第13讲 简单机械及机械效率（讲义）-【上好课】2025年中考物理一轮复习讲练测（湖南专用）

主题二 力学 第13讲 简单机械及机械效率（解析版） 目 录 考情透视·目标导航 1 知识导图·思维导航 2 考点突破·考法探究 3 考点一 杠杆 3 ►命题点01 杠杆 3 ►命题点02 杠杆平衡条件 5 ►命题点03 杠杆分类 5 考点二 滑轮 6 ►命题点01 定滑轮与动滑轮 6 ►命题点02 滑轮组 7 ►命题点03 轮轴与斜面 7 考点三 机械效率 8 ►命题点01 有用功、额外功和总功 8 ►命题点02 机械效率 9 考点四 滑轮组的机械效率 10 ►命题点01 滑轮组的机械效率 10 考点五 实验综述 11 ►实验01 实验探究：杠杆的平衡条件 11 ►实验02 测量滑轮组的机械效率 12 题型精研·考向洞悉 14 题型一 杠杆 14 ►考向01 杠杆、杠杆五要素与杠杆作图 14 ►考向02 杠杆平衡条件 16 ►考向03 杠杆平衡条件的应用 19 ►考向04 杠杆分类 21 题型二 滑轮 23 ►考向01 定滑轮与动滑轮 23 ►考向02 滑轮组及其绕绳方式 25 ►考向03 滑轮组的计算 28 ►考向04 斜面与轮轴 32 题型三 机械效率 33 ►考向01 有用功、额外功和总功 33 ►考向02 机械效率的概念与比较 35 ►考向03 滑轮组的机械效率 38 ►考向04 斜面机械效率 41 ►考向05 杠杆机械效率 43 题型四 测量滑轮组的机械效率 45 ►考向01 测量滑轮组的机械效率 45 分层训练·巩固提升 48 基础巩固 48 能力提升 48 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 考情透视·目标导航 考点内容 课标要求 热点透视 命题预测 杠杆及其应用 2.2.6知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件 3.2.4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 《简单机械》是力学的重点内容，也是必考内容。本单元考题在中考试卷中所占分值一般在2-6分之间。对本单元的考查，从出现概率看，主要有：杠杆及其应用、杠杆作图、探究杠杆的平衡条件、滑轮组的应用与计算、滑轮与滑轮组、斜面等。 预测考查题型： 选择题、填空题、实验探究题、计算题。选择题会考查对机械原理的理解，如杠杆平衡条件；填空题可能涉及滑轮组的绕线方式、机械效率的计算。实验探究题会围绕滑轮组机械效率的影响因素展开，考查学生设计实验、分析数据的能力。计算题则要求学生运用公式计算机械效率。 预测重点考查内容： 杠杆原理及应用，需理解杠杆的平衡条件及如何通过改变力臂来省力。滑轮组的应用及机械效率计算，要掌握滑轮组的绕线方法，明确有用功、总功和额外功的概念。斜面的机械效率也会成为考点，考查学生对斜面省力原理及效率的理解。此外，机械效率的测量实验，会注重考查学生对实验步骤、误差分析及结论的掌握。 杠杆作图 杠杆的分类 探究杠杆的平衡条件 定滑轮、动滑轮与滑轮组 滑轮组的应用 滑轮组的相关计算 斜面及其应用 有用功、额外功和总功 3.2.3知道机械效率；了解提高机械效率的意义和途径（测量某种简单机械的机械效率） 《机械效率》是力学的重点内容，也是必考内容。对机械效率的相关考题在中考试卷中所占分值一般在2-7分之间，选择题和填空题分值一般在2-3分之间，实验题和综合计算题分值一般在4-7分之间。对本单元的考查，从出现概率看，主要有：机械效率的概念、影响机械效率的因素、机械效率的比较、滑轮组的机械效率及其相关计算、斜面的机械效率及其相关计算、测量滑轮组的机械效率等 机械效率及其比较 滑轮组的机械效率 斜面的机械效率 杠杆的机械效率 测量滑轮组的机械效率 知识导图·思维导航 考点突破·考法探究 考点一 杠杆 ►命题点01 杠杆 1.认识杠杆 概念 释义 杠杆 一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点O转动，这根硬棒就是杠杆 硬棒成为杠杆的条件 （1）要有力的作用；例如，撬棒在没有使用时只是一根硬棒，而不是一个杠杆； （2）能绕固定点转动。杠杆在力的作用下，是绕固定点转动的，不是整体向某个方向运动的； （3）是硬的。受力不发生形变或不易发生形变 杠杆五要素 支点：杠杆绕着转动的点，用“O”表示 动力：使杠杆转动的力，用“F1”表示 阻力：阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示 动力臂：从支点到动力作用线的距离，用“l1”表示 阻力臂：从支点到动力作用线的距离，用“l2”表示 2.对杠杆五要素的理解 3.杠杆作图 （1）力臂的画法 步骤 画法 图示 第一步：确定支点O 先假设杠杆转动，则杠杆上相对静止的点即为支点 第二步：确定动力和阻力的作用线 从动力、阻力作用点沿力的方向分别画直线或反向延长线即动力、阻力的作用线 第三步：画出动力臂和阻力臂，并标注 从支点向力的作用线作垂线段，在垂线段旁标注力臂的名称 （2）画杠杆的力臂时需要注意的事项 ①力臂是支点到力的作用线的距离，是支点到力的作用线的垂线段，不能把力的作用点到支点的距离作为力臂，不要出现如图所示的错误。 ②如图所示，当表示力的线段比较短时，过支点无法直接作出垂线段，可将力的作用线延长，然后过支点作延长线的垂线段，即为力臂。注意延长部分要用虚线表示，相当于数学作图中的辅助线。 （3）已知力臂画力 步骤 画法 图示 第一步：确定力的作用线 根据动力作用线必然经过动力臂的末端点(支点O是动力臂的起始端点)并且与动力臂垂直，画一条经过动力臂末端点且垂直于动力臂的直线，这就是动力作用线 第二步：确定力的作用点 动力必然作用在杠杆上，所以动力作用线与杠杆的交点就是动力作用点 第三步：画出力的方向，并标注 动力与阻力使杠杆转动的方向相反，而该杠杆的阻力F₂使杠杆逆时针转动，则动力F₁应使杠杆顺时针转动，即F₁的方向向下 ►命题点02 杠杆平衡条件 1.杠杆平衡：当杠杆处于静止状态或匀速绕支点转动状态时，说明杠杆处于平衡状态。 2.杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。用字母表示：F₁l₁=F₂l₂；变形式: 。 3.杠杆平衡条件的应用 (1)根据杠杆平衡条件F₁l₁= F₂l₂可知，若知道了四个量中的三个，则可以计算出第四个量，若知道了两个力的比值与一个力臂，则可以计算出另一个力臂（或）；若知道了两个力臂的比值和一个力，则可以计算出另一个力（或）。 (2)应用杠杆平衡条件时需注意的问题： ①应用公式计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要统一，动力臂和阻力臂的单位要统一； ②当杠杆平衡且阻力和力臂的乘积一定时，动力和动力臂的大小成反比，即动力臂越长，越省力。 4.杠杆最小力作图 要用最小的力使得杠杆AB在如图甲所示的位置平衡，根据杠杆平衡条件F₁l₁=F₂l₂可知，，因为此时的阻力和阻力臂是固定的，所以只要此时的动力臂最大，则动力就最小。如图乙所示，当力的作用点在B点，且力垂直于OB，方向向上时，动力臂最大，动力最小。 在求解最小力问题时，我们不能受思维定式的影响，只想到F要作用在AO段，出现如图丙所示的错误。实际上，在讨论杠杆中的最小力问题时，如果力的作用点没有预先设定，可以在杠杆上任意处选择。 ►命题点03 杠杆分类 1.杠杆的分类：根据动力臂与阻力臂的关系，可将杠杆分为三类——省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆。不同的杠杆可以满足人们不同的需求。 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆 示意图 力臂的大小关系 力的大小关系 杠杆转动时力所移动距离的大小关系 动力F1移动的距离大于阻力F2移动的距离 动力F1移动的距离小于阻力F2移动的距离 动力F1移动的距离等于阻力F2移动的距离 特点 省力但费距离 费力但省距离 即不省力也不省距离，既不费力也不费距离 应用 撬棒、开酒瓶的起子、扳手、钢丝钳等 钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪子等。 托盘天平、跷跷板 考点二 滑轮 ►命题点01 定滑轮与动滑轮 1.定滑轮和动滑轮的实质 种类 定义 实质 示意图 作用分析 定滑轮 轮的中心轴不随物体移动 能够连续转动的等臂杠杆 如图所示，定滑轮两边的力的方向与轮相切，定滑轮的中心为杠杆的支点，动力臂和阻力臂相等,且都等于轮的半径r，所以使用定滑轮时不省力，但可以改变力的方向 动滑轮 轮的中心轴随物体一起移动 动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆 如图所示，重物的重力作用线通过滑轮中心轴，滑轮的“支点”位于绳与轮相切的点O，因此动力臂等于直径(2r)，阻力臂等于半径r，动力臂是阻力臂的二倍，所以理论上动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向 2.几种常见情况中的等量关系（图中物体均做匀速直线运动，忽略绳重及摩擦） 图示 等量关系 定滑轮 F=G，s绳=s物，v绳=v物 F=f，s绳=s物，v绳=v物（其中，f为物体所受的摩擦力） 动滑轮 ，s绳=2s物，v绳=2v物 ，s绳=2s物，v绳=2v物 ，s轮=（1/2）s物，v轮=（1/2）v物 ，s轮=（1/2）s物，v轮=（1/2）v物 ►命题点02 滑轮组 1.滑轮组：定滑轮和动滑轮组合在一起的装置。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.确定承担物重绳子段数n的方法：在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只计算绕在动滑轮上的绳子段数，在图甲中，有两段绳子吊着动滑轮，n=2，图乙中有三段绳子吊着动滑轮，n=3。 3.省力情况：使用滑轮组时，不计绳重及摩擦，则滑轮组用几段绳子提起物体，提起物体所用的力就是物重和动滑轮重的几分之一，即动力，若再忽略动滑轮重，则，其中n为承担物重的绳子段数。 4.费距离情况：用滑轮组提升物体时，虽然省了力，但是费距离，滑轮组用几段绳子提起物体，绳子自由端移动的距离就是物体升高距离的几倍。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表示该担物重的绳子段数)。 5.滑轮组的组装 (1)确定绳子的段数：根据省力情况，用来求，或根据移动距离的关系，用来求。当n不是整数时，要采用只入不舍的“进一法”处理小数位。 (2)滑轮组的绕绳方法：滑轮组绕绳采用“奇动偶定”的原则.即当承重绳子的段数为奇数时，绳子的固定端在动滑轮上；当承重绳子的段数为偶数时，绳子的固定端在定滑轮上。 ►命题点03 轮轴与斜面 1.轮轴 (1)轮轴：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械。通常把大轮叫轮，小轮叫轴。使用轮轴能省力，还能改变力的方向(如图所示)。 (2)轮轴的实质：轮轴相当于一个可连续转动的杠杆，支点在轮轴的轴线上，如图所示。 (3)轮轴的平衡公式：F₁R=F₂r 或。即轮半径为轴半径的几倍，作用在轮上的力就为作用在轴上的力的几分之一。 (4)轮轴的特点：当动力作用在轮上，阻力作用在轴上时，因l₁> l₂,故F₁< F₂,此时使用轮轴省力，费距离；当动力作用在轴上，阻力作用在轮上时，因l₁< l₂,故 F₁> F₂,此时使用轮轴费力，但省距离。 注意：不要错误地认为使用轮轴一定省力，关键要看动力是施加在轮上还是施加在轴上。 2.斜面 (1)如图所示，向车上装重物时常用木板搭成斜面，把重物推上车。斜面是一种可以省力的简单机械，但费距离。 (2)特点：如图所示，设斜面长度为l，高为h，重物重力为G，在理想情况下，不考虑斜面摩擦，即斜面是光滑的，则沿斜面向上的推力(即斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一)，因l>h，故F<G。即在斜面高度一定时，斜面越长越省力。 考点三 机械效率 ►命题点01 有用功、额外功和总功 1.有用功、额外功和总功 (1)有用功：完成某项工作必须要做的功，叫做有用功，用W有表示。 (2)额外功：不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，这部分功叫做额外功，用表示W额。额外功是对人们没有用但不得不做的功。 (3)总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用W总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为W总=W有+W额。 (4)总功、有用功、额外功的单位都是焦(J)。 2.三种简单机械的有用功、额外功和总功 种类 杠杆 滑轮组 斜面 图示 有用功 W有=Gh W有=Gh W有=Gh 额外功 若不计摩擦：W额=G杆·h杆 若不计绳重及摩擦：W额=G动h W额=fl 总功 W总=Fs W总=Fs W总=Fl 三者关系 W总=W有+W额 ►命题点02 机械效率 1.使用机械时额外功不可避免 使用机械做功时，额外功是不可避免的。由于额外功是我们不需要的，它白白浪费能量，因此使用不同机械来对物体做功时，人们总是希望额外功越少越好，或者说有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示这一性能。 2.机械效率 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 公式 （机械效率是一个比值，它没有单位，通常用百分数表示） 物理意义 机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大 可变性 机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同 特点 因为使用机械时，不可避免地要做额外功，故任何机械的机械效率都小于1,只有在理想情况下机械效率才为1 注意 机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度等无关 3.功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功，即能量的转化 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W W=Fs J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 表示物体做功的快慢 功与做功时间之比 P W 机械效率 反映机械做功性能的好坏 有用功与总功之比 η 无 4.机械效率的计算 机械效率的表达式为，三种简单机械的机械效率总结如下： 装置图 计算公式 杠杆 滑轮组 竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时： （2）不计绳重及摩擦时： 水平匀速拉动物体 斜面 （1）；（2） 考点四 滑轮组的机械效率 ►命题点01 滑轮组的机械效率 1.竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时： （2）不计绳重及摩擦时： 2.水平匀速拉动物体 水平匀速拉动物体，需克服摩擦力做功： 3.滑轮组机械效率影响因素 （1）使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高； （2）使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较低。 考点五 实验综述 ►实验01 实验探究：杠杆的平衡条件 实验目的 (1)知道什么是杠杆的平衡； (2)通过实验得出杠杆的平衡条件； (3)体验利用归纳法得出杠杆平衡条件的过程 提出问题 在学习二力平衡时，如果作用在物体上的几个力相互平衡，物体就处于平衡状态。因为杠杆会转动，所以杠杆在动力和阻力作用下静止时，与二力平衡的情况是不同的，杠杆平衡不仅与力的大小有关，还可能与力的作用位置有关 猜想与假设 一般情况下，当杠杆静止或匀速转动时，我们就说此时杠杆处于平衡状态，对杠杆处于平衡状态时，动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在的关系，我们可作出如下猜想： A.动力+动力臂=阻力+阻力臂 B.动力-动力臂=阻力-阻力臂 C. D.动力×动力臂=阻力×阻力臂 实验设计 杠杆是否平衡是由动力、阻力、动力臂和阻力臂共同决定的。为了探究其平衡条件,可以在杠杆处于静止状态时,分别测出动力F₁、阻力F₂、动力臂l1和阻力臂l₂,然后经过大量数据的对比、分析、归纳得出杠杆的平衡条件 实验步骤 (1)调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时，在水平位置保持平衡； (2)在支点两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆再一次在水平位置平衡，如图所示。这时杠杆两侧受到的作用力分别等于两侧钩码所受的重力，力臂为悬挂点到支点的距离； (3)设右侧钩码对杠杆施加的力为动力F₁,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力F₂,测出杠杆平衡时的动力臂l₁和阻力臂l₂,把F₁、F₂、l₁、l₂的数值填入表格中。 实验 序号 动力F₁/N 动力臂l₁/cm 动力×动力 臂/(N·cm) 阻力F₂/N 阻力臂l₂/cm 阻力×阻力臂/(N·cm) 1 1.0 10 10 0.5 20 10 2 2.0 15 30 1.5 20 30 3 4.0 10 40 2.0 20 40 … (4)改变钩码个数和位置,多做几次实验（避免偶然性）,将实验得到的数据填入表格中 实验结论 分析实验数据，发现每次杠杆平衡时，动力与动力臂的乘积总是等于阻力与阻力臂的乘积，即动力×动力臂＝阻力×阻力臂，或F₁l₁=F₂l₂ ►实验02 测量滑轮组的机械效率 1.