专题13机械和机械效率-2023年中考物理真题考点解读与模拟预测

专题13机械和机械效率1．考查形式：主要以填空题、实验题和计算题的形式进行考查，是每年中考的必考考点。2．考查内容：杠杆平衡的相关计算考查力的计算，核心考点是杠杆的五要素，滑轮组机械效率的计算。3．命题情景：近10年中关于杠杆的考查中，直接给出杠杆模型考查2次；从生活情境中抽象、提取、转化的理想化模型考查3次；机械效率的计算考查4次，机械效率的理解考查1次，已知机械效率求有用功考查1次。4．命题预测：预计2023年中考中将继续以填空题的形式考查杠杆模型和相关计算，近3年关于机械效率全部以滑轮组为模型进行考查，主要考查学生对有用功、总功、机械效率的相关计算，预计2023年机械效率将继续以填空题和选择题的形式考查滑轮组机械效率的计算。考向1杠杆【真题来源1】2022年安徽省中考物理真题【真题题文】用图中所示的装置探究杠杆的平衡条件，通过正确的实验操作，得到下表中的数据。实验次数动力F1/N动力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m13.00.202.00.3022.00.151.531.50.201.00.30…………（1）第2次实验数据中的阻力臂应为___________；（2）第3次实验后，用带杆的滑轮水平向左缓慢推动右边挂钩码的悬线（保持上端悬点不动），如图乙所示，不计摩擦，杠杆___________（选填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡，原因是：___________。【答案】

