初中物理《简单机械》考点解读含解析

练习PAGE1练习第十二章简单机械（原卷版）01考向解读1．了解杠杆的基本概念；滑轮的概念；斜面的简单应用与计算。2．会画杠杆示意图；分析杠杆类型；进行滑轮组的常规计算。3．理解杠杆平衡条件；定滑轮和动滑轮的特点；滑轮组的利用。4．掌握杠杆平衡条件实验探究；有用功、总功和机械效率的计算。5．认识生活中常用杠杆。0202知识导航0303考点回顾一、杠杆1、杠杆及其五要素（1）杠杆定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。

①杠杆可直可曲，形状任意。

②有些情况下，可将杠杆实际转一下，来帮助确定支点。如：鱼杆、铁锹。

（2）杠杆五要素：①支点：杠杆绕着转动的点，用字母O表示。

②动力：使杠杆转动的力，用字母F1表示。

③阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母F2表示。

动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在杠杆上。

动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆的转动的方向相反。④动力臂：从支点到动力作用线的距离．用字母l1表示。

⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离．用字母l2表示。2、杠杆的平衡条件（1）杠杆平衡：杠杆静止不动或匀速转动都叫做杠杆平衡。（2）杠杆平衡条件的表达式：动力×动力臂=阻力×阻力臂。（3）公式的表达式为：F1l1=F2l2。3、杠杆中最小力的问题（1）在动力的作用点明确的情况下，支点到力的作用点的连线就是最长力臂。（2）在动力作用点未明确时，支点到最远的点的距离是最长力臂。4、力臂的画法（1）首先在杠杆的示意图上，确定支点O。

（2）画好动力作用线及阻力作用线，画的时候要用虚线将力的作用线适当延长。

（3）在从支点O向力的作用线作垂线，在垂足处画出直角，从支点到垂足的距离就是力臂，用三角板的一条直角边与力的作用线重合，让另一条直角边通过交点，从支点向力的作用线画垂线，作出动力臂和阻力臂，在旁边标上字母，l1和l2分别表示动力臂和阻力臂。5、画杠杆示意图时应注意（1）阻力作用点应画在杠杆上：有部分同学认为阻力由石头的重力产生，所以阻力作用点应画在石头重心上，这是错误的。（2）确定阻力方向：当动力使杠杆绕支点顺时针转动时，阻力一定使杠杆逆时针转动。（3）力臂不一定在杠杆上：力臂可用虚线画出并用大括号标明，也可用实线画出。6、杠杆的分类及应用类型力臂的大小关系力的大小关系特点应用省力杠杆l1＞l2F1＜F2省力、费距离撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳费力杠杆l1＜l2F1＞F2费力、省距离缝纫机踏板、起重臂

