云南省2021年初中学业水平考试物理 第13讲 简单机械

3．(2019·黑龙江)如图所示，小聪用滑轮组拉动水平地面上重为 500 N 的物体 A，使它匀速前进 2 m，地 面对它的摩擦力为 150 N，小聪施加的拉力 F＝100 N(忽略绳重和滑轮重)，则滑轮组做的有用功为 __300__J，滑轮组的机械效率为__75%__．
4．如图所示，把重力为 600 N 的物体匀速推到斜面顶端，斜面长为 2 m，高为 1 m，实际推力为 400 N，所花时间为 5 s．那么，将物体从底部推到顶部所做有用功是__600__J，推力做的总功是__800__J，推力 的功率是__160__W，物体与斜面间的摩擦力是__100__N，整个装置的机械效率是__75%__．
机械效率
1．有用功、额外功、总功
有用功 额外功
我们需要的、必须要做的功叫做有用功，用 W 有表示
我们在做有用功的同时，还不得不多做的功叫做额外功，用 W 额表 示
总功 2.机械效率
有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用 W 总表示．用公 式表达为__W 总＝W 有＋W 额__
(1)定义：物理学中，将__有用功__跟__总功__的比值叫做机械效率，用__η__表示．
(5)如图丁所示，若不在 D 点挂钩码，改用弹簧测力计在 D 点向下拉杠杆，使杠杆仍在水平位置平衡，当 测力计从 a 位置转动到 b 位置时，其示数大小将__变大__(填“变大”“变小”或“不变”)，原因是__动力臂 变短__．
(6)如果在杠杆的 O 点用弹簧测力计施加一个向上的力，这个力在探究实验中__不__(填“是”或“不”) 影响杠杆的平衡，理由：__因为杠杆 O 点的力的力臂为 0，所以不影响__．
动力臂为阻力臂 ④__2__倍的⑤__省
力__杠杆
特点
不能⑥__省力__， 但是能改变⑦__动
力的方向__
能省⑧__一半__的 力，但不能改变 ⑨__动力的方向__
在不考虑绳子重、 滑轮重和摩擦力的
情况下，F＝ ⑩__1G__ n
距离关系
○11 __s＝h__
○12 __s＝2h__
○13 __s＝nh__
实验 1 探究杠杆的平衡条件 (2019·昆明模拟)利用如图所示的装置来探究“杠杆的平衡条件”．
(1)实验前，杠杆如图甲所示，可将杠杆两端的平衡螺母向__右__(填“左”或“右”)调节，使杠杆在水 平位置平衡，这样做的好处是__避免杠杆自重对实验造成的影响__．
(2)杠杆平衡后，如图乙所示，在杠杆 B 点挂 3 个相同的钩码，可在杠杆的 D 点挂__4__个相同的钩码， 就可使杠杆重新在水平位置平衡．
(6)实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，有小组同学认为应静止时读数．你认为他的想法 __不正确__(填“正确”或“不正确”)，因为他没有考虑到__摩擦力__对滑轮组机械效率的影响．
(7)小组同学分析表中数据，发现第 2 次拉力做的额外功与第 1 次相比__增大__(填“增大”“减小”或 “不变”)，由此可见机械效率提高的原因是有用功增加比额外功增加多得多，从而使__有用功__占总功的比 值增大．
【图片解读】
1．如图所示，图甲旗杆顶的定滑轮不省力，但可以__改变力的方向__；图乙起重机的动滑轮可以省力， 但__不能__改变力的方向．
斜面与轮轴 名称 示意图
定义
斜面
一个与水平面成一 定夹角的倾斜平面
轮轴
由①__轮__和②__轴__组成，能 绕共同轴线转动的简单机械叫做 轮轴；半径较大的是轮，半径较
(3)结论：同一滑轮组，提升重物越重，机械效率越__高__；提升相同重物，动滑轮越多，机械效率越__ 低__，但越__省__力．
(4)提高机械效率的方法：__减小__动滑轮的重；加润滑油，减小__摩擦__；__增加__物重．
重难点 1 杠杆作图
示．
(2019·曲靖麒麟区模拟)如图所示，请画出物体所受重力 G 以及力 F 对支点 O 的力臂，并用 l 表
解：