测量滑轮组的机械效率 【实验原理】 【实验设计】 (1)组装一个滑轮组，使用该滑轮组分别提起重力不同的物体，比较每次的机械效率； (2)换用较重的动滑轮，组装和(1)相同的滑轮组，使用该滑轮组分别提起和(1)相同的重物，比较和(1)提起相同重物时的机械效率。 【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、长约2m的细绳、铁架台等。 【实验过程】 (1)用弹簧测力计测出钩码所受的重力G并填入表格； (2)按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置； (3)如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格中； (4)利用公式计算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格中； (5)改变钩码的数量，重复上面的实验（多次实验，消除偶然因素）； (6)换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复(2)~(5)步，将实验数据记入表格。 【实验数据】 实验 次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功J 机械效率η 1 1.5 0.2 0.3 0.7 0.6 0.42 71% 2 3 0.2 0.6 1.2 0.6 0.72 83% 3 4.5 0.2 0.9 1.7 0.6 1.02 88% 4 1.5 0.2 0.3 0.9 0.6 0.54 56% 5 3 0.2 0.6 1.4 0.6 0.84 71% 6 4.5 0.2 0.9 1.9 0.6 1.14 79% 【数据分析】 (1)由1、2、3三次实验可知，使用同一滑轮组，当提升重为1.5N的钩码时，它的机械效率是71%；当提升重为3N的钩码时，它的机械效率是83%；当提升重为4.5N的钩码时，它的机械效率是88%； 可见，同一机械在不同做功过程中使用，其机械效率不同.同一滑轮组，提升的物体越重，其机械效率越高。 (2)由1、4(2、5或3、6)两次实验可知，使用两个动滑轮重量不同的滑轮组提升相同的钩码升高相同高度，做的有用功相同，动滑轮较重的所做的额外功多，机械效率低。 【数据结论】 (1)使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高； (2)使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较低。 2.影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 被提升物体的重力 同一滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力 动滑轮的自重 有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率 改进滑轮结构，减轻滑轮自重 滑轮组自身部件的摩擦 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低 对机械进行保养，保持良好的润滑，减小摩擦 题型精研·考向洞悉 题型一 杠杆 ►考向01 杠杆、杠杆五要素与杠杆作图 （1）支点是杠杆绕固定点转动的点，所以判断支点位置关键是看杠杆绕着哪个点转动； （2）力臂作图（画力臂的方法）：1）找到支点，确定力的作用点和方向；2）作出力的作用线；3）从支点向力的作用线作垂线段；4）标出力臂。 （3）最小力作图：找最长动力臂的方法：根据杠杆平衡条件画出最小力的实质是寻找最长力臂。1)如果动力作用点已经给出，则支点到动力作用点的距离就是可作出的最长的动力臂；2)如果动力作用点没有确定，则选择杠杆上离支点最远的点作为动力作用点，支点到动力作用点的距离即为可作出的最长的动力臂。 【典题1】（2021·湖南怀化·中考真题）下列情境中的杠杆属于费力杠杆的是（    ） A．羊角锤拔钉子 B．起子开瓶盖 C．镊子夹物 D．钳子剪导线 【答案】C 【详解】A．羊角锤拔钉子，动力臂大于阻力臂，故是省力杠杆，故A 不符合题意； B．起子开瓶盖，动力臂大于阻力臂，故是省力杠杆，故B 不符合题意； C．镊子夹物，是阻力臂大于动力臂，故是费力杠杆，故C符合题意； D．钳子剪导线，动力臂大于阻力臂，故是省力杠杆，故D不符合题意。 故选C。 【变式1-1】 传统文化 （2021·湖南衡阳·中考真题）如图所示，是我国古代《墨经》最早记述了秤的杠杆原理，有关它的说法正确的是（　　） A．“标”“本”表示力，“权”“重”表示力臂 B．图中的点为杠杆的支点 C．“权”小于“重”时，端一定上扬 D．增大“重”时，应把“权”向端移 【答案】D 【详解】A．“标”“本”表示力臂，“权”“重”表示力，故A错误； B．杠杆绕着O转动，故O为支点，故B错误； C．“权”小于“重”时，端可能上扬，因为杠杆平衡原理可知，平衡不仅与力有关还与力臂有关，故C错误； D．增大“重”时，重与OB的乘积变大，在权不变的情况下可以增大标，故应把“权”向端移，故D正确。 故选D。 【变式1-2】如图所示，杠杆处于平衡状态，则F的力臂是（   ） A．OA      B．OC     C．OD      D．FD 【答案】B 【详解】杠杆的力臂是指支点到力的作用线的垂直距离。可以从支点O作力的作用线的垂线，从支点到垂足间的距离即为力臂，在本图中OC即为力臂，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【变式1-3】如图所示，B为均匀杠杆OA的中点，A端所挂重物为20N，为使杠杆保持水平位置平衡，请你在B点画出需要施加的最小力的示意图 ，并求得这个最小力为 N． 【答案】 40 【详解】如图，为使拉力最小，动力臂要最长，拉力F的方向应该垂直杠杆向上，即竖直向上，动力臂为OB最长， 因为杠杆在水平位置平衡， 所以F×OB=G×OA， 则： F=G×=20N×=40N． 【变式1-4】（2024·湖南益阳·三模）如图甲是小明在植树节用铁锹铲土时的情景，铁锹可视为杠杆，图乙是其简化图，O为支点，请在图乙中画出作用在A处的最小动力及其力臂l。 【答案】 【详解】在阻力跟阻力臂的乘积一定时，由杠杆平衡条件可知动力臂越长，动力越小；图中支点在O点，因此OA作为动力臂最长，过A点垂直于OA向上作出最小动力示意图，如下图所示： ►考向02 杠杆平衡条件 探究杠杆平衡条件考向： （1）试验前杠杆不平衡应如何调节：调节两端平衡螺母； （2）横梁不在水平位置，左端翘起：平衡螺母左移； （3）杠杆的支点在中间位置目的：为了消除杠杆自重影响； （4）两侧挂上钩码后判断是否平衡：根据平衡条件判断； （5）力或力臂的计算：根据杠杆平衡条件进行计算； （6）让杠杆处于静止状态：方便进行实验。 【典题2】（2024·湖南·二模）水明在水平地面上做俯卧撑保持静止，如图甲所示。他的重心在A点，身体与地面平行，可简化成如图乙所示的杠杆模型，地面对脚的力作用在O点，对手的力作用在B点，且都与身体垂直，小明的体重为长为长为。则地面对小明手的作用力为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】图乙中，O为支点，重力的力臂为OA，地面对小明手的作用力F1的力臂为OB，依据杠杆的平衡条件有 解得 故选C。 【变式2-1】（2024·湖南长沙·模拟预测）小明把一根粗细均匀的钢管的一端从水平地面慢慢地抬起到如图所示的位置，在这个过程中，若力F的方向始终竖直向上，F的大小（　　） A．不变 B．逐渐变大 C．逐渐变小 D．先变大后变小 【答案】A 【详解】如下图所示，O为支点，L1为动力臂，L2为阻力臂，A为重心，B为F的作用点，如图所示： 在钢管慢慢竖起的过程中，钢管重力不变，动力臂变小，阻力臂变小，但是根据三角形相似，对应边成比例可得 即阻力臂与动力臂的比值不变，根据杠杆平衡条件可得 则，为一定值，所以力F大小不变，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式2-2】（2024·湖南衡阳·一模）如图，长1m、重2N的均匀木板放在水平桌面上，木板左端伸出左边沿4dm，其上方挂一诱饵。现有一重1N的老鼠偷吃食物，沿木板向左端爬去，当老鼠爬到离桌沿 m时，木板会失去平衡，而使它落入桌子下面的水桶中；理论上这个机关对重不大于 N的老鼠没有危险。 【答案】 0.2 0.5 【详解】[1]分析可知，均匀木板的重心在其几何中心，支点在木板与桌面边缘的交点处，则木板受到重力的力臂为l2，小老鼠对木板压力的力臂为l1。由杠杆平衡条件得 即 解得当老鼠爬到与桌沿的距离为 时，木板会失去平衡。 [2]当老鼠走到木板最左端时，木板刚好要发生转动，则此时有 即 则 说明理论上这个机关对重不大于0.5N的老鼠没有危险。 【变式2-3】（2024·湖南岳阳·模拟预测）利用如图所示的装置探究“杠杆的平衡条件”，所用的器材有杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。 (1)如图甲所示，杠杆左端下沉且保持静止，杠杆 （选填“是”或“不是”）平衡状态。 (2)如图乙所示，实验时，小明在杠杆左侧A位置（左边位置第四格），则在右侧B位置（右边位置第三格）应挂 个相同规格的钩码，杠杆可以在水平位置平衡，然后将A、B位置下方所挂的钩码同时向靠近支点O的方向各移动一小格 （选填“左”或“右”）端将下沉。 (3)如图丙所示，若不在A点挂钩码，改用弹簧测力计在A点向下拉杠杆，其示数大小将变大，原因是 。 【答案】(1)是； (2) 4 左；(3)测力计拉力的力臂变小，阻力、阻力臂不变，根据杠杆的平衡条件，动力变大 【详解】（1）[1]杠杆的位置如图甲所示，此时杠杆处于静止状态，是平衡状态。 （2）[2]设一个钩码重为G，杠杆一个小格是L，根据杠杆平衡条件可知，有 3G×4L=FB×3L 解得FB=4G，需挂4个钩码使杠杆在水平位置平衡。 [3]若A、B两点的钩码同时向靠近支点的方向移动一个格，则杠杆左端 3G×3L=9GL 右端 4G×2L=8GL 左端力臂与力的乘积大于右端，所以杠杆左端下沉。 （3）[4]保持B点不变，若拉力F向左倾斜，则此时F的力臂变短，阻力、阻力臂不变，根据杠杆的平衡条件可知，动力应变大。 ►考向03 杠杆平衡条件的应用 利用杠杆平衡条件解决实际问题的步骤： （1）转化：分析受力情况，找出支点，然后找出动力和阻力、动力臂和阻力臂，将实际物体转化成杠杆模型； （2）标量：画出杠杆模型示意图，在图中标明动力、阻力、动力臂、阻力臂； （3）计算：根据已知条件，利用杠杆平衡条件分析求解。 【典题3】 物理与日常生活 （2021·湖南湘西·中考真题）杠杆在生活中有很多应用，如图甲乙两个同学正在玩跷跷板，甲同学欲使静止的跷跷板向下，他可采取的有效方法是（　　） A．向后移动 B．向前移动 C．前后移动都行 D．请乙后退点 【答案】A 【详解】跷跷板就是杠杆的应用，能驱使跷跷板发生转动的条件是：使跷跷板顺时针和逆时针方向转动的力和力臂的乘积不相等，即F1L1≠F2L2。 BCD．由图知道，甲向前移动和请乙后退点都能使跷跷板逆时针方向转动的力和力臂的乘积大于顺时针方向转动的力和力臂的乘积，导致甲同学上升，故BCD不符合题意； A．甲同学欲使静止的跷跷板向下，他可采取的有效方法是乙不动，甲向远离支点方向移动，即增加甲同学的力臂，故A正确。 故选A。 【变式3-1】校工用如图所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀的轴处靠近，这样做是为了（      ） A．增大阻力臂，省力 B．减小阻力臂，省力 C．增大动力臂，方便 D．减小动力臂，方便 【答案】B 【详解】杠杆的平衡条件为F1L1=F2L2，如图当把树枝尽量往剪刀的轴处靠近时，减小了阻力臂的大小，在阻力与动力臂不变的情况下，减小了动力，即省力，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【变式3-2】 物理与工程实践 （2022·湖南常德·中考真题）如图所示是一种活塞式抽水机的示意图，其中手柄AOB是一个杠杆，在使用过程中可以 （填“省力”或“省距离”）。不停地摇动手柄，水在 作用下从管口连续不断地流出。 【答案】 省力 大气压 【详解】[1]手柄AOB是一个杠杆，动力作用在A点，阻力作用在B点，在使用过程中可以使动力臂大于阻力臂，因此可以省力。 [2]不停的摇动手柄，水在大气压作用下越升越高，最终会从管口不断地流出。 ►考向04 杠杆分类 判断杠杆种类的方法: (1)通过动力臂和阻力臂的大小关系判断：对于较复杂的杠杆，可先在图上找到动力臂和阻力臂，然后比较力臂的大小关系； (2)从应用目的上进行判断：省力杠杆一般在阻力很大的情况下使用，以达到省力的目的，而费力杠杆在阻力不大的情况下使用，目的是省距离。 【典题4】 模型建构 罗老师用加装了杠杆装置的压缩空气引火仪来演示实验，她将一小团硝化棉放入厚玻璃筒内，握住杠杆的A端迅速向下压，棉花被点燃，下列说法正确的是（　　） A．该杠杆是费力杠杆 B．该杠杆是省力杠杆 C．向下压活塞时，将内能转化为机械能 D．在B点竖直向下压比在A点竖直向下压省力 【答案】B 【详解】A．图中动力作用在杠杆的A端，活塞对杠杆的力为阻力，该杠杆在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故A错误； B．图中动力作用在杠杆的A端，活塞对杠杆的力为阻力，该杠杆在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B正确； C．向下压活塞时，消耗了机械能，将机械能转化为筒内空气的内能，故C错误； D．由图知，在B点竖直向下压与在A点竖直向下压相比，动力臂变小，而阻力、阻力臂不变，由杠杆平衡条件可得动力变大，即费力一些，故D错误。 故选B。 【变式4-1】（2024·湖南长沙·三模）如图所示工具中，属于费力杠杆的是（    ） A．核桃夹 B．食品夹 C．钢丝钳 D．羊角锤 【答案】B 【详解】A．核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A不符合题意； B．食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B符合题意； C．钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C不符合题意； D．羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故D不符合题意。 故选B。 【变式4-2】 先进技术 （2024·湖南长沙·二模）如图是我国空间站的机械臂，它类似于人的手臂，可以省距离，下列工具使用时与机械臂属同类型杠杆的是（　　） A．用镊子夹砝码 B．用羊角锤起钉子 C．用老虎钳剪断导线 D．用瓶盖起子起瓶盖 【答案】A 【详解】机械臂可以省距离，所以需要费力，属于费力杠杆。 A．用镊子夹砝码，动力臂小于阻力臂，镊子是费力杠杆，故A符合题意； B．用羊角锤起钉子，动力臂大于阻力臂，羊角锤是省力杠杆，故B不符合题意； C．用老虎钳剪断导线，动力臂大于阻力臂，老虎钳是省力杠杆，故C不符合题意； D．用瓶盖起子起瓶盖，动力臂大于阻力臂，瓶盖起子是省力杠杆，故D不符合题意。 故选A。 【变式4-3】 成语典故 （2024·甘肃定西·一模）如图所示楚人“刻舟求剑”，剑落水底，船已远去，结果令不懂科学、自以为是的楚人大失所望。以船为参照物，剑是 的（选填“静止”或“运动”），船夫手中的船桨是 杠杆（选填“省力”或“费力”）。 【答案】 运动 费力 【详解】[1]以船为参照物，剑的位置发生了变化，剑是运动的。 [2]船夫手中的船桨在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。 题型二 滑轮 ►考向01 定滑轮与动滑轮 判断滑轮类型的方法判断滑轮是定滑轮还是动滑轮，关键看它的轴是否和被拉物体一起移动，若一起移动，则滑轮为动滑轮；若不一起移动，则为定滑轮。另外，定滑轮常常会固定在其他不动的物体上，我们也可依据这一特点来判断滑轮是否为定滑轮。 【典题1】 民族情怀 （2024·辽宁盘锦·模拟预测）2024年新年第一天，在北京天安门广场举行了隆重庄严的升国旗仪式。国旗护卫队步伐整齐，雄壮的国歌声响彻天安门广场，鲜艳的五星红旗冉冉升起。下列说法正确的是（　　） A．图中以护旗手为参照物，国旗是运动的 B．雄壮的国歌声响彻天安门广场说明声音的响度大 C．温暖大地的太阳不是光源 D．旗杆顶部装有一个定滑轮，其作用是可以省力 【答案】B 【详解】A．护旗手与国旗间的空间位置没有发生变化，所以以护旗手为参照物，则国旗是静止的，故A错误； B．雄壮的国歌声响彻天安门广场，指的是声音的音量大，即声音的响度大，故B正确； C．温暖大地的太阳正在发光，所以太阳属于光源，故C错误； D．旗杆上端的滑轮不随国旗一起运动，属于定滑轮，定滑轮不能省力，但可以改变力的方向，故D错误。 故选B。 【变式1-1】 物理与工程实践 如图是一种利用滚轴和绳子组装的特殊机械，借助这种机械可以将较重的物体搬运到高处，某人借助该机械吊起一辆摩托车。不计绳和机械自重，下列说法错误的是（　　） A．图中A部分可等效为定滑轮 B．该机械既可省力，也能改变力的方向 C．图中B部分可等效为动滑轮 D．若绳子被拉下6m时，摩托车上升1m 【答案】D 【详解】AC．提升物体时，A的轴的位置固定不动，属于定滑轮；B和物体一起移动，属于动滑轮，故A、C正确，不符合题意； B．定滑轮能改变力的方向，动滑轮能省力。利用该滑轮组装置既能省力，又能改变力的方向，故B正确，不符合题意； D．由图知，A、B组成滑轮组，，则拉力端移动距离；人将绳拉下6m时，摩托上升的高度，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式1-2】如图是学校旗杆顶上的一个滑轮，升旗时往下拉动绳子，国旗就会上升。下列对于滑轮的说法，正确的是（　　） A．