第12章 简单机械 课件 2025年中考物理考点探究（广东）

第十二章　简单机械 回归教材 实验探究 真题精粹 ⁠ ⁠杠杆 课标要求：知道简单机械。通过实验，探究并了解杠杆的平衡条件。 1.定义：在力的作用下能 　绕固定点转动　⁠的硬棒。 绕固定点转动　 （1）支点：杠杆可以绕着转动的点O。 （2）动力：使杠杆转动的力F1。 2.杠杆的五要素（如图所示）。 （3）阻力：阻碍杠杆转动的力F2。 （4）动力臂：从 　支点O　⁠到 　动力F1　⁠作用线的距离L1。 （5）阻力臂：从 　支点O　⁠到 　阻力F2　⁠作用线的距离L2。 支点O　 动力F1　 支点O　 阻力F2　 3.杠杆的平衡条件 （1）杠杆平衡：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）平衡条件： 　动力×动力臂　⁠＝ 　阻力×阻力臂　⁠，或写为F1L1＝F2L2。 4.力臂是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的，但动力和阻力的方向不一定相反。 动力×动力臂　 阻力×阻力臂　 项目 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆 示意图 ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ 力臂关系 L1 　＞　⁠L2 L1 　＜　⁠L2 L1 　＝　⁠L2 力的关系 F1 　＜　⁠F2 F1 　＞　⁠F2 F1 　＝　⁠F2 特点 省力费距离 费力省距离 不省力也不费距离 应用举例 撬棍、羊角锤、钢丝钳、手推车 钓鱼竿、筷子、镊子、缝纫机脚踏板 天平、跷跷板、定滑轮 ＞　 ＜　 ＝　 ＜　 ＞　 ＝　 5.杠杆的分类和应用 ⁠ ⁠滑轮 课标要求：知道简单机械。能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。 定滑轮、动滑轮和滑轮组（不计滑轮重和摩擦） 项目 定滑轮 动滑轮 滑轮组 示意图 ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ ⁠ 定义 使用过程中，轴 　固定不动　⁠的滑轮 使用过程中，轴 　随物体一起移动　⁠的滑轮 定滑轮和动滑轮的组合 固 定不动　 随物体 一起移动　 项目 定滑轮 动滑轮 滑轮组 实质 等臂杠杆 动力臂为阻力臂 　2　⁠倍的省力杠杆 \ 特点  　不能　⁠省力， 　可以　⁠改变力的方向 省力，不能改变力的方向 既能省力又能改变力的方向 F与G的关系 F1＝G F2＝G F3＝G s与h的关系 s＝h s＝2h s＝nh 2　 不能　 可以　 ⁠ ⁠机械效率 课标要求：知道机械效率。了解提高机械效率的途径和意义。会测量某种简单机械的机械效率。了解人类使用机械的历程。了解机械的使用对社会发展的作用。 1.有用功、额外功和总功 （1）有用功：无论是否使用机械， 　必须要做　⁠的功叫作有用功，用W有表示。 （2）额外功：不是我们需要但又 　不得不做　⁠的功叫作额外功，用W额表示。 （3）总功： 　有用功　⁠和 　额外功　⁠之和叫作总功，用W总表示。W总＝W有＋W额。 必须要做　 不得不做　 有用功　 额外功　 2.机械效率 （1）定义：物理学中， 　有用功　⁠跟 　总功　⁠的比值叫作机械效率，用符号η表示。 （2）公式：η＝×100％。 3.提高机械效率的途径 （1）增大有用功：如增加物重。 （2）减小额外功：如减小摩擦。 有用功　 总功　 ⁠ ⁠滑轮（组）及斜面的机械效率 示意图 有用功 总功 机械效率 ⁠ ⁠ 物体G上升高度为h时所做的功W有＝ 　Gh　⁠ 拉力F移动s所做的功W总＝Fs，s＝nh（n为承担动滑轮绳子的股数） η＝×100％＝×100％＝×100％ ⁠ ⁠ 物体运动的距离为s物、所受滑动摩擦力为f时，所做的功W有＝ 　fs物　⁠ 拉力F移动s所做的功 W总＝Fs，s＝ns物 η＝×100％＝×100％＝×100％ Gh　 fs物　 示意图 有用功 总功 机械效率 ⁠ ⁠ 物体G上升高度为h时所做的功W有＝Gh 拉力F移动s所做的功 W总＝Fs η＝×100％＝×100％ ⁠ ⁠核心突破点一　杠杆作图 　　⁠ ⁠画出处于平衡状态时杠杆的动力F的力臂L。 