四标签.即找支点O；画力的作用线（虚线）；画力臂（虚线，过支点垂直力的作用线作垂线）；标力臂（大括号）。3.与动滑轮连接的绳子能分担物体的重力，所以与动滑轮相连的绳子的股数越多越省力，但还要注意对拉力方向的要求。要根据题中要求确定开始是从定滑轮还是动滑轮挂钩系线。二、利用杠杆平衡条件的计算类问题解题思路1．杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂即F1L1＝F2L22.能根据杠杆平衡条件进行力与力臂的求解（1）利用F1L1=F2L2进行有关计算。先根据杠杆转动的效果，找出动力和阻力；（2）再根据支点的位置，确定每个力的力臂；（3）最后根据杠杆的平衡条件，代入数据计算出结果。三、求解机械效率有关的计算题解题策略1.有用功W有用=Gh2.总功W总=Fs3.额外功W额外=W总—W有用4.机械效率公式：η＝（W有用/W总）×100％对于杠杆、滑轮组、斜面不同的简单机械，以上公式中s、h物理意义不同。四、解决几个简单机械方面的实验思路1.杠杆平衡条件的探究命题点（1）让支点处于杠杆中央的目的：减小杠杆自重对实验造成的影响。（2）杠杆平衡螺母的调节：左高左调、右高右调。（3）实验时应调节钩码的悬挂位置使杠杆在水平位置静止，目的是便于测量力臂。（4）本实验多次测量的目的是避免实验的偶然性，得出普遍规律。（5）用弹簧测力计代替杠杆一侧所挂钩码，当测力计由竖直方向拉变成倾斜拉，要使杠杆仍保持平衡，测力计的示数会变大，是因为拉力的力臂变小。（6）实验数据分析。（7）实验结论：动力×动力臂＝阻力×阻力臂(F1L1＝F2L2)2.解决杠杆平衡条件的探究问题基本要领是：（1）知道杠杆平衡是指杠杆静止或匀速转动。实验前应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是方便从杠杆上量出力臂。（2）实验结论：杠杆的平衡条件是动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂，写成公式为F1l1＝F2l2。（3）还可以利用动力乘以动力臂是否等于阻力乘以阻力臂来判断杠杆平衡与否。3.探究滑轮组的机械效率实验（1）原理：η=W有/W总（2）应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S（3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。（4）注意：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的是保证测力计示数大小不变。（5）结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：1）动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。2）提升重物越重，做的有用功相对就多。3）摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。4.探究斜面的机械效率实验（1）原理：η=W有/W总（2）应测物理量：拉力F、斜面长度L、物体重力G、斜面的高h。（3）器材：刻度尺、弹簧测力计。（4）注意：必须匀速拉动弹簧测力计使物体从斜面底端匀速到达顶端。目的是保证测力计示数大小不变。（5）结论：影响斜面机械效率高低的主要因素有：摩擦力、斜面倾斜角。单元对点例题解析考点1：杠杆作图【例题1】（2022湖南邵阳）某天，“生物”和“物理”两位大师在一起进行体育锻炼。“生物”大师伸出健硕手臂对“物理”大师说：“看，我能提起很重的物体哦（如图）！"“物理”大师竖起大拇指说：“真厉害！其实，你的前臂就是物理学中的一根杠杆。”以下对于这根杠轩在提起重物的过程中，分析合理的是（）A.前臂杠杆的支点O在肘关节处 B.肱二头肌给桡骨的力F1是阻力C.重物给前臂的力F2是动力 D.前臂是一根省力杠杆【答案】A【解析】A．前臂将物体拿起时，肘关节处保持不动，肘关节处为前臂杠杆的支点O，故A符合题意；B．肱二头肌给桡骨的力F1是将物体拿起的动力，故B不符合题意；C．重物给前臂的力F2是阻碍前臂上升的阻力，故C不符合题意；D．