这是一个定滑轮，可省力 B．这是一个动滑轮，可省力 C．这是一个定滑轮，可改变力的方向 D．这是一个动滑轮，可改变力的方向 【答案】C 【详解】旗杆顶上滑轮的轴固定在旗杆上，所以该滑轮是一个定滑轮，定滑轮不能省力，其优点是可以改变力的方向。 故选C。 【变式1-3】（2023·湖南湘西·三模）如图所示，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮B的作用是 。 【答案】改变力的方向 【详解】由图可知，滑轮A是动滑轮，滑轮B是定滑轮。动滑轮可以省力，不能改变力的方向，定滑轮不能省力，但可以改变力的方向。因此滑轮B的作用是改变力的方向。 ►考向02 滑轮组及其绕绳方式 【典题2】（2024·湖南益阳·三模）建筑工人用如图所示的滑轮组提升400N的重物，拉动绳子自由端，物体10s内匀速竖直上升了3m，滑轮组的机械效率为80%。g取10N/kg，不计绳重和摩擦。下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s B．使用该滑轮组可以既省力又省功 C．绳子自由端受到的拉力为200N D．拉力F做功的功率为150W 【答案】D 【详解】A．由题图可知，滑轮组的绳子承重股数为n=2，绳子自由端移动的距离为 根据可得，绳子自由端移动的速度为 故A错误； B．由于滑轮组有动滑轮，且滑轮组的绳子承重股数为n=2，所以该滑轮组可以省力，但使用任何机械不省功，所以该滑轮组不省功，故B错误； C．不计绳重和摩擦，根据 可得，绳子自由端受到的拉力为 故C错误； D．根据 可得，拉力F做功的功率为 故D正确。 故选D。 【变式2-1】（2024·湖南娄底·三模）用图示的滑轮组将重为3.6N的物体竖直向上匀速提升0.5m，拉力F的大小为1.5N，则下列说法正确的是（　　） A．动滑轮改变力的方向 B．定滑轮可以省力 C．拉力F的作用点移动距离为1.5m D．滑轮组的机械效率为75% 【答案】C 【详解】A．动滑轮可以起到省力的作用，但是不能改变力的方向，故A错误； B．定滑轮可以改变动力方向，但是不能省力，故B错误； C．由图可知，由3段绳子吊着动滑轮，拉力F的作用点移动距离为 故C正确； D．拉力做的有用功为 拉力做的总功为 滑轮组的机械效率为 故D错误。 故选C。 【变式2-2】（2024·湖南邵阳·一模）科技馆里小天和爸爸正在体验升降座椅装置，其简化图如图所示。图中爸爸手握绳子，小天坐在升降座椅上，爸爸对绳子施加拉力，小天被匀速拉升，已知爸爸的质量大于小天的质量，这个装置可以省 ；若小天和爸爸的位置互换，该装置的机械效率会变 。 【答案】 力 大 【详解】[1] 使用滑轮组可以省力、可以改变用力的方向、可以省距离，由图可知，承担物重的绳子股数n=3，使用此滑轮组可以省力，但费距离。 [2] 滑轮组的机械效率与提升物体的重力有关，在其他条件相同时，提升物体的重力越大、机械效率越高；使用图中滑轮组，若小天和爸爸的位置互换，由于爸爸的质量大于小明的质量，则爸爸的重力大于小明的重力，提升“物体”的重力增大，在提升高度相同时有用功增大，有用功在总功中所占的比例增大，所以机械效率变大。 【变式2-3】（2023·湖南永州·三模）用如图所示滑轮组拉动物体A在粗糙的水平面上运动，不计绳和滑轮的自重。当F为20N时，物体A在水平面上做匀速直线运动，此时物体A受到地面的摩擦力为30N，拉力F在5秒内移动了6米，滑轮组对物体做的功为 ，则滑轮组的机械效率是 。 【答案】 90J 75% 【详解】[1] [2]由图知，已知拉力F在5秒内移动了6米，由可得物体A移动的距离为 因为滑轮组是在水平粗糙的地面上运动的，对于物体A，水平方向受摩擦力和滑轮的拉力，两者大小相等，方向相反。物体A受到地面的摩擦力为30N，滑轮组对物体做的功即为有用功，具体为 则滑轮组的机械效率为 【变式2-4】画出提升重物时最省力的绕绳方法。 【答案】 【详解】对由两个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，有两种绕法：一是绳子先系在定滑轮的下挂钩上，用这种绕法时滑轮组上的滑轮都使用，有四股绳子承担物重；不计绳重、摩擦以及动滑轮重时，拉力是滑轮组提升物重的四分之一；二是绳子先系在动滑轮的上挂钩上，最后滑轮组只能使用一个动滑轮和一个定滑轮，有一个动滑轮没有使用，这种绕法只能有三股绳子承担物重，不计绳重、摩擦以及动滑轮重时，拉力是滑轮组提升物重的三分之一；由此可知，滑轮组最省力的绕法是承担物重绳子股数最多的第一种，如图所示 ►考向03 滑轮组的计算 （1）理想状态下滑轮组的计算：在理想状态下滑轮组的计算中，不需要考虑绳重、动滑轮重及摩擦，可以直接使用，s=nh，进行相关计算。 （2）非理想状态下滑轮组的计算：在非理想状态下，需要考虑动滑轮自重，计算拉力的大小时要使用，但s=nh，进行还可以继续使用。 （3）水平方向滑轮组的计算：使用滑轮组水平拉动物体时，理想状态下滑轮组用几段绳子拉着动滑轮，拉力就是物体所受摩擦力的几分之一，即。物体移动的距离与绳子自由端移动距离的关系为s绳=ns物，速度关系为。 （4）反向滑轮组的受力分析：较复杂的滑轮组，常常不能直接用滑轮组公式进行分析、求解，故需要用受力分析法求解滑轮组中力的大小。此时，一般以滑轮或物体为研究对象，沿竖直方向或水平方向进行受力分析，根据物体受力平衡的条件进行求解，如图所示。 【典题3】（2024·湖南娄底·一模）如图所示，工人利用滑轮组将质量为57kg的建筑材料匀速提升，绳子自由端10s内移动了4m，动滑轮的质量为3kg，忽略绳重和摩擦。g取，则（　　） A．建筑材料被提升速度为 B．工人对绳子的拉力为200N C．工人对绳子拉力的功率为120W D．此过程中该滑轮组的机械效率为 【答案】C 【详解】A．由图可知滑轮组的绳子承重股数为，绳子自由端10s内移动了4m，由可得物体上升的高度为 建筑材料被提升速度为 故A不符合题意； B．建筑材料的重力 动滑轮的重力 忽略绳重和摩擦，绳子自由端的拉力 故B不符合题意； C．拉力做的总功为 拉力的功率为 故C符合题意； D．经过10s工人做的有用功为 此过程中该滑轮组的机械效率为 故D不符合题意。 故选C。 【变式3-1】（2024·湖南长沙·模拟预测）如图所示是爸爸带轩轩在科技馆体验升降座椅时的情景，当45kg的轩轩坐在椅子上时，爸爸用200N的力在10s内将他匀速拉高了40cm，则绳子的自由端移动的距离为 m，爸爸做功的功率为 W；换成质量较大的爸爸坐在椅子上，轩轩来拉时，滑轮组的机械效率将变 【答案】 1.2 24 大 【详解】[1]由图得 绳子的自由端移动的距离为 [2]爸爸做功 爸爸做功的功率为 [3]换成质量较大的爸爸坐在椅子上，轩轩来拉时，提升高度相同时，有用功变大，额外功不变，由得，滑轮组的机械效率将变大。 【变式3-2】（2024·湖南怀化·二模）如图所示是一种起重机上的滑轮组。已知在匀速吊起600kg的货物时，绳端的拉力F是2500N，不计摩擦和绳重。求： （1）吊起货物时，货物在8s内匀速上升5m，货物上升的速度； （2）滑轮组的机械效率； （3）若用此滑轮组吊起750kg的货物时，绳端拉力F。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】解：（1）吊起货物时，货物在8s内匀速上升5m，货物上升的速度为 （2）拉力做的有用功为 由图知，由3段绳子吊着动滑轮，绳子自由端移动的距离为 拉力做的总功为 滑轮组的机械效率为 （3）拉力做的额外功为 不计绳重和摩擦，则动滑轮重为 若用此滑轮组吊起750kg的货物时，绳端拉力为 答：（1）吊起货物时，货物在8s内匀速上升5m，货物上升的速度为； （2）滑轮组的机械效率为； （3）若用此滑轮组吊起750kg的货物时，绳端拉力为 。 ►考向04 斜面与轮轴 【典题4】 物理与社会发展 在高速公路长下坡路段的外侧，常设有如图所示的避险车道，供刹车失灵的车辆自救，当失控车辆冲上该车道时，被强制减速停车，下列说法不正确的是（ ） A．避险车道相当于一个斜面 B．以相同速度行驶时，大货车比小轿车的动能大 C．下坡路段刹车失灵的大货车动能越来越大 D．大货车冲上避险车道时，动能全部转化为重力势能 【答案】D 【详解】解：A．由图可知，避险车道相当于一个斜面，故A正确． B．以相同速度行驶时，大货车比小汽车的质量大，所以大货车比小轿车的动能大，故B正确． C．下坡路段刹车失灵的大货车向下运动过程中，重力势能转化为动能，动能越来越大，故C正确． D．大货车冲上避险车道时，动能一部分转化为重力势能，由于克服摩擦做功，一部分动能转化为内能，故D错误． 故答案为D． 【变式4-1】（2024·安徽·三模）如图所示，用一始终与斜面平行的拉力F把物体从斜面底端匀速拉到顶端。若物体的重力为G，受到斜面的支持力为N，摩擦力为f，斜面的倾角为，则下列说法正确的是（　　） A．匀速上升时物体受到的拉力F与摩擦力f是一对平衡力 B．斜面的倾角越大，则拉力F越小，越省力 C．物体匀速上升时动能不变，势能增大，机械能增大 D．物体所受重力G与斜面对物体的支持力N是一对相互作用力 【答案】C 【详解】A．物体匀速上升时物体受到的拉力与摩擦力大小不等，不是一对平衡力，故A错误； B．由斜面的特点可知，斜面的倾角越大，越费力，拉力F就越大，故B错误； C．物体匀速上升时，质量和速度不变，高度增加，故动能不变，势能增大，机械能增大，故C正确； D．物体所受重力的方向竖直向下，斜面对物体的支持力垂直于斜面向上，二力不在同一直线上，不是一对相互作用力，故D错误。 故选C。 【变式4-2】 古代技术 （2024·辽宁铁岭·二模）古代取火的工具称为“燧（suì）”，取火方法有木燧、金燧、石燧。木燧即钻木取火，钻木取火过程的能量转化与汽油机 冲程能量转化情况相同。如图所示是钻木取火的工钻，使用时相当于我们学过的一种简单机械叫 。 【答案】 压缩 轮轴 【详解】[1]钻木取火是克服摩擦做功，机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。 [2]钻木取火的钻杆（图中木棍）在使用时，通过拉动缠绕在木棍上的绳子带动“钻头”高速转动，动力和阻力都围绕中间的固定点转动，相当于我们学过的轮轴这一简单机械。 【变式4-3】 物理与社会发展 （2023·山东济南·一模）甲图盘山公路修得弯弯曲曲，其主要目的是 （选填“省力”或“省距离”），乙图是用螺丝刀将螺纹钉旋进木板的情景，手柄 （选填“粗”或“细”）一些的螺丝刀用起来更省力。 【答案】 省力 粗 【详解】[1]盘山公路相当于斜面，汽车沿着盘山公路驶上高耸入云的山峰时，费了距离省了力。 [2]螺丝刀的手柄是轮轴，其实质是省力杠杆，轴半径是阻力臂，轮半径是动力臂，轴半径一定时，轮半径越大越省力，即手柄粗一些的螺丝刀用起来更省力。 题型三 机械效率 ►考向01 有用功、额外功和总功 【典题1】（2024·贵州遵义·一模）2024年2月，贵州多地突发山火，紧急启动直升飞机取水灭火。直升飞机每次尽可能取更多水其目的是（　　） A．增大有用功 B．减小额外功 C．增大总功 D．增大功率 【答案】A 【详解】取水灭火过程中，使水移动距离一定，每次取水越多，克服水的重力做功越多，有用功越多，则有用功在总功中所占的比例越高，能提高取水效率，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式1-1】 古代典籍 （2024·陕西西安·模拟预测）《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。下列说法正确的是（    ） A．该装置能够省功 B．取水时克服水重和桶重做的功是有用功 C．使用更轻的桶不能提高机械效率 D．人提水桶水平运动时，对水桶不做功 【答案】D 【详解】A．该装置是一个轮轴，本质是一个杠杆，使用任何机械都不能省功，所以该装置不能省功，故A错误； B．取水时克服水重做的功是有用功，克服桶重做的功是额外功，故B错误； C．使用更轻的桶，可以在有用功相同的情况下少做额外功，能提高机械效率，故C错误； D．人提水桶水平运动时，拉力在竖直方向上，水桶沿水平方向运动，水桶运动的方向和拉力方向垂直，拉力对水桶没有做功，故D正确。 故选D。 【变式1-2】（2023·湖南常德·模拟预测）质量是40kg的小王同学用重10N的水桶，提起重力为100N的水，沿楼梯送到三楼，每层楼高3m，完成这一次提水，她对水做的功为有用功，则她做的有用功和额外功分别是（　　） A．600J，2400J B．600J，2460J C．600J，60J D．3000J，60J 【答案】B 【详解】提水桶上楼，对水做的功为 W有用=G水h=100N×6m=600J 该同学的重力为 G人=mg=40kg×10N/kg=400N 该同学上升的高度为 h=2×3m=6m 该同学的额外功为 W额=G人h+G桶h=400N×6m+10N×6m=2460J 故选B。 【变式1-3】利用机械做功时，对人们有用的功叫 ．不需要但又不得不做的功叫 ，两者之和叫 ． 【答案】 有用功 额外功 总功 【详解】使用机械时，①人们为完成某项任务必须做即对人们有用的功叫有用功；②对完成任务没有用，但又不得不做的功叫额外功；③有用功与额外功之和叫总功 故答案为有用功；额外功；总功． 【变式1-4】 物理与生产实践 如图所示，搬运工人用滑轮将重为425N的重物匀速提升4m，所用拉力为250N，此过程中有用功是 J，总功是 J，滑轮的机械效率是 ． 【答案】 1700 2000 85% 【详解】工人做的有用功： W有用=Gh=425N×4m=1700J； 因为使用的是动滑轮，所以拉力移动的距离s=2h=2×4m=8m， 工人做的总功： W总=Fs=250N×8m=2000J； 滑轮的机械效率： ． 此题考查了动滑轮的有用功、总功和机械效率． ►考向02 机械效率的概念与比较 功率和机械效率都是机械本身性能的重要参数，但它们是完全不同的物理量，表示机械完全不同的两个方面.功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占总功的比值。 当不计绳重和摩擦时，机械效率，即同一滑轮组，其机械效率η与G物和G动有关，G动一定时,G物越大，η越大；G物一定时，G动越大，η越小。 【典题2】（2024·湖南永州·模拟预测）如图斜面长为1m、高为0.5m，现将重为100N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为80N，则以下说法正确的是（　　） A．克服物体重力所做的有用功为50J B．拉力所做的总功为40J C．斜面的机械效率为80% D．物体受到的摩擦力为80N 【答案】A 【详解】A．利用斜面提升物体过程中克服物体重力做的功为有用功，此过程中有用功为 故A正确； B．利用斜面提升物体过程中拉力做的功是总功，此过程中总功为 故B错误； C．斜面的机械效率为 故C错误； D．用斜面提升物体过程中克服斜面对物体的摩擦力所做的功为额外功，此过程中额外功为 则摩擦力为 故D错误。 故选A。 【变式2-1】（2024·湖南长沙·一模）在建设美丽新乡村的建筑工地上，工人用如图所示的动滑轮来提升建筑材料，现用的拉力，将重600N的建筑材料匀速提升4m。不计绳重和摩擦，有关提升过程的说法正确的是（　　） A．绳子移动的距离为4m B．该动滑轮的重力为300N C．提升过程所做的有用功为3200J D．该动滑轮的机械效率为75% 【答案】D 【详解】A．绳子移动的距离 s=nh=2×4m=8m 故A错误； B．由可得，该动滑轮的重力 故B错误； C．提升过程所做的有用功 W有=Gh=600N×4m=2400J 故C错误； D．提升过程所做的总功 W总=Fs=400N×8m=3200J 该动滑轮的机械效率 故D正确。 故选D。 【变式2-2】（2024·湖南·一模）小明利用如图所示装置将故障车匀速拉动3m到达路旁，若汽车质量为1.5t，地面对车的摩擦力为600N，人拉绳子的力为400N。则人的拉力做的功为 J，装置的机械效率为 。 【答案】 2400 【详解】[1]动滑轮有效绳子段数，则绳子自由端移动距离为 则人的拉力做的功为 [2]克服地面摩擦做的有用功为 则装置的机械效率为 【变式2-3】（2024·湖南邵阳·三模）用如图所示的装置提升重为200N的物体，滑轮重50N，在拉力F的作用下，物体竖直匀速上升了2m，不计绳重和摩擦，在此过程中，做的有用功为 J，机械效率为 %。用该装置匀速提升重为400N的物体时，机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 400 80 变大 【详解】[1]滑轮组的有用功为 [2]不计绳重和摩擦，则额外功为 该滑轮组的机械效率为 [3]不计绳重和摩擦，则滑轮组机械效率为 可见，若提升质量更大的物体时，该滑轮组机械效率将变大，故用该装置匀速提升重为400N的物体时，机械效率将变大。 ►考向03 滑轮组的机械效率 计算滑轮组机械效率的方法有三种： （1）分别求出W有、W总，运用公式计算； （2）已知绕绳方式，运用（或）计算； （3）对不计绳重及摩擦的竖直方向的滑轮组，运用公式直接计算。 【典题3】（2024·湖南岳阳·三模）如图所示，在50N的水平拉力F的作用下，重600N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的0.2倍，绳子自由端向前移动的速度为0.6m/s。则下列说法中正确的是（　　） A．拉力的功率为30W B．物体重力的功率为360W C．该滑轮组的机械效率为75% D．1min内所做的有用功为144J 【答案】A 【详解】A．拉力的功率 故A正确； B．拉动绳子时，物体在竖直方向没有移动距离，故物体的重力不做功，故物体重力的功率为0，故B错误； C．物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的0.2倍，即物体与地面间的滑动摩擦力      由图可知，承担绳子的段数n=3，该滑轮组的机械效率 故C错误； D．物体移动的速度      物体移动的距离 s物=v物t=0.2m/s×60s=12m 1min内所做的有用功 W有=fs物=120N×12m=1440J 故D错误。 故选A。 