人的前臂、理发剪刀等臂杠杆l1=l2F1=F2不省力、不省距离；不费力、不费距离天平，定滑轮既省力又省距离的杠杆时不存在的！！二、滑轮1、滑轮（1）滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。因为滑轮可以连续旋转，因此可看作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的平衡条件来分析。（2）滑轮分类：定滑轮和动滑轮。2、定滑轮工作特点（1）定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向。（2）定滑轮的特点：通过定滑轮来拉钩码并不省力，通过或不通过定滑轮，弹簧测力计的读数是一样的，可见，使用定滑轮不省力但能改变力的方向。在不少情况下，改变力的方向会给工作带来方便。（3）定滑轮的原理：定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂L1、阻力臂L2都等于滑轮半径，根杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力的结论。3、动滑轮工作特点（1）动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省12力，多费1倍距离（2）动滑轮的特点：使用动滑轮能省一半力，费距离；这是因为使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半。使用动滑轮虽然省了力，但是动力移动的距离大于钩码升高的距离，即费了距离。（3）动滑轮的原理：动滑轮实质是个动力臂（L1）为阻力臂（L2）二倍的杠杆。4、滑轮组及其工作特点（1）定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组;使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离。（2）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F=G物+G动n若忽略滑轮重，则有F=（3）用滑轮组提升物体时，虽然省了力，但是费了距离，滑轮组有几段绳子吊着物体，绳子自由端移动的距离就是重物升高距离的几倍；设物体升高的距离为h，则绳子自由端移动的距离为s=nh（n表示承担物重的绳子的段数）。5、滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算（1）使用滑轮组时（忽略摩擦阻力）：滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F=G物+G动n；若忽略滑轮重，则有F=G物n；其中n为承担物重的绳子的段数。其中：F拉—拉力，G（2）使用动滑轮时，条件不同，拉力的计算方法也不同①物体在竖直方向上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体重力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体和动滑轮重力之和的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法忽略不计，那么拉力等于物体重力除以n和机械效率的乘积。②物体在水平面上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法忽略不计，那么拉力等于物体所受摩擦力除以n和机械效率的乘积（注：n为滑轮的股数）。6、轮轴（1）轮轴：由轮和轴组成的，能绕共同的轴线旋转的简单机械叫做轮轴。例如汽车方向盘、辘护等。（2）轮轴的实质：轮轴相当于一个杠杆，轮和轴的中心O是支点，作用在轮上的力是动力F1，作用在轴上的力是阻力F2，轮半径OA就是杠杆的动力臂l1，轴半径OB就是杠杆的阻力臂l2。（3）轮轴的特点：因为轮半径大于轴半径，即杠杆的动力臂大于阻力臂，所以作用在轮上的动力F1总小于作用在轴上的阻力F2．使用轮轴可省力，但是动力作用点移动的距离大于用轮轴提升的重物（钩码）所通过的距离。（4）轮轴的公式：F1R=F2r。7、斜面（1）斜面是简单机械的一种，可用于克服垂直提升重物的困难。将物体提升到一定高度时，力的作用距离和力的大小都取决于倾角。如物体与斜面间摩擦力很小，则可达到很高的效率。（2）用F表示力，L表示斜面长，h表示斜面高，物重为G．不计阻力时，根据功的原理得FL=Gh，斜面倾角越小，斜面越长，则越省力，但越费距离。日常生活中常见的斜面，如盘山公路、螺丝钉上的螺纹等。三、机械效率1、有用功和额外功（1）有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。（2）额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。（3）总功：有用功与额外功的和叫总功。（4）总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外（5）有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外（6）额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用2、机械效率的概念（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。（3）提高机械效率的主要办法①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。3、机械效率的大小比较（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。0404典例分析考点1\o"12.1杠杆"杠杆【典例1】（2023•天心区校级模拟）如图所示，作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力F，将杠杆缓慢地由位置A拉至位置B，在这个过程中，力F的大小将（）A．变小 B．不变 C．变大 D．先变大后变小【典例2】（2023•岳阳二模）如图甲、乙所示，是某人分别用两种方式挑着同一物体行走时的情景，小强看后感到疑惑：改变物体的位置，人用的力更大了吗？于是想用实验的方法一探究竟。他要探究的问题是：在杠杆平衡的情况下（）A．动力和阻力一定时，动力臂和阻力臂的关系 B．动力臂和阻力臂一定时，动力和阻力的关系 C．动力和阻力臂一定时，动力臂和阻力的关系 D．阻力和动力臂一定时，动力和阻力臂的关系【典例3】（2023•姑苏区校级二模）如图所示，钓鱼竿可以看作一个（省力/费力/等臂）杠杆，其支点在钓鱼竿与小明（左手/右手）的接触处，若要更加省力，则小明应该（增大/减小）两只手之间的距离。【典例4】（2023•清原县三模）图甲是一个菜馅挤水器，其上部手柄在使用时是一个杠杆，图乙是其简化的示意图，O为支点，F2是使用菜馅挤水器时B点受到的阻力。请在图乙中画出作用在A点的最小动力F1的示意图及阻力臂l2。【典例5】（2023•蚌山区模拟）甲、乙两位同学一起做探究杠杆平衡条件的实验，以杠杆中点为支点，如图1、如图2所示。（1）实验过程中应将杠杆调节到水平位置平衡，这样做的目的是为了消除杠杆自重对实验的影响和；若杠杆右端低左端高，为使其在水平位置上静止，应将左端的平衡螺母向端调节（填“左”或“右”）。（2）如图3所示，杠杆在水平位置平衡，记录数据。根据这一次实验数据，甲同学立即分析得出杠杆的平衡条件，这种做法的不足是：。（3）如图所示，乙同学设计了两种实验方案：第一种弹簧测力计沿竖直方向拉，其读数为F1；第二种弹簧测力计倾斜拉，其读数为F2，在同等条件下，两次弹簧测力计读数F1F2（填“＜”、“＝”或“＞”），原因是：（4）杠杆在生活中有很多应用。现欲使如图所示的静止跷跷板发生转动，小女孩乙可采取的做法是。【典例6】（2023•双峰县一模）如图所示，小明为了熟练掌握老师讲解的物理知识，自制了一轻质杠杆，把一边长为10cm、重60N的正方体G1用细绳拴在杠杆一端的A点，OA＝20cm；把重为20N的G2放在杠杆另一边的C点，OC＝10cm，此时杠杆水平平衡；后用一水平拉力F＝2N，使G2匀速向右运动，经过12.5s后，可使G1对地面的压力恰好为0。求：（1）开始时，杠杆水平平衡，细绳上的拉力F1多大？（2）在水平拉力作用下，G2向右运动的速度是多少？（3）水平拉力所做的功和功率是多少？考点2\o"12.2滑轮"滑轮【典例7】（2023•盱眙县一模）如图所示使用下列三个装置分别用F1、F2、F3匀速提起同样的重物，不计滑轮的重力和摩擦，则F1、F2、F3的大小关系为（）A．F1＜F3＜F2 B．F1＜F2＜F3 C．F1＝F3＜F2 D．F1＜F2＝F3【典例8】（2023•延津县三模）如图手中拿的四种工具你都认识吗？关于四种工具下列说法正确的是（）A．扳手在拧螺丝时，手握的地方越靠近螺丝，越省力 B．螺丝刀在拧螺丝时，是一个费力轮轴 C．电钻的钻头属于简单机械中的斜面，螺纹越密集，越省力 D．用羊角锤拔钉子时，羊角锤属于一个省距离杠杆【典例9】（2023•梅州一模）如图所示，一位体重为600N的学生，利用定滑轮提起重力为200N的物件，定滑轮本质上是杠杆（选填“等臂”、“省力”或“费力”），该学生利用此装置能提起最大物件的重力为N，他向右行走时，物件匀速上升，绳子拉力F将（选填“变大”、“变小”或“不变”），绳子不断裂，不计绳重和滑轮摩擦。【典例10】（2023•灞桥区校级三模）建筑工人在A处，使用如图所示的滑轮组提升物体，试在图中画出最省力的绕线方法。考点3\o"12.3机械效率"机械效率【典例11】（2023•新吴区二模）用如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（）A．拉力F为350N B．动滑轮重为50N C．绳子自由端移动的速度为0.5m/s D．该滑轮组的机械效率为83.3%【典例12】（2023•雨城区校级模拟）在劳动实践中，小孙在水平地面与车厢间用木板搭一斜面，并用平行于斜面的推力将重G＝600N的货物匀速地从斜面底端推到顶端的车厢，如图所示。已知斜面长L＝6m，斜面高h＝1.5m，斜面的机械效率η＝60%。下列叙述中正确的是（）A．小孙推动货物所用推力大小为150N B．若增大推行速度，则货物受到的摩擦力将变大 C．货物受到斜面的摩擦力大小为250N D．若h不变、减小L，则斜面的机械效率将升高【典例13】（2023•杜尔伯特县二模）（1）如图所示，是汽车进行风洞实验，将汽车固定在风洞中，用吹风机对着汽车高速送风，汽车相对于风洞中的空气是（选填“运动”或“静止”）的，此时汽车气体对汽车的压强大（选填“上方”或“下方”）。（2）如图，小明将一个重为200N的小车以0.2m/s的速度从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为120N，小车沿斜面移动的距离s＝2m，上升的高度h＝1m。在此过程中拉力的功率为W，斜面的机械效率为（保留一位小数），摩擦力大小为N。【典例14】（2023•新北区校级一模）图甲是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行，图乙是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。（g取10N/kg）（1）选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作：①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0N；斜面的高为0.09m②将校零的弹簧测力计与斜面平行放置，然后沿斜面方向拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为N；③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为。（2）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出小车从A点到B点拉力所做的总功W1；重力做的有用功为W2。