如图所示，动力F1是力臂是肘关节到肱二头肌拉力作用线的距离，距离较小，阻力F2的力臂是肘关节到重物对手压力作用线的距离，距离较大，根据杠杆平衡条件SKIPIF1<0SKIPIF1<0则SKIPIF1<0是费力杠杆，故D不符合题意。故选A。【例题2】（2022苏州）在图中画出杠杆的阻力臂l，并在A点画出使杠杆静止在图示位置的最小力F；【答案】如图所示【解析】由图可知，O为支点，重物向下拉杠杆的力为阻力，则过支点做阻力作用线的垂线段即为阻力臂l；；由杠杆平衡条件可知，在阻力、阻力臂一定时，动力臂越大，动力越小。最小力F作用在A点，当OA为F的力臂时，力臂最长，此时力F最小，且F的方向垂直杠杆向上，从A点垂直OA向上画出F的示意图，如图所示。【例题3】（2021内蒙古通辽）如图所示是一种抽水马桶水箱自动上水装置的示意图。当水箱内的水达到一定高度时，浮标带动杠杆AOB压住入水口，停止上水。请在图中画出动力F1、阻力F2和动力臂L1。【答案】如图所示： 【解析】根据杠杆原理分析出杠杆所示动力的作用点和方向；力臂是支点到力的作用线的距离，支点为点O，分别作出支点到力的作用线的垂线段即可。由图和题意可知，O为支点，水对浮标的向上作用力为动力，入水口对B端的向上作用力为阻力；过杠杆B点作竖直向上的力即为阻力F2；过浮标重心作竖直向上的力即为动力F1，过支点O作动力F1作用线的垂线段即为动力臂L1．考点2：杠杆分类【例题4】（2022江苏连云港）下图是生活中几种常见的杠杆，其中属于省力杠杆的是（）A.钓鱼竿 B.道钉撬C.筷子 D.理发剪刀【答案】B【解析】A．钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故A不符合题意；B．道钉撬在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B符合题意；C．筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故C不符合题意；D．理发剪刀在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D不符合题意。故选B。【例题5】（2022河北省）在劳动课上，小明利用钳子反复弯折铁丝，弯折处铁丝的温度升高，这是通过____的方式改变铁丝内能的，如图所示，在剪断铁丝的过程中，钳子是一个____（选填“省力”或“费力”）杠杆。【答案】做功省力【解析】弯折铁丝时，人对铁丝做功，机械能转化为内能，物体内能增大，温度升高，分子热运动更加剧烈，这是通过做功的方式改变铁丝的内能。在剪断铁丝的过程中，钳子的动力臂大于阻力臂，根据杠杆平衡条件，动力小于阻力，所以钳子是一个省力杠杆。考点3：杠杆的平衡条件【例题6】（2022广西玉林）如图所示，杠杆处于水平平衡状态，若在杠杆两侧挂钩码处各增加一个质量相同的钩码，则杠杆（）A.仍然平衡 B.右端下降 C.左端下降 D.匀速转动【答案】C【解析】设杠杆上每一格的长度为l，每个钩码的重力为G，原来杠杆水平平衡时，有2G×3l=3G×2l在杠杆两侧挂钩码处各增加一个质量相同的钩码时，左侧动力与动力臂的乘积为3G×3l=9Gl右侧阻力与阻力臂的乘积为4G×2l=8Gl因为9Gl>8Gl根据杠杆平条件可知，杠杆左端会下降，ABD不符合题意，C符合题意【例题7】（2022湖南益阳）在探究“杠杆的平衡条件”的实验中：（1）没有挂钩码时，杠杆静止时的状态如图所示，为了使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母应向_____移动；（2）杠杆在水平位置平衡后，在杠杆两侧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。然后改变动力和动力臂，相应调节阻力和阻力臂，再做几次实验。再做几次实验的目的是___________（填序号）；A．多次测量求平均值，减小误差B．寻找规律的普遍性（3）当货车所载货物重心太靠后时，货车会翘起来，如图所示，这样容易造成交通安全事故。若以后轮为支点，货物对货车压力F的力臂用SKIPIF1<0表示，货车重力G的力臂用SKIPIF1<0表示，货车之所以会翘起来，是因为SKIPIF1<0___________SKIPIF1<0（选填“>”、“=”或“<”）。