如图所示，将一根轻质直角棒，一端用绞链固定在墙上，使其能绕 O 点转动，若要保持此棒在 图示位置平衡，请在图中画出棒受到的阻力与在 A 点施加的最小动力的示意图．
解： 【变式训练 1】 如上图所示，OB＝40 cm，OC＝20 cm，AB＝30 cm，物体重力 G＝50 N，则例 2 中最 小力 F1 为__20__N(杠杆自重、摩擦不计)． 重难点 2 简单机械的综合计算
(7)改变钩码数量和位置获取三次测量数据(如表)，目的是__使实验结论具有普遍性__，根据表中数据你 得出杠杆的平衡条件是__F1l1＝F2l2__，并完成表中的空格．
实验测量数据记录表
实验
动力
动力臂
阻力
阻力臂
次序 1
F1/N 2.0
l1/cm 5.00
F2/N 1.0
l2/cm 10.00
2
2.0
小的是轴
特点
省力机械
能够连续旋转的③__杠杆__，支 点就在④__轴线__，轮轴在转动 时轮与轴有相同的⑤__转速__
应用
楼梯、盘山公路等
方向盘、水龙头、扳手等
【提示】 轮轴是否为省力机械，主要取决于动力作用在轮还是轴．
【图片解读】
1．如图所示的盘山公路相当于简单机械中的__斜面__，在上面行驶时可以__省力__．
如图甲所示，用 2 N 的拉力匀速竖直向上拉绳子自由端，在 2 s 内将重为 3.5 N 物体提升 0.1 m， 不计绳重与摩擦，求：
(1)动滑轮的重为__0.5__N. (2)绳子自由端移动速度为__0.1__m/s. (3)克服重物重力做的有用功为__0.35__J. (4)拉力 F 做的总功为__0.4__J. (5)拉力 F 的功率为__0.2__W. (6)动滑轮的机械效率为__87.5%__．
第 13 讲 简单机械
杠杆 1．杠杆的五要素和平衡条件 (1)杠杆的定义：在力的作用下绕着__固定点 O__转动的硬棒叫做杠杆． (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． 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． (3)杠杆平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂(F1l1＝F2l2)． 【提示】 画力臂：①先在杠杆示意图上确定支点；②画出动力作用线和阻力作用线；③最后从支点向 力的作用线引垂线．
1．(2019·陕西)工人用如图所示的装置运送砂石，下列说法正确的是(B)
A．滑轮组中的定滑轮能改变拉力的大小 B．图中动滑轮相当于一个省力杠杆 C．绳子自由端下拉 1 m，桶上升 2 m D．质量为 65 kg 的工人利用该滑轮组能提起 150 kg 的砂石 2．(2019·红河州蒙自市模拟)在电视剧《三国演义》中，有这样一个情景：一群士兵用力拉动一辆抛石 车，会将石块抛向敌方阵营．其简单结构如图所示，由图可知它是一个__费力__(填“省力”“费力”或“等 臂”)杠杆．要把石块抛出去，图中作用在 A 点的力沿__c__(填“a”“b”或“c”)方向最小．
天平、定滑轮 等
【提示】 省力杠杆必费距离，费力杠杆必省距离，既省力又省距离的杠杆是不存在的．
【图片解读】
1．如图 1 所示，用杠杆撬石头的过程中，该杠杆属于__省力__(填“省力”“费力”或“等臂”)杠 杆．在力的方向不变的情况下，该人想用更小的力撬起石头，那么他的手应该向__远离__(填“远离”或“靠 近”)支点的方向移动．
(3)有的同学认为，杠杆平衡条件是：动力×支点到动力作用点的距离＝阻力×支点到阻力作用点的距 离，你认为他的看法是__错误__的，验证你的观点的简单做法是__将一侧的钩码拿掉，改用弹簧测力计来 拉，保持拉力作用点到支点的距离不变，改变拉力的方向，仍使杠杆在水平位置平衡时，比较拉力的大小 __．
(4)保持 B 点钩码数量和力臂不变，杠杆在水平位置平衡时，测出多组动力臂 l1 和动力 F1 的数据，绘制了 l1－F1 的关系图象，如图丙所示，请根据图象推算，当 l1 为 0.6 m 时，F1 为__0.5__N.
