专题12 简单机械（原卷版）

专题12简单机械【思维导图】【知识点回顾】知识点一.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。知识点二、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。知识点三、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。(3)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。【例题精析】（2022•菏泽）如图所示，在快递仓库内工人把重为600N的货物用滑轮组以0.2m/s的速度匀速提升，忽略摩擦及绳重，该过程中滑轮组的机械效率为80%，则（）A．工人所用的拉力为200N B．动滑轮的重力为100N C．拉力的功率为150W D．提升重力不同的货物时，此滑轮组机械效率不变（2022•辽宁）使用如图所示的滑轮组，沿水平方向匀速拉动质量为300kg的物体，弹簧测力计的示数为200N，物体在10s内移动1m。物体所受的摩擦力为物重的0.1倍。不计绳重和滑轮组内的摩擦，下列说法正确的是（）A．滑轮组的机械效率为50% B．动滑轮重为100N C．绳子自由端拉力的功率为20W D．增大物重机械效率不变（2022•广元）小李家在自建房屋的过程中，自制了向高处运送材料的装置如图所示，其中动滑轮重为100N。若某一次运送的材料重为400N，在拉力F作用下，材料在20s内匀速上升4m，不计绳的质量和滑轮的摩擦，下列说法中正确的是（）A．滑轮组所做的额外功为1600J B．材料上升的速度大小为0.4m/s C．拉力F做功的功率为80W D．滑轮组的机械效率为80%（2022•眉山）小廖同学家里正在修建楼房，他通过调查了解到工人利用如图的装置，将重力为900N的物体匀速提升了6m，工人对绳子施加的拉力F为475N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是（）①拉力F做功为2850J②动滑轮的重力为50N③拉力F做的额外功为600J④如用该装置匀速提升重力为950N的物体，则该滑轮组的机械效率为95%A．①③ B．②④ C．①② D．③④（2022•乐山）如图所示，在50N的水平拉力F的作用下，重600N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的0.2倍，绳子自由端向前移动的速度为0.6m/s。则（）A．拉力F的功率为3W B．1min内物体移动的距离为36m C．1min内所做的有用功为1440J D．该滑轮组的机械效率为85%（2022•内江）在如图所示的滑轮组中，每个滑轮重20N，在绳子自由端用100N的拉力把货物匀速提高1m，不计摩擦和绳重，则货物的重力和滑轮组的机械效率分别是（）A．20N80% B．20N90% C．180N90% D．180N80%（2022•镇江）如图1所示，轻质杠杆可绕O转动，A点悬挂一重为12N的物体M，B点受到电子测力计竖直向上的拉力F，杠杆水平静止，已知OA＝AB＝BC，则F为N。保持杠杆水平静止，将F作用点从B移至C，此过程中F方向保持不变，F的力臂记为l，则F的大小变，F与（1l）的关系图线为图2中的①；将M从A移至B，再重复上述步骤，F与（1l）的关系图线为图2中的（2022•宁夏）生活中有很多小妙招，如图甲所示，用钢勺很轻松就可以打开饮料瓶盖，模型如图乙，它是以为支点（选填“A”或“B”）的省力杠杆，手在（选填“C”或“D”）点向下压时会更省力。（2022•泰州）建设中的常泰大桥为斜拉索公路、铁路两用大桥，如图为小华制作的斜拉索大桥模型，她用长30cm、重5N的质地均匀分布的木条OA做桥面，立柱GH做桥塔。OA可绕O点转动，A端用细线与GH上的B点相连，桥面OA实质是一种（填简单机械名称）。保持桥面水平，细线对OA的拉力F＝N；将细线一端的固定点由B点改至C点，拉力F的大小变化情况是，由此小华初步了解到大桥建造很高桥塔的好处。