第十一章 简单机械【速记清单】-【新教材】2024-2025学年八年级物理下册单元速记·巧练（沪科版2024）

2024-2025学年八年级物理下册单元知识梳理（沪科版） 第十一章 简单机械 01 思维导图 02 考点速记 【考点1 探究：杠杆平衡的条件 】 一、杠杆 物理学中，这种在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就称为杠杆。杠杆可以是直的硬棒，如撬棒等；也可以是弯的，如羊角锤。 二、杠杆的要素 人们用棒撬动石头时，经常用图 11-2（a）中的方式，这便是利用了杠杆。如图 11-2（b）所示，①杠杆可以绕着转动的固定点O为支点；②使杠杆转动的力 F1为动力；③阻碍杠杆转动的力 F2为阻力；④从支点到动力作用线的距离l1为动力臂；⑤从支点到阻力作用线的距离 l2为阻力臂。 要点： 力臂的画法： （1）明确支点，用O表示 （2）通过力的作用点沿力的方向画一条直线 （3）过支点O作该力的作用线的垂线 （4）用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段，写上相应的字母l1（或l2) 二、杠杆平衡条件 杠杆在动力和阻力的作用下保持静止或匀速转动，我们就说杠杆平衡了。 要点： 1、杠杆的平衡条件是 　　杠杆的平衡条件为：动力×动力臂 = 阻力×阻力臂，即 F1 l1 = F2 l2。 　　注意：这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理。杠杆的平衡不是单独由力或力臂决定的，而是由它们的乘积来决定的。 D I S实验：室用力传感器探究杠杆的平衡条件 按图 11-5 装配实验装置。先调节杠杆水平，在杠杆一侧悬挂钩 码，另一侧连接传感器并使杠杆保 持水平，记录此时杠杆两侧所受作 用力的大小及动力臂和阻力臂。改 变钩码或传感器到杠杆支点的距离， 重复进行实验。分析杠杆平衡时动 力、动力臂和阻力、阻力臂之间的关系，总结杠杆的平衡条件。 三、杠杆的应用 　　根据杠杆的平衡条件，可知杠杆的应用有三种情况。 （1）动力臂大于阻力臂：这种杠杆用较小的动力就可以克服较大的阻力， 由于使用起来省力，常被称为省力杠杆。这类杠杆虽然省力，但会费距离。 （2）动力臂小于阻力臂：这种杠杆要使用比阻力大的动力才能克服阻力， 由于使用起来费力，常被称为费力杠杆。这类杠杆虽然费力，但能省距离。 （3）动力臂等于阻力臂：这种杠杆只要动力与阻力大小相等，就能保持平 衡了。这类杠杆既不省力，也不费力，常被称为等臂杠杆。 　　列表如下： 杠杆种类 构造 特点 应用举例 优点 缺点 省力杠杆 L1＞L2 省力 费距离 钳子、起子 费力杠杆 L1＜L2 省距离 费力 钓鱼杆、理发剪刀 等臂杠杆 L1=L2 改变力的方向 天平、翘翘板 注意：没有既省力、又省距离的杠杆。 【考点2 滑轮及其应用 】 一、生活中的滑轮 生产生活中，有不少大型机械能帮助人类完成 繁重的工作。仔细观察，你会发现这些大型机械通常会用到一种简单机械——滑轮。起重机（图 11-17 ）、 电梯等也都用到滑轮。 二、定滑轮及其特点 1.定滑轮：滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的轮子，当它的轴固定不动时，这种滑轮叫做定滑轮。 2.定滑轮的特点：使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。 3.定滑轮的实质 定滑轮可以看作为一个等臂杠杆，滑轮的轴就是杠杆的支点 O，杠杆的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。即使改变施力方向，动力臂和阻力臂仍然等于滑轮的半径。 三、动滑轮及其特点 1.动滑轮：使用滑轮时，如果滑轮的轴能随物体一起运动，这种滑轮叫做动滑轮。 2.动滑轮的特点：使用动滑轮可以省力，但不改变力的方向，且费距离。 3.动滑轮的实质 如图所示，动滑轮可以看作为一个省力杠杆，O为杠杆的支点，滑轮的轴为阻力的作用点，被提升的物体对滑轮轴的作用力是阻力， 绳子提拉端对滑轮的作用力是动力。若两侧绳子 都沿竖直方向，则阻力臂等于滑轮的半径，动力臂等于滑轮的直径。 4、 滑轮组 1.滑轮组及其特点 使用定滑轮不省力，但能改变力的方向；使用动滑轮能省力，但不能改变力的方向，且需要移动更长的距离。 在许多情况下，仅使用定滑轮或动滑轮不能满足我们的需 求，因此，经常将动滑轮与定滑轮组合起来使用。定滑轮 和动滑轮组合在一起组成的装置叫做滑轮组（图 11-22 ）。 大量实验表明：用滑轮组提起重物时，若忽略滑轮重、 绳重和摩擦，则动滑轮上有几段绳子承担物体的重力，提起物体所用的力就是物体重力大小的几分之一。 2.滑轮组分析： （1）特点：既可省力，又可以改变用力方向。但费距离。 （2）结论：在使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着动滑轮，提起物体所用的力就是总重的几分之一。 如果考虑动滑轮的重力，则有。 3.根据要求组装滑轮组 判断几段绳子的方法： 　　(1) 可用画虚线的方法：只有与动滑轮连接的那段绳子才算进去。 　　