重难点13 简单机械和机械效率-2021年中考物理【热点·重点·难点】专练

专项三 力学 重难点13 简单机械和机械效率 【知识梳理】 1.杠杆：在力的作用下能够绕支撑点转动的坚实物体均可以看成是杠杆。这里“坚实”理论上是指“不发生形变”；杆杆不一定是一根硬棒。一个杆杆有且只有一个支点。 （1）杠杆的“五要素”。①动力（F1）：使杠杆转动的力；②阻力（F2）：阻碍杠杆转动的力；③支点（O）：杠杆绕着转动的支撑点；④动力臂（L1）:从支点到动力作用线的距离；⑤阻力臂（L2）:从支点到阻力作用线的距离。力的作用线：通过力的作用点沿力的方向的直线。 （2）杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂（F1L1=F2L2） （3）杠杆的分类。①省力杠杆：动力臂大于阻力臂或者动力小于阻力的杠杆；②等臂杠杆：动力臂等于阻力臂或者动力等于阻力的杠杆；③费力杠杆：动力臂小于阻力臂或者动力大于阻力的杠杆。 2.滑轮：周边有槽，并可以绕轴转动的轮子。 （1）定滑轮：使用时，滑轮的位置固定不变的滑轮。它可以改变用力的方向，但不能省力，也不能省距离。 （2）动滑轮：滑轮的位置跟被拉的物体一起运动的滑轮。它可以省一半的力，但不能改变用力的方向，费一倍的距离。 （3）滑轮组：定滑轮与动滑轮的组合。它既可以改变用力的方向，又可以省力。F= (F-拉力；G物-用滑轮组拉起的物重；G轮-滑轮自重、绳重、滑轮与绳间的摩擦；n-绕过动滑轮的绳子的股数) 3.斜面：一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。若不考虑摩擦，斜面长是斜面高的几倍，拉力或推力就是物体所受重力的几分之一，即： F=。 4.机械效率：有用功跟总功的比值。公式：η=×100%。 【易混淆点】 1.在杠杆中，阻力与动力的方向与作用分不清楚。使杆杆转动的力，是动力，阻碍杆杆转动的力是阻力，二者的方向不一定相反，但作用效果必须要相反。一般来说：支点在杆杆的一端，二力方向相反；支点在中点，二力方向可相同。 2.正确理解“动滑轮省一半的力”。这里省一半的力，不是所提升的物体的重力的一半，而是包括自身的重力及其摩擦力。 3.通常情况下，我们忽略“摩擦力”来考虑问题，使问题简化，但不要认为摩擦力本身不存在。 【典例分析】 【例1】(2020北京3)如图所示，正在使用的四种工具，属于费力杠杆的是（ ） A. 羊角锤B. 核桃夹C. 园艺剪D. 食品夹 【答案】D 【分析】A．羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，省力杠杆，A错。 B．核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，省力杠杆，B错。 C．园艺剪在使用过程中，动力臂大于阻力臂，省力杠杆，C错。 D．食品夹在使用的过程中，阻力臂大于动力臂，费力杠杆，D正确。选D。 【思路小结】判断杠杆的类型，一般比较力臂的大小或者动力与阻力的大小。也可以粗略的运用这种方法来简单判断：常见的等臂杆杆是托盘天平和定滑轮；阻力较大时是省力杆杆；阻力较小时用费力杠杆。 【例2】(2020滨州14)（多选）如图所示，重 的物体在 水平拉力F的作用下，以 的速度沿水平地面向左匀速直线运动了 ，滑轮组的机械效率为60%。在此过程中，下列说法正确的是（　　） A. 拉力F做的功为400J B. 物体与地面间的滑动摩擦力为180N C. 额外功的功率为12W D. 若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则滑轮组的机械效率会降低 【答案】BC 【分析】A．由图知，n=3。物体移动距离：s物=v物t=0.1m/s×20s=2m；绳子自由端移动的距离s=3s物=3×2m=6m。拉力F做的功W总=Fs=100N×6m=600J。A错。 B．做的有用功：W有=W总η=600J×60%=360J；物体与地面间的滑动摩擦力：f= = = 180N。B正确。 C．做的额外功：W额=W总-W有=600J-360J=240J；额外功的功率: P= = = 12W。C正确。 D．若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则增大了有用功，所以在额外功不变的情况下，滑轮组的机械效率变大，D错误。选BC。 【思路小结】计算滑轮组的效率问题，一定要分清楚各个量的准确含义，再熟记先关公式。 滑轮组的机械效率计算主要公式 所求物理量 滑轮组竖直提升重物 滑轮组水平拖动重物 有用功（W有） W有=G物h（G物-物体的重力；h-物体上升的高度） W有=fs(f-物体与地面的摩擦力；S-物体移动的距离) 总功（W总） W总=Fs(F-拉力；S-拉力移动的距离) W总= Fs拉(F-拉力；S拉-拉力移动的距离) S与h的关系 S=nh（n-绳子的股数） S=ns拉 F与G物的关系 F=(忽略绳重及摩擦) F= V物与v拉的关系 V物=nV拉 功率P P=FV(V-速度，单位：m/s) 机械效率 η=×100% η=×100%