板块1 第11讲 机械和功（word教参）-【中考复习指南】2025年湖北新中考物理(北师大版)

第十一讲　机械和功 课标要求：1.杠杆、生活中的杠杆、定滑轮和动滑轮、滑轮组、有用功和额外功。(了解知道)2.杠杆的平衡条件、杠杆示意图、机械效率、功的计算、功率。(理解应用) 考情分析：2024湖北省中考第14题考查定滑轮的特点，第17题考查杠杆作图，第23题第(3)问考查功率相关计算；2024武汉市中考第17题考查杠杆的平衡条件实验的注意事项，平衡条件的计算。 　　　 知识点一　杠杆 1．定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒。 2．图示 3．杠杆五要素 (1)支点：杠杆绕着转动的固定点，用O表示。 (2)动力：使杠杆转动的力，用F1表示。 (3)阻力：阻碍杠杆转动的力，用F2表示。 (4)动力臂：从支点到动力F1作用线的距离，用l1表示。 (5)阻力臂：从支点到阻力F2作用线的距离，用l2表示。 4．平衡条件 (1)定义：杠杆静止或匀速转动。 (2)公式：F1l1＝F2l2。 5．杠杆分类 分类 力臂关系 力的关系 距离关系 实例 省力 l1>l2 F1<F2 省力，但费距离 羊角锤 起子 费力 l1<l2 F1>F2 费力，但省距离 钓鱼竿 船桨 等臂 l1＝l2 F1＝F2 既不省力，也不费力 天平 定滑轮 知识点二　滑轮与滑轮组 定滑轮 动滑轮 滑轮组 示意 图 实质 等臂杠杆 省力杠杆 省力杠杆 特点 不能省力，但是能改变力的方向 能省力， 但是不能改变力的方向 既能省力，又能改变力的方向 力及 移动 距离 关系 理想条件下， F1＝F2， s＝h 理想条件下， F1＝F2， s＝2h 若动滑轮上绳子段数为n，理想条件下， F＝G， s＝nh 知识点三　斜面与轮轴 斜面 轮轴 示意 图 特点 省力，费距离 理想条件下：Fl＝Gh 能够连续转动的杠杆，当动力作用在轮上时省力 应用 螺纹、盘山公路、楼梯 方向盘、水龙头、扳手 知识点四　功 1．两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。 2．三种不做功的情况： (1)不劳无功：物体没有受到力的作用，但由于惯性通过了一段距离，例如足球被踢出后继续在地上运动，但此时踢力对足球不做功。 (2)不动无功：物体受到力的作用，但是保持静止状态，例如举重运动员举着杠铃在空中静止，运动员对杠铃的支持力对杠铃不做功。 (3)劳而无功：物体受到力的作用，但是运动方向与力的方向垂直，例如手推着物体在水平桌面上运动，桌面对物体的支持力不做功。 3．功的计算：功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积，W＝Fs。 4．单位：焦耳，符号J,1J＝1 N·m。 知识点五　功率 1．定义：物理中，把功与时间之比叫做功率。 2．意义：表示物体做功快慢的物理量。 3．公式：P＝。匀速直线运动的功率与牵引力的关系式P＝Fv。由此式可知：功率一定时，如果要增加牵引力，必须减小速度。 4．单位：基本单位瓦特，符号W；常用单位是千瓦，符号kW，两个单位换算关系是1kW＝1_000W,1 W＝1 J/s。 知识点六　机械效率 1．三种功 (1)有用功：我们需要的必须要做的功。用W有表示。 (2)额外功：并非我们需要但又不得不做的功。用W额表示。 (3)总功：有用功和额外功的总和。用W总表示，W总＝W有＋W额。 2．机械效率 (1)定义：有用功与总功的比值，用η表示。 (2)公式：η＝×100%或η＝×100%。 (3)影响因素：机械自重和摩擦。 北师大版八下P93图9—2) ◄课本插图(一) 主旨解说：如图所示的杠杆是省力(选填“省力”或“费力”)杠杆。