(2) 观察绳子的固定端： 　　固定端在定滑轮上，段数是偶数；固定端在动滑轮上，段数是奇数； 　　简称：“奇动偶定”。 　　(3) 连线情况：定→动，箭头向下； 动→定，箭头向上。 【考点3 机械效率 】 一、有用功、额外功、总功 如图 11-29（a）所示，直接用弹簧 测力计将钩码匀速提升一定高度。再借 助一个动滑轮用弹簧测力计将同样的钩 码匀速提升相同高度［图 11-29（b）］。 比较两次拉力所做的功，你发现了什么？ 你能找出其中的原因吗？ 由实验可知，借助动滑轮所用的拉力做的功要多一些。使用机械做功时， 尽管它能给我们带来便利，但是，由于机械本身的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功。 在图 11-29（a）所示实验中，直接用弹簧测力计提升钩码，其拉力克服钩码的重力做的功为有用功。在图 11-29（b）所示实验中，弹簧测力计的拉力所做的功为总功；在借助动滑轮匀速提升钩码过程中，拉力不仅要做有用功，还须克服滑轮的重力及摩擦力等做功，这部分功为额外功。 从总功中减去额外功，是对我们有用的功，即有用功。因此，动力对机械 所做的功总是大于机械所做的有用功。 要点： 1、总功：使用机械时，拉力（或动力）所做的的功；例如：用桶从井中打水，人在整个提水过程中拉力做的功是总功。总功是有用功与额外功之和，即W有+W额外=W总。 2、额外功：对我们是无用的，但又不得不做的功；如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。 额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。 3、有用功：从总功中减去额外功，才是对我们有用的功；如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。 二、机械效率 我们把有用功和总功之比叫做机械效率，符号为η。机械效率通常用百分率表示。 要点： 1、公式为，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。 2、η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。 3、知道增大机械效率的方法： 　　根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。 03 素养提升 【例题1】．使用杠杆能给我们的生活带来便利，如图，下列杠杆属于费力杠杆的是（   ） A．食品夹 B．核桃夹 C．园艺剪 D．羊角锤 【答案】A 【详解】A．食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故A符合题意； B．核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B不符合题意； C．园艺剪在使用过程中，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A。 【例题2】．如图所示，国旗杆顶部装有一个滑轮，关于该滑轮下列说法正确的是（　　） A．它是一个动滑轮 B．它可以上下移动 C．用它改变力的方向 D．用它改变力的大小 【答案】C 【详解】升旗时旗杆顶端的滑轮并不随国旗升降，它是一个定滑轮，用力方向与国旗运动的方向相反，故用它改变力的方向。 故选C。 【例题3】．下列关于机械效率的说法正确的是（   ） A．机械效率可以小于1，等于1，也可以大于1 B．做功快的机械，机械效率一定高 C．功率大的机械，机械效率高 D．有用功占总功的比例越大，机械效率越高 【答案】D 【详解】A．因为使用任何机械工作时，机械自重和摩擦总是存在，所以机械效率小于1，故A错误； B．机械效率与做功快慢没有关系，故B错误； C．功率大的机械，说明在单位时间内做功多，与机械效率无关，故C错误； D．机械效率等于有用功与总功的比值，有用功占总功的比例越大，机械效率越高，故D正确。 故选D。 【例题4】．如图所示的是研究定滑轮和动滑轮特点的装置图。下列说法正确的是（   ） A．使用定滑轮能够省力 B．使用动滑轮能够省距离 C．使用定滑轮能够改变力的方向 D．使用动滑轮既能省力也能省距离 【答案】C 【详解】AC．定滑轮相当于一个等臂杠杆，使用定滑轮不省力也不费力，但可以改变力的方向，故A错误，C正确； BD．动滑轮相当于动力臂是阻力臂2倍的杠杆，使用动滑轮能够省力，但费距离，故BD错误。 故选C。 【例题5】．用下图所示的四种机械提起同一重物，不计机械自重和摩擦，最省力的是（    ） A． B． C．    D． 【答案】D 【详解】A．动力力臂是阻力力臂二倍的杠杆，所以是省力一半。 B．定滑轮实质是等臂杠杆，只改变力的方向，不改变力的大小。 C．吊动滑轮的为2股绳子，拉力为物重的二分之一； D．吊动滑轮的为3股绳子，拉力为物重的三分之一。 综上所述，D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【例题6】．