通过多组数据作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b；①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重（选填“有关”或“无关”）。②若这位母亲和所坐的轮椅总质量为80kg，则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为N。【典例15】（2023•南皮县校级模拟）小熊在课外实践活动中，用如图甲所示的滑轮组匀速拉动放在树下一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从100N开始逐渐增加，每次物体被拉动的距离均为1m。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的关系图象，如图乙所示。若不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，求：（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力为100N时，求：动滑轮的重力？（2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是多大？（3）当物体与地面的摩擦力为1500N时，体重为500N的小熊竖直向下拉绳，还能用此滑轮组拉动物体吗？用计算结果说明。0505巩固训练1．（2024•邵东市模拟）下列由做饭所联想到的物理知识中，错误的是（）A．炒菜用的锅铲是省力杠杆 B．切肉前先磨刀，是为了在压力相同时减小受力面积，压强增大 C．高压锅是利用水的沸点随气压增大而升高的原理制成的 D．在操场滚动的足球最终停下是因为力改变了足球的运动状态2．（2023•柳州一模）如图是古代战争中的“大炮”——抛石机，能将石头抛得很远。它实际上是一个（）A．滑轮组 B．省力杠杆 C．等臂杠杆 D．费力杠杆3．（2023•获嘉县校级模拟）用四只完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，匀速提升等重的钩码，不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（）A．甲较省力且机械效率较高 B．乙较省力且机械效率较高 C．两个滑轮组省力程度不同，机械效率相同 D．两个滑轮组省力程度相同，机械效率不同4．（2023•姑苏区校级一模）如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是（）GMF甲F乙F丙9N10N10N10NA．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，丙图中机械最省力 B．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，乙图和丙图中机械都能省力 C．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，它们的机械效率均相等 D．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，甲图中的机械效率最大5．（2023•苏州模拟）如图所示，一个重G＝20N的物体在拉力F的作用下被匀速提升了20cm。若不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力F及其向上移动的距离s分别为（）A．F＝10N，s＝20cm B．F＝10N，s＝40cm C．F＝20N，s＝20cm D．F＝20N，s＝40cm6．（2023•梧州二模）如图所示是一种切甘蔗用的铡刀示意图。下列说法正确的是（）A．刀刃很薄可以增大压力 B．刀刃很薄可以减小压强 C．甘蔗放在a点比b点更易被切断 D．手沿F1方向用力比沿F2方向更省力7．（2023•夏邑县模拟）某天，“生物”和“物理”两位大师在一起进行体育锻炼。“生物”大师伸出健硕的手臂对“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！其实啊，你的前臂就是物理学中的一根杠杆。”以下对于这根杠杆在提起重物的过程中，分析不合理的是（）A．前臂杠杆的支点O在肘关节处 B．肱二头肌给桡骨的力是动力 C．重物自身的重力是阻力 D．前臂是一根费力杠杆8．（2023•福田区模拟）如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（）A．动滑轮重为40N B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s C．拉力做功功率为300W D．该滑轮组的机械效率为83.3%9．（2023•大连模拟）如图轻杆（不计杠杆重力），O为支点，物重为30N，OA：AB＝1：2，在竖直向上的拉力作用下始终保持平衡状态。下列说法，正确的是（）A．图甲位置，仅增加物重，则拉力变化量与物重变化量之比为3：1 B．图甲位置时，拉力大小为15N C．该杠杆与镊子类型相同 D．如图乙保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，拉力不变10．（2023•桂平市二模）小明体重为500N，双脚与地面接触面积为0.05m2，用如图所示的滑轮组将重为600N的物体匀速提升了1m，用时10s。拉动过程中小明对绳子的拉力为400N，若不计绳重与摩擦，则（）A．在匀速提升物体的过程中，拉力做功的功率为40W B．在匀速提升物体的过程中，小明对地面的压强为104Pa C．使用该滑轮组，小明最多能提起800N的物体 D．不管提起多重的物体，该滑轮组的机械效率总是75%11．（2023•孝义市三模）图甲是我国科技含量最高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁——芜湖长江大桥。将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图乙所示的模型，其他因素不变，如果只把拉索与桥塔的固定点上移，则可以（）A．增加动力 B．减小阻力 C．增加动力臂 D．增加阻力臂12．（2023•镇雄县一模）一个杠杆的动力臂与阻力臂之比为4：1，则该杠杆是杠杆，动力与阻力之比是。若此杠杆受到的阻力是60N，则当动力为N时，杠杆处于平衡状态。13．（2023•长春模拟）如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000N的推力，将重为2000N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m，高1.5m，则此过程中的有用功为J，斜面的机械效率为。14．（2023•海陵区校级三模）如图甲所示为桔槔，是古代农用工具。横长杆的一端悬挂重石，另一端用绳子与汲器（提水的容器）相连。当不提水时，横长杆的悬挂重石端位置较低，横长杆的汲器端位置较高当要提水时，人用力将汲器往下压，使汲器下降到水面下并让水流入汲器（同时捆绑重石的那端位置上升），当汲器装满水后，人向上拉动绳子，就可让悬挂重石端的位置下降，同时将汲器中的水提升。我们建立如图乙模型来研究桔槔：假设横长杆为一个笔直的轻质杠杆，绳子与横长杆的连接点到支点的距离L1为1m，重石的悬挂点到支点的距离L2为2m，未装水的汲器的重力为10N。绳子的重力忽略不计（g取10N/kg）。（1）使用桔棒提水时，能够省力，省功（选填“也能”或“不能”）；（2）文中“人用力将汲器往下压（汲器未接触水面）”的过程中，若匀速竖直下压，此时该力大小将（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（3）根据桔棒的理想模型分析，为实现不提水时，桔棒的重石端位置较低（接触地面），重石至少kg；（4）若装满水后汲器的重力为150N，重石的质量为3kg，根据桔棒的理想模型，通过计算分析，人匀速向上提装满水的汲器，借用桔穆提和直接用手提相比可省力N，15．（2023•丹东校级二模）在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小彤用同一滑轮组进行了三次实验如图所示，实验数据记录如表：次数物重/N物体上升距离/cm测力计示数/N测力计上升距离/cm机械效率/%12100.83083.324101.53088.936102.230（1）实验中要竖直向上拉动弹簧测力计，使钩码缓慢上升。（2）表格中第3次实验的机械效率为。（百分数前保留一位小数）（3）分析表中数据可以得出结论：同一滑轮组的机械效率与有关。（4）根据实验结论，若该滑轮组提升物体时机械效率为92.1%，物体的重力可能为。（填字母符号）A.1NB.3NC.5ND.8N（5）小彤改变动滑轮重，提升同一物体多次实验，根据所测数据绘制出图象丁。由图象可知：被提升物体重力相同时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越（填“高”或“低”）。（6）根据所学知识，滑轮组的机械效率还与绳重和摩擦有关，分析图象丁中的A点可知，被提升物体所受的重力一定（填“小于”、“等于”或“大于”）40N。16．（2023•澄城县一模）在探究杠杆平衡条件的实验中：（1）小明将杠杆中心做为支点放在支架上，发现杠杆左端低右端高，如图甲所示，要使它在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）调节，小明调节杠杆在水平位置平衡的主要目的是。（2）在杠杆两端加挂钩码，并移动钩码，使杠杆在水平位置平衡，测出力臂，多次实验并把数据记录在表格中，小明根据表格中的数据得出杠杆平衡条件是：。（用公式表示）次数F1/NL1/cmF1/NL2/cm11102522101203215310（3）如图乙所示，在A处挂钩码，用弹簧测力计在C处竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，当弹簧测力计逐渐向虚线方向倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将（选填“变大”“不变”或“变小”），其原因是：。17．（2023•朝阳区二模）如图所示，起重机在15s内把质量为6t的大石头匀速提升了1m，它的总功率是10kW，g取10N/kg。求：（1）石头的重力。（2）起重机提升石头所做的有用功。（3）起重机的机械效率。18．（2023•城中区三模）如图所示，张伟同学通过斜面用平行于斜面F＝200N的推力，将质量为30kg的物体在5s时间内匀速推到1m高的平台上，斜面长s＝2m。（g取10N/kg）求：（1）推力做功的功率。（2）斜面的机械效率。（3）斜面对物体的摩擦力。19．（2023•沈阳三模）如图甲所示，邻居大叔正吃力的把一重物送往高台，放学回家的小明看见后急忙前去帮忙，他找来一块木板，搭成如图乙所示的斜面，结果轻松地把重物推到了高台上。如图乙所示，小明用10s沿斜面把一箱货物从底端匀速推到顶端，推力为500N，斜面长3m、高1m，货物质量为120kg。（g取10N/kg）求：（1）推力的功率多大？（2）斜面的机械效率是多少？（3）重物受到斜面的摩擦力是多大？20．（2023•南安市模拟）如图所示装置，AOB为杠杆，O为支点，OA＝20cm、OB＝30cm，甲、乙为两金属块，当乙全部浸没在水中时，杠杆恰好在水平位置平衡，已知ρ甲＝3ρ乙＝6ρ水，求甲、乙两金属块的体积比是多少？（不计杠杆、滑轮的重量及摩擦）第十二章简单机械（解析版）01考向解读1．了解杠杆的基本概念；滑轮的概念；斜面的简单应用与计算。2．会画杠杆示意图；分析杠杆类型；进行滑轮组的常规计算。3．理解杠杆平衡条件；定滑轮和动滑轮的特点；滑轮组的利用。4．掌握杠杆平衡条件实验探究；有用功、总功和机械效率的计算。5．认识生活中常用杠杆。0202知识导航0303考点回顾一、杠杆1、杠杆及其五要素（1）杠杆定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。