【答案】右B>【解析】（1）杠杆的右端上翘，左端下沉，说明重心偏左，要使杠杆在水平位置平衡，平衡螺母应向上翘的右端移动。（2）通过实验总结归纳出物理规律时，一般要进行多次实验，获取多组实验数据，避免实验结论的偶然性，归纳出的物理规律才具有普遍性，所以在探究杠杆平衡的条件时，多次改变力和力臂的大小主要是为了寻找规律的普遍性。（3）货车可以看成杠杆，若以后轮为支点，当SKIPIF1<0时，货车便不能平衡，货车车头会翘起来。【例题8】（2022湖北孝感）由我国自主研制、体现中国力量与中国速度的大国重器，世界首台千吨级运、架一体机“昆仑号”，可为高铁、道路桥梁的建设高效铺设箱梁。某次架桥时，要将一段重为1.0×107N的箱梁运到铺设位置。（1）当箱梁静止在水平桥面时，箱梁与桥面的接触面积为200m2，求箱梁对桥面的压强；（2）工作时，“昆仑号”将箱梁自桥面竖直向上提升0.6m，固定好后，载着箱梁水平向前运动了30m。求此过程中克服箱梁所受重力做的功；（3）如图所示，“昆仑号”将箱梁运到桥墩A、B之间的正上方时水平静止。图中l1表示MN的水平距离，l2表示ON的水平距离，G表示“昆仑号”与箱梁受到的总重力（不包括轮车A受到的重力）、其重心在O点，F表示桥墩B上的支腿对“昆仑号”竖直向上的支持力。请推导支持力F的表达式（用字母表示）。【答案】（1）5×104pa；（2）6×106J；（3）SKIPIF1<0【解析】（1）根据公式SKIPIF1<0可得。箱梁对地面的压强为SKIPIF1<0（2）根据重力做功的公式W=Gh可得，克服重力做的功为W=Gh=1.0×107N×10N/kg=6×106J（3）根据杠杆平衡原理可知Fl1＝G（l1－l2）SKIPIF1<0答：（1）箱梁对桥面的压强为5×104pa；（2）此过程中克服箱梁所受重力做的功为6×106J；（3）支持力F的表达式SKIPIF1<0。考点4：滑轮和滑轮组【例题9】（2022广东）分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（）A.B.C.D.【答案】A【解析】A．不计滑轮重、绳重和摩擦，承重绳子的段数n=3，则拉力SKIPIF1<0B．不计滑轮重、绳重和摩擦，承重绳子段数n=2，则拉力SKIPIF1<0C．定滑轮相当于等臂杠杆，不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力SKIPIF1<0D．动滑轮相当于省力杠杆，不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力SKIPIF1<0综上，四种装置匀速提升同一重物，则最省力的是A中的装置。故选A。【例题10】（2022甘肃金昌）如图所示，某工人站在地面上使用由三个滑轮组成的滑轮组提升重物，请画出最省力的绕绳方法。【答案】如图所示。【解析】由于图中只有一个动滑轮，承担物重的绳子段数最多为3段，此时最省力，其绕法。考点5：滑轮组机械效率【例题11】（2022哈尔滨）如图所示，用一个动滑轮把重100N的沙袋从地面匀速提到6m高的楼上，所用拉力60N（绳重和摩擦不计），下列说法正确的是（）A.动滑轮重40NB.绳子自由端通过的距离为12mC.拉力做的有用功为720JD.动滑轮机械效率为8.3%【答案】B【解析】A．由图知，n=2，因为不计绳重和摩擦时SKIPIF1<0，所以动滑轮的重力G动=2F-G=2×60N-100N=20N故A错误；B．绳子自由端移动的距离s=nh=2×6m=12m故B正确；C．拉力做的有用功W有用=Gh=100N×6m=600J故C错误；D．拉力做的总功W总=Fs=60N×12m=720J滑轮组的机械效率SKIPIF1<0故D错误。故选B。【例题12】（2022安徽）用图示的滑轮组将重为SKIPIF1<0的物体竖直向上匀速提升SKIPIF1<0，拉力F的大小为SKIPIF1<0，则该滑轮组的机械效率为______。【答案】80%【解析】由图可知，滑轮组承担重物的绳子股数为n=3，则由SKIPIF1<0可知，该滑轮组的机械效率为SKIPIF1<0【例题13】（2022梧州）如图所示，工人师傅用250N的拉力，使重为2000N的物体以0.2m/s的速度在水平地面上做匀速