如图所示，在轻质杠杆上吊一重物G，在一端施加一个始终与杠杆垂直的动力F，使杠杆缓慢地从水平位置OB转至OA，则在转动过程中（　　） A．F变大 B．F先变大后变小 C．F变小 D．F先变小后变大 【答案】C 【详解】杠杆缓慢地从水平位置OB转至OA时，F始终与杠杆垂直，动力臂不变，阻力大小不变，阻力臂变小，根据杠杆平衡条件可知F变小，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 【例题7】．如图所示，用的力将物体B匀速提升0.5m，做功为3J，若借助滑轮组用的力把物体B匀速提升相同高度，做功为4.5J，下列说法正确的是（　　） A．的大小为1.5N B．的大小为3N C．动滑轮的重力为3N D．滑轮组的机械效率为60% 【答案】B 【详解】A．由图可知，直接提升物体时拉力移动的距离 s1=h=0.5m 由W=Fs可知，直接提升物体时的拉力 故A错误； B．由图可知，动滑轮上的绳子段数n=3，绳子自由端移动的距离 s2=nh=3×0.5m=1.5m 由W=Fs可知，借助滑轮组时的拉力 故B正确； C．因为直接提升物体时的拉力等于物体的重力，所以物体的重力 G=F1=6N 若不计绳重和摩擦，则，此时动滑轮的重力 G动=nF-G=3×3N-6N=3N 因题中没有说明不计绳重和摩擦，所以无法求出动滑轮的重力，故C错误； D．滑轮组做的有用功等于直接提升物体时拉力做的功，即 W有=W1=3J 则滑轮组的机械效率 故D错误。 故选B。 【例题8】．如图所示，用滑轮组提升物体A，当卷扬机用1000N的力拉钢丝绳，使物体A在10s内匀速上升2m的过程中，所做额外功为600J，不计绳重及摩擦，下列判断正确的是（　　） A．动滑轮的重力为200N B．物体A的重力为2400N C．滑轮组的机械效率为90% D．卷扬机做功的功率为400W 【答案】C 【详解】A．由图可知n=3，物体A在10s内匀速上升2m，则动滑轮上升高度为2m，不计绳重及摩擦，所做额外功为600J，则动滑轮的重力为 故A错误； B．拉力为1000N，n=3，物体的重力为 故B错误； C．滑轮组的机械效率 故C正确； D．卷扬机做功的功率 故D错误。 故选C。 【例题9】．如图所示是一个指甲刀的示意图，它由三个杠杆ABC、OBD和OED组成，且指甲刀剪指甲时，属于省力杠杆的是 ，属于费力杠杆的是 。 【答案】 、 【详解】[1][2]指甲剪可以看成是由一个撬棒和一个镊子组成：①撬棒是，以为支点，动力作用在上，阻力作用在上，使用时动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；②镊子是由和两个杠杆组成，支点点，动力分别作用在点、点，阻力作用在点，使用时动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。 【例题10】．如图，分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400N的物体匀速向上提起；已知每个滑轮重20N，忽略绳子的重力以及滑轮轴承的摩擦，图甲中车对绳子的拉力为 N，图乙中人对绳子的拉力为 N，图甲中下方滑轮的作用是 。 【答案】 400 210 改变力的方向 【详解】[1][3]由于图甲中使用的是两个定滑轮，定滑轮可以改变力的方向，但不能省力；所以忽略绳子的重力以及滑轮与绳子的摩擦时，车对绳子的拉力是 F甲=G=400N [2]图乙中使用的是一动一定的滑轮组，承担物重的绳子股数n=2，忽略绳子的重力以及滑轮与绳子的摩擦，人对绳子的拉力是 【例题11】．如图所示，用大小为的水平拉力通过滑轮组拉动重为的物体。若在时间内使水平向左移动了距离，地面对的摩擦力为，则绳子端点的速度大小是 ；滑轮组所做的有用功是 ，滑轮组的机械效率是 。 【答案】 【详解】[1][2][3]由图知，滑轮组绳子承重股数为，绳子端点B移动距离，绳子端点B的速度 滑轮组做的有用功 拉力做的总功 滑轮组的机械效率 举一反三 一、单选题 【强化1】．小满在探究杠杆平衡条件的实验中，当杠杆静止在图甲所示的位置时，他通过调节平衡螺母，使杠杆在水平位置上平衡。接着他又把重为2N的钩码，悬挂在杠杆A点处，并在B点处施加一个竖直向上、大小为1N的拉力F1，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．图甲中的杠杆处于不平衡状态 B．图乙中的杠杆能平衡 C．如图丙所示，若在C点处施加一个方向与杠杆成30°的拉力F2，当杠杆水平静止时，F2＝2N D．以上三种说法都是错误的 【答案】C 【详解】A．图甲中杠杆静止，处于平衡状态，故A错误； B．图中左、右两侧的作用力使杠杆逆时针转动，没有阻力，故不能平衡，故B错误； CD．图中根据几何知识知，动力F2的力臂为4格的一半，为2格长，故动力臂等于阻力臂，则动力等于阻力，为2N，故C正确，D错误。 故选C。 【强化2】．如图所示，用两相同的滑轮采用不同的绕绳方法，将同一重物匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦），正确的是（　　） A．