①杠杆可直可曲，形状任意。

②有些情况下，可将杠杆实际转一下，来帮助确定支点。如：鱼杆、铁锹。

（2）杠杆五要素：①支点：杠杆绕着转动的点，用字母O表示。

②动力：使杠杆转动的力，用字母F1表示。

③阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母F2表示。

动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在杠杆上。

动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆的转动的方向相反。④动力臂：从支点到动力作用线的距离．用字母l1表示。

⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离．用字母l2表示。2、杠杆的平衡条件（1）杠杆平衡：杠杆静止不动或匀速转动都叫做杠杆平衡。（2）杠杆平衡条件的表达式：动力×动力臂=阻力×阻力臂。（3）公式的表达式为：F1l1=F2l2。3、杠杆中最小力的问题（1）在动力的作用点明确的情况下，支点到力的作用点的连线就是最长力臂。（2）在动力作用点未明确时，支点到最远的点的距离是最长力臂。4、力臂的画法（1）首先在杠杆的示意图上，确定支点O。

（2）画好动力作用线及阻力作用线，画的时候要用虚线将力的作用线适当延长。

（3）在从支点O向力的作用线作垂线，在垂足处画出直角，从支点到垂足的距离就是力臂，用三角板的一条直角边与力的作用线重合，让另一条直角边通过交点，从支点向力的作用线画垂线，作出动力臂和阻力臂，在旁边标上字母，l1和l2分别表示动力臂和阻力臂。5、画杠杆示意图时应注意（1）阻力作用点应画在杠杆上：有部分同学认为阻力由石头的重力产生，所以阻力作用点应画在石头重心上，这是错误的。（2）确定阻力方向：当动力使杠杆绕支点顺时针转动时，阻力一定使杠杆逆时针转动。（3）力臂不一定在杠杆上：力臂可用虚线画出并用大括号标明，也可用实线画出。6、杠杆的分类及应用类型力臂的大小关系力的大小关系特点应用省力杠杆l1＞l2F1＜F2省力、费距离撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳费力杠杆l1＜l2F1＞F2费力、省距离缝纫机踏板、起重臂

