专题13 简单机械（解析版）

专题13简单机械知识要点：杠杆（分类及应用，探究杠杆平衡的条件，最小作用力，杠杆作图），滑轮（定滑轮特点，动滑轮特点，滑轮组特点，斜面），机械效率（滑轮组的机械效率，斜面的机械效率）（杠杆的分类及应用）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【详解】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。（杠杆的分类及应用）下列工具在正常使用中，属于费力杠杆的是（）A．启瓶器 B．切纸铡刀C．食品夹 D．羊角锤【答案】C【详解】ABD．启瓶器、切纸铡刀、羊角锤在使用过程中动力臂大于阻力臂，都是省力杠杆，故ABD不符合题意；C．食品夹在使用的过程中动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故C符合题意。故选C。（杠杆平衡条件）如图所示，保持杠杆在水平位置平衡，在其他条件不变的情况下，下列操作能使弹簧测力计示数变小的是（）A．增加钩码的个数B．将钩码悬挂点的位置向左移C．保持拉力方向不变，将弹簧测力计向右移D．保持弹簧测力计悬挂点的位置不变，使其向左倾斜【答案】C【详解】A．增加钩码的个数时，阻力变大，阻力臂、动力臂都不变，由F1L1=F2L2可知，弹簧测力计的示数变大，故A不符合题意；B．将钩码悬挂点的位置向左移时，阻力不变，阻力臂变大，动力臂不变，由F1L1=F2L2可知，弹簧测力计的示数变大，故B不符合题意；C．保持拉力方向不变，将弹簧测力计向右移时，阻力、阻力臂都不变，动力臂变大，由F1L1=F2L2可知，弹簧测力计的示数变小，故C符合题意；D．保持弹簧测力计悬挂点的位置不变，使其向左倾斜时，阻力、阻力臂都不变，动力臂减小，由F1L1=F2L2可知，弹簧测力计的示数变大，故D不符合题意。故选C。（最小作用力）如图所示，为了使杠杆平衡，可以在它的端加不同方向的四个力，其中最小的力是（）A． B． C． D．【答案】A【详解】由杠杆平衡条件可知，在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长、动力越小。由图可知，当力的方向跟杠杆垂直向下时动力臂最长、最省力，即最小。故选。（杠杆）如图所示，一块厚度、密度均匀的长方形玻璃板平放在水平地面上，分别用竖直向上的拉力F甲、F乙拉在长短不同的两端的中央位置，使该端抬离地面，下列说法正确的是（）A．F甲>F乙，因为甲方法的动力臂短B．F甲<F乙，因为乙方法的动力臂长C．F甲>F乙，因为乙方法的阻力臂短D．F甲=F乙，因为动力臂都是阻力臂的2倍【答案】D【详解】两次抬起水泥板杠杆的示意图如下图所示：两种情况下，动力克服的都是水泥板的重力，对于形状规则质地均匀的物体，其重心都在其几何中心上，所以阻力臂都等于动力臂的二分之一，根据杠杆的平衡条件所以前后两次所用的力相同，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。如图所示，不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦，用三种不同的方式分别拉同一物体在水平地面上做匀速直线运动，所用拉力分别为F1、F2、F3，它们的大小关系正确的是（）A．F2<F1<F3 B．F1<F2<F3 C．F2<F3<F1 D．F3<F2<F1【答案】A【详解】不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦，假设物块与地面的摩擦力为f，左滑轮为定滑轮，F1处于绳端，所以F1=f中滑轮为动滑轮，F2处于绳端，则右滑轮为动滑轮，滑轮、物体匀速运动，滑轮受到向左的力2f等于向右的拉力F3，即F3=2f所以F2<F1<F3，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。（滑轮组特点）小鹏家购买了一箱重960N的装修材料，工人用如图所示的滑轮组将装修材料匀速提高9m，用时3min，若滑轮组的机械效率为80%（不计箱子重、绳重和摩擦）。小鹏计算的下列物理量正确的是（