0.20

不能

见解析【真题来源2】2021年安徽省中考物理试题【真题题文】研究物理问题时，常需要突出研究对象的主要因素，忽略次要因素，将其简化为物理模型。（1）如图甲，一质量分布均匀的杠杆，忽略厚度和宽度，长度不可忽略，用细线将它从中点悬起，能在水平位置平衡。将它绕悬点在竖直面内缓慢转过一定角度后（如图乙）释放，为研究其能否平衡，可将它看成等长的两部分，请在图乙中画出这两部分各自所受重力的示意图和力臂，并用杠杆平衡条件证明杠杆在该位置仍能平衡；（2）如图丙，一质量分布均匀的长方形木板，忽略厚度，长度和宽度不可忽略，用细线将它AB边的中点悬起，能在水平位置平衡。将它绕悬点在竖直面内缓慢转过一定角度后（如图丁）释放，木板在该位置能否平衡？写出你的判断依据。【答案】（1）；见解析；（2）不能平衡；答案见解析【真题来源3】2020年安徽省中考物理试题【真题题文】停车场入口处常用横杆来控制车辆的进出，如图甲所示。我们可以把该装置简化成如图乙所示的杠杆。若横杆AB粗细相同、质量分布均匀，重G=120N，AB=2.8m，AO=0.3m。要使横杆AB保持水平平衡，需在A端施加竖直向下的力F=________N。【答案】440【真题来源4】2019年安徽中考物理试题【真题题文】如图所示，一轻杆AB悬于O点,其左端挂一重物，右端施加一个与水平方向成30°的力F,此时轻杆水平平衡．若重物质量m=3kg,BO=3AO，g取10N/kg.则力F的大小为__N.【答案】20【试题解析】真题来源1（1）[1]根据杠杆平衡可知，阻力臂应为（2）[2][3]用带杆的滑轮水平向左缓慢推动右边挂钩码的悬线（保持上端悬点不动），改变了拉力的方向，但是没有改变拉力的大小，但是支点到力的作用线的距离，即力臂的长短发生了变化，由可知，不变，的大小不变，但是力臂发生了变化，故杠杆不能保持平衡。真题来源2（1）设杠杆的中点为O，杠杆与水平方向的夹角为θ，由于杠杆质量分布均匀，且左右两部分等长，因此杠杆左右两部分重力G1=G2，重心分别在两部分的中点处，分别设为O1和O2，则易知OO1=OO2，左右两部分重力的力臂l1=OO1cos，l2=OO1cos因此L1=L2因此有G1L1=G2L2满足杠杆平衡条件，因此杠杆在该位置仍能平衡。（2）不能平衡，转过一定角度释放的瞬间，木板只受重力和细线的拉力的作用，重力的方向竖直向下，拉力的方向竖直向上；此时木板的重心不在悬点的正下方，重力和细线的拉力不在一条直线上，不是一对平衡力，木板受力不平衡，因此不能平衡。真题来源3横杆AB粗细相同、质量分布均匀，则横杆的重心在AB中点，故重力G的力臂为力F的力臂由杠杆平衡条件得解得故需在A端施加竖直向下的力为440N。真题来源4轻杆AB在力F的作用下保持水平平衡，先在图上作出F的力臂OC，如下图：根据直角三角形的性质可知：，又因为BO=3AO，所以OC=1.5AO；重物质量m=3kg，则杠杆此时满足则【命题知识点】1.杠杆：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒，这根硬棒就叫杠杆。（1）“硬棒”泛指有一定长度的，在外力作用下不变形的物体。（2）杠杆可以是直的，也可以是任何形状的。2.杠杆的五要素：（1）支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母“O”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中间，在杠杆转动时，支点是相对固定；（2）动力：使杠杆转动的力叫动力，用“F1”表示；（3）阻力：阻碍杠杆转动的力叫阻力，用“F2”表示；（4）动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离，用“l1”表示；（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离，用“l2”表示。注意：无论动力还是阻力，都是作用在杠杆上的力，但这两个力的作用效果正好相反。一般情况下，把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力，而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。力臂是点到线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的，其力臂为零，对杠杆的转动不起作用。3.杠杆示意图的画法：（1）根据题意先确定支点O；（2）确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长；（3）从支点向力的作用线画垂线，并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂；第一步：先确定支点，即杠杆绕着某点转动，用字母“O”表示。第二步：确定动力和阻力。人的愿望是将石头翘起，则人应向下用力，画出此力即为动力用“F1”表示。这个力F1作用效果是使杠杆逆时针转动。而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反，在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动，则阻力是石头施加给杠杆的，方向向下，用“F2”表示如图乙所示。第三步：画出动力臂和阻力臂，将力的作用线正向或反向延长，由支点向力的作用线作垂线，并标明相应的“l1”“l2”，“l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂，如图丙所示。4.杠杆的平衡条件（1）杠杆的平衡：当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。（2）杠杆的平衡条件实验。1）首先调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。如图（5）所示，当杠杆在水平位置平衡时，这样就可以由杠杆上的刻度直接读出力臂实物大小了，而图（4）杠杆在倾斜位置平衡，读力臂的数值就没有图（5）方便。由此，只有杠杆在水平位置平衡时，我们才能够直接从杠杆上读出动力臂和阻力臂的大小，因此本实验要求杠杆在水平位置平衡。2）在实验过程中绝不能再调节螺母。因为实验过程中再调节平衡螺母，就会破坏原有的平衡。（3）杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，或F1l1=F2l2。考向2机械效率【真题来源1】2022年安徽省中考物理真题【真题题文】用图示的滑轮组将重为的物体竖直向上匀速提升，拉力F的大小为，则该滑轮组的机械效率为______。【答案】80%【真题来源2】2021年安徽省中考物理试题【真题题文】如图，用滑轮组将一重物竖直向上匀速提升2m，所用拉力F=100N，若该过程中滑轮组的机械效率为80%，则滑轮组对重物做的有用功为______J。【答案】320【真题来源3】2020年安徽省中考物理试题【真题题文】如图所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一重为600N的物体从斜面底部匀速推到顶部（不考虑物体的大小）。已知斜面长L=3m，高h=1.5m。若该过程中斜面的效率为60%，力F所做的功为________J。【答案】1500【真题来源4】2019年安徽中考物理试题【真题题文】用沿斜面向上大小为3.5N的力将一个重为4.9N的物体从斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面长为2m，高为1m，则该过程中斜面的机械效率为_________________。【答案】70%【试题解析】真题来源1由图可知，滑轮组承担重物的绳子股数为n=3，则由可知，该滑轮组的机械效率为真题来源2滑轮组的动滑轮绕2段绳，绳子自由端移动的距离s=2h=2×2m=4m总功W总=Fs=100N×4m=400J对重物做的有用功为W有=W总η=400J×80%=320J真题来源3工人所做的有用功为W有=Gh=600N×1.5m=900J由得真题来源4使用斜面时做的有用功=4.9N×1m=4.9J拉力所做的功=3.5N×2m=7J斜面的机械效率【命题知识点】1.有用功：对机械、活动有用的功。公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总；斜面：W有用=Gh。2.额外功：并非需要但又不得不做的功。公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）；斜面：W额=fL。3.总功：有用功加额外功或动力所做的功。公式：W总=W有用＋W额=Fs=W有用/η；斜面：W总=fL+Gh=FL。4.机械效率：有用功跟总功的比值。机械效率计算公式：5.滑轮组的机械效率（不计滑轮重以及摩擦时）（1）滑轮组（竖直方向提升物体）：（G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，s为绳子自由端走的距离）。