答案　如图所示： 　　⁠ ⁠（已知力臂画力）如图所示，轻质杠杆在力F1、F2作用下处于平衡状态，l1为F1的力臂。请在图中画出F1的示意图及F2的力臂l2。 答案　如图所示： ⁠ ⁠核心突破点二　杠杆平衡条件相关计算 　　在杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2中，已知其中三个物理量或已知其中一个物理量、某一对物理量的大小关系时，运用公式的变形式即可求出第四个物理量的大小（关系式）。计算时，要注意单位的统一。 　　⁠ ⁠如图甲所示，轻质直型杠杆OA可绕O点无摩擦转动，且AB∶OB＝1∶2，在A点悬挂一个重物G，在杠杆上的B点施加一个方向竖直向上、大小为30 N的拉力F，杠杆恰好能在水平位置保持平衡状态，则悬挂在A点的重物质量为 　2　⁠kg。（g取10 N/kg） 2　 　　⁠ ⁠（力与杠杆不垂直）如果将力F沿逆时针旋转，当力与杠杆左边夹角为30°，如图乙所示，此时拉力F'大小为 　60　⁠N。 60　 ⁠ ⁠核心突破点三　动滑轮及滑轮组动力的计算 绳子股数法算滑轮拉力 1.动滑轮使用时，可以看成是2股绳子同时竖直向上提动滑轮和物体，每股绳子的拉力为动滑轮和物体重的一半，所以拉力大小等于动滑轮和物体重的一半，即动滑轮在使用时省一半的力（指的是动滑轮和物体总重的一半）；但费距离，即绳子自由端移动的距离为物体上升高度的2倍。 2.绳子股数的判断：在靠近动滑轮上方的位置划一道虚线，如图所示，虚线下直接接触动滑轮的绳子都计入股数。与动滑轮分析方法相同，可以认 为是有n股绳子向上拉动滑轮和物体组成的整体，每股绳子所承受的拉力相同，所以在不计绳重和摩擦时，绳子自由端的拉力大小F＝（G动＋G物）。 　　⁠ ⁠分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（　A　） A B C D A 　　⁠ ⁠（滑轮组特点）实际使用时，小明利用B选项图所示的装置探究滑轮组的特点。他将重为3 N的物体匀速提高了0.5 m，已知绳子自由端的拉力F为2 N，则绳自由端移动的距离为 　1　⁠m；不计绳重和摩擦，则动滑轮受到的重力为 　1　⁠N；该滑轮组能省力， 　能　⁠（选填“能”或“不能”）改变力的方向。 1　 1　 能　 B ⁠ ⁠核心突破点四　机械效率的计算 计算机械效率的方法 简单机械 机械效率 ⁠ ⁠ η＝×100％＝×100％＝×100％ ⁠ ⁠ η＝×100％＝×100％＝×100％ 简单机械 机械效率 ⁠ ⁠ η＝×100％＝×100％＝×100％＝×100％ ⁠ ⁠ η＝×100％＝×100％ ⁠ ⁠如图所示，用滑轮组提升物体，拉力F＝80 N，物重为200 N，在5 s内将物体匀速提升了2 m，则滑轮组的机械效率是 　83.3　⁠％。（不计绳重与摩擦，计算结果保留一位小数） 　　⁠ ⁠（改变机械效率）若要增大该滑轮组的机械效率，可采取的措施是 　增大提升物体受到的重力（或质量）　⁠。 83.3　 增大提升物体受到的重力（或质量）　 教材图片 考查内容 教材图片 考查内容 ⁠ ⁠ （杠杆认识及计算）如图是自行车手闸示意图，手闸是一个简单机械，这种简单机械的名称是 　杠杆　⁠；当图中手对车闸的作用力F＝10 N时，刹车拉线受到力的大小为 　40　⁠N ⁠ ⁠ （斜面的理解）山区常见盘山公路，盘山公路可以看作是我们学过的一种简单机械，称为斜面，它的主要目的是使汽车在上坡时能够 　省力　⁠；使用任何机械都不能省 　功　⁠ 杠杆　 40　 省力　 功　 阅读短文，回答问题。 