人的前臂、理发剪刀等臂杠杆l1=l2F1=F2不省力、不省距离；不费力、不费距离天平，定滑轮既省力又省距离的杠杆时不存在的！！二、滑轮1、滑轮（1）滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。因为滑轮可以连续旋转，因此可看作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的平衡条件来分析。（2）滑轮分类：定滑轮和动滑轮。2、定滑轮工作特点（1）定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向。（2）定滑轮的特点：通过定滑轮来拉钩码并不省力，通过或不通过定滑轮，弹簧测力计的读数是一样的，可见，使用定滑轮不省力但能改变力的方向。在不少情况下，改变力的方向会给工作带来方便。（3）定滑轮的原理：定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂L1、阻力臂L2都等于滑轮半径，根杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力的结论。3、动滑轮工作特点（1）动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省12力，多费1倍距离（2）动滑轮的特点：使用动滑轮能省一半力，费距离；这是因为使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半。使用动滑轮虽然省了力，但是动力移动的距离大于钩码升高的距离，即费了距离。（3）动滑轮的原理：动滑轮实质是个动力臂（L1）为阻力臂（L2）二倍的杠杆。4、滑轮组及其工作特点（1）定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组;使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离。（2）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F=G物+G动n若忽略滑轮重，则有F=（3）用滑轮组提升物体时，虽然省了力，但是费了距离，滑轮组有几段绳子吊着物体，绳子自由端移动的距离就是重物升高距离的几倍；设物体升高的距离为h，则绳子自由端移动的距离为s=nh（n表示承担物重的绳子的段数）。5、滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算（1）使用滑轮组时（忽略摩擦阻力）：滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F=G物+G动n；若忽略滑轮重，则有F=G物n；其中n为承担物重的绳子的段数。其中：F拉—拉力，G（2）使用动滑轮时，条件不同，拉力的计算方法也不同①物体在竖直方向上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体重力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体和动滑轮重力之和的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法忽略不计，那么拉力等于物体重力除以n和机械效率的乘积。②物体在水平面上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法忽略不计，那么拉力等于物体所受摩擦力除以n和机械效率的乘积（注：n为滑轮的股数）。6、轮轴（1）轮轴：由轮和轴组成的，能绕共同的轴线旋转的简单机械叫做轮轴。例如汽车方向盘、辘护等。（2）轮轴的实质：轮轴相当于一个杠杆，轮和轴的中心O是支点，作用在轮上的力是动力F1，作用在轴上的力是阻力F2，轮半径OA就是杠杆的动力臂l1，轴半径OB就是杠杆的阻力臂l2。（3）轮轴的特点：因为轮半径大于轴半径，即杠杆的动力臂大于阻力臂，所以作用在轮上的动力F1总小于作用在轴上的阻力F2．使用轮轴可省力，但是动力作用点移动的距离大于用轮轴提升的重物（钩码）所通过的距离。（4）轮轴的公式：F1R=F2r。7、斜面（1）斜面是简单机械的一种，可用于克服垂直提升重物的困难。将物体提升到一定高度时，力的作用距离和力的大小都取决于倾角。如物体与斜面间摩擦力很小，则可达到很高的效率。（2）用F表示力，L表示斜面长，h表示斜面高，物重为G．不计阻力时，根据功的原理得FL=Gh，斜面倾角越小，斜面越长，则越省力，但越费距离。日常生活中常见的斜面，如盘山公路、螺丝钉上的螺纹等。三、机械效率1、有用功和额外功（1）有用功：利用机械做功的时候，对人们有用的功就叫做有用功。（2）额外功：并非我们需要但又不得不做的功叫做额外功。（3）总功：有用功与额外功的和叫总功。（4）总功的计算：W总=Fs；W总=W有用+W额外（5）有用功的计算方法：W有用=Gh；W有用=W总-W额外（6）额外功的计算方法：W额外=G′h，W额外=f摩s；W额外=W总-W有用2、机械效率的概念（1）概念：有用功跟总功的比值叫做机械效率，通常用百分数表示。（2）计算公式：用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，则：。由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因而机械效率总小于1。（3）提高机械效率的主要办法①在有用功一定时，尽量减少额外功，采用减轻机械自身的重力和加润滑油来减少摩擦的措施。②在额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起重物的重力，充分发挥机械的作用。3、机械效率的大小比较（1）机械效率由有用功和总功两个因素共同决定，不能理解成：“有用功多，机械效率高”或“总功大，机械效率低”。（2）当总功一定时，机械做的有用功越多（或额外功越少），机械效率就越高；（3）当有用功一定时，机械所做的总功越少（或额外功越少），机械效率就越高；（4）当额外功一定时，机械所做的总功越多（或有用功越多），有用功在总功中所占的比例就越大，机械效率就越高。0404典例分析考点1\o"12.1杠杆"杠杆【典例1】（2023•天心区校级模拟）如图所示，作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力F，将杠杆缓慢地由位置A拉至位置B，在这个过程中，力F的大小将（）A．变小 B．不变 C．变大 D．先变大后变小【答案】C【解答】解：如图所示：在杠杆缓慢由A到B的过程中，动力臂OA（即拉力F的力臂）不变，阻力G的大小不变，而阻力臂L（即重力G的力臂）却逐渐增大；由杠杆的平衡条件知：F•OA＝G•L，当OA、G不变时，L变大，那么F也变大，即拉力F在这个过程中逐渐变大。故选：C。【典例2】（2023•岳阳二模）如图甲、乙所示，是某人分别用两种方式挑着同一物体行走时的情景，小强看后感到疑惑：改变物体的位置，人用的力更大了吗？于是想用实验的方法一探究竟。他要探究的问题是：在杠杆平衡的情况下（）A．动力和阻力一定时，动力臂和阻力臂的关系 B．动力臂和阻力臂一定时，动力和阻力的关系 C．动力和阻力臂一定时，动力臂和阻力的关系 D．阻力和动力臂一定时，动力和阻力臂的关系【答案】D【解答】解：小强想探究的是改变物体的位置，人用的力变化情况，其中改变物体的位置，就会改变阻力臂的大小，人用的力就是动力的大小，所以他要探究的问题是阻力和动力臂一定时，动力和阻力臂的关系，故D正确，ABC错误。故选：D。【典例3】（2023•姑苏区校级二模）如图所示，钓鱼竿可以看作一个费力（省力/费力/等臂）杠杆，其支点在钓鱼竿与小明右手（左手/右手）的接触处，若要更加省力，则小明应该增大（增大/减小）两只手之间的距离。【答案】费力；右手；增大。【解答】解：如图，在使用钓鱼竿时，其支点在钓鱼竿与小明右手的接触处，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，要使钓起鱼时所用的力小一些，由杠杆平衡条件：F1×L1＝F2×L2，要使动力减小，在阻力和阻力臂不变的条件下，增大动力臂，即应使钓鱼者两只手之间的距离增大一些。故答案为：费力；右手；增大。【典例4】（2023•清原县三模）图甲是一个菜馅挤水器，其上部手柄在使用时是一个杠杆，图乙是其简化的示意图，O为支点，F2是使用菜馅挤水器时B点受到的阻力。请在图乙中画出作用在A点的最小动力F1的示意图及阻力臂l2。【答案】【解答】解：根据杠杆的平衡条件，要想找到最小力就要找到最长的力臂，连接支点O与作用点A，OA即为最长力臂，力臂始终与力的作用线垂直，从而找到最小力；从点O向F2的作用线作垂线，垂线段长即为阻力臂L2，作图如下：【典例5】（2023•蚌山区模拟）甲、乙两位同学一起做探究杠杆平衡条件的实验，以杠杆中点为支点，如图1、如图2所示。（1）实验过程中应将杠杆调节到水平位置平衡，这样做的目的是为了消除杠杆自重对实验的影响和便于测量力臂；若杠杆右端低左端高，为使其在水平位置上静止，应将左端的平衡螺母向端调节左（填“左”或“右”）。（2）如图3所示，杠杆在水平位置平衡，记录数据。根据这一次实验数据，甲同学立即分析得出杠杆的平衡条件，这种做法的不足是：仅凭一次实验的数据得出的结论具有偶然性。（3）如图所示，乙同学设计了两种实验方案：第一种弹簧测力计沿竖直方向拉，其读数为F1；第二种弹簧测力计倾斜拉，其读数为F2，在同等条件下，两次弹簧测力计读数F1＜F2（填“＜”、“＝”或“＞”），原因是：F2力臂变小（4）杠杆在生活中有很多应用。现欲使如图所示的静止跷跷板发生转动，小女孩乙可采取的做法是向远离支点方向移动。