两装置中F₁和F₂大小相等 B．甲装置比乙装置所做有用功多 C．两装置绳于自由端移动的距离相等 D．两装置的机械效率相等 【答案】D 【详解】A．由图可知，甲装置中动滑轮上的绳子段数，乙装置中动滑轮上的绳子段数，不计绳重和摩擦时，则甲装置中绳端的拉力 则乙装置中绳端的拉力 由此可知，故A错误； B．把相同的重物匀速提升相同的高度，有用功，所以做的有用功相同，故B错误； C．绳子自由端移动的距离 ，则甲装置中绳端移动的距离，乙装置中绳端移动的距离,故C错误； D．不计绳重及摩擦，相同的滑轮组装置、提升相同的高度，做的额外功相同，总功等于有用功加上额外功，所以滑轮组做的总功相同，由机械效率可知两装置的机械效率相等，故D正确。 故选 D。 【强化3】．如图所示为一滑轮组拉着重300N的物体在水平地面上匀速运动，2s的时间物体运动了1m，已知拉力F=50N，物体受到的摩擦力为120N。下列说法正确的是（　　） A．绳端移动的速度为1m/s B．拉力的功率为75W C．物体克服重力做的功为300J D．该滑轮组的机械效率为50% 【答案】B 【详解】A．由图可知，动滑轮上的绳子段数n=3，绳子自由端移动的距离 s=ns物=3×1m=3m 绳端移动的速度 故A错误； B．拉力F=50N，拉力做功的功率 P=Fv=50N×1.5m/s=75W 故B正确； C．由于物体在水平地面上匀速运动，而重力方向在竖直方向上，即物体没有在重力方向上移动距离，由做功的两个必要因素可知，物体没有克服重力做功，故C错误； D．滑轮组的机械效率 故D错误。 故选B。 二、填空题 【强化4】．如图中的起瓶器，它属于 杠杆（填“省力”或“费力”），A、B两点中 点是支点，开瓶盖时在C点处施加 （选填“向上”或“向下”）的力。 【答案】 省力 A 向上 【详解】[1][2][3]用如图所示，使用“开瓶起子”时，整根杠杆绕A点转动，即A点是支点，B点是阻力的作用点，开瓶盖时在C点处施加向上的动力，动力臂比阻力臂长，是省力杠杆。 【强化5】．如图装置中，物体A重120N，物体B重12N，在物体B的作用下，物体A在水平面上做匀速直线运动，受到水平面的摩擦力是物体A重的0.2倍，则此装置的效率为 %（结果保留一位小数）。 【答案】66.7% 【详解】物体A在水平面上做匀速直线运动，受到水平面的摩擦力是物体A重的0.2倍，则物体A受到的摩擦力 f=0.2GA=0.2×120N=24N 滑轮组的动滑轮绕3段绳，绳端的拉力 F拉=GB=12N 滑轮组的机械效率 三、计算题 【强化6】．工人用图示装置在20s内将重为450N的货物匀速提升4m，该滑轮组的机械效率为75%，求： (1)有用功； (2)拉力的功率； (3)若工人用此装置匀速提升其他货物，测得拉力大小为500N，额外功占总功的20%，工人提升货物的重。 【答案】(1)1800J； (2)120W； (3)800N 【详解】（1）工人做的有用功为 （2）拉力所做的功 拉力的功率 （3）滑轮组的动滑轮绕2段绳，由于额外功占总功的20%，所以机械效率为80%，根据 可得 【强化7】．如图所示，一个重力为8N，密度为8×103kg/m3的合金块，悬挂在轻质杠杆的A点，O为支点，OA长0.1m，此时合金块浸没在某种液体中。杠杆右边B点吊着重为2N的物体，OB长0.34m，杠杆在水平位置平衡。不计绳重及转轴处摩擦，求： (1)合金块的体积； (2)A端受到绳子的拉力大小； (3)该液体密度为多少？ 【答案】(1)1×10-4m3 (2)6.8N (3)1.2×103kg/m3 【详解】（1）合金块的体积 （2）根据杠杆的平衡条件GB×OB=F×OA可知，A端受到绳子的拉力大小 （3）合金物体所受浮力 F浮=G-F=8N-6.8N=1.2N 该液体密度 四、实验题 【强化8】．如图所示是小明探究“杠杆的平衡条件”的实验装置。 （1）实验前，将杠杆置于支架上，当杠杆静止时，如图甲所示，此时可以把右端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，直至使杠杆在水平位置平衡； （2）如图乙所示杠杆在水平位置平衡时，在杠杆左端B点处挂2个钩码，则应该在杠杆右端A点处挂 个相同的钩码；平衡后将两端的钩码分别向远离支点的位置移动一格，则杠杆将 （选填“保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）； （3）实验中，通过改变钩码的位置或钩码的个数来改变力臂或力的大小进行多次实验，目的是 ； （4）如图丙，小明在实验时分别沿着竖直向下和斜向下两个方向拉弹簧测力计，都能使杠杆在水平位置平衡； ①弹簧测力计由竖直向下变为斜向下时，弹簧测力计的示数将 ，原因是弹簧测力计拉力的力臂 导致的；（均选填“变大”、“变小”或“不变”） ②同组的小华认为，竖直向下拉动测力计操作更方便，原因是 。 （5）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆中点时，杠杆的平衡条件是否依然成立”，于是他利用如图丁所示的装置进行探究，发现在杠杆左端不同的位置，用弹簧测力计测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是 。 