从地面上搬起重物我们的常见做法是弯腰（如图甲）或人下蹲弯曲膝盖（如图乙）把它搬起来，哪种方法好呢？下面就建立模型说明这个问题。把脊柱简化为杠杆如图丙所示，脊柱可绕骶骨（轴）O转动，腰背部复杂肌肉的等效拉力F1作用在A点，其实际作用方向与脊柱夹角为12°且保持不变，搬箱子拉力F2作用在肩关节B点，在B点挂一重物代替箱子。用测力计沿F1方向拉，使模型静止，可测出腰背部复杂肌肉拉力的大小。接着，改变脊柱与水平面的夹角即可改变杠杆与水平面的夹角α，多次实验得出结论。 　 （1）甲、乙两种姿势对应丙图中的两种状态，丙图中实线部分的杠杆模拟的是 　乙　⁠（选填“甲”或“乙”）图中的脊柱。 （2）甲图中的人脊柱可看成是 　费力　⁠（选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆。 乙　 费力　 （3）当α角增大时，L1 　不变　⁠（选填“变大”、“不变”或“变小”），F1 　变小　⁠（选填“变大”、“不变”或“变小”）。 （4）如果考虑到人上半身的重力，那么腰背部肌肉的实际拉力将比丙图中F1要 　大　⁠（选填“大”或“小”）。 （5）由以上分析可得，人要搬起重物时， 　乙　⁠（选填“甲”或“乙”）图中的姿势比较正确。 不变　 变 小　 大　 乙　 实验突破一　探究杠杆的平衡条件 课标要求：探究杠杆的平衡条件（课标要求学生必做实验）。 某实验小组的同学利用如图所示的装置进行杠杆平衡条件的探究，实验用的每个钩码均重0.5 N。 （1）在杠杆上挂钩码前，杠杆静止在图甲中的位置，此时杠杆 　平衡　⁠（选填“平衡”或“不平衡”）。 （2）实验中首先要调节杠杆两端的平衡螺母，其作用是使杠杆在 　水平　⁠位置平衡，在该位置平衡的目的是 　便于测量力臂　⁠。 平衡　 水平　 便于测量力臂　 ⁠ ⁠设计实验与制订计划 ⁠ ⁠进行实验与收集证据 （3）在调节杠杆平衡时发现如图甲所示的情况，那么要将右端的平衡螺母向 　右　⁠（选填“左”或“右”）调节。 （4）请你设计记录实验数据的表格。 次数 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm 1 2 3 右　 （5）某同学根据表格记录的数据得出杠杆平衡的条件为“动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂”，得出该结论违背了不同物理量间不能 　加减　⁠（选填“加减”或“乘除”）的原则。 加减　 ⁠ ⁠分析论证 （6）分析实验数据可知，杠杆平衡的条件为 　F1l1＝F2l2　⁠。 F1l1＝F2l2　 （7）图乙中，他用弹簧测力计在B处竖直向上拉杠杆到水平位置平衡，此时测力计的示数为 　1.5　⁠N。如他将测力计沿图中虚线方向拉，仍使杠杆在水平位置平衡，测力计的示数将 　变大　⁠（选填“变大”、“不变”或“变小”）； 1.5　 变大　 ⁠ ⁠评估 （8）此实验多次改变钩码的数量和悬挂位置以及弹簧测力计的位置，收集杠杆平衡时多组动力、动力臂、阻力和阻力臂的数据，其目的是 　获得普遍规律，避免偶然性　⁠。 获得普遍规律，避免偶 然性　 　　完成上述实验后，小高利用杠杆平衡条件来测量杠杆自身的质量： ①如图丙，将杠杆的C点挂在支架上，在C点的右侧挂质量为m的钩码，左右移动钩码的位置，使杠杆在水平位置平衡； ②用刻度尺测出此时钩码悬挂位置D点到C点的距离l1和 　O　⁠点到C点的距离l2； ③根据杠杆平衡条件，可以计算出杠杆的质量m杠杆＝ 　　⁠（用题目中所给物理量符号表示）。 O　 　 实验突破二　测量滑轮组的机械效率 课标要求：了解机械效率的使用对社会发展的作用。 小明在“测量滑轮组的机械效率”实验中用到的实验装置如图所示。 ⁠ ⁠设计实验与制订计划 （1）该实验的原理是 　η＝×100％　⁠。 （2）需要的测量工具： 　弹簧测力计　⁠、 　刻度尺　⁠、细绳、动滑轮、定滑轮、钩码若干。 