）A．绳子自由端移动的速度为0.05m/s B．做的有用功为8640JC．拉力为240N D．拉力的功率为48W【答案】B【详解】由图可知，滑轮组的动滑轮绕4段绳。A．装修材料上升的速度v==0.05m/s绳子自由端移动的速度为v绳=4v=4×0.05m/s=0.2m/s故A错误；B．做的有用功为W有=Gh=960N×9m=8640J故B正确；C．滑轮组的机械效率为拉力大小故C错误；D．拉力的功率为故D错误。故选B。（斜面）如图所示，斜面长10m，高4m，用沿斜面方向的推力F，将一个质量为50kg的货物由斜面底端匀速推到顶端，运动过程中摩擦力做功500J，下列说法正确的是（）A．机械效率为75% B．F=300NC．摩擦力为50N D．推力做的总功为3000J【答案】C【详解】AD．推力做的有用功W有用=Gh=mgh=50kg×10N/kg×4m=2000J推力做的总功W总=W有用+W额=2000J+500J=2500J该斜面的机械效率故AD错误；B．由W总=Fs知道，推力大小故B错误；C．由W额=fs知道，摩擦力大小故C正确。故选C。（定滑轮和动滑轮）为探究动滑轮和定滑轮的特点，设计了如图所示的两种方式拉升重物，在相同时间内将同一物体匀速提升相同高度，拉力分别为F1和F2（不计绳重和摩擦），下列说法正确的是（）A．若用定滑轮拉重物，当拉力竖直向下时最省力B．使用动滑轮拉力更小，且做功更少C．用动滑轮提升重物上升h高度，测力计也上升h高度D．使用动滑轮拉力做功的功率大于使用定滑轮拉力做功的功率【答案】D【详解】A．定滑轮的实质是一个等臂杠杆，不计绳重和摩擦时，用定滑轮拉重物，各个方向的拉力都等于物重，故A错误；B．不计绳重与摩擦，使用定滑轮拉力做的功等于克服物体重力做的功，即W1=Gh；使用动滑轮，不计绳重与摩擦，拉力做的功等于克服物体重力和动滑轮重力做的功，即W2=(G+G动)h所以，使用动滑轮所做的功大于使用定滑轮所做的功，故B错误；C．动滑轮绳子的有效段数为2，用动滑轮提升重物上升h高度，测力计移动的距离为2h，故C错误；D．使用动滑轮所做的功大于使用定滑轮所做的功，由于做功时间相同，根据可知，使用动滑轮拉力做功的功率大于使用定滑轮拉力做功的功率，故D正确。故选D。某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组．匀速提起相同的重物，并上升相同的高度，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是A．甲图省力，甲图所做的总功大 B．甲图省力，甲、乙所的总功一样的C．乙图省力，甲、乙所做的总功一样大 D．乙图省力乙图做的总功大【答案】C【详解】AB．由图知道，甲乙承担物重是绳子的段数分别是：n甲=2，n乙=3，不计绳重及摩擦时，绳端的拉力是：所以，绳子受的拉力是：所以，F甲＞F乙，即乙图省力，故AB不符合题意；CD．又因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度均相同，且W额=G轮h，W有用=G物h，所以，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，故C符合题意，D不符合题意．（杠杆平衡条件）如图是搬运泥土的独轮车，设车和泥士的总重G=900N，运泥土时从A点提起独轮车把手的力是F，F的力臂是___________m，F的大小至少是___________N。【答案】

1

270【详解】[1]独轮车的轮轴处是支点O，F是动力，支点到力F作用线的距离是F的力臂（动力臂），则F的力臂是1m。[2]重力G是阻力，支点到重力作用线的距离是阻力臂，故阻力臂是0.3m；由杠杆的平衡条件可得Fl1=Gl2则动力大小至少为（杠杆平衡条件）如图所示为家庭电路常用的两种墙壁开关，其按钮可绕面板内某轴转动。根据你的生活经验，你认为______较易损坏，理由是______。【答案】

甲

甲力臂小【详解】[1][2]甲乙两种开关均可在力的作用下绕轴转动，符合杠杆原理，一般开关损坏的原因是由于受力过大造成的；甲开关按钮较小，甲力臂小，根据杠杆原理可知力臂越小作用力越大，因此损坏的越快，所以甲较易损坏。（杠杆平衡条件）（1）图甲为“探究二力平衡条件”的实验装置。①实验时，把小车放在较为________（选填“光滑”或“粗糙”）的水平桌面上。在探究力的大小对二力平衡的影响时，利用了定滑轮能够_______的特点，并通过调整砝码的质量来改变F1和F2的大小；②使两盘中砝码的质量__________（选填“相等”或“不相等”），把小车在水平桌面上扭转一个角度，放开手，观察到小车发生转动，说明作用在同一小车上的彼此平衡的两个力一定作用在________上；（2）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，小明利用轻质细杆（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如图乙所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向___________侧调节（选填“左”或“右”），使杠杆在水平位置平衡，便于测量___________；②如图丙所示，杠杆在水平位置平衡后，在杠杆上的A点悬挂了2个钩码，为使杠杆在此位置保持平衡，可以在___________点悬挂一个钩码；（选填“B”或“C”）③如图丁所示是小明利用核桃夹开核桃的情形，核桃夹属于___________杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）。【答案】