【答案】 右 3 右端下沉 寻找普遍规律 变大 变小 拉力力臂可在杠杆上直接读出 杠杆自重对实验结果有影响 【详解】（1）[1]实验前，将杠杆置于支架上，当杠杆静止时，如图甲所示，杠杆的右端偏高，说明左端较重，所以应将平衡螺母向右调节，直至使杠杆在水平位置平衡。 （2）[2]如图乙所示，设每个钩码的重力为G，杠杆上每格的长度为L，则杠杆左端B点处受到的力为2G，力臂为3L；根据杠杆的平衡条件F1L1=F2​L2得， 所以需要的钩码个数为3个。 [3]平衡后将两端的钩码分别向远离支点的位置移动一格，此时左端受到的力和力臂的乘积为2G×4L，而右端受到的力和力臂的乘积为3G×3L，因为 【强化1】G×4L<3G×3L所以杠杆将右端下沉。 （3）[4]实验中，通过改变钩码的位置或钩码的个数来改变力臂或力的大小进行多次实验，目的是为了避免实验的偶然性，得出普遍规律。 （4）[5][6]①如图丙，当弹簧测力计由竖直向下变为斜向下拉时，拉力的力臂会变小（因为拉力的作用线到支点的垂直距离变短了）。根据杠杆的平衡条件，为了保持杠杆平衡，拉力必须变大，所以弹簧测力计的示数将变大。 [7]②同组的小华认为，竖直向下拉动测力计操作更方便，原因是竖直向下拉时，拉力的方向与杠杆垂直，此时拉力的力臂就是支点到拉力作用点的距离，与杠杆重合，测量起来比较方便。 （5）[8]实验结束后，小明利用如图丁所示的装置进行探究，发现在杠杆左端不同的位置，用弹簧测力计测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是杠杆自重的影响。在图丁的装置中，支点不在杠杆的中点，因此杠杆的重心不会通过支点，杠杆的自重会对杠杆的平衡产生影响。 【强化9】．用如图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表： 实验 钩码重力 钩码上升 拉力 绳子自由端移动 机械效率 次数 G/N 高度 F/N 距离 1 2 5 1 15 66.7% 2 4 5 1.8 15 74.1% 3 4 10 1.8 30 74.1% 4 6 5 2.5 15 (1)请你根据表格信息，在装置图中将滑轮组的绳子的绕法清晰的画出来； (2)第4次实验时所做的总功为 J，滑轮组的机械效率是 ； (3)分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时， ，滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 （选填“有关”或“无关”）； (4)用滑轮组提升重物时，使用 也可提高机械效率。 【答案】(1) (2) 0.375 80% (3) 提升物体越重 无关 (4)较轻的动滑轮 【详解】（1）由表格中实验数据知，，即滑轮组承担物重的绳子的有效段数为3，如下图所示： （2）根据题意可知，第4次实验时所做的有用功为 总功为 滑轮组的机械效率为 （3）[1]分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越大，滑轮组的机械效率越高。 [2]分析2、3次实验的数据可知，物体上升高度不同，机械效率相同，所以滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。 （4）换用更轻的动滑轮，所做的额外功越少，机械效率越高，可以提高机械效率。 04 单元小结 1、 本单元学习目标 1.知道什么是杠杆及杠杆五要素，会画杠杆的力臂，理解杠杆的平衡条件及应用，会判断省力杠杆和费力杠杆； 2.理解定滑轮、动滑轮的特点、实质及其作用，知道滑轮组的作用，会组装滑轮组； 3.了解什么是有用功、额外功和总功，了解影响机械效率的因素； 4.理解什么是机械效率，学会用机械效率的公式进行有关问题的计算，同时结合受力分析解决综合的力学问题。 二、本单元考点分类 考点分类：本单元考点分类见下表 考点内容 考点分析与常见题型 杠杆分类 省力、费力杠杆的判断 杠杆平衡条件 利用杠杆平衡条件进行分析判断 杠杆简单计算 利用杠杆平衡条件进行简单计算 滑轮相关计算 与其他内容结合考查滑轮的应用与计算 机械效率的计算 常见于选择题和填空题，以简单计算为主 杠杆作图 画出动力臂或阻力臂，与其他考题结合 有关机械效率大型计算题 属于压轴题，考查学生的计算能力和对机械效率的理解 对机械效率概念的认识 考查机械效率概念，考查题型是选择题 学科网（北京）股份有限公司1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2024-2025学年八年级物理下册单元知识梳理（沪科版） 第十一章 简单机械 01 思维导图 02 考点速记 【考点1 探究：杠杆平衡的条件 】 一、杠杆 物理学中，这种在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就称为杠杆。杠杆可以是直的硬棒，如撬棒等；也可以是弯的，如羊角锤。 二、杠杆的要素 人们用棒撬动石头时，经常用图 11-2（a）中的方式，这便是利用了杠杆。