【答案】见试题解答内容【解答】解：（1）当在杠杆上挂物体时，杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂，同时消除了杠杆自重对杠杆平衡的影响；在调节杠杆平衡时，杠杆右端低左端高，要使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向左端调节；（2）只有一次实验总结实验结论是不合理的，一次实验很具有偶然性，要多进行几次实验，避免偶然性；（3）力臂等于支点到力的作用线的距离，当杠杆在水平位置平衡时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出来，因此第一种实验方案更方便，此时弹簧测力计的拉力与杠杆垂直，能从杠杆上直接读力臂；因为第一方案的动力臂要大于第二种方案的动力臂，根据杠杆的平衡条件，在阻力和阻力臂都相同的情况下，动力臂越大的越省力，F2力臂变小，所以，F1小于F2；（4）要使翘翘板转动，可采取的做法是：男孩不动，女孩向远离支点方向移动（或者女孩不动，男孩向靠近支点方向移动；或者女孩不动，男孩蹬地，减小男孩对跷跷板的压力）。故答案为：（1）便于测量力臂；左；（2）仅凭一次实验的数据得出的结论具有偶然性；（3）＜；F2力臂变小；（4）向远离支点方向移动。【典例6】（2023•双峰县一模）如图所示，小明为了熟练掌握老师讲解的物理知识，自制了一轻质杠杆，把一边长为10cm、重60N的正方体G1用细绳拴在杠杆一端的A点，OA＝20cm；把重为20N的G2放在杠杆另一边的C点，OC＝10cm，此时杠杆水平平衡；后用一水平拉力F＝2N，使G2匀速向右运动，经过12.5s后，可使G1对地面的压力恰好为0。求：（1）开始时，杠杆水平平衡，细绳上的拉力F1多大？（2）在水平拉力作用下，G2向右运动的速度是多少？（3）水平拉力所做的功和功率是多少？【答案】见试题解答内容【解答】解：（1）根据杠杆的平衡条件可得F1×OA＝G2×OC，即F1×20cm＝20N×10cm，解得F1＝10N；（2）G1对地面的压力恰好为0时，设G2向右移动的距离是L，则G1×OA＝G2×（OC+L），即60N×20cm＝20N×（10cm+L），解得L＝50cm，G2向右运动的速度v＝＝＝4cm/s；（3）拉力做功W＝FL＝2N×0.5m＝1J，拉力做功的功率P＝＝＝0.08W；答：（1）细绳上的拉力F110N；（2）G2向右运动的速度是4cm/s；（3）水平拉力所做的功和功率分别是1J和0.08W。考点2\o"12.2滑轮"滑轮【典例7】（2023•盱眙县一模）如图所示使用下列三个装置分别用F1、F2、F3匀速提起同样的重物，不计滑轮的重力和摩擦，则F1、F2、F3的大小关系为（）A．F1＜F3＜F2 B．F1＜F2＜F3 C．F1＝F3＜F2 D．F1＜F2＝F3【答案】A【解答】解：不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重的情况下；左边的滑轮是动滑轮，能够省一半的力，故F1＝；中间的滑轮是动滑轮，F2作用在动滑轮的轴上，费一倍的力，则F2＝2G；右边的滑轮是定滑轮，只能改变力的方向，不省力也不费力，故F3＝G；所以，F1＜F3＜F2。故选：A。【典例8】（2023•延津县三模）如图手中拿的四种工具你都认识吗？关于四种工具下列说法正确的是（）A．扳手在拧螺丝时，手握的地方越靠近螺丝，越省力 B．螺丝刀在拧螺丝时，是一个费力轮轴 C．电钻的钻头属于简单机械中的斜面，螺纹越密集，越省力 D．用羊角锤拔钉子时，羊角锤属于一个省距离杠杆【答案】C【解答】解：A、根据动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂可知，阻力和阻力臂一定，动力臂越长，动力会越小，所以扳手在拧螺丝时，手握的地方越远离螺丝，越省力，故A错误；B、螺丝刀在使用时绕中心轴转动，所以属于轮轴，轮轴是杠杆的一种变形；它的手柄相当于轮，金属杆相当于轴，其轮半径和轴半径分别为动力臂和阻力臂，在使用螺丝刀拧螺丝时，由于动力臂大于阻力臂，所以使用螺丝刀拧螺丝可以省力，故B错误；C、电钻的钻头属于简单机械中的斜面，螺纹越密集，越省力，故C正确；D、用羊角锤拔钉子时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故D错误。故选：C。【典例9】（2023•梅州一模）如图所示，一位体重为600N的学生，利用定滑轮提起重力为200N的物件，定滑轮本质上是等臂杠杆（选填“等臂”、“省力”或“费力”），该学生利用此装置能提起最大物件的重力为600N，他向右行走时，物件匀速上升，绳子拉力F将不变（选填“变大”、“变小”或“不变”），绳子不断裂，不计绳重和滑轮摩擦。【答案】等臂；600；不变【解答】解：定滑轮本质上是等臂杠杆，该学生利用此装置能提起最大物件的重力等于他自身的重力，为600N，他向右行走时，物件匀速上升，绳子拉力F将不变。故答案为：等臂；600；不变。【典例10】（2023•灞桥区校级三模）建筑工人在A处，使用如图所示的滑轮组提升物体，试在图中画出最省力的绕线方法。【答案】【解答】解：由图可知，绳子端拉力方向向上，要画出最省力的绕线方法，则绳子首先系在动滑轮的上挂钩上，然后依次绕过定滑轮、动滑轮，最终由3根绳子承担物重，如右图所示：考点3\o"12.3机械效率"机械效率【典例11】（2023•新吴区二模）用如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图像如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（）A．拉力F为350N B．动滑轮重为50N C．绳子自由端移动的速度为0.5m/s D．该滑轮组的机械效率为83.3%【答案】B【解答】解：A．由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，由图甲可知，滑轮组绳子的有效股数n＝2，则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，由W总＝Fs可得，拉力：F＝＝＝300N，故A错误；B．忽略绳重及摩擦，由F＝（G+G动）可得，动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，故B正确；C．绳子自由端移动的速度：v＝＝＝1m/s，故C错误；D．拉力做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%≈91.7%，故D错误。故选：B。【典例12】（2023•雨城区校级模拟）在劳动实践中，小孙在水平地面与车厢间用木板搭一斜面，并用平行于斜面的推力将重G＝600N的货物匀速地从斜面底端推到顶端的车厢，如图所示。已知斜面长L＝6m，斜面高h＝1.5m，斜面的机械效率η＝60%。下列叙述中正确的是（）A．小孙推动货物所用推力大小为150N B．若增大推行速度，则货物受到的摩擦力将变大 C．货物受到斜面的摩擦力大小为250N D．若h不变、减小L，则斜面的机械效率将升高【答案】D【解答】解：A、有用功W有用＝Gh＝600N×1.5m＝900J，总功W总＝＝＝1500J，小孙推动货物所用推力F推＝＝＝250N，故A错误；B、滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，若增大推行速度，货物对斜面的压力大小和接触面的粗糙程度均不变，则货物受到的摩擦力将不变，故B错误；C、额外功W额外＝W总﹣W有用＝1500J﹣900J＝600J，货物受到斜面的摩擦力f＝＝＝100N，故C错误；D、若h不变、减小L，物体对斜面的压力减小，斜面对物体的摩擦力减小，额外功减小，有用功不变，根据W总＝W有用+W额外可知，总功减小，根据η＝可知斜面的机械效率将升高，故D正确。故选：D。【典例13】（2023•杜尔伯特县二模）（1）如图所示，是汽车进行风洞实验，将汽车固定在风洞中，用吹风机对着汽车高速送风，汽车相对于风洞中的空气是运动（选填“运动”或“静止”）的，此时汽车下方气体对汽车的压强大（选填“上方”或“下方”）。（2）如图，小明将一个重为200N的小车以0.2m/s的速度从斜面底端匀速拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为120N，小车沿斜面移动的距离s＝2m，上升的高度h＝1m。在此过程中拉力的功率为24W，斜面的机械效率为83.3%（保留一位小数），摩擦力大小为20N。【答案】（1）运动；下方；（2）24；83.3%；20。【解答】解：（1）以风洞中的空气为参照物，汽车相对于风洞中的空气的位置发生了改变，所以汽车是运动的；风高速吹来时，因车身的形状是“上凸下平”的，在相同时间内空气通过汽车上方的路程大，根据流体压强和流速的关系可知，汽车上方的空气流速大、压强小，而汽车下方的空气流速小、压强大。（2）解：拉力的功率：P＝＝＝Fv＝120N×0.2m/s＝24W；克服物体重力做的有用功：W有＝Gh＝200N×1m＝200J，拉力做的总功：W总＝Fs＝120N×2m＝240J，斜面的机械效率：η＝＝≈83.3%；克服摩擦力做的额外功：W额＝W总﹣W有＝240J﹣200J＝40J，由W额＝fs可得，摩擦力：f＝＝＝20N。故答案为：（1）运动；下方；（2）24；83.3%；20。【典例14】（2023•新北区校级一模）图甲是某居民楼前的无障碍通道，一位中年人正用轮椅推着他年迈的母亲缓缓上行，图乙是该通道斜面示意图。为了解中年人推轮椅时所用力的大小，小红和小华进行了探究。她们从斜面底端A点沿斜面确定了相距1m处的B点。（g取10N/kg）（1）选用车轮与轮椅相同材质、花纹的小车为研究对象，进行了如下操作：①正确使用弹簧测力计，测出小车重为2.0N；斜面的高为0.09m②将校零的弹簧测力计与斜面平行放置，然后沿斜面方向匀速拉动小车，如图乙所示，弹簧测力计示数为0.3N；③计算出将小车从A点拉到B点的过程中，拉力所做的功为0.3J；利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为60%。