光滑

改变力的方向

相等

同一直线

左

力臂大小

B

省力【详解】（1）①[1]在做实验时，为了防止摩擦力对实验造成影响，所以实验时，应将小车放在光滑的水平面上。[2]定滑轮虽然不省力，但是可以改变力的方向，因此利用这一特性，在探究力的大小对二力平衡的影响时，可通过调整砝码的质量从而改变砝码的总重力来改变F1和F2的大小。②[3][4]保持两盘砝码的质量相等，将小车在水平桌面上转动一个小角度，此时作用在小车的两个拉力不在同一直线上，这时松手后小车会发生转动。当小车重新恢复到原来的静止状态时，此时二力平衡，则它们作用在同一直线上。（2）①[5]如图乙所示，杠杆左高右低，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母往高的地方调，也就是向左侧调节。[6]为了探究杠杆平衡条件，需要测量力臂的大小，因此当杠杆平衡时，就更方便测量力臂的大小。②[7]杠杆平衡时，动力和阻力的方向如果相同，则二力作用在支点的两侧；如果相反，则二力作用在支点的同侧。当在杠杆上的A点悬挂了2个钩码，同时在另一点也悬挂钩码使杠杆保持平衡，那么动力和阻力的方向都是竖直向下的，二力作用在支点两侧，故应该在B点悬挂钩码。③[8]从图丁可以看出，核桃夹的动力臂大于阻力臂，故为省力杠杆。（杠杆平衡条件）在探究“杠杆的平衡条件”实验中，所用的实验器材有：杠杆（杠杆上每小格长为2cm）、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个（每个钩码重1N）。（1）如图甲，实验时，应调节平衡螺母使杠杆在______位置平衡，他首先把杠杆右端的平衡螺母调到最右边，但是发现杠杆仍然不能水平平衡，接下来他应该_______；（2）杠杆在水平位置平衡后，小明在杠杆A点处挂上2个钩码，作为动力F1，B点处挂上1个钩码，作为阻力F2，杠杆恰好在水平位置平衡，如图乙所示，分别测量出两个力的力臂L1和L2，计算后发现：，便得出杠杆的平衡条件是：。但小红认为小明这种实验处理方法是不完善的，理由是______；（3）在探究过程中，我们需要测量和记录动力、动力臂，阻力、阻力臂四个物理量，在进行多次实验的过程中，我们______（可以/不可以）同时改变多个量进行探究测量；（4）接着，小明提出新的探究问题：“若支点不在杠杆的中点时，杠杆的平衡条件是否仍然成立？”于是小明利用如图丙所示装置进行探究，在杠杆D点处挂上2个钩码，用弹簧测力计在C点处竖直向上拉，使杠杆在水平位置处于平衡状态，以弹簧测力计的拉力为动力F1，钩码拉力为阻力F2，多次调整力和力臂的大小进行测量，发现：总是_______（“>”、“<”、“=”），其原因主要是______。【答案】

水平

把左边的平衡螺母向右调节

仅凭一次实验得出结论，不具普遍性

可以

大于

杠杆的重力【详解】（1）[1][2]实验时，杠杆向左端倾斜，左端重，需要将调节平衡螺母，使它在水平位置平衡，便于测量力臂；右边的平衡螺母已经到了最右端，我们可以调节左端的平衡螺母，将左端的平衡螺母向右调节。（2）[3]就测量一次得出实验结论，不具普遍性，具有偶然性。（3）[4]实验过程中，为了使结论更具有普遍性，应该同时改变多个量进行探究测量，故可以同时改变多个量进行探究测量。（4）[5][6]如图所示，杠杆的重心在D点，那么由于杠杆自身的重力对实验有影响，杠杆自重与F2的合力是阻力，根据杠杆平衡原理可知故在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑纶组提升不同的钩码，分别做了三次实验，实验数据记录在下表中。实验次数钩码所受重力G/N提升高度h/m拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率η120.11.00.366.7%240.11.70.378.4%360.12.40.3（1）在实验过程中，应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；（2）在第3次测量中，滑轮组做的有用功是______J，总功是______J，机械效率为______；（3）分析表中数据可得出：同一滑轮组，提升钩码越重，机械效率越______（选填“高”或“低”）；（4）若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，提升相同的物体时，滑轮组的机械效率______（填“变大”“变小”或“不变”）。【答案】