【变式3-1】（2024·湖南永州·二模）在如图所示的滑轮组中用20N的拉力，在10s内将重50N的物体匀速提升3m。则下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s B．提升重物过程的有用功为150J C．拉力做功的功率为36W D．滑轮组的机械效率为80% 【答案】B 【详解】A．由题可知，承担物重绳子的股数是n=3，则绳子自由端移动的距离 s=3h=3×3m=9m 绳子自由端移动的速度 故A错误； B．提升重物过程的有用功 W有​=Gh=50N×3m=150J 故B正确； C．拉力做功的功率 故C错误； D．拉力做的总功 W总​=Fs=20N×9m=180J 滑轮组的机械效率 故D错误。 故选B。 【变式3-2】（2024·湖南娄底·模拟预测）利用如图所示的滑轮组将重300N的重物竖直匀速提升3m，若滑轮组的机械效率为80%，不计绳重和摩擦，绳子自由端拉力为 N，仅增大重物的重力，滑轮组的机械效率将会 （选填“提高”“降低”或“不变”）。 【答案】 125 提高 【详解】 [1]由图可知，承担物重的绳子股数是n＝3，因为 可知 [2]不计绳重和摩擦，根据 可知仅增大重物的重力，滑轮组的机械效率将会提高。 ►考向04 斜面机械效率 对于斜面，有W总=W有+W额=Gh+fs，故斜面的机械效率，在实际计算时可根据题中已知条件灵活选用公式。 【典题4】（2024·湖南娄底·三模）如图斜面长为1m、高为0.5m，现将重为20N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为15N，则以下说法不正确的是（　　） A．物体受到的摩擦力为15N B．有用功为10J C．拉力所做的功为15J D．斜面的机械效率为66.7% 【答案】A 【详解】有用功 总功 额外功 摩擦力 机械效率 A错误，A符合题意，BCD正确，BCD不符合题意。 故选A。 【变式4-1】（2022·湖南怀化·模拟预测）小明和兴趣小组的同学们利用如图所示的装置探究斜面的机械效率，同学对实验过程和装置发表了下列不同的看法，其中正确的是（　　） A．匀速拉动木块时，拉力与摩擦力是一对平衡力 B．斜面的机械效率与木块的重力是无关的 C．斜面的坡度越大，斜面的机械效率越大 D．匀速拉动木块在斜面上运动的距离越长，斜面的机械效率越大 【答案】C 【详解】A.．物块在斜面上匀速运动时，沿斜面向上受到拉力作用，沿斜面向下受到摩擦力和重力沿斜面的分力作用，所以拉力和摩擦力不相等，它们不是平衡力，故A错误； B．因为斜面的机械效率为 斜面的机械效率与木块重力是有关的，故B错误； CD．因为斜面的机械效率为 当斜面高度h与物体重力G不变时，斜面越长、坡度越小，则木块对斜面的压力越大，摩擦力就越大，克服摩擦力做额外功就越多，斜面的机械效率越低，反之斜面的坡度越大，斜面的机械效率越大，故C正确，D错误。 故选C。 【变式4-2】（2024·湖南长沙·二模）工人师傅搭了如图所示斜面，用沿斜面向上600N的拉力，把一个重为1200N的重物搬到2m高的车上。已知斜面长为5m，此过程中，搭建斜面的目的是为了 ，工人拉力的功为 J。 【答案】 省力 3000 【详解】[1]搭建斜面是通过增大距离，达到省力的目的。 [2]工人拉力的功为 ►考向05 杠杆机械效率 杠杆机械效率的计算对于杠杆，不计摩擦时，有W总=W有+W额=Gh+G杆h杆，其中，G杆为杆的重力，h杆为杠杆重心移动的距离。故杠杆的机械效率，在实际计算时可根据需要灵活选用简便的公式。 【典题5】 物理与生产实践 （2022·广西河池·三模）如图为某种吊车的工作示意图。利用伸缩撑杆可使吊臂绕O点转动；伸缩撑杆为圆弧状，伸缩时对吊臂的支持力始终与吊臂垂直。下列关于这个吊车的有关说法正确的是（） A．吊臂工作时是一个杠杆 B．使用这种吊车，好处是可以省力 C．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆的支持力大小保持不变 D．使用这种吊车，好处是可以省功 【答案】A 【详解】A．由图知吊臂在力的作用下绕固定点转动，是一个杠杆，故A正确； B．如下图，画出动力臂和阻力臂，由图可知，动力臂小于阻力臂，根据杠杆平衡条件，动力大于阻力，是费力杠杆，但可以省距离，故B错误；    C．吊车吊起货物的过程中，阻力不变，阻力臂减小，动力臂不变因为支持力始终与吊臂垂直，由杠杆平衡条件可知，动力减小，即支持力逐渐变小，故C错误； D．杠杆是一种机械，使用任何机械都不省功，故D错误。 故选A。 【变式5-1】如图，甲、乙杠杆的质量和长度均相同，分别使用甲乙杠杆将物体A提升相同的高度，则在工作过程中，甲、乙杠杆的机械效率相比η甲 η乙（选填“>”、“=”或“<”）。 【答案】< 【详解】由图知：使用甲装置提起物体时，拉力做的功包括两部分：克服物重、克服杠杆重力；使用乙装置提起物体时，由于杠杆的重心在O点，所以拉力做的功只要克服物重即可，由 可知乙装置的机械效率更高。 【变式5-2】（2024·陕西西安·模拟预测）如图所示，用始终竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm。将物体从该位置拉到水平位置时，拉力的大小会 （选填“变大”“变小”或“不变”），杠杆的机械效率为 。若将物体移到B点，用同样大小的力把物体提升到相同的高度，机械效率 。（选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】 不变 90% 变大 【详解】[1]杠杆的示意图如图所示： 由杠杆的平衡条件有 F×L1＝G×L2 因为F的方向竖直向下，G的方向竖直向下，则 由于G、不变，所以移动过程中拉力F的大小不变。 [2]拉力所做的总功为 W总＝Fs＝16N×0.25m＝4J 克服物体重力做的有用功 W有＝Gh＝36N×0.1m＝3.6J 所以杠杆的机械效率为 [3]杠杆提升物体时，对重物做有用功，且 W有+W额＝W总 设杠杆重心升高的距离为h，不考虑摩擦，则有 Gh1+G杠h＝Fh2G不变，h1不变，G杠不变，物体从A点到B点，物体重心还升高相同的高度，有用功不变；杠杆上旋的角度减小，杠杆重心升高的距离h变小，克服杠杆重力所做的额外功变小，则Gh1+G杠h变小，所以Fh2也变小。根据 可知，总功变小，有用功不变，所以η变大。 题型四 测量滑轮组的机械效率 ►考向01 测量滑轮组的机械效率 1．影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相连绳子的段数)，则滑轮组的机械效率； 若不计摩擦力，而动滑轮的重为G’，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可表示为。讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组(G’一定)，提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。 2．提高滑轮组机械效率的方法 (1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减小额外功，提高效率。 (2)增大有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增大有用功的大小。 (3)换用最简单的机械。 【典题1】 科学探究 （2023·山东泰安·一模）某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率（如图），下列相关说法中正确的是（　　） ①实验时，弹簧测力计应在竖直匀速拉动时读数 ②根据甲、乙两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 ③根据乙、丙两次实验可知：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高 ④实验时，换用不同装置进行多次实验，目的是为了减小误差 A．只有①② B．只有②④ C．只有①③ D．只有③④ 【答案】C 【详解】①在实验中，测绳端拉力F时，应竖直向上匀速拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数，故①正确； ②甲、乙两次实验中绳子绕法不同，提升物重相同，机械效率都是70%，因此，说明滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关，故②错误； ③乙、丙两次实验可知用的是同一滑轮组，丙中提升的物重大，②的机械效率小于③，说明同一滑轮组提起物重越大，机械效率越高，故③正确； ④为避免实验的偶然性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律，故④错误。 故选C。 【变式1-1】（2024·广西柳州·三模）小李同学利用下图甲测量滑轮组机械效率，在测量拉力F大小时应 （选填“静止时读数”或“匀速拉动时”）读数。若实验中重物重为2N，正确测量拉力时测力计的示数如乙图所示，则该滑轮组的机械效率是 。 【答案】 匀速拉动时 83.33% 【详解】[1]小李同学利用下图甲测量滑轮组机械效率，由于拉动过程中，存在摩擦力，则为了考虑摩擦力对实验结果的影响，在测量拉力F大小时应匀速拉动时读数。 [2]由图甲得 由图乙得，测力计的分度值为0.2N，示数为0.8N，则该滑轮组的机械效率是 【变式1-2】（2024·陕西汉中·二模）在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲乙所示，记录实验数据，并绘出η与G物的关系图像，如图丙所示。 (1)实验中应 缓慢匀速拉动弹簧测力计，使物体升高。 (2)图乙中弹簧测力计的示数为 N。 (3)图丙中的曲线表明：同一滑轮组的机械效率η随所挂物重G物的增大而 （选填“小”或“增大”）。 (4)若实验中的细绳足够结实，滑轮组的机械效率 （选填“会”或“不会”）到100%。 【答案】(1)竖直向上； (2)3.2； (3)增大； (4)不会 【详解】（1）实验中应竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计，使物体升高，此时，系统处于平衡状态，弹簧测力计的示数才等于拉力大小。 （2）由图乙可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，示数为3.2N。 （3）由图丙可知，物重G物增大时，滑轮组的机械效率η也增大，故能得出：同一滑轮组的机械效率η随所挂物重G物的增大而增大。 （4）滑轮组的机械效率为 因为要克服动滑轮重做额外功，所以，滑轮组的机械效率不会到100%。 分层训练·巩固提升 基础巩固 一、单选题 1．以下给出的机械中，不属于简单机械的是（  ） A．定滑轮 B．斜面 C．手推车 D．动滑轮 【答案】C 【分析】凡能够改变力的大小或方向的装置统称“机械”。 【详解】定滑轮、动滑轮是杠杆的变形，所以称为“杠杆类简单机械”，斜面是斜面类简单机械，手推车是多个简单机械的组合体。 故选C。 2． 物理与生产实践 如图所示，工人用250 N的力将重400 N的物体匀速提升2m，共用了10s，若在此过程中(忽略绳重和摩擦)，下列说法正确的是(    ) A．绳子自由端移动的距离是6 m B．动滑轮的重是10 N C．工人做功的功率是80 W D．滑轮组的机械效率是80% 【答案】D 【详解】（1）由图知，n=2，s=2h=2×2m=4m，故A错； （2）不计摩擦和绳重，拉力F=（G+G轮），则动滑轮的重力G轮=2F﹣G=2×250N﹣400N=100N，故B错； （3）拉力端移动的距离s=4m，拉力做功W总=Fs=250N×4m=1000J，P==100W，故C错； （4）W有用=Gh=400N×2m=800J， 滑轮组的机械效率η=，故D正确． 3． 设计性情境 如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，已知每个滑轮重均为50N，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连，物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，此时测力计的示数为550N；在物体B下加挂重为90N的物体C后，用水平向左的力F拉动物体A可使其沿水平桌面向左做匀速直线运动，此时物体B上升的速度大小为5cm/s. 若不计绳重及滑轮的摩擦，g取10N/kg，则下列说法中正确的是（ ） A．物体A所受滑动摩擦力大小为275N B．F的大小为530N C．F做功的功率为42w D．B的重力为500N 【答案】B 【详解】设物体A所受摩擦力大小为f，则有2f50N＝550N，所以f＝250N,A错误；对于物体B，有3f＝GBG滑，即250N×3＝GB50N，所以GB＝700N，D错误；加挂物体C后，有3（F—f）＝GBGCG滑，即3（F250N）＝700N90N50N，解得F＝530N，B正确；物体B上升的速度为5cm/s，则拉力F端移动的速度v＝3×5cm/s＝0.15m/s，F的功率P＝Fv＝530N×0.15m/s＝79.5W，C错误．故选B． 点睛：先对弹簧进行受力分析可知，弹簧测力计的示数等于受到竖直向下的力的合力，即两条绳子向下的拉力和一个定滑轮的重力；然后对与B相连的滑轮进行受力分析，即该滑轮受到竖直向下自身的重力和B的拉力的作用，受到竖直向上三条绳子的拉力，从而求出B的重力；然后根据物体A在绳的水平拉力作用下向左做匀速直线运动，根据二力平衡的条件求出摩擦力的大小；然后根据二力平衡条件和功率公式即可求出水平向右的拉力和功率的大小． 4．工人用大小为400N的拉力F提升重为600N的物体，如图所示，在12s内绳子自由端被匀速直线拉下6m。下列说法正确的是（　　） A．所做的有用功是1200J B．滑轮组的机械效率为75% C．拉力F的功率是300W D．若提升物体的重变大，滑轮组的机械效率不变 【答案】B 【详解】A．由图知有效承担物重的绳子段数，所以物体上升高度为 所以所做的有用功为 故A错误； B．总功为 所以机械效率为 故B正确； C．所以拉力F的功率为 故C错误； D．滑轮组使用中，若提升物体的重变大，会增大有用功，而额外功基本不变，所以可以提高机械效率，故D错误。 故选B。 5． 物理与生产实践 小华对他的自行车进行维护，其中不是提高机械效率的措施是（　　） A．给轴承加润滑油 B．调节传动链条的松紧度 C．给轮胎打足气 D．更换车把手的塑料袋 【答案】D 【详解】解：给轴承加润滑油、调节转动链条的松紧度和给轮胎打足气，都能够减少额外功，在有用功一定时，所以都能够提高机械效率；而更换车把手的塑料袋不能减少额外功，不能提高机械效率． 故D符合题意为答案． 6．（2023·湖南长沙·中考真题）学雷锋活动月，小明到敬老院献爱心，同时也收获了一些物理知识，下列事例与物理知识对应正确的是（　　） A．把面团压成面皮— —力可以改变物体的形状 B．给木凳装上软垫坐起来更舒服——受力面积越大压强越大 C．抖床单拍灰尘——灰尘没有惯性 D．用筷子夹饺子——筷子是省力杠杆 【答案】A 【详解】A．面团压成面皮，因受力发生形变，说明：力可以使物体发生形变，故A正确； B．给木凳装上软垫坐起来更舒服，通过增大受力面积减小压强，故B错误； C．一切物体都具有惯性，抖床单拍灰尘利用了灰尘具有惯性，故C错误； D．用筷子夹饺子，可以省距离，但是费力，所以筷子是费力杠杆，故D错误。 故选A。 7．（2023·湖南长沙·模拟预测）生活中很多现象都涉及到了物理知识，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，刮大风时，雨伞向上翻起是因为伞上方空气流速大，压强小 B．图乙中，升国旗时，是利用动滑轮来改变拉力的方向 C．图丙中，面包夹是省力杠杆 D．图丁中，高山上煮饭要用高压锅，是因为高山海拔高，大气压强大 【答案】A 【详解】A．图甲中，雨伞的形状是“上凸下平”，刮大风时，雨伞向上翻起是因为伞上方空气流速大，压强小，下方的空气流速小，压强大，形成向上的压力差，故A正确； B．图乙中，升国旗时，是利用定滑轮来改变拉力的方向，故B错误； C．图丙中，面包夹的动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故C错误； D．图丁中，高山上煮饭要用高压锅，是因为高山海拔高，大气压低，沸点低，故D错误。 故选A。 8． 物理与社会发展 高速铁路的输电线、无论冬、夏都需要绷直，以保障列车电极与输电线的良好接触。图乙为输电线的牵引装置工作原理图。钢绳通过滑轮组悬挂30个相同的坠砣，每个坠砣配重为150N，若某段时间内坠砣串下降了20cm，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．滑轮A为动滑轮，滑轮B为定滑轮 B．钢绳上的拉力为150N C．输电线P端受到的拉力大小为9×103N D．输电线P端向左移动了40cm 【答案】C 【详解】A．图中A为定滑轮，滑轮B为动滑轮，故A错误； B．30个坠砣的总重力 G＝30×150N＝4500N 钢绳上的拉力F＝G＝4500N，故B错误； C．由图知，使用的滑轮组承担A端拉力的绳子股数n＝2，图中坠砣挂在钢绳的自由端，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，可得 G＝FP 则输电线P端受到的拉力大小 FP＝2G＝2×4500N＝9×103N 故C正确； D．图中坠砣挂在钢绳的自由端，且n＝2，则坠砣串下降高度 h＝2sP 则输电线P端向左移动的距离 sP＝h＝×20cm＝10cm 故D错误。 故选C。 二、多选题 9．（2023·湖南长沙·二模）用如图所示的滑轮组拉动重300N的箱子，箱子以0.2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，箱子与地面间的摩擦力为自身所受重力的0.2倍，滑轮组的机械效率为75%，下列说法正确的是（   ） A．拉力F为80N B．10s内绳子自由端移动4m C．3s内箱子所受重力做功180J D．拉力F的功率为16W 【答案】BD 【详解】A．