（2）滑轮组（水平方向拉动物体）：（f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，s为绳子自由端走的距离）。

6.斜面的机械效率：一、填空题1．（2023·安徽淮北·统考二模）如图甲为小阳举着哑铃的前臂骨骼，可将其视为如图乙所示的杠杆，不计前臂自重，小阳的肱二头肌能施加的最大拉力F1=500N，他平时锻炼时最大能举起质量为12.5kg的杠铃，则OA∶OB=______（g取10N/kg）。【答案】1∶4【解析】杠铃重力为根据杠杆平衡条件可得即则2．（2023·安徽黄山·校考一模）如图所示，轻质杠杆AOB的A、B两端挂有轻质细绳，且AO＝2OB，B点挂有重力为30N的物体M，当在A点挂上物体m时，杠杆水平平衡，此时物体M对地面的压强是不挂物体m时的一半，则物体m的重力为_______N。（不计摩擦）【答案】7.5【解析】杠杆水平平衡，此时物体M对地面的压强是不挂物体m时的一半，由于M与地面的接触面积不变，根据可知，此时的压力为M的重力的一半，所以此时M对地面的压力M受到竖直向下的重力、竖直向上的拉力、竖直向上的支持力的作用，处于平衡状态，则竖直向上的拉力F'＝G﹣F＝30N﹣15N＝15N根据物体间力的作用是相互的可知，细绳对杠杆的拉力为FM＝F'＝15N根据杠杆的平衡条件可知G×AO＝FM×OB则物体m的重力则物体m的重力为7.5N。3．（2023·安徽滁州·校考一模）图甲是人体肱二头肌工作时的原理图，我们可以将这幅图简化成如图乙所示的杠杆。若图中F2为重20N的铅球对水平摊开的手掌的压力，小臂在图中位置平衡，则肱二头肌对小臂的拉力F1=___________N。【答案】100【解析】由图乙可知，F1为动力，其动力臂l1=6cm

，F2为阻力，阻力臂l2=30cm，根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2得F1×6cm=20N×30cm解得F1=100N4．（2022·安徽·校联考模拟预测）如图所示为古代投石机的简化图。已知杠杆AB与水平地面的夹角为37°，OA为2m，OB为0.4m，当阻力F2为500N时，求动力F1为___________N（已知cos37°=0.8，sin37°=0.6）。【答案】125【解析】已知杠杆AB与水平地面的夹角为37°，动力臂为由杠杆平衡条件，得解得F1=125N。5．（2022·安徽池州·统考模拟预测）如图甲是一种A字型握力器，它可抽象为两个杠杆，其下侧杠杆结构图如图乙所示，O点为支点，OB长为10cm，若在B点施加一个垂直于OB的握力，阻力F2为3000N，O点到F2的垂直距离为0.2cm，则此时的握力大小为_____N。【答案】60【解析】[1]由题意可知，动力臂阻力力臂由杠杆平衡条件可得