（2022•湖北）如图是指甲剪的示意图。请在图中画出杠杆ABO以O点为支点时动力F1的力臂l1和阻力F2。（忽略摩擦，保留作图痕迹）（2022•黔东南州）如图所示，用杠杆将物体A提起，请画出使杠杆平衡最小力F的示意图和物体A所受重力的示意图。（2022•河南）在探究杠杆平衡条件的实验中：（1）将装置放在水平桌面上，静止时如图1所示。为了使杠杆在水平位置平衡，应将螺母向（选填“左”或“右”）调节。（2）实验中，在杠杆两侧挂上不同数量的钩码，第1、2次杠杆平衡时的数据已填入表格。图2是第3次杠杆平衡时的情景，此次杠杆右侧的阻力和阻力臂的数据①为，②为。实验次数动力F1/N动力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m12.50.220.25220.151.50.231.50.1①②（3）分析实验数据，可归纳出杠杆的平衡条件：。（4）某小组对实验过程交流、讨论后，按图3所示又进行了实验。老师肯定了他们的做法，并指出，用弹簧测力计斜拉可使结论更具普遍性，因为这样做改变了。在测量拉力F的力臂时，小组内有不同的意见，你认为拉力的力臂应为（选填“OA”“OB”或“AB”）。（2022•威海）为了建设精致城市，每到春天园林工人要在过街天桥上放置花草，为城市增添一抹绿色。如图所示，工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平，与栏杆M接触点为O；用沙袋将木棒B端压在栏杆N上，在木棒A端吊装滑轮组。OA：OB＝1：2，每个沙袋重300N，每个滑轮重24N。（木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计）（1）若A点受到竖直向下的拉力为1000N，为了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置几个沙袋？（2）若某次工人利用滑轮组竖直向下拉绳子，将重为376N的花架匀速提升5m。求：①滑轮组的机械效率。②滑轮组对绳AC的拉力。（2022•荆州）美的楼宇科技荆州产业园项目是美的集团继冰箱和洗衣机项目后，第三个落地荆州的生产基地，将成为美的楼宇科技在全国最大的集研发、生产于一体的标杆工厂。项目建设中，工人用如图所示的装置将质量为70kg的建筑材料匀速提升了6m，用时10s。电动机的输出功率恒定为600W，不计绳重和摩擦，g＝10N/kg。求：（1）建筑材料上升的速度；（2）10s内电动机输出的总功；（3）动滑轮所受的重力；（4）若用此滑轮组匀速提升另一批建筑材料时，机械效率是90%，则该建筑材料上升的速度。（2022•毕节市）如图，一辆货车匀速从山底A开到山顶B。货车重为5.0×104N，发动机的功率50kW保持不变，山坡AB长2000m，高h为300m，牵引力保持2.5×104N不变，不计空气阻力。求：（1）汽车从山底开到山顶所做的有用功。（2）山坡的机械效率。（3）汽车在山坡上行驶时的摩擦力。【习题巩固】一．选择题（共12小题）1．（2022•泰山区三模）如图所示是一种铡刀切甘蔗的示意图，下列说法正确的是（）A．铡刀的刀刃比较薄是为了减小甘蔗和刀刃间的摩擦 B．铡刀实质上是一种费力杠杆 C．把甘蔗放在b点比放在a点更容易切断 D．手沿F2方向用力比沿F1方向时更省力2．（2022•牡丹江一模）关于生产生活中简单机械的使用，下列说法正确的是（）A．用瓶起子起瓶盖可以省力 B．用滑轮组提升重物一定省功，但会费距离 C．钳子的手柄有条纹，是通过增大压力的方法来增大摩擦力 D．传送带将货物由高处匀速传到低处，货物的重力势能减小，动能增大3．（2022•莲湖区二模）某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率。保持O点位置不变，竖直向上拉动弹簧测力计使重为G的钩码缓慢匀速上升，在此过程中弹簧测力计的读数为F，利用刻度尺分别测出C、B两点上升的高度为h1、h2，忽略杠杆自重，则下列说法不正确的是（）A．杠杆机械效率的表达式为Gh1B．在如图水平位置拉升时F×OB＝G×OC C．