如图 11-2（b）所示，①杠杆可以绕着转动的固定点O为支点；②使杠杆转动的力 F1为动力；③阻碍杠杆转动的力 F2为阻力；④从支点到动力作用线的距离l1为动力臂；⑤从支点到阻力作用线的距离 l2为阻力臂。 要点： 力臂的画法： （1）明确支点，用O表示 （2）通过力的作用点沿力的方向画一条直线 （3）过支点O作该力的作用线的垂线 （4）用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段，写上相应的字母l1（或l2) 二、杠杆平衡条件 杠杆在动力和阻力的作用下保持静止或匀速转动，我们就说杠杆平衡了。 要点： 1、杠杆的平衡条件是 　　杠杆的平衡条件为：动力×动力臂 = 阻力×阻力臂，即 F1 l1 = F2 l2。 　　注意：这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理。杠杆的平衡不是单独由力或力臂决定的，而是由它们的乘积来决定的。 D I S实验：室用力传感器探究杠杆的平衡条件 按图 11-5 装配实验装置。先调节杠杆水平，在杠杆一侧悬挂钩 码，另一侧连接传感器并使杠杆保 持水平，记录此时杠杆两侧所受作 用力的大小及动力臂和阻力臂。改 变钩码或传感器到杠杆支点的距离， 重复进行实验。分析杠杆平衡时动 力、动力臂和阻力、阻力臂之间的关系，总结杠杆的平衡条件。 三、杠杆的应用 　　根据杠杆的平衡条件，可知杠杆的应用有三种情况。 （1）动力臂大于阻力臂：这种杠杆用较小的动力就可以克服较大的阻力， 由于使用起来省力，常被称为省力杠杆。这类杠杆虽然省力，但会费距离。 （2）动力臂小于阻力臂：这种杠杆要使用比阻力大的动力才能克服阻力， 由于使用起来费力，常被称为费力杠杆。这类杠杆虽然费力，但能省距离。 （3）动力臂等于阻力臂：这种杠杆只要动力与阻力大小相等，就能保持平 衡了。这类杠杆既不省力，也不费力，常被称为等臂杠杆。 　　列表如下： 杠杆种类 构造 特点 应用举例 优点 缺点 省力杠杆 L1＞L2 省力 费距离 钳子、起子 费力杠杆 L1＜L2 省距离 费力 钓鱼杆、理发剪刀 等臂杠杆 L1=L2 改变力的方向 天平、翘翘板 注意：没有既省力、又省距离的杠杆。 【考点2 滑轮及其应用 】 一、生活中的滑轮 生产生活中，有不少大型机械能帮助人类完成 繁重的工作。仔细观察，你会发现这些大型机械通常会用到一种简单机械——滑轮。起重机（图 11-17 ）、 电梯等也都用到滑轮。 二、定滑轮及其特点 1.定滑轮：滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的轮子，当它的轴固定不动时，这种滑轮叫做定滑轮。 2.定滑轮的特点：使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。 3.定滑轮的实质 定滑轮可以看作为一个等臂杠杆，滑轮的轴就是杠杆的支点 O，杠杆的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。即使改变施力方向，动力臂和阻力臂仍然等于滑轮的半径。 三、动滑轮及其特点 1.动滑轮：使用滑轮时，如果滑轮的轴能随物体一起运动，这种滑轮叫做动滑轮。 2.动滑轮的特点：使用动滑轮可以省力，但不改变力的方向，且费距离。 3.动滑轮的实质 如图所示，动滑轮可以看作为一个省力杠杆，O为杠杆的支点，滑轮的轴为阻力的作用点，被提升的物体对滑轮轴的作用力是阻力， 绳子提拉端对滑轮的作用力是动力。若两侧绳子 都沿竖直方向，则阻力臂等于滑轮的半径，动力臂等于滑轮的直径。 4、 滑轮组 1.滑轮组及其特点 使用定滑轮不省力，但能改变力的方向；使用动滑轮能省力，但不能改变力的方向，且需要移动更长的距离。 在许多情况下，仅使用定滑轮或动滑轮不能满足我们的需 求，因此，经常将动滑轮与定滑轮组合起来使用。定滑轮 和动滑轮组合在一起组成的装置叫做滑轮组（图 11-22 ）。 大量实验表明：用滑轮组提起重物时，若忽略滑轮重、 绳重和摩擦，则动滑轮上有几段绳子承担物体的重力，提起物体所用的力就是物体重力大小的几分之一。 2.滑轮组分析： （1）特点：既可省力，又可以改变用力方向。但费距离。 （2）结论：在使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着动滑轮，提起物体所用的力就是总重的几分之一。 如果考虑动滑轮的重力，则有。 3.根据要求组装滑轮组 判断几段绳子的方法： 　　(1) 可用画虚线的方法：只有与动滑轮连接的那段绳子才算进去。 　　(2) 观察绳子的固定端： 　　固定端在定滑轮上，段数是偶数；固定端在动滑轮上，段数是奇数； 　　简称：“奇动偶定”。 　　(3) 连线情况：定→动，箭头向下； 动→定，箭头向上。 【考点3 机械效率 】 一、有用功、额外功、总功 如图 11-29（a）所示，直接用弹簧 测力计将钩码匀速提升一定高度。再借 助一个动滑轮用弹簧测力计将同样的钩 码匀速提升相同高度［图 11-29（b）］。 比较两次拉力所做的功，你发现了什么？ 你能找出其中的原因吗？ 