由图可知，滑轮组的有效段数n=2，箱子受到地面的摩擦力为 根据 得，拉力F的大小为 故A错误； B．箱子的速度为0.2m/s，则绳子自由端的速度为 由 得，10s内绳子自由端移动的距离为 故B正确； C．箱子在水平地面上匀速运动，箱子的重力方向是竖直向下，力的方向与物体运动的方向垂直，垂直不做功，所以3s内物体重力做功为0，故C错误； D．根据 拉力F的功率为 故D正确。 故选BD。 10． 跨学科·仿生学 （2023·湖南衡阳·一模）仿生学是科技工作者十分关注的问题，下列有关“动物与物理”的叙述正确的是（　　） A．泥鳅体表有一层粘滑的液体，有利于减小阻力 B．啄木鸟的嘴尖而细，有利于增大压强 C．松鼠有一条长长的大尾巴，不利于在树上跳跃时调节身体平衡 D．深水里的海鱼捕到岸上时会死掉，主要原因是水面上的压力比深水处小得多 【答案】AB 【详解】A．泥鳅的体表渗出的黏液，是在压力一定时，减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力（阻力），故A正确； B．啄木鸟的嘴比较尖，受力面积比较小，这样在压力一定时可以增大鸟嘴对树木的压强，故B正确； C．松鼠长长的大尾巴，有利于松鼠在树上跳跃时控制方向，调节身体平衡，故C错误； D．长期生活在深水里的海鱼，已经适应了高压的环境，体内有较大的压强与水压相平衡，捕到岸上，水面的压强急剧减小，体内压强大于体外压强，所以鱼很快就死掉了，是压强减小，不是压力，故D错误 。 故选AB。 三、填空题 11． 科学探究 如图所示，在“测滑轮组机械效率”实验中，物体重G=5.4N，实验时要 拉动弹簧测力计。弹簧测力计的示数如图所示，若物体上升高度为10cm，滑轮组的机械效率是 。 【答案】 竖直向上匀速 75% 【详解】[1]在实验时应竖直向上匀速拉动弹簧测力计，这样弹簧测力计处于平衡状态，弹簧测力计的示数才等于拉力的大小。 [2]由图中可知，弹簧测力计的示数为2.4N，即绳子自由端的拉力为F=2.4N，物体上升的高度为h=10cm，因动滑轮上有三股绳子承重，故可知绳子自由端移动的距离为 s=3h=3×10cm=30cm 则滑轮组的机械效率为 12． 物理与生产实践 如图所示，工人师傅用平行于斜面向上的推力，把重为的木箱从斜面底端推到顶端，用时。已知斜面长、高，木箱受到斜面的摩擦力为其重力的，则推力的平均功率为 。 【答案】24 【详解】木箱受到斜面的摩擦力为 摩擦力做的功属于额外功，则拉动木箱过程中做的额外功为 拉动木箱，克服木箱重力做的功属于有用功，则有用功为 推力做的功属于总功，总功为 则推力的平均功率为 13． 传统文化 如图甲是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取鼎”画面，两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中的鼎。图中的这种滑轮是 （选填“定”或“动”）滑轮，使用图乙中的这种机械 （选填“能”或“不能”）省力， （选填“能”或“不能”）省功。 【答案】 定 能 不能 【详解】[1]由图甲可知，滑轮的轴固定不动，不随物体上升而上升，是定滑轮。 [2][3]图乙由轮和轴组成，是轮轴，使用轮轴可以省力；由于使用任何机械都会产生额外功，所以使用轮轴不能省功。 14．（2022·湖南长沙·一模）如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦。若FA=FB，则GA GB；若GA=GB，则 （选填“>”、“＜”或“=”）。 【答案】 ＜ = 【详解】[1]由图知，甲滑轮组的承重绳子的段数为，乙滑轮组的承重绳子的段数为。由题可知，甲乙滑轮组的滑轮相同，且不计绳重和摩擦，则 由题知，若，则 即。 [2] 由题可知，甲乙滑轮组的滑轮相同，且不计绳重和摩擦，则 同理有 由题知，若，则。 15．有一杠杆经过调节，处于水平平衡状态．如图所示，在A点悬挂三个钩码（每个钩码重均为0.5N），要使杠杆水平平衡，需在B点悬挂 个钩码；取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉，使杠杆水平平衡，测力计的拉力为 N；如改变测力计拉力的方向，使之斜向右上方，杠杆仍然水平平衡，测力计的读数将 ． 【答案】 2 3 变大 【分析】本题考查探究杠杆的平衡条件 【详解】由杠杆的平衡条件动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂可知，当在A点悬挂三个钩码时，需要在B点悬挂2个同样的钩码才能让杠杆在水平位置保持平衡；若取走悬挂在B点的钩码，则在C点的测力计的示数应为3N时，杠杆才能在水平位置平衡；当改变测力计的方向时，拉力的力臂会变小，而作用于A点的力和力臂的大小不变，根据杠杆的平衡条件可知，当力臂变小时，拉力将会变大． 16．（2024·江苏徐州·二模）用如图所示的滑轮组将货物向上匀速提升3m，已知货物重300N，货物上升速度是0.3m/s，拉力大小为120N，则此过程中做的有用功为 J，拉力做功的功率是 W，滑轮组的机械效率为 。 【答案】 900 108 83.3% 【详解】[1]做的有用功为提升货物所做的功 [2]由图知，滑轮组由3段绳子承担物重，所以手拉绳子的速度为 拉力F做功的功率是 [3]滑轮组的机械效率为 四、作图与实验探究题 17．画出提升重物时最省力的绕绳方法。 【答案】 【详解】对由两个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，有两种绕法：一是绳子先系在定滑轮的下挂钩上，用这种绕法时滑轮组上的滑轮都使用，有四股绳子承担物重；不计绳重、摩擦以及动滑轮重时，拉力是滑轮组提升物重的四分之一；二是绳子先系在动滑轮的上挂钩上，最后滑轮组只能使用一个动滑轮和一个定滑轮，有一个动滑轮没有使用，这种绕法只能有三股绳子承担物重，不计绳重、摩擦以及动滑轮重时，拉力是滑轮组提升物重的三分之一；由此可知，滑轮组最省力的绕法是承担物重绳子股数最多的第一种，如图所示 18．在图甲中画出拉力F对支点O的力臂l. 【答案】 【详解】沿力F做力的作用线，从支点O向力的作用线做垂线，垂线段的长度即为力臂．如图所示： 点睛：力臂是从支点到力的作用线的距离．先确定支点O，再做出力的作用线，从支点O向F的作用线引垂线，垂线段的长度即为力臂． 19． 科学探究 如图是小明进行探究“杠杆的平衡条件”实验（每个钩码重0.5N）。 （1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，这时应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）端调节，直到杠杆在 位置平衡；     （2）如图甲，在A点悬挂2个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，需在B点悬挂 个钩码；取下B点的钩码，改用弹簧测力计在B点竖直向下拉，使杠杆水平位置平衡，测力计的示数为 N；     （3）如图乙，若弹簧测力计向右下方拉，杠杆仍然保持水平位置平衡，则测力计的示数将 ，原因是B点拉力的力臂 （均选填“变大”或“变小”或“不变”）。 【答案】 左 水平 1 0.5 变大 变小 【详解】(1)[1][2]当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，应将平衡螺母（左端和右端的平衡螺母调节方向一致）向左调节，使杠杆在水平位置平衡。 (2)[3][4]一个钩码的重是0.5N，设杠杆一个小格是L，在A点悬挂两个钩码，根据杠杆平衡条件得 即在B处挂1个钩码，改用弹簧测力计在B点竖直向下拉，使杠杆水平位置平衡，同样的道理，与上次的钩码重相同，即测力计的示数也为0.5N。 (3)[5][6]如果改变弹簧测力计拉力的方向没有与杠杆垂直，这时动力臂减小，在阻力和阻力臂不变时，动力要增大，所以弹簧测力计示数变大，才能使杠杆仍然水平平衡。 【点睛】除了杠杆平衡条件的应用，关键还是力臂变化情况的判断，理解当力与杠杆垂直时，力臂是最长的，倾斜后力臂会变短。 五、综合题 20．（2022·湖南湘潭·中考真题）如图1，从深井中匀速提取泥土，动滑轮和筐总重力为30N。图2是某次拉力做的功W随绳自由端拉下的长度s变化的关系。不计绳重和摩擦，求： （1）当s为10m时，由图2可知拉力做了 J的功，筐和泥土上升了 m； （2）拉力为 N，筐中泥土的重力是 N； （3）本次利用该装置提升泥土的机械效率 。 【答案】 1250 5 125 220 88% 【详解】（1）[1]由图2可知，当s为10m时，拉力做的功为总功为W总=1250J。 [2]由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=2，由s=nh可得，筐和泥土上升的高度为 （2）[3]由W总=Fs可得，拉力为 [4]因不计绳重和摩擦，所以，由 可得，筐中泥土的重力为 G泥土=nF-G动滑轮和筐=2×125N-30N=220N （3）[5]拉力做的有用功为 W有=G泥土h=220N×5m=1100J 则本次利用该装置提升泥土的机械效率为 21． 物理与生产实践 （2023·湖南长沙·三模）中联重工集团是湖南著名的重工企业，其生产的塔吊驰名中外。图甲是塔吊抽象出来的物理模型，它由杠杆和滑轮组组合而成，图乙是滑轮组的局部放大图。当滑轮组将重为4000N的重物竖直匀速提升10m时，需要用时20s，滑轮组自由端绳子的拉力F为2500N。（不计绳重及摩擦），则： （1）货物上升的速度为多少； （2）拉力做功的功率为多少； （3）该滑轮组的机械效率为多少？ 【答案】（1）；（2）2500W；（3） 【详解】解：（1）由图知，承担货物重力绳子的段数 由和可得，货物上升的速度 （2）拉力做功的功率 （3）该滑轮组的机械效率 答：（1）货物上升的速度为； （2）拉力做功的功率为2500W； （3）该滑轮组的机械效率为。 能力提升 一、单选题 1． 物理与社会发展 绵阳一号桥是斜拉桥，斜拉桥比梁式桥的跨越能力大，我国已成为拥有斜拉桥最多的国家。如图是单塔双索斜拉大桥，索塔两侧对称的拉索承受了桥梁的重力，一辆载重汽车从桥梁左端按设计时速匀速驶向索塔的过程中，左侧拉索拉力大小（ ） A．一直增大 B．一直减小 C．先减小后增大 D．先增大后减小 【答案】B 【详解】斜拉桥类似于杠杆，拉索拉力为动力，索塔基础为支点，拉索到索塔基础的距离为动力臂，载重汽车重力为阻力，载重汽车到索塔基础的距离为阻力臂，当载重汽车从桥梁左端匀速向索塔行驶过程中阻力不变，阻力臂在变小，动力臂不变，根据杠杆平衡条件，所以拉索拉力一直减小。故B正确。 故选B。 2． 科学推理 材料相同的甲、乙两个物体分别挂在杠杆A、B两端，O为支点（OA＜OB），如图所示，杠杆处于平衡状态．如果将甲、乙物体（不溶于水）浸没于水中，杠杆将会（ ） A．A 端下沉 B．B 端下沉 C．仍保持平衡 D．无法确定 【答案】C 【详解】由题知，甲．乙两物体的密度相同，OA＜OB，即甲的力臂要小于乙的力臂： 根据杠杆的平衡条件可知， 即： 所以： 如果将甲．乙物体（不溶于水）浸没于水中，此时甲乙都要受到浮力的作用，根据阿基米德原理可知，甲乙受到的浮力分别为： 此时左边拉力与力臂的乘积为：① 此时右边拉力与力臂的乘积为：② 由于 所以： 则由①②两式可知，此时左右两边拉力与力臂的乘积相同，则杠杆仍然会保持平衡，故C正确，ABD错误． 3．（2024·湖南郴州·二模）如图甲所示，小明将空吊篮提升到高处，拉力F随时间t变化的图像如图乙所示，空吊篮上升的v-t图像如图丙所示，动滑轮重20N，忽略绳重、摩擦和空气阻力，g取10N/kg。下列分析正确的是（　　） A．空吊篮重50N B．0~1s内，空吊篮处于平衡状态，所受的合力为零 C．1~2s内，手拉绳的拉力做的功为100J D．在吊篮中装入质量为10kg的物体，绳子没有断裂，在匀速向上提升吊篮过程中，动滑轮的机械效率为83.3% 【答案】C 【详解】A．由图丙可知，1~2s吊篮匀速运动，由图乙可知，人的拉力F2=25N，此时吊篮处于平衡状态，由图甲可知，绳子承重段数为2，忽略绳重、摩擦和空气阻力，则有拉力为 解得空吊篮的重力G吊篮=30N。故A错误； B．由图丙可知，吊篮在0~1s处于加速运动状态，因此吊篮处于非平衡状态，所受的合力不为零，故B错误； C．由图丙可知，吊篮在1~2s内，匀速运动，速度大小为2m/s，则绳子末端移动的速度为 v绳=nv=2×2m/s=4m/s 拉力F2=25N，拉力做的功为 W=F2s绳=25N×4m/s=100J 故C正确； D．忽略绳重、摩擦和空气阻力，滑轮组的机械效率为 在吊篮中装入质量为10kg的物体，绳子没有断裂，在匀速向上提升吊篮过程中，动滑轮的机械效率为 故D错误。 故选C。 4．（2022·四川广元·中考真题）小李家在自建房屋的过程中，自制了向高处运送材料的装置如图所示，其中动滑轮重为100N。若某一次运送的材料重为400N，在拉力F作用下，材料在20s内匀速上升4m，不计绳的质量和滑轮的摩擦，下列说法中正确的是（　　） A．滑轮组所做的额外功为1600J B．材料上升的速度大小为0.4m/s C．拉力F做功的功率为80W D．滑轮组的机械效率为80% 【答案】D 【详解】A．因为不计绳的质量和滑轮的摩擦，那么对动滑轮所做的功就是滑轮组所做的额外功，因此滑轮组所做的额外功为 故A错误； B．材料上升的速度大小为 故B错误； C．拉力F的大小为 绳自由端移动的距离 拉力F所做的功 拉力F的所做的功率 故C错误； D．滑轮组的机械效率为 故D正确。 故选D。 二、填空题 5．如图所示，不计绳子、滑轮的重力及它们之间的摩擦，当用大小为10N的拉力F拉重50N的物体时，物体恰好以v=2m/s的速度沿水平面做匀速直线运动，此时物体受到水平面的摩擦力为 N，拉力F的功率为 W；将拉力F增大为20N时，物体受到水平面的摩擦力将 （选填“增大”、“减小”或“保持不变”）。 【答案】 20 40 不变 【分析】使用动滑轮可以省一半力； 物体匀速运动，受平衡力，平衡力大小相等，判断出摩擦力根据绳子段数判断出绳子的速度； 根据算出拉力F的功率；影响摩擦力的因素：压力和接触面的粗糙程度。 【详解】[1]因为使用动滑轮可以省一半力，所以拉物体的力为 物体做匀速直线运动，处于平衡状态，拉力和摩擦力一对平衡力，大小相等，则 [2]由图知有2段绳子拉着物体，则有 则拉力F的功率为 [3]将拉力F增大为20N时，物体对水平面的压力和接触面的粗糙程度都不变，所以受到水平面的摩擦力不变。 6．（2023·湖南长沙·模拟预测）如图所示，用该滑轮组把重600N的货物以0.4m/s的速度匀速提高10m，所用拉力为400N，此时拉力所做的有用功为 J，拉力的功率为 W，滑轮组的机械效率为 。 【答案】 6000 320 75% 【详解】[1]拉力所做的有用功 [2]以0.4m/s的速度匀速提高10m，根据速度公式可知，所用时间为 由图可知，滑轮组绳子的有效股数 绳子自由端移动的距离 拉力所做的总功 拉力的功率 [3]滑轮组的机械效率 三、作图与实验探究题 7．（2024·湖南·三模）如图所示，用刀切食物，O为支点，请在图中画出作用在A点的最小动力F的示意图。 【答案】 【详解】图中，杠杆支点为O点，最长的动力臂为OA，所以当动力方向与OA垂直时，动力臂最长，动力最小，方向垂直于OA向下，如下图所示： 8． 模型建构 （2021·湖南株洲·一模）如图所示，是小明设计的利用实验室的砝码和一支圆柱形铅笔测量刻度尺的质量的实验，实验步骤如下： （1）将刻度尺（上面没放砝码）垂直放置在圆柱形铅笔上左右移动，直至刻度尺在铅笔支撑下 平衡，读出刻度尺重心位置对应的刻度为d1； （2）如图，把圆柱形铅笔放在刻度尺与桌面之间，保持铅笔与刻度尺垂直，再在刻度尺的某刻度处放置砝码。若刻度尺的右端向下倾斜，则应 （填“顺”或“逆”）时针旋动铅笔，使刻度尺向 （填“左”或“右”）移动，直到刻度尺重新满足要求为止； （3）读出砝码底面中心所在位置的刻度为d2，再读出 所在位置的刻度为d3； （4）若砝码的质量为m，则刻度尺的质量为： （用d1、d2、d3及m表示）。 【答案】 水平 逆 左 铅笔（或支点） 【详解】（1）[1]为了寻找重心，将刻度尺垂直放置在圆柱形铅笔上左右移动，直至刻度尺在铅笔支撑下在水平位置平衡。 （2）[2][3]由图可知，此时以铅笔为杠杆的支点，杠杆右端下沉，故杠杆的重心在O点的右侧，为使杠杆平衡，杠杆的重心应向左移动，故此时应沿逆时针旋转铅笔，使刻度尺向左移动，直到刻度尺在铅笔上水平平衡。 （3）[4]需要读出铅笔中心所在刻度，确定支点位置。 （4）[5]尺子水平平衡时，由杠杆平衡条件可得 解得 四、综合题 9．重为200N的物体静止在水平地面上．小刚用如图所示的动滑轮将物体匀速竖直提升3m，已知动滑轮重50N，不计绳重和滑轮转轴处的摩擦．   （1）求小刚作用在绳上的拉力F；      （2）求该动滑轮的机械效率；      （3）小明认为，只需要再添一个定滑轮就可以用向下的力提升重物．请用笔画线代替绳子，在如图中画出滑轮组的绕绳方式． 【答案】 125N 80% 【详解】(1)由图可知，图1为动滑轮，使用动滑轮能省一半的力，不计绳重和滑轮转轴处的摩擦，则小刚作用在绳上的拉力为： ； (2)滑轮组的机械效率为： ． (3)因为是人站在地面 上用向下的力提升重物，所以由2段绳子承担物重，根据“奇动偶定”应将绳子的一端固定在定滑轮的挂钩上开始绕线，绕过下面的动滑轮，再绕过上面的定滑轮；如图所示： 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！