η＝×100％　 弹簧测力计　 刻度尺　 ⁠ ⁠进行实验与收集证据 （3）实验中应沿竖直方向 　匀速　⁠缓慢拉动弹簧测力计。某同学认为可以在弹簧测力计静止的时候读数，该想法是 　错误　⁠（选填“正确”或“错误”）的。 匀速　 错误　 （4）甲、乙、丙、丁分别对应第1、2、3、4次实验时的情景，实验记录的数据如下，请将表中两个数据填写完整。 实验次数 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η 1 4 0.1 2.7 0.2 74％ 2 4 0.1 1.8 0.3 74％ 3 8 0.1 3.1 0.3 86％ 4 8 0.1 2.5  　0.4　 　80％　⁠ 0.4　 80％　 ⁠ ⁠分析论证 （5）通过比较 　1、2　⁠（填实验次数的序号）两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子的股数无关。 （6）通过比较 　2、3　⁠（填实验次数的序号）两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高。 （7）通过比较3、4两次实验数据得出结论： 　不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高（或不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低）　⁠。 ⁠ ⁠评估 （8）在测拉力时某同学使弹簧测力计做加速直线运动，该同学测得的机械效率与正确操作相比 　偏小　⁠（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。 1、2　 2、3　 不同滑轮组提升相同重物时，动滑 轮越轻，滑轮组的机械效率越高（或不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑 轮组的机械效率越低）　 偏小　 　　有同学认为，在这个实验中去掉一个测量工具反而能够减小实验误差，你认为可以去掉 　刻度尺　⁠，去掉该测量工具后，机械效率可写为η＝ 　0％　⁠。 刻度尺　 ×100％ ⁠ ⁠力与力臂作图（10年6考） 1.（2020·广东）如图所示，用一根硬棒通过支点O撬起石头；画石头所受重力G的示意图，以及力F的力臂L。 【解析】 石头重力的作用点在重心，过重心沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段，并用符号G表示；过支点O作垂直于动力作用线的垂线段，即为F的力臂L。 答案　如图所示： 2.（2018·广东）如图所示，轻质杠杆OA可绕O点转动，请在图中画出杠杆OA的动力臂L。 答案　如图所示： 【解析】 该装置的动力为绳子对杠杆的拉力，力臂为支点到力的作用线的距离。所以过O点向作用于A点的拉力作垂线，则垂线段即为动力的力臂L。 ⁠ ⁠滑轮组的绕法（10年2考） 3.（2016·广东）用如图所示的滑轮组提升重物，用笔画线代替绳子画出最省力的绳子绕法。 答案　如图所示： 【解析】 要使拉力最小（最省力），要求拉动滑轮的段数最多，即n＝3时为最大。 ⁠ ⁠滑轮组的应用（10年5考） 4.（2022·广东）分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（　A　） A B C D A 【解析】 由题知，不计摩擦和动滑轮重，A使用的是滑轮组，n＝3，F1＝G；B使用的是滑轮组，n＝2，F2＝G；C使用的是定滑轮，F3＝G；D使用的是动滑轮，F4＝G；由此可知A图装置最省力，故选A。 5.（2021·广东节选）用如图甲所示的滑轮组提升重为200 N的物体，已知拉力F为80 N，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，反映绳子自由端运动的图线是 　A　⁠（选填“A”或“B”），动滑轮重为 　40　⁠N。 