匀速

0.6

0.72

83.3%

高

不变【详解】（1）[1]实验中，应缓慢匀速拉动弹簧测力计，使钩码向上做匀速直线运动，这样能使整个滑轮组处于平衡状态，且弹簧测力计的示数稳定，便于读数。（2）[2][3][4]由图表中第3次实验测量数据可知，滑轮组做的有用功是W有=Gh=6N×0.1m=0.6J总功是W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J机械效率是（3）[5]由图表中数据可知，1、2、3次实验提升钩码的重力逐渐变大，机械效率逐渐变大。因此分析表中数据可得出：同一滑轮组，提升钩码越重，机械效率越高。（4）[6]若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，则额外功为克服动滑轮自重做的功，即W额外=G动h提升相同的物体时，有用功W有用=Gh总功W总=W有用+W额外=Gh+G动h滑轮组的机械效率因G、G动均不变，故滑轮组的机械效率不变。（杠杆的分类及应用）图为指甲剪的示意图，它有几个杠杆？分别是省力杠杆，还是费力杠杆？【答案】见解析【详解】由下图可知，指甲剪可以看成是由一个撬棒和一个镊子组成，它是由AOB、O'A'B和O'CB'三个杠杆组成的。撬棒是AOB，以O为支点，动力作用在A上，阻力作用在B上，使用时动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；镊子是由O'A'B和O'CB'两个杠杆组成，杠杆O'CB'的支点为O'点，动力作用在C点，阻力作用在B′点，使用时动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；杠杆O'A'B的支点在O'点，动力作用在A'点，阻力作用在B点，使用时动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。（力臂）如图，轻质杠杆平衡，请作出动力F1的力臂l1和杠杆所受阻力F2的示意图；【答案】【详解】力臂为支点到力作用线的距离，由支点向F1的方向做垂线，垂线段的长度为力臂l1，该杠杆的阻力为物块与杠杆之间绳子对杠杆向下的拉力，如图所示：（最小作用力）如图，画出使轻质杠杆保持平衡的最小力F的示意图．【答案】【详解】连接OA，然后过A点作垂直于OA、方向斜向上的最小作用力F．如图所示：（最小作用力）如图，轻质杠杆AB可绕O点转动，请在图中画出使杠杆保持平衡的最小力F的示意图并画出该力的力臂l。【答案】【详解】由杠杆平衡条件可知，在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小；图中支点在O点，因此以OA作为动力臂时最长，由图知动力的方向应该向上，据此从A点作OA的垂线，表示最小力F，如图所示：（滑轮组特点）用如图所示的滑轮组将水桶匀速提升，请画出连接滑轮组最省力的绕法。【答案】【详解】根据滑轮组省力特点，承担物体重力的绳子股数最多，滑轮组最省力，图中滑轮组承担物体重力的绳子股数最多是3，故画出滑轮组最省力的绳子绕法如下图所示：（滑轮组特点）一根绳子能承受的最大拉力为500牛，一个人站在地上，想用这根绳子提起1800牛的重物，求出绳子的股数n并画出这个滑轮组的装置图。【答案】n=4；【详解】根据题意，绳子最大承重是500N，而要提起的物体的物重是1800N，根据滑轮组自由端的拉力和物重的关系很明显如果要，需要满足，故。根据滑轮组的结构可画图如下（滑轮组特点）如图所示，艾依钟用滑轮组将童为600N的木箱，从地面匀速提到4m高的阳台上，用时40s，已知动滑轮的重力为60N，不计绳重和摩擦。求：（1）木箱匀速上升的速度；（2）木箱克服重力所做的功；（3）拉力做功的功率。【答案】（1）0.1m/s；（2）2400J；（3）66W【详解】解：（1）木箱上升的高度h=4m，用时t=40s，则木箱上升的速度（2）木箱重力G=600N，克服木箱重力做功（3）动滑轮重力为，连接动滑轮绳子的段数n=3，则拉力拉动绳子的速度拉力做功的功率答：（1）木箱上升的速度为0.1m/s；（2）木箱克服重力做功24