第 1 页 共 67 页 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$主题二 力学 第13讲 简单机械及机械效率（原卷版） 目 录 考情透视·目标导航 1 知识导图·思维导航 2 考点突破·考法探究 3 考点一 杠杆 3 ►命题点01 杠杆 3 ►命题点02 杠杆平衡条件 5 ►命题点03 杠杆分类 5 考点二 滑轮 6 ►命题点01 定滑轮与动滑轮 6 ►命题点02 滑轮组 7 ►命题点03 轮轴与斜面 7 考点三 机械效率 8 ►命题点01 有用功、额外功和总功 8 ►命题点02 机械效率 9 考点四 滑轮组的机械效率 10 ►命题点01 滑轮组的机械效率 10 考点五 实验综述 11 ►实验01 实验探究：杠杆的平衡条件 11 ►实验02 测量滑轮组的机械效率 12 题型精研·考向洞悉 14 题型一 杠杆 14 ►考向01 杠杆、杠杆五要素与杠杆作图 14 ►考向02 杠杆平衡条件 15 ►考向03 杠杆平衡条件的应用 16 ►考向04 杠杆分类 17 题型二 滑轮 19 ►考向01 定滑轮与动滑轮 19 ►考向02 滑轮组及其绕绳方式 20 ►考向03 滑轮组的计算 21 ►考向04 斜面与轮轴 23 题型三 机械效率 24 ►考向01 有用功、额外功和总功 24 ►考向02 机械效率的概念与比较 25 ►考向03 滑轮组的机械效率 26 ►考向04 斜面机械效率 27 ►考向05 杠杆机械效率 28 题型四 测量滑轮组的机械效率 29 ►考向01 测量滑轮组的机械效率 29 分层训练·巩固提升 31 基础巩固 31 能力提升 31 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 考情透视·目标导航 考点内容 课标要求 热点透视 命题预测 杠杆及其应用 2.2.6知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件 3.2.4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 《简单机械》是力学的重点内容，也是必考内容。本单元考题在中考试卷中所占分值一般在2-6分之间。对本单元的考查，从出现概率看，主要有：杠杆及其应用、杠杆作图、探究杠杆的平衡条件、滑轮组的应用与计算、滑轮与滑轮组、斜面等。 预测考查题型： 选择题、填空题、实验探究题、计算题。选择题会考查对机械原理的理解，如杠杆平衡条件；填空题可能涉及滑轮组的绕线方式、机械效率的计算。实验探究题会围绕滑轮组机械效率的影响因素展开，考查学生设计实验、分析数据的能力。计算题则要求学生运用公式计算机械效率。 预测重点考查内容： 杠杆原理及应用，需理解杠杆的平衡条件及如何通过改变力臂来省力。滑轮组的应用及机械效率计算，要掌握滑轮组的绕线方法，明确有用功、总功和额外功的概念。斜面的机械效率也会成为考点，考查学生对斜面省力原理及效率的理解。此外，机械效率的测量实验，会注重考查学生对实验步骤、误差分析及结论的掌握。 杠杆作图 杠杆的分类 探究杠杆的平衡条件 定滑轮、动滑轮与滑轮组 滑轮组的应用 滑轮组的相关计算 斜面及其应用 有用功、额外功和总功 3.2.3知道机械效率；了解提高机械效率的意义和途径（测量某种简单机械的机械效率） 《机械效率》是力学的重点内容，也是必考内容。对机械效率的相关考题在中考试卷中所占分值一般在2-7分之间，选择题和填空题分值一般在2-3分之间，实验题和综合计算题分值一般在4-7分之间。对本单元的考查，从出现概率看，主要有：机械效率的概念、影响机械效率的因素、机械效率的比较、滑轮组的机械效率及其相关计算、斜面的机械效率及其相关计算、测量滑轮组的机械效率等 机械效率及其比较 滑轮组的机械效率 斜面的机械效率 杠杆的机械效率 测量滑轮组的机械效率 知识导图·思维导航 考点突破·考法探究 考点一 杠杆 ►命题点01 杠杆 1.认识杠杆 概念 释义 杠杆 一根硬棒，在 的作用下能绕着 O转动，这根硬棒就是杠杆 硬棒成为杠杆的条件 （1）要有 的作用；例如，撬棒在没有使用时只是一根硬棒，而不是一个杠杆； （2）能绕 转动。杠杆在力的作用下，是绕固定点转动的，不是整体向某个方向运动的； （3）是 的。受力不发生形变或不易发生形变 杠杆五要素 支点：杠杆绕着转动的点，用“O”表示 动力：使杠杆转动的力，用“F1”表示 阻力：阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示 动力臂：从支点到动力作用线的距离，用“l1”表示 阻力臂：从支点到动力作用线的距离，用“l2”表示 2.对杠杆五要素的理解 3.杠杆作图 （1）力臂的画法 步骤 画法 图示 第一步：确定支点O 先假设杠杆转动，则杠杆上相对静止的点即为支点 第二步：确定动力和阻力的作用线 从动力、阻力作用点沿力的方向分别画直线或反向延长线即动力、阻力的作用线 第三步：画出动力臂和阻力臂，并标注 从支点向力的作用线作垂线段，在垂线段旁标注力臂的名称 （2）画杠杆的力臂时需要注意的事项 ①力臂是支点到 的距离，是支点到力的作用线的 线段，不能把力的作用点到支点的距离作为力臂，不要出现如图所示的错误。 ②如图所示，当表示力的线段比较短时，过支点无法直接作出垂线段，可将力的作用线 ，然后过支点作延长线的垂线段，即为力臂。注意延长部分要用 表示，相当于数学作图中的辅助线。 （3）已知力臂画力 步骤 画法 图示 第一步：确定力的作用线 根据动力作用线必然经过动力臂的末端点(支点O是动力臂的起始端点)并且与动力臂 ，画一条经过动力臂末端点且垂直于动力臂的直线，这就是动力作用线 第二步：确定力的作用点 动力必然作用在杠杆上，所以动力作用线与杠杆的 就是动力作用点 第三步：画出力的方向，并标注 动力与阻力使杠杆转动的方向 ，而该杠杆的阻力F₂使杠杆逆时针转动，则动力F₁应使杠杆顺时针转动，即F₁的方向向下 ►命题点02 杠杆平衡条件 1.杠杆平衡：当杠杆处于 状态或 状态时，说明杠杆处于平衡状态。 2.杠杆的平衡条件： 。用字母表示： ；变形式: 。 3.杠杆平衡条件的应用 (1)根据杠杆平衡条件 可知，若知道了四个量中的三个，则可以计算出第四个量，若知道了两个力的比值与一个力臂，则可以计算出另一个力臂（或）；若知道了两个力臂的比值和一个力，则可以计算出另一个力（或）。 (2)应用杠杆平衡条件时需注意的问题： ①应用公式计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要统一，动力臂和阻力臂的单位要统一； ②当杠杆平衡且阻力和力臂的乘积一定时，动力和动力臂的大小成反比，即动力臂越长，越省力。 4.杠杆最小力作图 要用最小的力使得杠杆AB在如图甲所示的位置平衡，根据杠杆平衡条件F₁l₁=F₂l₂可知，，因为此时的阻力和阻力臂是固定的，所以只要此时的动力臂最大，则动力就最小。如图乙所示，当力的作用点在B点，且力垂直于OB，方向向上时，动力臂最大，动力最小。 在求解最小力问题时，我们不能受思维定式的影响，只想到F要作用在AO段，出现如图丙所示的错误。实际上，在讨论杠杆中的最小力问题时，如果力的作用点没有预先设定，可以在杠杆上任意处选择。 ►命题点03 杠杆分类 1. 杠杆的分类：根据动力臂与阻力臂的关系，可将杠杆分为三类—— 杠杆、 杠杆、 杠杆。不同的杠杆可以满足人们不同的需求。 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆 示意图 力臂的大小关系 力的大小关系 杠杆转动时力所移动距离的大小关系 动力F1移动的距离大于阻力F2移动的距离 动力F1移动的距离小于阻力F2移动的距离 动力F1移动的距离等于阻力F2移动的距离 特点 省力但 费力但 即不省力也不省距离，既不费力也不费距离 应用 撬棒、开酒瓶的起子、扳手、钢丝钳等 钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪子等。 托盘天平、跷跷板 考点二 滑轮 ►命题点01 定滑轮与动滑轮 1.定滑轮和动滑轮的实质 种类 定义 实质 示意图 作用分析 定滑轮 轮的中心轴 物体移动 能够连续转动的 杠杆 如图所示，定滑轮两边的力的方向与轮相切，定滑轮的中心为杠杆的支点，动力臂和阻力臂相等,且都等于轮的半径r，所以使用定滑轮时不省力，但可以改变力的方向 动滑轮 轮的中心轴 物体一起移动 动力臂是阻力臂二倍的 杠杆 如图所示，重物的重力作用线通过滑轮中心轴，滑轮的“支点”位于绳与轮相切的点O，因此动力臂等于直径(2r)，阻力臂等于半径r，动力臂是阻力臂的二倍，所以理论上动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向 2.几种常见情况中的等量关系（图中物体均做匀速直线运动，忽略绳重及摩擦） 图示 等量关系 定滑轮 F=G，s绳=s物，v绳=v物 F=f，s绳=s物，v绳=v物（其中，f为物体所受的摩擦力） 动滑轮 ，s绳=2s物，v绳=2v物 ，s绳=2s物，v绳=2v物 ，s轮=（1/2）s物，v轮=（1/2）v物 ，s轮=（1/2）s物，v轮=（1/2）v物 ►命题点02 滑轮组 1.滑轮组： 和 组合在一起的装置。使用滑轮组既可以 ，又可以 ，但要 。 2.确定承担物重绳子段数n的方法：在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只计算绕在 上的绳子段数，在图甲中，有两段绳子吊着动滑轮，n=2，图乙中有三段绳子吊着动滑轮，n=3。 3.省力情况：使用滑轮组时，不计绳重及摩擦，则滑轮组用几段绳子提起物体，提起物体所用的力就是物重和动滑轮重的几分之一，即动力 ，若再忽略动滑轮重，则 ，其中n为承担物重的绳子段数。 4.费距离情况：用滑轮组提升物体时，虽然省了力，但是费距离，滑轮组用几段绳子提起物体，绳子自由端移动的距离就是物体升高距离的几倍。设物体升高的距离为h，则绳子自由端移动的距离为s= (n表示该担物重的绳子段数)。 5.滑轮组的组装 (1)确定绳子的段数：根据省力情况，用来求，或根据移动距离的关系，用来求。当n不是整数时，要采用只入不舍的“进一法”处理小数位。 (2)滑轮组的绕绳方法：滑轮组绕绳采用“奇动偶定”的原则.即当承重绳子的段数为奇数时，绳子的固定端在动滑轮上；当承重绳子的段数为偶数时，绳子的固定端在定滑轮上。 ►命题点03 轮轴与斜面 1.轮轴 (1)轮轴：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械。通常把大轮叫轮，小轮叫轴。使用轮轴能 ，还能 (如图所示)。 (2)轮轴的实质：轮轴相当于一个可连续转动的杠杆，支点在轮轴的轴线上，如图所示。 (3)轮轴的平衡公式： 或。即轮半径为轴半径的几倍，作用在轮上的力就为作用在轴上的力的几分之一。 (4)轮轴的特点：当动力作用在轮上，阻力作用在轴上时，因l₁> l₂,故F₁< F₂,此时使用轮轴省力，费距离；当动力作用在轴上，阻力作用在轮上时，因l₁< l₂,故 F₁> F₂,此时使用轮轴费力，但省距离。 注意：不要错误地认为使用轮轴一定省力，关键要看动力是施加在轮上还是施加在轴上。 2.斜面 (1)如图所示，向车上装重物时常用木板搭成斜面，把重物推上车。斜面是一种可以 的简单机械，但 。 (2)特点：如图所示，设斜面长度为l，高为h，重物重力为G，在理想情况下，不考虑斜面摩擦，即斜面是光滑的，则沿斜面向上的推力(即斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的 )，因l>h，故F<G。即在斜面高度一定时，斜面越 越省力。 考点三 机械效率 ►命题点01 有用功、额外功和总功 1.有用功、额外功和总功 (1)有用功：完成某项工作 的功，叫做有用功，用W有表示。 (2)额外功：不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素而多做一些功，这部分功叫做额外功，用表示W额。额外功是对人们没有用但 的功。 (3)总功： 与 之和是总共做的功，叫做总功，用W总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为W总= 。 (4)总功、有用功、额外功的单位都是焦(J)。 2.三种简单机械的有用功、额外功和总功 种类 杠杆 滑轮组 斜面 图示 有用功 W有=Gh W有=Gh W有=Gh 额外功 若不计摩擦：W额=G杆·h杆 若不计绳重及摩擦：W额=G动h W额=fl 总功 W总=Fs W总=Fs W总=Fl 三者关系 W总=W有+W额 ►命题点02 机械效率 1.使用机械时额外功不可避免 使用机械做功时，额外功是 避免的。由于额外功是我们不需要的，它白白浪费能量，因此使用不同机械来对物体做功时，人们总是希望额外功越少越好，或者说有用功在总功中所占的比例越 越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用 来表示这一性能。 2.机械效率 定义 物理学中，将 叫做机械效率，用η表示 公式 （机械效率是一个比值，它没有单位，通常用百分数表示） 物理意义 机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越 可变性 机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同 特点 因为使用机械时，不可避免地要做额外功，故任何机械的机械效率都小于1,只有在理想情况下机械效率才为1 注意 机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度等无关 3.功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功，即能量的 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W W=Fs J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 表示物体做功的 功与做功时间之比 P W 机械效率 反映机械 的好坏 有用功与总功之比 η 无 4.机械效率的计算 机械效率的表达式为，三种简单机械的机械效率总结如下： 装置图 计算公式 杠杆 滑轮组 竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时： （2）不计绳重及摩擦时： 水平匀速拉动物体 斜面 （1）；（2） 考点四 滑轮组的机械效率 ►命题点01 滑轮组的机械效率 1.竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时： （2）不计绳重及摩擦时： 2.水平匀速拉动物体 水平匀速拉动物体，需克服 做功： 3.滑轮组机械效率影响因素 （1）使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越 ，机械效率越高； （2）使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较 。 考点五 实验综述 ►实验01 实验探究：杠杆的平衡条件 实验目的 (1)知道什么是杠杆的平衡； (2)通过实验得出杠杆的平衡条件； (3)体验利用归纳法得出杠杆平衡条件的过程 提出问题 在学习二力平衡时，如果作用在物体上的几个力相互平衡，物体就处于平衡状态。因为杠杆会转动，所以杠杆在动力和阻力作用下静止时，与二力平衡的情况是不同的，杠杆平衡不仅与力的大小有关，还可能与力的作用位置有关 猜想与假设 一般情况下，当杠杆静止或匀速转动时，我们就说此时杠杆处于平衡状态，对杠杆处于平衡状态时，动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在的关系，我们可作出如下猜想： A.动力+动力臂=阻力+阻力臂 B.动力-动力臂=阻力-阻力臂 C. D.动力×动力臂=阻力×阻力臂 实验设计 杠杆是否平衡是由动力、阻力、动力臂和阻力臂共同决定的。为了探究其平衡条件,可以在杠杆处于静止状态时,分别测出动力F₁、阻力F₂、动力臂l1和阻力臂l₂,然后经过大量数据的对比、分析、归纳得出杠杆的平衡条件 实验步骤 (1)调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时，在水平位置保持平衡； (2)在支点两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆再一次在水平位置平衡，如图所示。这时杠杆两侧受到的作用力分别等于两侧钩码所受的重力，力臂为悬挂点到支点的距离； (3)设右侧钩码对杠杆施加的力为动力F₁,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力F₂,测出杠杆平衡时的动力臂l₁和阻力臂l₂,把F₁、F₂、l₁、l₂的数值填入表格中。 实验 序号 动力F₁/N 动力臂l₁/cm 动力×动力 臂/(N·cm) 阻力F₂/N 阻力臂l₂/cm 阻力×阻力臂/(N·cm) 1 1.0 10 10 0.5 20 10 2 2.0 15 30 1.5 20 30 3 4.0 10 40 2.0 20 40 … (4)改变钩码个数和位置,多做几次实验（避免偶然性）,将实验得到的数据填入表格中 实验结论 分析实验数据，发现每次杠杆平衡时，动力与动力臂的乘积总是等于阻力与阻力臂的 ，即 ，或F₁l₁=F₂l₂ ►实验02 测量滑轮组的机械效率 1.测量滑轮组的机械效率 【实验原理】 【实验设计】 (1)组装一个滑轮组，使用该滑轮组分别提起重力不同的物体，比较每次的机械效率； (2)换用较重的动滑轮，组装和(1)相同的滑轮组，使用该滑轮组分别提起和(1)相同的重物，比较和(1)提起相同重物时的机械效率。 【实验器材】刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、长约2m的细绳、铁架台等。 【实验过程】 (1)用弹簧测力计测出钩码所受的重力G并填入表格； (2)按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和绳端的位置； (3)如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s，将这三个量填入表格中； (4)利用公式计算出有用功W有、总功W总、机械效率η并填入表格中； (5)改变钩码的数量，重复上面的实验（多次实验，消除偶然因素）； (6)换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复(2)~(5)步，将实验数据记入表格。 