若只将钩码的悬挂点由A移至C，O、B位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将变大 D．若弹簧测力计始终竖直向上拉，则测力计示数不断变化4．（2022•鼓楼区校级一模）如图所示，轻质杠杆MON及支架是一个固连在一起的整体，且能绕O点转动，MO：NO＝3：2，图中正方体D通过细线与N点相连且与水平地面的接触面积S为400cm2，当物体A的质量为8kg时，杠杆在水平位置上平衡，物体D对水平地面的压强p1为4000Pa；当把物体A换成质量为12kg的物体B，支点移至O'，使MO'：NO'＝4：3时，杠杆仍在水平位置上平衡，此时绳对物体D的拉力为F，物体D对水平地面的压强为p2（杠杆、支架和托盘的重力不计），则下列结论正确的是（）A．物体D的质量为16kg B．物体D的密度为2.5×103kg/m3 C．绳对物体D的拉力F为160N D．物体D对水平地面的压强p2为400Pa5．（2022•碑林区校级模拟）滑轮是提升重物时经常用到的一种机械，工人师傅用500N的拉力F，利用如图所示的滑轮将重800N的重物在30s内匀速提高了6m。下列判断正确的是（）A．绳端移动的速度为0.2m/s B．提升重物所做的有用功为3000J C．工人师傅拉绳子的功率为200W D．该滑轮的机械效率为62.5%6．（2022•越秀区校级二模）如图分别使用甲、乙、丙三种方式把同一物体M匀速竖直提升，绳长不变，测得各拉力F大小如图，已知拉力F的作用点移动距离相等，则以下说法正确的是（）A．F乙和F丙两个力所做的功不同 B．机械乙的有用功比机械丙的有用功大 C．机械丙的滑轮重一定为12N D．机械乙的机械效率小于机械丙的机械效率7．（2022•雁塔区校级模拟）如图所示是一种车载起重机，由汽车的发动机带动电动机拉动滑轮组吊起重物，汽车和设备的总质量约为30t，与地面的总接触面积约为0.8m2，其中由A、B组成滑轮组（结构如左侧的放大示意图），通过C杆伸缩可以改变吊臂的长短，D杆伸缩可以改变吊臂与水平面的夹角大小，O为吊臂的转动轴；装在E里的电动机牵引钢丝绳，利用滑轮组提升重物。H为在车身外侧增加的支柱，F为吊臂顶端受到竖直向下的力。现用该起重机在30s内将20t重的物体匀速提升4m的高度，电动机的额定功率为3kW，汽车发动机的耗油量为0.5L/min（ρ油＝0.8×103kg/m3，q油＝3.0×107J/kg，取g＝10N/kg）。下列有关说法中正确的是（）A．当C杆伸长时起吊重物更省力 B．当D杆伸长时力F的力臂将变长 C．该装置在上述匀速起重的过程中对水平地面的压强约为3.75×104Pa D．该汽车起重机的工作效率约为13%8．（2022•武汉模拟）在杭州动物园内，一位物理老师仅用小小的弹簧测力计（量程0﹣200N）就测出了一头大象的质量，测量时利用了一根长度约为10m的槽钢作为杠杆（不计槽钢和铁笼的质量）。当槽钢水平静止时，弹簧测力计的读数为200N，测得吊车吊钩的悬点O距弹簧测力计一端（B）点9m，距系铁笼处（A）点10cm。当他拉着弹簧测力计匀速竖直向下拉动了100s，使装有大象的铁笼向上运动了0.1m。有关此次活动的说法正确的是（）A．该大象的质量为1.8×104kg B．拉力做的功为1.8×103J C．拉力的功率是0.2W D．他若想称量更重的大象，可以将弹簧测力计的悬挂点向O点靠近9．（2022•天津模拟）如图所示，杠杆左端挂有质量为m1的货物，其所对应力臂为L1，杠杆右端挂有质量为m2的货物，其所对应的力臂为L2，现将杠杆的支点向左移动ΔL，则为使杠杆重新达到平衡，需向左端补充的货物质量为（）A．(m1+m2C．(m2-m10．（2022•黄山模拟）如图所示，当水平拉力F＝25N时，恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体A重为100N，所受地面的摩擦力为40N，假如在5s时间内，物体水平移动了0.6m，不计绳和滑轮的自重，则在此过程中（）A．拉力F做功为15J B．物体重力做功为60J C．