由实验可知，借助动滑轮所用的拉力做的功要多一些。使用机械做功时， 尽管它能给我们带来便利，但是，由于机械本身的自重以及摩擦等因素的影响，需要额外多做一些功。 在图 11-29（a）所示实验中，直接用弹簧测力计提升钩码，其拉力克服钩码的重力做的功为有用功。在图 11-29（b）所示实验中，弹簧测力计的拉力所做的功为总功；在借助动滑轮匀速提升钩码过程中，拉力不仅要做有用功，还须克服滑轮的重力及摩擦力等做功，这部分功为额外功。 从总功中减去额外功，是对我们有用的功，即有用功。因此，动力对机械 所做的功总是大于机械所做的有用功。 要点： 1、总功：使用机械时，拉力（或动力）所做的的功；例如：用桶从井中打水，人在整个提水过程中拉力做的功是总功。总功是有用功与额外功之和，即W有+W额外=W总。 2、额外功：对我们是无用的，但又不得不做的功；如提沙子上楼时对桶、滑轮等做的功就是额外功。 额外功的产生是因为利用机械做功时，除了对工作目的物做功外，还要克服机械本身的摩擦力或重力做功。 3、有用功：从总功中减去额外功，才是对我们有用的功；如提沙子上楼时对沙子做的功就是有用功。 二、机械效率 我们把有用功和总功之比叫做机械效率，符号为η。机械效率通常用百分率表示。 要点： 1、公式为，式中η表示机械效率，它是一个百分数。η的值越大，表明有用功在总功中所占的比例越大，做功的效率越高。 2、η的值总小于100%，由于机械本身的摩擦力或重力不可能为零，所以额外功总是存在的，即有用功总是小于总功。 3、知道增大机械效率的方法： 　　根据公式可知：如果有用功不变，我们可以通过减小额外功来增大机械效率，（例如我们用轻便的塑料桶打水，而不用很重的铁桶打水，就是运用这个道理）；如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。 03 素养提升 【例题1】．使用杠杆能给我们的生活带来便利，如图，下列杠杆属于费力杠杆的是（   ） A．食品夹 B．核桃夹 C．园艺剪 D．羊角锤 【例题2】．如图所示，国旗杆顶部装有一个滑轮，关于该滑轮下列说法正确的是（　　） A．它是一个动滑轮 B．它可以上下移动 C．用它改变力的方向 D．用它改变力的大小 【例题3】．下列关于机械效率的说法正确的是（   ） A．机械效率可以小于1，等于1，也可以大于1 B．做功快的机械，机械效率一定高 C．功率大的机械，机械效率高 D．有用功占总功的比例越大，机械效率越高 【例题4】．如图所示的是研究定滑轮和动滑轮特点的装置图。下列说法正确的是（   ） A．使用定滑轮能够省力 B．使用动滑轮能够省距离 C．使用定滑轮能够改变力的方向 D．使用动滑轮既能省力也能省距离 【例题5】．用下图所示的四种机械提起同一重物，不计机械自重和摩擦，最省力的是（    ） A． B． C．    D． 【例题6】．如图所示，在轻质杠杆上吊一重物G，在一端施加一个始终与杠杆垂直的动力F，使杠杆缓慢地从水平位置OB转至OA，则在转动过程中（　　） A．F变大 B．F先变大后变小 C．F变小 D．F先变小后变大 【例题7】．如图所示，用的力将物体B匀速提升0.5m，做功为3J，若借助滑轮组用的力把物体B匀速提升相同高度，做功为4.5J，下列说法正确的是（　　） A．的大小为1.5N B．的大小为3N C．动滑轮的重力为3N D．滑轮组的机械效率为60% 【例题8】．如图所示，用滑轮组提升物体A，当卷扬机用1000N的力拉钢丝绳，使物体A在10s内匀速上升2m的过程中，所做额外功为600J，不计绳重及摩擦，下列判断正确的是（　　） A．动滑轮的重力为200N B．物体A的重力为2400N C．滑轮组的机械效率为90% D．卷扬机做功的功率为400W 【例题9】．如图所示是一个指甲刀的示意图，它由三个杠杆ABC、OBD和OED组成，且指甲刀剪指甲时，属于省力杠杆的是 ，属于费力杠杆的是 。 【例题10】．如图，分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400N的物体匀速向上提起；已知每个滑轮重20N，忽略绳子的重力以及滑轮轴承的摩擦，图甲中车对绳子的拉力为 N，图乙中人对绳子的拉力为 N，图甲中下方滑轮的作用是 。 【例题11】．如图所示，用大小为的水平拉力通过滑轮组拉动重为的物体。若在时间内使水平向左移动了距离，地面对的摩擦力为，则绳子端点的速度大小是 ；滑轮组所做的有用功是 ，滑轮组的机械效率是 。 举一反三 一、单选题 【强化1】．小满在探究杠杆平衡条件的实验中，当杠杆静止在图甲所示的位置时，他通过调节平衡螺母，使杠杆在水平位置上平衡。接着他又把重为2N的钩码，悬挂在杠杆A点处，并在B点处施加一个竖直向上、大小为1N的拉力F1，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．图甲中的杠杆处于不平衡状态 B．图乙中的杠杆能平衡 C．如图丙所示，若在C点处施加一个方向与杠杆成30°的拉力F2，当杠杆水平静止时，F2＝2N D．以上三种说法都是错误的 【强化2】．如图所示，用两相同的滑轮采用不同的绕绳方法，将同一重物匀速提升相同的高度（不计绳重和摩擦），正确的是（　　） A．