【实验数据】 实验 次数 钩码所受的重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 绳端移动的距离s/m 总功J 机械效率η 1 1.5 0.2 0.3 0.7 0.6 0.42 71% 2 3 0.2 0.6 1.2 0.6 0.72 83% 3 4.5 0.2 0.9 1.7 0.6 1.02 88% 4 1.5 0.2 0.3 0.9 0.6 0.54 56% 5 3 0.2 0.6 1.4 0.6 0.84 71% 6 4.5 0.2 0.9 1.9 0.6 1.14 79% 【数据分析】 (1)由1、2、3三次实验可知，使用同一滑轮组，当提升重为1.5N的钩码时，它的机械效率是71%；当提升重为3N的钩码时，它的机械效率是83%；当提升重为4.5N的钩码时，它的机械效率是88%； 可见，同一机械在不同做功过程中使用，其机械效率不同.同一滑轮组，提升的物体越重，其机械效率越高。 (2)由1、4(2、5或3、6)两次实验可知，使用两个动滑轮重量不同的滑轮组提升相同的钩码升高相同高度，做的有用功相同，动滑轮较重的所做的额外功多，机械效率低。 【数据结论】 (1)使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越 ，机械效率越高； (2)使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的(或动滑轮多的)滑轮组的机械效率较 。 2.影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施 影响因素 分析 改进措施（提高效率） 被提升物体的重力 同一滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越大 在机械承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力 动滑轮的自重 有用功不变时，减小提升动滑轮时做的额外功，可提高机械效率 改进滑轮结构，减轻滑轮自重 滑轮组自身部件的摩擦 机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低 对机械进行保养，保持良好的润滑，减小摩擦 题型精研·考向洞悉 题型一 杠杆 ►考向01 杠杆、杠杆五要素与杠杆作图 （1）支点是杠杆绕固定点转动的点，所以判断支点位置关键是看杠杆绕着哪个点转动； （2）力臂作图（画力臂的方法）：1）找到支点，确定力的作用点和方向；2）作出力的作用线；3）从支点向力的作用线作垂线段；4）标出力臂。 （3）最小力作图：找最长动力臂的方法：根据杠杆平衡条件画出最小力的实质是寻找最长力臂。1)如果动力作用点已经给出，则支点到动力作用点的距离就是可作出的最长的动力臂；2)如果动力作用点没有确定，则选择杠杆上离支点最远的点作为动力作用点，支点到动力作用点的距离即为可作出的最长的动力臂。 【典题1】（2021·湖南怀化·中考真题）下列情境中的杠杆属于费力杠杆的是（    ） A．羊角锤拔钉子 B．起子开瓶盖 C．镊子夹物 D．钳子剪导线 【变式1-1】 传统文化 （2021·湖南衡阳·中考真题）如图所示，是我国古代《墨经》最早记述了秤的杠杆原理，有关它的说法正确的是（　　） A．“标”“本”表示力，“权”“重”表示力臂 B．图中的点为杠杆的支点 C．“权”小于“重”时，端一定上扬 D．增大“重”时，应把“权”向端移 【变式1-2】如图所示，杠杆处于平衡状态，则F的力臂是（   ） A．OA      B．OC     C．OD      D．FD 【变式1-3】如图所示，B为均匀杠杆OA的中点，A端所挂重物为20N，为使杠杆保持水平位置平衡，请你在B点画出需要施加的最小力的示意图 ，并求得这个最小力为 N． 【变式1-4】（2024·湖南益阳·三模）如图甲是小明在植树节用铁锹铲土时的情景，铁锹可视为杠杆，图乙是其简化图，O为支点，请在图乙中画出作用在A处的最小动力及其力臂l。 ►考向02 杠杆平衡条件 探究杠杆平衡条件考向： （1）试验前杠杆不平衡应如何调节：调节两端平衡螺母； （2）横梁不在水平位置，左端翘起：平衡螺母左移； （3）杠杆的支点在中间位置目的：为了消除杠杆自重影响； （4）两侧挂上钩码后判断是否平衡：根据平衡条件判断； （5）力或力臂的计算：根据杠杆平衡条件进行计算； （6）让杠杆处于静止状态：方便进行实验。 【典题2】（2024·湖南·二模）水明在水平地面上做俯卧撑保持静止，如图甲所示。他的重心在A点，身体与地面平行，可简化成如图乙所示的杠杆模型，地面对脚的力作用在O点，对手的力作用在B点，且都与身体垂直，小明的体重为长为长为。则地面对小明手的作用力为（　　） A． B． C． D． 【变式2-1】（2024·湖南长沙·模拟预测）小明把一根粗细均匀的钢管的一端从水平地面慢慢地抬起到如图所示的位置，在这个过程中，若力F的方向始终竖直向上，F的大小（　　） A．不变 B．逐渐变大 C．逐渐变小 D．先变大后变小 【变式2-2】（2024·湖南衡阳·一模）如图，长1m、重2N的均匀木板放在水平桌面上，木板左端伸出左边沿4dm，其上方挂一诱饵。现有一重1N的老鼠偷吃食物，沿木板向左端爬去，当老鼠爬到离桌沿 m时，木板会失去平衡，而使它落入桌子下面的水桶中；理论上这个机关对重不大于 N的老鼠没有危险。 【变式2-3】（2024·湖南岳阳·模拟预测）利用如图所示的装置探究“杠杆的平衡条件”，所用的器材有杠杆、支架、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钩码若干个。 (1)如图甲所示，杠杆左端下沉且保持静止，杠杆 （选填“是”或“不是”）平衡状态。 (2)如图乙所示，实验时，小明在杠杆左侧A位置（左边位置第四格），则在右侧B位置（右边位置第三格）应挂 个相同规格的钩码，杠杆可以在水平位置平衡，然后将A、B位置下方所挂的钩码同时向靠近支点O的方向各移动一小格 （选填“左”或“右”）端将下沉。 (3)如图丙所示，若不在A点挂钩码，改用弹簧测力计在A点向下拉杠杆，其示数大小将变大，原因是 。 ►考向03 杠杆平衡条件的应用 利用杠杆平衡条件解决实际问题的步骤： （1）转化：分析受力情况，找出支点，然后找出动力和阻力、动力臂和阻力臂，将实际物体转化成杠杆模型； （2）标量：画出杠杆模型示意图，在图中标明动力、阻力、动力臂、阻力臂； （3）计算：根据已知条件，利用杠杆平衡条件分析求解。 【典题3】 物理与日常生活 （2021·湖南湘西·中考真题）杠杆在生活中有很多应用，如图甲乙两个同学正在玩跷跷板，甲同学欲使静止的跷跷板向下，他可采取的有效方法是（　　） A．向后移动 B．向前移动 C．前后移动都行 D．请乙后退点 【变式3-1】校工用如图所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀的轴处靠近，这样做是为了（      ） A．增大阻力臂，省力 B．减小阻力臂，省力 C．增大动力臂，方便 D．减小动力臂，方便 【变式3-2】 物理与工程实践 （2022·湖南常德·中考真题）如图所示是一种活塞式抽水机的示意图，其中手柄AOB是一个杠杆，在使用过程中可以 （填“省力”或“省距离”）。不停地摇动手柄，水在 作用下从管口连续不断地流出。 ►考向04 杠杆分类 判断杠杆种类的方法: (1)通过动力臂和阻力臂的大小关系判断：对于较复杂的杠杆，可先在图上找到动力臂和阻力臂，然后比较力臂的大小关系； (2)从应用目的上进行判断：省力杠杆一般在阻力很大的情况下使用，以达到省力的目的，而费力杠杆在阻力不大的情况下使用，目的是省距离。 【典题4】 模型建构 罗老师用加装了杠杆装置的压缩空气引火仪来演示实验，她将一小团硝化棉放入厚玻璃筒内，握住杠杆的A端迅速向下压，棉花被点燃，下列说法正确的是（　　） A．该杠杆是费力杠杆 B．该杠杆是省力杠杆 C．向下压活塞时，将内能转化为机械能 D．在B点竖直向下压比在A点竖直向下压省力 【变式4-1】（2024·湖南长沙·三模）如图所示工具中，属于费力杠杆的是（    ） A．核桃夹 B．食品夹 C．钢丝钳 D．羊角锤 【变式4-2】 先进技术 （2024·湖南长沙·二模）如图是我国空间站的机械臂，它类似于人的手臂，可以省距离，下列工具使用时与机械臂属同类型杠杆的是（　　） A．用镊子夹砝码 B．用羊角锤起钉子 C．用老虎钳剪断导线 D．用瓶盖起子起瓶盖 【变式4-3】 成语典故 （2024·甘肃定西·一模）如图所示楚人“刻舟求剑”，剑落水底，船已远去，结果令不懂科学、自以为是的楚人大失所望。以船为参照物，剑是 的（选填“静止”或“运动”），船夫手中的船桨是 杠杆（选填“省力”或“费力”）。 题型二 滑轮 ►考向01 定滑轮与动滑轮 判断滑轮类型的方法判断滑轮是定滑轮还是动滑轮，关键看它的轴是否和被拉物体一起移动，若一起移动，则滑轮为动滑轮；若不一起移动，则为定滑轮。另外，定滑轮常常会固定在其他不动的物体上，我们也可依据这一特点来判断滑轮是否为定滑轮。 【典题1】 民族情怀 （2024·辽宁盘锦·模拟预测）2024年新年第一天，在北京天安门广场举行了隆重庄严的升国旗仪式。国旗护卫队步伐整齐，雄壮的国歌声响彻天安门广场，鲜艳的五星红旗冉冉升起。下列说法正确的是（　　） A．图中以护旗手为参照物，国旗是运动的 B．雄壮的国歌声响彻天安门广场说明声音的响度大 C．温暖大地的太阳不是光源 D．旗杆顶部装有一个定滑轮，其作用是可以省力 【变式1-1】 物理与工程实践 如图是一种利用滚轴和绳子组装的特殊机械，借助这种机械可以将较重的物体搬运到高处，某人借助该机械吊起一辆摩托车。不计绳和机械自重，下列说法错误的是（　　） A．图中A部分可等效为定滑轮 B．该机械既可省力，也能改变力的方向 C．图中B部分可等效为动滑轮 D．若绳子被拉下6m时，摩托车上升1m 【变式1-2】如图是学校旗杆顶上的一个滑轮，升旗时往下拉动绳子，国旗就会上升。下列对于滑轮的说法，正确的是（　　） A．这是一个定滑轮，可省力 B．这是一个动滑轮，可省力 C．这是一个定滑轮，可改变力的方向 D．这是一个动滑轮，可改变力的方向 【变式1-3】（2023·湖南湘西·三模）如图所示，用滑轮组帮助汽车脱困时，滑轮B的作用是 。 ►考向02 滑轮组及其绕绳方式 【典题2】（2024·湖南益阳·三模）建筑工人用如图所示的滑轮组提升400N的重物，拉动绳子自由端，物体10s内匀速竖直上升了3m，滑轮组的机械效率为80%。g取10N/kg，不计绳重和摩擦。下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s B．使用该滑轮组可以既省力又省功 C．绳子自由端受到的拉力为200N D．拉力F做功的功率为150W 【变式2-1】（2024·湖南娄底·三模）用图示的滑轮组将重为3.6N的物体竖直向上匀速提升0.5m，拉力F的大小为1.5N，则下列说法正确的是（　　） A．动滑轮改变力的方向 B．定滑轮可以省力 C．拉力F的作用点移动距离为1.5m D．滑轮组的机械效率为75% 【变式2-2】（2024·湖南邵阳·一模）科技馆里小天和爸爸正在体验升降座椅装置，其简化图如图所示。图中爸爸手握绳子，小天坐在升降座椅上，爸爸对绳子施加拉力，小天被匀速拉升，已知爸爸的质量大于小天的质量，这个装置可以省 ；若小天和爸爸的位置互换，该装置的机械效率会变 。 【变式2-3】（2023·湖南永州·三模）用如图所示滑轮组拉动物体A在粗糙的水平面上运动，不计绳和滑轮的自重。当F为20N时，物体A在水平面上做匀速直线运动，此时物体A受到地面的摩擦力为30N，拉力F在5秒内移动了6米，滑轮组对物体做的功为 ，则滑轮组的机械效率是 。 【变式2-4】画出提升重物时最省力的绕绳方法。 ►考向03 滑轮组的计算 （1）理想状态下滑轮组的计算：在理想状态下滑轮组的计算中，不需要考虑绳重、动滑轮重及摩擦，可以直接使用，s=nh，进行相关计算。 （2）非理想状态下滑轮组的计算：在非理想状态下，需要考虑动滑轮自重，计算拉力的大小时要使用，但s=nh，进行还可以继续使用。 （3）水平方向滑轮组的计算：使用滑轮组水平拉动物体时，理想状态下滑轮组用几段绳子拉着动滑轮，拉力就是物体所受摩擦力的几分之一，即。物体移动的距离与绳子自由端移动距离的关系为s绳=ns物，速度关系为。 （4）反向滑轮组的受力分析：较复杂的滑轮组，常常不能直接用滑轮组公式进行分析、求解，故需要用受力分析法求解滑轮组中力的大小。此时，一般以滑轮或物体为研究对象，沿竖直方向或水平方向进行受力分析，根据物体受力平衡的条件进行求解，如图所示。 【典题3】（2024·湖南娄底·一模）如图所示，工人利用滑轮组将质量为57kg的建筑材料匀速提升，绳子自由端10s内移动了4m，动滑轮的质量为3kg，忽略绳重和摩擦。g取，则（　　） A．建筑材料被提升速度为 B．工人对绳子的拉力为200N C．工人对绳子拉力的功率为120W D．此过程中该滑轮组的机械效率为 【变式3-1】（2024·湖南长沙·模拟预测）如图所示是爸爸带轩轩在科技馆体验升降座椅时的情景，当45kg的轩轩坐在椅子上时，爸爸用200N的力在10s内将他匀速拉高了40cm，则绳子的自由端移动的距离为 m，爸爸做功的功率为 W；换成质量较大的爸爸坐在椅子上，轩轩来拉时，滑轮组的机械效率将变 【变式3-2】（2024·湖南怀化·二模）如图所示是一种起重机上的滑轮组。已知在匀速吊起600kg的货物时，绳端的拉力F是2500N，不计摩擦和绳重。求： （1）吊起货物时，货物在8s内匀速上升5m，货物上升的速度； （2）滑轮组的机械效率； （3）若用此滑轮组吊起750kg的货物时，绳端拉力F。 ►考向04 斜面与轮轴 【典题4】 物理与社会发展 在高速公路长下坡路段的外侧，常设有如图所示的避险车道，供刹车失灵的车辆自救，当失控车辆冲上该车道时，被强制减速停车，下列说法不正确的是（ ） A．避险车道相当于一个斜面 B．以相同速度行驶时，大货车比小轿车的动能大 C．下坡路段刹车失灵的大货车动能越来越大 D．大货车冲上避险车道时，动能全部转化为重力势能 【变式4-1】（2024·安徽·三模）如图所示，用一始终与斜面平行的拉力F把物体从斜面底端匀速拉到顶端。若物体的重力为G，受到斜面的支持力为N，摩擦力为f，斜面的倾角为，则下列说法正确的是（　　） A．匀速上升时物体受到的拉力F与摩擦力f是一对平衡力 B．斜面的倾角越大，则拉力F越小，越省力 C．物体匀速上升时动能不变，势能增大，机械能增大 D．物体所受重力G与斜面对物体的支持力N是一对相互作用力 【变式4-2】 古代技术 （2024·辽宁铁岭·二模）古代取火的工具称为“燧（suì）”，取火方法有木燧、金燧、石燧。木燧即钻木取火，钻木取火过程的能量转化与汽油机 冲程能量转化情况相同。如图所示是钻木取火的工钻，使用时相当于我们学过的一种简单机械叫 。 【变式4-3】 物理与社会发展 （2023·山东济南·一模）甲图盘山公路修得弯弯曲曲，其主要目的是 （选填“省力”或“省距离”），乙图是用螺丝刀将螺纹钉旋进木板的情景，手柄 （选填“粗”或“细”）一些的螺丝刀用起来更省力。 题型三 机械效率 ►考向01 有用功、额外功和总功 【典题1】（2024·贵州遵义·一模）2024年2月，贵州多地突发山火，紧急启动直升飞机取水灭火。直升飞机每次尽可能取更多水其目的是（　　） A．增大有用功 B．减小额外功 C．增大总功 D．增大功率 【变式1-1】 古代典籍 （2024·陕西西安·模拟预测）《物原》记载：“史佚始作辘轳。”如图，人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。下列说法正确的是（    ） A．该装置能够省功 B．取水时克服水重和桶重做的功是有用功 C．使用更轻的桶不能提高机械效率 D．人提水桶水平运动时，对水桶不做功 【变式1-2】（2023·湖南常德·模拟预测）质量是40kg的小王同学用重10N的水桶，提起重力为100N的水，沿楼梯送到三楼，每层楼高3m，完成这一次提水，她对水做的功为有用功，则她做的有用功和额外功分别是（　　） A．600J，2400J B．600J，2460J C．600J，60J D．3000J，60J 【变式1-3】利用机械做功时，对人们有用的功叫 ．不需要但又不得不做的功叫 ，两者之和叫 ． 【变式1-4】 物理与生产实践 如图所示，搬运工人用滑轮将重为425N的重物匀速提升4m，所用拉力为250N，此过程中有用功是 J，总功是 J，滑轮的机械效率是 ． ►考向02 机械效率的概念与比较 功率和机械效率都是机械本身性能的重要参数，但它们是完全不同的物理量，表示机械完全不同的两个方面.功率表示做功快慢，机械效率表示有用功占总功的比值。 当不计绳重和摩擦时，机械效率，即同一滑轮组，其机械效率η与G物和G动有关，G动一定时,G物越大，η越大；G物一定时，G动越大，η越小。 【典题2】（2024·湖南永州·模拟预测）如图斜面长为1m、高为0.5m，现将重为100N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为80N，则以下说法正确的是（　　） A．克服物体重力所做的有用功为50J B．拉力所做的总功为40J C．斜面的机械效率为80% D．物体受到的摩擦力为80N 【变式2-1】（2024·湖南长沙·一模）在建设美丽新乡村的建筑工地上，工人用如图所示的动滑轮来提升建筑材料，现用的拉力，将重600N的建筑材料匀速提升4m。不计绳重和摩擦，有关提升过程的说法正确的是（　　） A．绳子移动的距离为4m B．该动滑轮的重力为300N C．提升过程所做的有用功为3200J D．该动滑轮的机械效率为75% 【变式2-2】（2024·湖南·一模）小明利用如图所示装置将故障车匀速拉动3m到达路旁，若汽车质量为1.5t，地面对车的摩擦力为600N，人拉绳子的力为400N。则人的拉力做的功为 J，装置的机械效率为 。 【变式2-3】（2024·湖南邵阳·三模）用如图所示的装置提升重为200N的物体，滑轮重50N，在拉力F的作用下，物体竖直匀速上升了2m，不计绳重和摩擦，在此过程中，做的有用功为 J，机械效率为 %。用该装置匀速提升重为400N的物体时，机械效率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 ►考向03 滑轮组的机械效率 计算滑轮组机械效率的方法有三种： （1）分别求出W有、W总，运用公式计算； （2）已知绕绳方式，运用（或）计算； （3）对不计绳重及摩擦的竖直方向的滑轮组，运用公式直接计算。 