所以握力大小6．（2022·安徽·校联考模拟预测）如图甲所示，小明做家务打扫地面时，经常会把餐桌从一侧抬起，杠杆模型简化成图乙、丙所示；从A点抬起的力为FA，从B点抬起的力为FB，则FA______FB（选填“>”“＝”或“<”）。（餐桌受到的重力的作用线经过桌面对角线的交点）【答案】=【解析】由图示可知，当从A点抬起时，动力臂O1A是阻力臂01P的2倍；当从B点抬起时，动力臂02B也是阻力臂02P的2倍，由杠杆的平衡条件可知所以FA=FB二、单选题7．（2022·安徽·校联考模拟预测）商代时期，古人在农业灌溉方面使用的桔槔俗称“吊杆”，是一种原始的汲水工具，如图甲所示，它是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，末端悬挂一个重物，前端悬挂水桶。一起一落，汲水时可以省力。杠杆模型如图乙所示，OB∶OA=3∶2，重物重为100N，若不计整个杠杆重力和水桶的重力，古人汲水时所需的最小力（）A．竖直向上

100N B．竖直向上

150NC．竖直向下

500N D．竖直向下

150N【答案】D【解析】由题可知，古人汲水时需用力向下拉绳子，将重物吊起，才能将桶放入水中来汲水，根据杠杆条件可知，当阻力、阻力臂一定时，动力臂越长，动力越小，所以当OA为动力臂时，人施加的力最小，方向为竖直向下。根据杠杆平衡条件得F×OA=G×OB所以古人汲水时所需的最小力为故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。三、计算题8．（2023·安徽滁州·校考一模）桔槔是中国古代的一种汲水工具，桔槔的结构相当于一个普通的杠杆。如图甲所示，横杆的一端用绳子与水桶相连，另一端绑上一块重石头。当要提水时，人用力向下拉绳子使水桶下降到水面以下并让水流入水桶。当水桶装满水后，就让另一端石头下降，通过杠杆作用，就可将水桶提升。这样汲水过程的主要用力方向是向下，由于向下用力可以借助人的体重，因而大大减少了人们提水的疲劳程度。（1）图乙是桔槔的模型，已知BO＝1m，AO＝2m，空水桶重20N，石头重400N。请计算人至少要用多大的力才能使空水桶匀速下降？（2）若水桶装满水后的总重为190N，则把装水后的水桶从水井中拉起时，人需要给绳子向上的拉力吗？若无需拉力，请分析说明；若需要拉力，请计算大小。【答案】（1）180N；（2）无需拉力【解析】解：（1）当空水桶匀速下降时，此时人在向下拉绳子，根据杠杆的平衡条件可得（G桶＋F）×LOA＝G石×LOB则（20N＋F）×2m＝400N×1m解得F＝180N。（2）当装满水的水桶上升时，动力动力臂的乘积为G石×LOB＝400N×1m＝400N·m阻力阻力臂的乘积为G总×LOA＝190N×2m＝380N·m由于动力与动力臂的乘积大于阻力与阻力臂的乘积，所以人无需给绳子向上的拉力。答：（1）人至少要用180N的力才能使空水桶匀速下降；（2）人无需要给绳子向上的拉力。9．（2023·安徽亳州·校考一模）在学校开展的劳动教育实践活动中，身高相同的小聪和小明两位同学用根质量不计的均匀扁担抬起一个900N的重物，已知扁担长为1.8m，抽象成物理模型如图所示。（1）以小明的肩B点为支点，小聪的肩A点支持力FA为动力，请在图中画出杠杆所受阻力的示意图（注意标明阻力作用点）；（2）若重物悬挂点O为扁担的中点，计算小聪的肩A点支持力FA；（3）若在（2）中小聪的肩从A点向O点靠近时，请判断小明对扁担支持力FB的大小将如何变化？并通过列式说明理由。【答案】（1）（2）450N；（3）减小，理由见解析【解析】解：（1）重物作用在