（2）在小车上逐渐添加重物，测出小车的总重G，测出沿斜面匀速拉动小车需要的力，计算出小车从A点到B点拉力所做的总功W1；重力做的有用功为W2。通过多组数据作出W1和W2与小车总重G的关系图像，分别如图丙中的线段a和b；①由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关（选填“有关”或“无关”）。②若这位母亲和所坐的轮椅总质量为80kg，则中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，力的大小为120N。【答案】（1）②匀速；0.3；③0.3；60%；（2）①无关；②120【解答】解：（1）②探究斜面机械效率的实验中，需沿斜面方向匀速拉动小车，这样操作时弹簧测力计示数稳定；由图可知，测力计的分度值为0.02N，指针指在0.3N处，所以弹簧测力计示数为0.3N；③将小车从A点拉到B点的过程中，拉力做的功为W总＝Fs＝0.3N×1m＝0.3J；由乙图可知，斜面的高度为h＝0.09m，利用斜面将小车从水平地面提升到B点时所做的有用功为W有用＝Gh＝2.0N×0.09m＝0.18J，机械效率为η＝＝×100%＝60%；（2）①从图像读出当小车的总重G增大到5N时，拉小车从A点到B点所做的功W1＝0.75J，竖直向上将小车从水平地面提升到B点所做的功W2＝0.45J，利用斜面将小车从水平地面提升到B点时的机械效率为η′＝＝×100%＝60%，由于η′＝η，所以由图像可知：用该通道斜面提升物体时的机械效率与物重无关；②这位母亲和所坐的轮椅总重力为G总＝m总g＝80kg×10N/kg＝800N，中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的有用功为：W有用′＝G总h＝800N×0.09m＝72J，由η＝得，中年人用沿着通道斜面方向的力推轮椅匀速上坡时，从A点到B点所做的总功为：W总′＝＝＝120J；由W＝Fs得，推力的大小为F′＝＝＝120N。故答案为：（1）②匀速；0.3；③0.3；60%；（2）①无关；②120。【典例15】（2023•南皮县校级模拟）小熊在课外实践活动中，用如图甲所示的滑轮组匀速拉动放在树下一水平面上的不同物体，物体受到的摩擦力从100N开始逐渐增加，每次物体被拉动的距离均为1m。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的关系图象，如图乙所示。若不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，求：（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力为100N时，求：动滑轮的重力？（2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是多大？（3）当物体与地面的摩擦力为1500N时，体重为500N的小熊竖直向下拉绳，还能用此滑轮组拉动物体吗？用计算结果说明。【答案】（1）动滑轮的重力为100N；（2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是30W；（3）当物体与地面的摩擦力为1500N时，体重为500N的小熊竖直向下拉绳，不能用此滑轮组拉动物体。【解答】解：（1）由图乙可知，当物体受到的摩擦力当f1＝100N时，滑轮组机械效率η1＝50%，通过滑轮组拉动水平面上的物体，则有用功：W有用1＝f1s，由题知，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，则额外功：W额外＝G动s，则总功：W总1＝W有用1+W额外＝f1s+G动s，所以，η1＝＝＝＝＝50%，解得动滑轮重：G动＝100N；（2）当η2＝75%时，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，此时滑轮组的机械效率：η2＝＝＝＝＝75%，解得此时的摩擦力：f2＝300N；则滑轮组的有用功率：P有＝＝＝f2v＝300N×0.1m/s＝30W；（3）由图可知，n＝3，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，当f3＝1500N时，拉动物体需要的拉力：F3＝（f3+G动）＝（1500N+100N）≈533N，小熊的重力为500N，根据力的作用是相互的，所以小熊给绳子的最大拉力等于其重力为500N，小于533N，故不能用此滑轮组拉动物体。答：（1）动滑轮的重力为100N；（2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1m/s的速度匀速运动时，该滑轮组的有用功率是30W；（3）当物体与地面的摩擦力为1500N时，体重为500N的小熊竖直向下拉绳，不能用此滑轮组拉动物体。0505巩固训练1．（2024•邵东市模拟）下列由做饭所联想到的物理知识中，错误的是（）A．炒菜用的锅铲是省力杠杆 B．切肉前先磨刀，是为了在压力相同时减小受力面积，压强增大 C．高压锅是利用水的沸点随气压增大而升高的原理制成的 D．在操场滚动的足球最终停下是因为力改变了足球的运动状态【答案】A【解答】解：A、炒菜用的锅铲食指接触的位置是支点，手腕后部接触位置为施力点，在使用过程中动力臂小于阻力臂，所以是费力杠杆，故A错误；B、由p＝可知，切肉前先磨刀是在压力相同时减小受力面积，增大压强，故B正确；C、水的沸点随气压增大而升高，高压锅就是利用这一原理制成的，故C正确；D、在操场滚动的足球最终停下，足球由运动变为静止，说明力可以改变物体的运动状态，故D正确。故选：A。2．（2023•柳州一模）如图是古代战争中的“大炮”——抛石机，能将石头抛得很远。它实际上是一个（）A．滑轮组 B．省力杠杆 C．等臂杠杆 D．费力杠杆【答案】D【解答】解：由图可见，抛石机在力的作用下绕固定点转动，因此它是一个杠杆；并且动力臂明显比阻力臂短，因此是一费力杠杆，好处是省距离，人手移动很短的距离，石块就会移动很大的距离，从而可以用它把大石块抛出去，打击远处的敌人。故选：D。3．（2023•获嘉县校级模拟）用四只完全相同的滑轮组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，匀速提升等重的钩码，不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（）A．甲较省力且机械效率较高 B．乙较省力且机械效率较高 C．两个滑轮组省力程度不同，机械效率相同 D．两个滑轮组省力程度相同，机械效率不同【答案】C【解答】解：由图知，甲由2段绳子承担物重，所以F甲＝（G+G动），乙由3段绳子承担物重，所以F乙＝（G+G动）；所以乙较省力；不计绳重和摩擦力，根据η＝×100%＝×100%＝×100%，G和G动相同，所以两个滑轮的机械效率相等。故选：C。4．（2023•姑苏区校级一模）如图所示，小州分别使用甲、乙、丙三种机械匀速提升物体M（绳长不变），测得物体M所受重力和拉力如表所示，则下列说法中正确的是（）GMF甲F乙F丙9N10N10N10NA．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，丙图中机械最省力 B．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，乙图和丙图中机械都能省力 C．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，它们的机械效率均相等 D．使用甲、乙、丙图中的三种机械时，甲图中的机械效率最大【答案】D【解答】解：A、从图中信息可知，甲不省力，乙和丙所使用的拉力相同，故乙和丙图中机械省力效果相等，故A错误。B、使用甲、乙、丙图中的三种机械时，由表中数据可知，在乙图和丙图的机械应用中并没有省力，B选项错误。CD、甲机械为定滑轮，且s＝h，则使用时的机械效率：η甲＝＝＝＝90%，乙机械为动滑轮，且s＝2h，则使用时的机械效率：η乙＝＝＝＝45%，丙机械为斜面，使用时的机械效率：η丙＝＝＝45%，故甲的机械效率最大，故C错误，D正确。故选：D。5．（2023•苏州模拟）如图所示，一个重G＝20N的物体在拉力F的作用下被匀速提升了20cm。若不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力F及其向上移动的距离s分别为（）A．F＝10N，s＝20cm B．F＝10N，s＝40cm C．F＝20N，s＝20cm D．F＝20N，s＝40cm【答案】B【解答】解：由图知，使用的是动滑轮，不计滑轮重和摩擦，则拉力F＝G＝×20N＝10N；拉力端向上移动的距离：s＝2h＝2×20cm＝40cm。故选：B。6．（2023•梧州二模）如图所示是一种切甘蔗用的铡刀示意图。下列说法正确的是（）A．刀刃很薄可以增大压力 B．刀刃很薄可以减小压强 C．甘蔗放在a点比b点更易被切断 D．手沿F1方向用力比沿F2方向更省力【答案】C【解答】解：AB、刀刃很薄是通过减小受力面积来增大压强的，故AB错误；C、由图知，甘蔗放在a点比b点时的阻力臂更小，而甘蔗对铡刀的阻力一定，根据杠杆的平衡条件可知，动力会越小，更易被切断，故C正确；D、由图知，手沿F1方向用力比沿F2方向用力时的动力臂小，根据杠杆平衡条件可知，动力大（即费力），故D错误。故选：C。7．（2023•夏邑县模拟）某天，“生物”和“物理”两位大师在一起进行体育锻炼。“生物”大师伸出健硕的手臂对“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！其实啊，你的前臂就是物理学中的一根杠杆。”以下对于这根杠杆在提起重物的过程中，分析不合理的是（）A．