A　 40　 【解析】 由图甲可知，n＝3，则拉力端移动距离s＝3h，所以图乙中上面的倾斜直线A是绳子自由端运动的s－t图像，而下面的倾斜直线B是物体运动的s－t图像；不计绳重和摩擦，拉力F＝（G＋G动），则动滑轮重力：G动＝3F－G＝3×80 N－200 N＝40 N。 ⁠ ⁠杠杆的平衡条件（10年5考） 6.（2023·广东）明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置——辘轳，沿用至今。图甲是一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶。 （1）如图甲所示辘轳可视为不等臂杠杆，为方便提水，它是按照 　省力　⁠（选填“省力”或“费力”）杠杆来设计的。用辘轳提水的某时刻示意图如图乙所示，它的支点是“A”、“B”或“C”中的 　B　⁠点。 省力　 B　 （2）设大轮与小轮的半径比为3∶1，水桶受到的总重力为90 N。使周长为3 m的大轮转动一圈，水桶匀速上升，井绳对水桶做功 　90　⁠J；若要使辘轳静止在图乙所示位置，作用在C点最小的力应为 　30　⁠N。（不计井绳的粗细和自重） 90　 30　 （3）图丙所示水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用 　①　⁠（选填“①”或“②”）。 ①　 ⁠ ⁠探究杠杆的平衡条件（10年3考） 7.（2023·广东）杠杆在如图所示位置静止，此时杠杆 　是　⁠（选填“是”或“不是”）处于平衡状态。调节杠杆两端的螺母，使杠杆保持水平并静止，此操作可方便测量力臂，原因是此时 　力臂在杠杆上，便于直接从杠杆上读出　⁠。 是　 力臂在杠杆上，便于直接从杠杆上读出　 8.（2022·广东）在“探究杠杆的平衡条件”的实验中： （1）小明安装好杠杆后，发现其左端下沉，如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向 　右　⁠调节。 右　 （2）如图乙所示，杠杆调节平衡后，在A处悬挂3个钩码，每个钩码重0.5 N。如果在B处施加一个拉力使杠杆在水平位置再次平衡，当方向为 　竖直向下　⁠时，拉力最小，大小为 　2　⁠N。 竖直向下　 2　 （3）课后，小明制作了一个简易杠杆，调节杠杆在水平位置平衡，然后在它两边恰当位置分别放上不同数量的同种硬币，使其在水平位置再次平衡，如图丙所示，则力臂l1∶l2＝ 　2∶1　⁠，若两边同时各取走―枚硬币，则杠杆的 　右　⁠端将下沉。 2∶1　 右　 【解析】 （1）如图甲所示，杠杆左端下沉，其右端偏高，应将平衡螺母向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡；（2）根据杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2知要使力最小，需要使力臂最大，当力的方向竖直向下时，力臂最长，力最小；在A点悬挂3个钩码，则由杠杆的平衡条件得，3G×4l＝FB×3l，解得最小的力FB＝4G＝4×0.5 N＝2 N；（3）根据杠杆的平衡条件，F1l1＝F2l2，设每个硬币的重力为G，则由图可得，2Gl1＝4Gl2，则l1∶l2＝2∶1；若两边同时各取走一枚硬币，则左边为Gl1＝2Gl2，右边为3Gl2，由于2Gl2＜3Gl2，所以杠杆的右端将下沉。 ⁠ ⁠有用功、额外功、总功（10年3考） 9.（2021·广东节选）用如图甲的滑轮组提升重200 N 的物体，已知拉力F为80 N，不计绳重和摩擦，物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示，3 s 内对物体做的有用功为 　300　⁠J。 300　 【解析】 由图乙可知，t＝3 s时，物体运动的高度h＝1.5 m，拉力做的有用功W有用＝Gh＝200 N×1.5 m＝300 J。 $$