拉力F做功的功率为6W D．该装置的机械效率约为60%11．（2022•惠城区一模）用如图甲所示的装置提升重物，空吊篮A重25N，将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，空吊篮A的上升速度随时间变化关系如图丙所示，忽略绳重、摩擦、空气阻力，下列说法不正确的是（）A．动滑轮所受的重力为15N B．第2秒内拉力做的功为80J C．当货物的重是160N时，匀速提升时，所需拉力是100N D．当货物的重是160N时，匀速提升时，机械效率为92.5%12．（2022•临平区一模）如图所示，拉力F为10N，物体A以0.2m/s的速度在物体B表面向左做匀速直线运动（B表面足够长）；物体B静止在地面上，受到地面水平向左6N的摩擦力，弹簧测力计示数为20N。下列说法正确的是（）A．物体A受到物体B的摩擦力为20N B．此时拉力F的功率为2W C．此时滑轮组的机械效率为70% D．当拉力F增大到20N时，物体B将向左运动二．实验探究题（共3小题）13．（2022•立山区一模）某小组同学在用杠杆测定机械效率的实验中。（一）小敏用如图1所示的实验装置测定杠杆的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。（1）实验中，测力计的示数F为N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m时，C点上升了30cm，则杠杆的机械效率为%。（2）实验中若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是。（3）若只将钩码的悬挂点由A移至B，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将（选填“变大”、“变小”或“不变”）。（二）小王用如图2所示的另一实验装置测量杠杆的机械效率。O为杠杆的转轴，不计摩擦。实验时，给B端施加竖直向下的力，使挂在杠杆A端的钩码缓缓上升。（图中杠杆为质量分布均匀的直棒）下表是提升物体时采集到的数据：实验序号物重G（N）拉力（N）A端上升的高度h/mB端下降的高度s/m杠杆的效率1250.040.0280%2490.040.0289%3250.060.0380%46150.040.0.292%（1）由三组实验，可以初步得出的结论：相同的杠杆，提升的物体越重效率越高。（2）该实验中杠杆的效率总小于100%的原因是杠杆有自重，分析实验数据可知道杠杆的自重为N。14．（2022•涟水县模拟）小张做“探究杠杆平衡条件的实验”：（1）实验前，杠杆静止在如图甲所示位置，此时杠杆（选填“是”或“不是”）平衡状态。（2）实验前小张调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；而实验过程中，也总是使杠杆在水平位置平衡，这样做目的是便于测量。（3）如图乙所示，若每个钩码重0.5N，则弹簧测力计示数为N。（4）如图丙所示，当弹簧测力计由M位置倾斜至N位置时，要使拉力大小不变，杠杆继续在水平位置处于平衡，则应（选填“增大”或“减小”）悬挂的钩码总质量。15．（2022•浑南区二模）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，小王和小李选用的器材有滑轮组、重物、弹簧测力计和刻度尺，测得实验数据如表所示。序号物体重力G/N物体上升高度h/cm拉力F/N绳端移动距离s/cm机械效率η12100.83083.3%24101.53036102.23090.9%46152.24590.9%（1）请你根据他们的实验数据画出滑轮组的绕线方式；（2）测量拉力时，为了使弹簧测力计示数更稳定，小王在测力计静止时读数，同组的小李指出他这样测出的数据对实验的结果有影响，原因是他忽略了对实验的影响；（3）第2次实验测得滑轮组的机械效率是；（4）如果小王没找到刻度尺，他（选填“能”或“不能”）计算出滑轮组的机械效率；（5）结合表中数据和生活实际可知，用滑轮组提升重物时，可提高机械效率