前臂杠杆的支点O在肘关节处 B．肱二头肌给桡骨的力是动力 C．重物自身的重力是阻力 D．前臂是一根费力杠杆【答案】C【解答】解：（1）用手向上提物体时，人的前臂相当于一个杠杆，肱二头肌给桡骨的力F1是动力，重物给前臂的压力F2是阻力，杠杆围绕肘关节转动，因此支点O在肘关节处，故AB正确，C错误；（2）用手向上提物体时，动力臂小于阻力臂，因此前臂是一根费力杠杆，费力省距离，故D正确。故选：C。8．（2023•福田区模拟）如图甲所示的滑轮组提升物体M，已知物体M所受的重力为550N，卷扬机加在绳子自由端的拉力F将物体M在20s内沿竖直方向匀速提升10m，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（）A．动滑轮重为40N B．绳子自由端移动的速度为0.5m/s C．拉力做功功率为300W D．该滑轮组的机械效率为83.3%【答案】C【解答】解：AC．由图甲可知n＝2，则物体M沿竖直方向匀速提升10m时，绳子自由端移动的距离：s＝nh＝2×10m＝20m，由图乙可知，在20s内拉力F做的功：W总＝6000J，由W总＝Fs可得，绳子自由端的拉力为：F＝＝＝300N，忽略绳重及摩擦，由F＝（G+G动）可得，动滑轮的重力：G动＝nF﹣G＝2×300N﹣550N＝50N，拉力做功的功率为：P＝＝＝300W，故A错误，C正确；B．绳子自由端移动的速度：v＝＝＝1m/s，故B错误；D．所做的有用功：W有＝Gh＝550N×10m＝5500J，滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%≈91.7%，故D错误。故选：C。9．（2023•大连模拟）如图轻杆（不计杠杆重力），O为支点，物重为30N，OA：AB＝1：2，在竖直向上的拉力作用下始终保持平衡状态。下列说法，正确的是（）A．图甲位置，仅增加物重，则拉力变化量与物重变化量之比为3：1 B．图甲位置时，拉力大小为15N C．该杠杆与镊子类型相同 D．如图乙保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，拉力不变【答案】D【解答】解：A、图甲位置时，原来杠杆平衡，则有F×OB＝G×OA﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①，若仅增加物重，杠杆再次平衡时，有（F+ΔF）×OB＝（G+ΔG）×OA﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②，②﹣①可得：ΔF×OB＝ΔG×OA，所以，＝＝，即拉力的变化量与物重的变化量之比为1：3，故A错误；B、已知物重为30N，图甲位置时，OA：AB＝1：2，且动力臂为OB，阻力臂为OA；由杠杆平衡条件可得：F×OB＝G×OA，则拉力：F＝＝＝10N，故B错误；C、根据图甲可知，动力臂大于阻力臂，因此该杠杆为省力杠杆；而镊子使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，因此它们的类型不同，故C错误；D、如图乙，保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，其力臂如图所示：OB′为动力臂，OA′为阻力臂，阻力不变为G，因为ΔOA′A∽ΔOB′B，所以OA′：OB′＝OA：OB＝1：3，由杠杆平衡条件可得F′×OB′＝G×OA′，则F′＝＝＝10N；由此可知保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，拉力大小不变，故D正确。故选：D。10．（2023•桂平市二模）小明体重为500N，双脚与地面接触面积为0.05m2，用如图所示的滑轮组将重为600N的物体匀速提升了1m，用时10s。拉动过程中小明对绳子的拉力为400N，若不计绳重与摩擦，则（）A．在匀速提升物体的过程中，拉力做功的功率为40W B．在匀速提升物体的过程中，小明对地面的压强为104Pa C．使用该滑轮组，小明最多能提起800N的物体 D．不管提起多重的物体，该滑轮组的机械效率总是75%【答案】C【解答】解：A、由图可知n＝2，绳重自由端移动的距离：s＝2h＝2×1m＝2m，拉力做的总功：W总＝Fs＝400N×2m＝800J，拉力做功的功率：P＝＝＝80W，故A错误；B、人向下拉绳子时，绳子也会对人施加向上的拉力，则人对地面的压力：F压＝G人﹣F＝500N﹣400N＝100N，则工人对地面的压强：p＝＝＝2×103Pa．故B错误；C、由图可知n＝2，不计绳重与摩擦，F＝（G+G动）可得，动滑轮重力：G动＝2F﹣G＝2×400N﹣600N＝200N，使用该滑轮组提升重物时，工人的最大拉力等于其重力，即F大＝G人＝500N，不计绳重及摩擦，由F＝（G+G动）得，提升物体的最大重力：G大＝nF大﹣G动＝2×500N﹣200N＝800N．故C正确；D、不计绳重与摩擦，动滑轮的重力不变，额外功不变，提起物体的重力越大，做的有用功越多，有用功在总功中所占的比例越大，则滑轮组的机械效率越大，因此该滑轮组的机械效率不总是75%，故D错误。故选：C。11．（2023•孝义市三模）图甲是我国科技含量最高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁——芜湖长江大桥。将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图乙所示的模型，其他因素不变，如果只把拉索与桥塔的固定点上移，则可以（）A．增加动力 B．减小阻力 C．增加动力臂 D．增加阻力臂【答案】C【解答】解：由图可知，若增加塔桥的高度，即增加了支点O到钢索拉力（即动力）F1的距离，即增大了拉力的力臂L1，根据杠杆平衡条件可知，在阻力和阻力臂不变的情况下，拉力的力臂越大，拉力越小即桥对钢索的拉力就越小，故C正确，ABD错误‘故选：C。12．（2023•镇雄县一模）一个杠杆的动力臂与阻力臂之比为4：1，则该杠杆是省力杠杆，动力与阻力之比是1：4。若此杠杆受到的阻力是60N，则当动力为15N时，杠杆处于平衡状态。【答案】见试题解答内容【解答】解：动力大于阻力臂，则该杠杆为省力杠杆。∵F1L1＝F2L2∴即∴F1＝15N答案为：省力，1：4，15N。13．（2023•长春模拟）如图所示，工人师傅用沿斜面向上1000N的推力，将重为2000N的物体从斜面底端匀速推至斜面顶端。已知斜面长4m，高1.5m，则此过程中的有用功为3000J，斜面的机械效率为75%。【答案】3000；75%。【解答】解：此过程所做有用功为：W有＝Gh＝2000N×1.5m＝3000J；所做总功为：W总＝Fs＝1000N×4m＝4000J；故机械效率为：η＝＝＝75%；故答案为：3000；75%。14．（2023•海陵区校级三模）如图甲所示为桔槔，是古代农用工具。横长杆的一端悬挂重石，另一端用绳子与汲器（提水的容器）相连。当不提水时，横长杆的悬挂重石端位置较低，横长杆的汲器端位置较高当要提水时，人用力将汲器往下压，使汲器下降到水面下并让水流入汲器（同时捆绑重石的那端位置上升），当汲器装满水后，人向上拉动绳子，就可让悬挂重石端的位置下降，同时将汲器中的水提升。我们建立如图乙模型来研究桔槔：假设横长杆为一个笔直的轻质杠杆，绳子与横长杆的连接点到支点的距离L1为1m，重石的悬挂点到支点的距离L2为2m，未装水的汲器的重力为10N。绳子的重力忽略不计（g取10N/kg）。（1）使用桔棒提水时，能够省力，不能省功（选填“也能”或“不能”）；（2）文中“人用力将汲器往下压（汲器未接触水面）”的过程中，若匀速竖直下压，此时该力大小将不变（选填“变大”、“变小”或“不变”）；（3）根据桔棒的理想模型分析，为实现不提水时，桔棒的重石端位置较低（接触地面），重石至少0.5kg；（4）若装满水后汲器的重力为150N，重石的质量为3kg，根据桔棒的理想模型，通过计算分析，人匀速向上提装满水的汲器，借用桔穆提和直接用手提相比可省力60N，【答案】（1）不能；（2）不变；（3）0.5；（4）60。【解答】解：（1）由功的原理可知，使用桔槔提水时，能够省力，但不能省功；（2）文中“人用力将汲器往下压”的过程中，若匀速竖直下压，根据相似三角形的知识可知阻力臂和动力臂之比不变，阻力不变，根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2可知此时该力将不变；（3）根据杠杆平衡条件可知为实现不提水时，桔槔的重石端位置较低（接触地面），应满足的条件是G重石L2＞G汲器L1；则G重石＞＝＝5N，m重石＞＝0.5kg；（3）人直接匀速向上提装满水的汲器时，汲器处于平衡状态，受到的拉力和汲器的重力是一对平衡力，则此时人施加的拉力F1＝G1＝150N；人借用桔槔匀速向上提装满水的汲器时，设人施加的拉力为F2，此时汲器受到竖直向下的重力和竖直向上人施加的拉力、绳子的作用力处于平衡状态，由力的平衡条件可得：G1＝F2+F绳，则F绳＝G1﹣F2，由杠杆的平衡条件可得：G重石L2＝F绳L1，即G重石L2＝（G1﹣F2）L1，则3kg×10N/kg×2m＝（150N﹣F2）×1m，F2＝90N；则借用桔槔提和直接用手提相比省的力：ΔF＝F1﹣F2＝150N﹣90N＝60N。故答案为：（1）不能；（2）不变；（3）0.5；（4）60。15．（2023•丹东校级二模）在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小彤用同一滑轮组进行了三次实验如图所示，实验数据记录如表：次数物重/N物体上升距离/cm测力计示数/N测力计上升距离/cm机械效率/%12100.83083.324101.53088.936102.230（1）实验中要竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使钩码缓慢上升。（2）表格中第3次实验的机械