两装置中F₁和F₂大小相等 B．甲装置比乙装置所做有用功多 C．两装置绳于自由端移动的距离相等 D．两装置的机械效率相等 【强化3】．如图所示为一滑轮组拉着重300N的物体在水平地面上匀速运动，2s的时间物体运动了1m，已知拉力F=50N，物体受到的摩擦力为120N。下列说法正确的是（　　） A．绳端移动的速度为1m/s B．拉力的功率为75W C．物体克服重力做的功为300J D．该滑轮组的机械效率为50% 二、填空题 【强化4】．如图中的起瓶器，它属于 杠杆（填“省力”或“费力”），A、B两点中 点是支点，开瓶盖时在C点处施加 （选填“向上”或“向下”）的力。 【强化5】．如图装置中，物体A重120N，物体B重12N，在物体B的作用下，物体A在水平面上做匀速直线运动，受到水平面的摩擦力是物体A重的0.2倍，则此装置的效率为 %（结果保留一位小数）。 三、计算题 【强化6】．工人用图示装置在20s内将重为450N的货物匀速提升4m，该滑轮组的机械效率为75%，求： (1)有用功； (2)拉力的功率； (3)若工人用此装置匀速提升其他货物，测得拉力大小为500N，额外功占总功的20%，工人提升货物的重。 【强化7】．如图所示，一个重力为8N，密度为8×103kg/m3的合金块，悬挂在轻质杠杆的A点，O为支点，OA长0.1m，此时合金块浸没在某种液体中。杠杆右边B点吊着重为2N的物体，OB长0.34m，杠杆在水平位置平衡。不计绳重及转轴处摩擦，求： (1)合金块的体积； (2)A端受到绳子的拉力大小； (3)该液体密度为多少？ 四、实验题 【强化8】．如图所示是小明探究“杠杆的平衡条件”的实验装置。 （1）实验前，将杠杆置于支架上，当杠杆静止时，如图甲所示，此时可以把右端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，直至使杠杆在水平位置平衡； （2）如图乙所示杠杆在水平位置平衡时，在杠杆左端B点处挂2个钩码，则应该在杠杆右端A点处挂 个相同的钩码；平衡后将两端的钩码分别向远离支点的位置移动一格，则杠杆将 （选填“保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）； （3）实验中，通过改变钩码的位置或钩码的个数来改变力臂或力的大小进行多次实验，目的是 ； （4）如图丙，小明在实验时分别沿着竖直向下和斜向下两个方向拉弹簧测力计，都能使杠杆在水平位置平衡； ①弹簧测力计由竖直向下变为斜向下时，弹簧测力计的示数将 ，原因是弹簧测力计拉力的力臂 导致的；（均选填“变大”、“变小”或“不变”） ②同组的小华认为，竖直向下拉动测力计操作更方便，原因是 。 （5）实验结束后，小明提出了新的探究问题：“若支点不在杠杆中点时，杠杆的平衡条件是否依然成立”，于是他利用如图丁所示的装置进行探究，发现在杠杆左端不同的位置，用弹簧测力计测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是 。 【强化9】．用如图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表： 实验 钩码重力 钩码上升 拉力 绳子自由端移动 机械效率 次数 G/N 高度 F/N 距离 1 2 5 1 15 66.7% 2 4 5 1.8 15 74.1% 3 4 10 1.8 30 74.1% 4 6 5 2.5 15 (1)请你根据表格信息，在装置图中将滑轮组的绳子的绕法清晰的画出来； (2)第4次实验时所做的总功为 J，滑轮组的机械效率是 ； (3)分析1、2、4次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时， ，滑轮组的机械效率越高；分析2、3次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高度 （选填“有关”或“无关”）； (4)用滑轮组提升重物时，使用 也可提高机械效率。 04 单元小结 1、 本单元学习目标 1.知道什么是杠杆及杠杆五要素，会画杠杆的力臂，理解杠杆的平衡条件及应用，会判断省力杠杆和费力杠杆； 2.理解定滑轮、动滑轮的特点、实质及其作用，知道滑轮组的作用，会组装滑轮组； 3.了解什么是有用功、额外功和总功，了解影响机械效率的因素； 4.理解什么是机械效率，学会用机械效率的公式进行有关问题的计算，同时结合受力分析解决综合的力学问题。 二、本单元考点分类 考点分类：本单元考点分类见下表 考点内容 考点分析与常见题型 杠杆分类 省力、费力杠杆的判断 杠杆平衡条件 利用杠杆平衡条件进行分析判断 杠杆简单计算 利用杠杆平衡条件进行简单计算 滑轮相关计算 与其他内容结合考查滑轮的应用与计算 机械效率的计算 常见于选择题和填空题，以简单计算为主 杠杆作图 画出动力臂或阻力臂，与其他考题结合 有关机械效率大型计算题 属于压轴题，考查学生的计算能力和对机械效率的理解 对机械效率概念的认识 考查机械效率概念，考查题型是选择题 学科网（北京）股份有限公司1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$