10.00
2.0
3
3.0
10.00
2.0
实验 2 测量滑轮组的机械效率
10.00 15.00
(2019·绥化)如图是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置．测得的实验数据如表．
实验
物重
物体上升
拉力
绳端Biblioteka Baidu动
机械
次数
G/N
高度 h/m
F/N
距离 s/m
效率η
1
1
0.1
0.6
0.3
55.6%
2
2
0.1
1.0
2．杠杆的分类
杠杆 分类
力臂关系
力的关系
特点
实例
省力杠杆
l1①__＞__l2
F1②__＜__F2
省力，③__费 __距离
羊角锤、起 子、撬棒等
费力杠杆
l1④__＜__l2
F1⑤__＞__F2
⑥__费__力， 省距离
钓鱼竿、起重 机的吊臂、镊
子等
等臂杠杆
l1⑦__＝__l2
F1⑧__＝__F2
不省力，不费 力
图3 4．如图 4 所示的杠杆中，钢丝钳属于__省力__杠杆，车闸属于__省力__杠杆，指甲刀有__3__个杠杆， 其中__2__个费力，__1__个省力．
滑轮
图4 定滑轮
动滑轮
滑轮组
示意图
定义
中间的轴①__固定 不动__的滑轮
和重物一起②__移 动__的滑轮
定滑轮、动滑轮组 合成滑轮组
实质
③__等臂__杠杆
(2)表达式：η＝W 有. W总
(3)说明：机械效率是一个比值，通常用百分数表示，由于有用功总__小于__总功，故机械效率总__小于 __1；机械效率的高低与使用机械是省力还是费力__无关__．
3．测量滑轮组的机械效率
(1)原理：η＝W 有＝Gh. W 总 Fs
(2)过程：沿__竖直__方向__匀速__拉动弹簧测力计使钩码升高，测出钩码重力 G、钩码提升的高度 h、 拉力 F、绳的自由端移动的距离 s.
图1 2．如图 2 所示，划船时船桨的轴是不动的，所以，轴的位置是__支点__．手加在桨上的动力比水对桨的 阻力大，但手只要移动__较小__的距离，就能使桨在水中移动较大的距离．
图2 3．各式各样的剪刀都是一对对的杠杆．如图 3 所示，要剪开铁皮，用__乙__最合适；剪纸或布时，用__ 丙__最合适．
5．(2019·红河弥勒一模)请在图中画出力 F 对支点 O 的力臂，并用 l 表示．
解：
第 13 讲 简单机械
命题点 1 杠杆 1．(2019·云南)如图所示的简单机械，属于省力杠杆的是(B)
A．吊车吊臂 B．撬棒 C．筷子 D．钓鱼竿
2．(2018·昆明)如图所示，轻质杠杆 OA 可绕 O 点无摩擦转动，A 点处挂一个重为 20 N 的物体，B 点处加 一个竖直向上的力 F，杠杆在水平位置平衡，且 OB∶AB＝2∶1.则 F＝__30__N，它是__费力__杠杆．
【变式训练 2】 如图乙所示，某人通过滑轮组提升重物．已知物体在 10 s 内被匀速提升了 2 m，物体 所受重力为 400 N，动滑轮的重力为 80 N，不计绳重与摩擦，求：
(1)物体上升的速度为__0.2__m/s. (2)人拉绳子移动的距离为__6__m. (3)绳子自由端的拉力为__160__N. (4)克服重物重力做的有用功为__800__J. (5)克服动滑轮重做的额外功为__160__J. (6)拉力 F 做的总功为__960__J. (7)拉力 F 的功率为__96__W. (8)滑轮组机械效率为__83.3%__． 【变式训练 3】 若只改变图乙中滑轮组的绕线方式，如图丙所示，继续将该重物重复上述操作，不计 绳重与摩擦，求： (1)绳子自由端移动速度为__0.4__m/s. (2)绳子自由端的拉力为__240__N. (3)拉力 F 做的总功为__960__J. (4)滑轮组机械效率为__83.3%__．
0.3
66.7%
3
4
0.1
1.8
0.3
(1)实验过程中，应竖直向上__匀速__拉动弹簧测力计． (2)第三次实验中滑轮组的机械效率是__74.1%__． (3)分析表中实验数据可知，同一滑轮组，物重__越大__，滑轮组的机械效率越高． (4)若在第三次实验中，物体上升的速度为 0.1 m/s，则拉力 F 的功率为__0.54__W. (5)创新小组也利用重为 1 N、2 N、4 N 的物体进行了三次实验，每次测得的机械效率均大于智慧小组的 测量值，则创新小组测量值偏大的原因可能是__C__．(填字母) A．测拉力时，弹簧测力计未调零，指针指在零刻度线下方 B．弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升 C．所使用的动滑轮的重力小于智慧小组