【典题3】（2024·湖南岳阳·三模）如图所示，在50N的水平拉力F的作用下，重600N的物体沿水平地面做匀速直线运动，物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的0.2倍，绳子自由端向前移动的速度为0.6m/s。则下列说法中正确的是（　　） A．拉力的功率为30W B．物体重力的功率为360W C．该滑轮组的机械效率为75% D．1min内所做的有用功为144J 【变式3-1】（2024·湖南永州·二模）在如图所示的滑轮组中用20N的拉力，在10s内将重50N的物体匀速提升3m。则下列说法正确的是（　　） A．绳子自由端移动的速度为0.3m/s B．提升重物过程的有用功为150J C．拉力做功的功率为36W D．滑轮组的机械效率为80% 【变式3-2】（2024·湖南娄底·模拟预测）利用如图所示的滑轮组将重300N的重物竖直匀速提升3m，若滑轮组的机械效率为80%，不计绳重和摩擦，绳子自由端拉力为 N，仅增大重物的重力，滑轮组的机械效率将会 （选填“提高”“降低”或“不变”）。 ►考向04 斜面机械效率 对于斜面，有W总=W有+W额=Gh+fs，故斜面的机械效率，在实际计算时可根据题中已知条件灵活选用公式。 【典题4】（2024·湖南娄底·三模）如图斜面长为1m、高为0.5m，现将重为20N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为15N，则以下说法不正确的是（　　） A．物体受到的摩擦力为15N B．有用功为10J C．拉力所做的功为15J D．斜面的机械效率为66.7% 【变式4-1】（2022·湖南怀化·模拟预测）小明和兴趣小组的同学们利用如图所示的装置探究斜面的机械效率，同学对实验过程和装置发表了下列不同的看法，其中正确的是（　　） A．匀速拉动木块时，拉力与摩擦力是一对平衡力 B．斜面的机械效率与木块的重力是无关的 C．斜面的坡度越大，斜面的机械效率越大 D．匀速拉动木块在斜面上运动的距离越长，斜面的机械效率越大 【变式4-2】（2024·湖南长沙·二模）工人师傅搭了如图所示斜面，用沿斜面向上600N的拉力，把一个重为1200N的重物搬到2m高的车上。已知斜面长为5m，此过程中，搭建斜面的目的是为了 ，工人拉力的功为 J。 ►考向05 杠杆机械效率 杠杆机械效率的计算对于杠杆，不计摩擦时，有W总=W有+W额=Gh+G杆h杆，其中，G杆为杆的重力，h杆为杠杆重心移动的距离。故杠杆的机械效率，在实际计算时可根据需要灵活选用简便的公式。 【典题5】 物理与生产实践 （2022·广西河池·三模）如图为某种吊车的工作示意图。利用伸缩撑杆可使吊臂绕O点转动；伸缩撑杆为圆弧状，伸缩时对吊臂的支持力始终与吊臂垂直。下列关于这个吊车的有关说法正确的是（） A．吊臂工作时是一个杠杆 B．使用这种吊车，好处是可以省力 C．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆的支持力大小保持不变 D．使用这种吊车，好处是可以省功 【变式5-1】如图，甲、乙杠杆的质量和长度均相同，分别使用甲乙杠杆将物体A提升相同的高度，则在工作过程中，甲、乙杠杆的机械效率相比η甲 η乙（选填“>”、“=”或“<”）。 【变式5-2】（2024·陕西西安·模拟预测）如图所示，用始终竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm。将物体从该位置拉到水平位置时，拉力的大小会 （选填“变大”“变小”或“不变”），杠杆的机械效率为 。若将物体移到B点，用同样大小的力把物体提升到相同的高度，机械效率 。（选填“变大”“变小”或“不变”） 题型四 测量滑轮组的机械效率 ►考向01 测量滑轮组的机械效率 1．影响滑轮组机械效率的因素滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh(n为与动滑轮相连绳子的段数)，则滑轮组的机械效率； 若不计摩擦力，而动滑轮的重为G’，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可表示为。讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组(G’一定)，提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。 2．提高滑轮组机械效率的方法 (1)减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、减小摩擦阻力等方法。如可使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，或减小滑轮组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减小额外功，提高效率。 (2)增大有用功在总功中所占的比例，在额外功不变的情况下，增大有用功的大小。 (3)换用最简单的机械。 【典题1】 科学探究 （2023·山东泰安·一模）某同学探究“影响滑轮组的机械效率的因素”，他用质量相同的滑轮做了如图所示的实验，并测算了各次实验的机械效率（如图），下列相关说法中正确的是（　　） ①实验时，弹簧测力计应在竖直匀速拉动时读数 ②根据甲、乙两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法有关 ③根据乙、丙两次实验可知：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高 ④实验时，换用不同装置进行多次实验，目的是为了减小误差 A．只有①② B．只有②④ C．只有①③ D．只有③④ 【变式1-1】（2024·广西柳州·三模）小李同学利用下图甲测量滑轮组机械效率，在测量拉力F大小时应 （选填“静止时读数”或“匀速拉动时”）读数。若实验中重物重为2N，正确测量拉力时测力计的示数如乙图所示，则该滑轮组的机械效率是 。 【变式1-2】（2024·陕西汉中·二模）在“测量滑轮组的机械效率”实验中，小明用同一滑轮组提升不同的物体，如图甲乙所示，记录实验数据，并绘出η与G物的关系图像，如图丙所示。 (1)实验中应 缓慢匀速拉动弹簧测力计，使物体升高。 (2)图乙中弹簧测力计的示数为 N。 (3)图丙中的曲线表明：同一滑轮组的机械效率η随所挂物重G物的增大而 （选填“小”或“增大”）。 (4)若实验中的细绳足够结实，滑轮组的机械效率 （选填“会”或“不会”）到100%。 分层训练·巩固提升 基础巩固 一、单选题 1．以下给出的机械中，不属于简单机械的是（  ） A．定滑轮 B．斜面 C．手推车 D．动滑轮 2． 物理与生产实践 如图所示，工人用250 N的力将重400 N的物体匀速提升2m，共用了10s，若在此过程中(忽略绳重和摩擦)，下列说法正确的是(    ) A．绳子自由端移动的距离是6 m B．动滑轮的重是10 N C．工人做功的功率是80 W D．滑轮组的机械效率是80% 3． 设计性情境 如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，已知每个滑轮重均为50N，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连，物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，此时测力计的示数为550N；在物体B下加挂重为90N的物体C后，用水平向左的力F拉动物体A可使其沿水平桌面向左做匀速直线运动，此时物体B上升的速度大小为5cm/s. 若不计绳重及滑轮的摩擦，g取10N/kg，则下列说法中正确的是（ ） A．物体A所受滑动摩擦力大小为275N B．F的大小为530N C．F做功的功率为42w D．B的重力为500N 4．工人用大小为400N的拉力F提升重为600N的物体，如图所示，在12s内绳子自由端被匀速直线拉下6m。下列说法正确的是（　　） A．所做的有用功是1200J B．滑轮组的机械效率为75% C．拉力F的功率是300W D．若提升物体的重变大，滑轮组的机械效率不变 5． 物理与生产实践 小华对他的自行车进行维护，其中不是提高机械效率的措施是（　　） A．给轴承加润滑油 B．调节传动链条的松紧度 C．给轮胎打足气 D．更换车把手的塑料袋 6．（2023·湖南长沙·中考真题）学雷锋活动月，小明到敬老院献爱心，同时也收获了一些物理知识，下列事例与物理知识对应正确的是（　　） A．把面团压成面皮— —力可以改变物体的形状 B．给木凳装上软垫坐起来更舒服——受力面积越大压强越大 C．抖床单拍灰尘——灰尘没有惯性 D．用筷子夹饺子——筷子是省力杠杆 7．（2023·湖南长沙·模拟预测）生活中很多现象都涉及到了物理知识，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，刮大风时，雨伞向上翻起是因为伞上方空气流速大，压强小 B．图乙中，升国旗时，是利用动滑轮来改变拉力的方向 C．图丙中，面包夹是省力杠杆 D．图丁中，高山上煮饭要用高压锅，是因为高山海拔高，大气压强大 8． 物理与社会发展 高速铁路的输电线、无论冬、夏都需要绷直，以保障列车电极与输电线的良好接触。图乙为输电线的牵引装置工作原理图。钢绳通过滑轮组悬挂30个相同的坠砣，每个坠砣配重为150N，若某段时间内坠砣串下降了20cm，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．滑轮A为动滑轮，滑轮B为定滑轮 B．钢绳上的拉力为150N C．输电线P端受到的拉力大小为9×103N D．输电线P端向左移动了40cm 二、多选题 9．（2023·湖南长沙·二模）用如图所示的滑轮组拉动重300N的箱子，箱子以0.2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，箱子与地面间的摩擦力为自身所受重力的0.2倍，滑轮组的机械效率为75%，下列说法正确的是（   ） A．拉力F为80N B．10s内绳子自由端移动4m C．3s内箱子所受重力做功180J D．拉力F的功率为16W 10． 跨学科·仿生学 （2023·湖南衡阳·一模）仿生学是科技工作者十分关注的问题，下列有关“动物与物理”的叙述正确的是（　　） A．泥鳅体表有一层粘滑的液体，有利于减小阻力 B．啄木鸟的嘴尖而细，有利于增大压强 C．松鼠有一条长长的大尾巴，不利于在树上跳跃时调节身体平衡 D．深水里的海鱼捕到岸上时会死掉，主要原因是水面上的压力比深水处小得多 三、填空题 11． 科学探究 如图所示，在“测滑轮组机械效率”实验中，物体重G=5.4N，实验时要 拉动弹簧测力计。弹簧测力计的示数如图所示，若物体上升高度为10cm，滑轮组的机械效率是 。 12． 物理与生产实践 如图所示，工人师傅用平行于斜面向上的推力，把重为的木箱从斜面底端推到顶端，用时。已知斜面长、高，木箱受到斜面的摩擦力为其重力的，则推力的平均功率为 。 13． 传统文化 如图甲是汉代画像砖上描绘的《史记》中“泗水取鼎”画面，两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中的鼎。图中的这种滑轮是 （选填“定”或“动”）滑轮，使用图乙中的这种机械 （选填“能”或“不能”）省力， （选填“能”或“不能”）省功。 14．（2022·湖南长沙·一模）如图所示，用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置，分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体，不计绳重和摩擦。若FA=FB，则GA GB；若GA=GB，则 （选填“>”、“＜”或“=”）。 15．有一杠杆经过调节，处于水平平衡状态．如图所示，在A点悬挂三个钩码（每个钩码重均为0.5N），要使杠杆水平平衡，需在B点悬挂 个钩码；取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉，使杠杆水平平衡，测力计的拉力为 N；如改变测力计拉力的方向，使之斜向右上方，杠杆仍然水平平衡，测力计的读数将 ． 16．（2024·江苏徐州·二模）用如图所示的滑轮组将货物向上匀速提升3m，已知货物重300N，货物上升速度是0.3m/s，拉力大小为120N，则此过程中做的有用功为 J，拉力做功的功率是 W，滑轮组的机械效率为 。 四、作图与实验探究题 17．画出提升重物时最省力的绕绳方法。 18．在图甲中画出拉力F对支点O的力臂l. 19． 科学探究 如图是小明进行探究“杠杆的平衡条件”实验（每个钩码重0.5N）。 （1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，这时应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）端调节，直到杠杆在 位置平衡；     （2）如图甲，在A点悬挂2个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，需在B点悬挂 个钩码；取下B点的钩码，改用弹簧测力计在B点竖直向下拉，使杠杆水平位置平衡，测力计的示数为 N；     （3）如图乙，若弹簧测力计向右下方拉，杠杆仍然保持水平位置平衡，则测力计的示数将 ，原因是B点拉力的力臂 （均选填“变大”或“变小”或“不变”）。 五、综合题 20．（2022·湖南湘潭·中考真题）如图1，从深井中匀速提取泥土，动滑轮和筐总重力为30N。图2是某次拉力做的功W随绳自由端拉下的长度s变化的关系。不计绳重和摩擦，求： （1）当s为10m时，由图2可知拉力做了 J的功，筐和泥土上升了 m； （2）拉力为 N，筐中泥土的重力是 N； （3）本次利用该装置提升泥土的机械效率 。 21． 物理与生产实践 （2023·湖南长沙·三模）中联重工集团是湖南著名的重工企业，其生产的塔吊驰名中外。图甲是塔吊抽象出来的物理模型，它由杠杆和滑轮组组合而成，图乙是滑轮组的局部放大图。当滑轮组将重为4000N的重物竖直匀速提升10m时，需要用时20s，滑轮组自由端绳子的拉力F为2500N。（不计绳重及摩擦），则： （1）货物上升的速度为多少； （2）拉力做功的功率为多少； （3）该滑轮组的机械效率为多少？ 能力提升 一、单选题 1． 物理与社会发展 绵阳一号桥是斜拉桥，斜拉桥比梁式桥的跨越能力大，我国已成为拥有斜拉桥最多的国家。如图是单塔双索斜拉大桥，索塔两侧对称的拉索承受了桥梁的重力，一辆载重汽车从桥梁左端按设计时速匀速驶向索塔的过程中，左侧拉索拉力大小（ ） A．一直增大 B．一直减小 C．先减小后增大 D．先增大后减小 2． 科学推理 材料相同的甲、乙两个物体分别挂在杠杆A、B两端，O为支点（OA＜OB），如图所示，杠杆处于平衡状态．如果将甲、乙物体（不溶于水）浸没于水中，杠杆将会（ ） A．A 端下沉 B．B 端下沉 C．仍保持平衡 D．无法确定 3．（2024·湖南郴州·二模）如图甲所示，小明将空吊篮提升到高处，拉力F随时间t变化的图像如图乙所示，空吊篮上升的v-t图像如图丙所示，动滑轮重20N，忽略绳重、摩擦和空气阻力，g取10N/kg。下列分析正确的是（　　） A．空吊篮重50N B．0~1s内，空吊篮处于平衡状态，所受的合力为零 C．1~2s内，手拉绳的拉力做的功为100J D．在吊篮中装入质量为10kg的物体，绳子没有断裂，在匀速向上提升吊篮过程中，动滑轮的机械效率为83.3% 4．（2022·四川广元·中考真题）小李家在自建房屋的过程中，自制了向高处运送材料的装置如图所示，其中动滑轮重为100N。若某一次运送的材料重为400N，在拉力F作用下，材料在20s内匀速上升4m，不计绳的质量和滑轮的摩擦，下列说法中正确的是（　　） A．滑轮组所做的额外功为1600J B．材料上升的速度大小为0.4m/s C．拉力F做功的功率为80W D．滑轮组的机械效率为80% 二、填空题 5．如图所示，不计绳子、滑轮的重力及它们之间的摩擦，当用大小为10N的拉力F拉重50N的物体时，物体恰好以v=2m/s的速度沿水平面做匀速直线运动，此时物体受到水平面的摩擦力为 N，拉力F的功率为 W；将拉力F增大为20N时，物体受到水平面的摩擦力将 （选填“增大”、“减小”或“保持不变”）。 6．（2023·湖南长沙·模拟预测）如图所示，用该滑轮组把重600N的货物以0.4m/s的速度匀速提高10m，所用拉力为400N，此时拉力所做的有用功为 J，拉力的功率为 W，滑轮组的机械效率为 。 三、作图与实验探究题 7．（2024·湖南·三模）如图所示，用刀切食物，O为支点，请在图中画出作用在A点的最小动力F的示意图。 8． 模型建构 （2021·湖南株洲·一模）如图所示，是小明设计的利用实验室的砝码和一支圆柱形铅笔测量刻度尺的质量的实验，实验步骤如下： （1）将刻度尺（上面没放砝码）垂直放置在圆柱形铅笔上左右移动，直至刻度尺在铅笔支撑下 平衡，读出刻度尺重心位置对应的刻度为d1； （2）如图，把圆柱形铅笔放在刻度尺与桌面之间，保持铅笔与刻度尺垂直，再在刻度尺的某刻度处放置砝码。若刻度尺的右端向下倾斜，则应 （填“顺”或“逆”）时针旋动铅笔，使刻度尺向 （填“左”或“右”）移动，直到刻度尺重新满足要求为止； （3）读出砝码底面中心所在位置的刻度为d2，再读出 所在位置的刻度为d3； （4）若砝码的质量为m，则刻度尺的质量为： （用d1、d2、d3及m表示）。 四、综合题 9．重为200N的物体静止在水平地面上．小刚用如图所示的动滑轮将物体匀速竖直提升3m，已知动滑轮重50N，不计绳重和滑轮转轴处的摩擦．   （1）求小刚作用在绳上的拉力F；      （2）求该动滑轮的机械效率；      （3）小明认为，只需要再添一个定滑轮就可以用向下的力提升重物．请用笔画线代替绳子，在如图中画出滑轮组的绕绳方式． 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！第 1 页 共 39 页 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$