图中O为支点，F1的力臂为L1，F2的力臂为L2。 北师大版八下P93图9—3 ▲课本插图(二) 主旨解说：如图所示，属于省力杠杆的是乙，属于费力杠杆的是甲。 北师大版八下P106 图9—28 ◄课本插图(三) 主旨解说：如图所示，用了很大的力推车，但车没有移动，此时人推车的力没有(选填“有”或“没有”)做功。 考点一　杠杆 [例1] 用手臂托起重物，从生物学视角可认为是桡骨在肱二头肌的牵引下绕着肘关节转动，如图甲；从物理学视角可以将人的前臂看作一个杠杆，如图乙，肘关节O为支点，肱二头肌对前臂A处的拉力为动力，B处托着的重物对手臂的压力为阻力，它与下列哪种工具正常使用时的杠杆类型相同(A) 　 A．筷子 B.托盘天平 C．羊角锤 D.钢丝钳 方法技巧　　　首先确定支点(固定的点)，再作出力臂判断杠杆的类型。杠杆的平衡条件是F1 l1＝F2 l2，根据l1和l2的大小关系对杠杆进行分类。 [例2] 如图是斜拉桥桥塔部分的示意图，它可以看作杠杆，O 为支点，桥面重力看作阻力，拉索拉住桥面防止它下落。如果保持 A 点不动，只将拉索的 B 端移动到C端，下列说法正确的是(D) A．增加了阻力臂 B.减小了阻力 C．增加了动力 D.增加了动力臂 方法技巧　　首先确定支点(固定的点)，再分别作出力臂并分析力臂大小变化。再根据杠杆平衡条件判断力的变化。 [例3] (2024·荆门模拟)如图是工人师傅使用扳手拧螺丝的情景，工人师傅现需要顺时针拧紧螺丝，请在图中A点画出所用最小力F的示意图及力臂l。 方法技巧　(1)力臂作图时要从支点向力的作用线作垂线。 (2)杠杆最小动力作图时首先画出最长动力臂(支点与最远的动力作用点的连线)，再在动力作用点作力臂的垂线，注意动力的方向。 考点二　滑轮与滑轮组 [例4] (2024·广水模拟)如图甲是某小区安装的垃圾桶“翻盖神器”，图乙是其原理示意图。使用时，人向下拉吊把就能打开垃圾桶桶盖，非常方便、卫生，下列有关说法正确的是(C) 　 A．装置中的滑轮是动滑轮 B．装置中的滑轮起到了省力的作用 C．绳子拉起桶盖时，桶盖可视为省力杠杆 D．使用这个装置打开垃圾桶盖时，克服垃圾桶盖的重力做的功是额外功 [例5] (2024·十堰模拟)如图所示，工人借助滑轮组将一重540N的物料匀速提升4m，动滑轮重60N，不计绳重和摩擦，则拉力F为200N，有用功为2160J，滑轮组的机械效率为90%。 考点三　功 [例6] (2024·江西)如图所示，物块在大小为F的拉力作用下，在时间t内沿拉力方向移动的距离为s，则此过程中拉力对物块做的功为Fs，功率为。(均用题中所给字母表示) [例7] 在某届机器人与人工智能国际会议中，图甲为某款静止在水平地面上的智能机器人，重力为400N。它在某次引领接待工作中，沿水平直线匀速运动，受到的水平阻力为机器人自重的0.02倍，运动路程s随时间t变化的图像如图乙所示。则： 　 (1)静止时，地面对智能机器人的支持力大小； (2)在0～4s内，动力对机器人做的功。 解：(1)静止时，智能机器人处于平衡状态，地面对智能机器人的支持力与机器人所受重力为一对平衡力，则支持力大小等于重力大小，即支持力 F支＝G＝400N (2)由图像可知，在0～4s内，机器人做匀速直线运动，机器人处于平衡状态，动力与阻力为一对平衡力，则动力大小等于阻力大小，即动力 F＝f＝0.02G＝0.02×400N＝8N 由图像可知，在0～4s内，机器人的运动路程为2m，动力对机器人做的功 W＝Fs＝8N×2m＝16J 考点四　功率 [例8] 物体A重5 N，如图甲，A在水平拉力F1作用下，在水平面从M点匀速直线运动到N点用时3s；如图乙，在A上放置一个砝码，A在水平拉力F2作用下，在另一水平面从P点匀速直线运动到Q点用时2s。 　 (1)在MN、PQ段，A的速度分别为v1、v2，A所受摩擦力分别为f1、f2，则v1＜v2，f1＞f2。(均选填“＞”“＝”或“＜”) (2)A从M点运动到N点，F1做的功为0.3J、功率为0.1W，A的重力做的功为0J。 [例9] 如图甲所示，放在水平地面上的物体在水平推力F的作用下做直线运动。当水平推力为F1时，物体运动的路程与时间关系如图乙所示；当水平推力为F2时，物体运动的速度与时间关系如图丙所示，则F1＝F2。若两次推力的功率分别为P1、P2，则P1＜P2。(均选填“>”“＝”或“<”) 　　 方法技巧　功率计算可以使用P＝或P＝Fv，利用P＝Fv进行计算时速度单位必须是m/s。 考点五　机械效率 [例10] (2024·齐齐哈尔)如图所示，小宇用动滑轮把重400N的物体匀速提升了3m，作用在绳子自由端的拉力F为250N，方向竖直向上。不计绳重和摩擦，则下列选项正确的是(D) A．绳子自由端移动的距离为3m B．动滑轮受到的重力为150N C．拉力F做的功为1200J D．该动滑轮的机械效率为80% 方法技巧　(1)辨别动滑轮承担物重绳子段数： 　 方法技巧　(2)滑轮组机械效率的公式推导：计算式η＝×100%＝×100%＝×100%，η＝×100%＝×100%＝×100%(不计绳重和摩擦)。 [例11] (2024·江苏)某起重机的滑轮组结构示意如图所示，其最大载重为5t。起重机将3600kg的钢板匀速提升到10m高的桥墩上，滑轮组的机械效率为80%。不计钢丝绳的重力和摩擦，g取10N/kg。求： (1)克服钢板重力做的功W有用； (2)钢丝绳的拉力F； (3)滑轮组满载时的机械效率(保留一位小数)。 解：(1)克服钢板重力做的功为 W有用＝Gh＝mgh＝3600kg×10N/kg×10m＝3.6×105J (2)起重机的滑轮组做的总功为 W总＝＝＝4.5×105J 由图可知，有四段绳子承重，则钢丝绳的拉力为F＝＝＝＝1.125×104N (3)起重机的滑轮组做的额外功为 W额外＝W总－W有用＝4.5×105J－3.6×105J＝9×104J 动滑轮的重力为 G动＝＝＝9×103N 滑轮组满载时的机械效率为 η最大＝＝＝×100%≈84.7% 实验一　探究杠杆的平衡条件 【实验方案与证据】 1．实验装置图(如图甲) 2．实验器材：带刻度的杠杆、支架、钩码、弹簧测力计。 3．实验操作要点 (1)实验前应调节杠杆在水平位置平衡，这样做的目的是方便直接读出力臂；若出现如图乙所示的情况，应将平衡螺母向右调节。 (2)实验时应使支点处于杠杆的中央，目的是避免杠杆自重对实验结果产生影响。 【结论与解释】 4．实验结论 杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂。 【交流与反思】 5．如图丙所示，调节杠杆水平平衡后，在A点挂2个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂4个钩码；杠杆平衡后，在杠杆的两端同时再加一个钩码，此时杠杆左端将下沉。 [例1] “权衡”一词，在古代分别指秤砣和秤杆，现代多表示事物在动态中维持平衡的状态。在学习杠杆相关知识后，“飞天”兴趣小组尝试做了简易杆秤并进行了以下探究： 活动一：了解杆秤的构造及物理原理： 如图甲所示，杆秤由秤盘(放置待称量的物体)、秤砣、秤杆(标有刻度，可读取被称物体质量)、提纽组成； (1)参照图乙，图甲中提纽相当于杠杆的支点，结合“秤砣虽小压千斤”这句话，此时杆秤相当于省力杠杆。 活动二：自制简易杆秤： 该兴趣小组自制杆秤如图甲所示。其中：秤砣质量为200g，A点为秤盘挂绳位置，B点为提纽挂绳位置，C点为0刻度线位置； (2)由图甲可知，利用该杆秤最多可称量1000g的物体，D点处的刻度数为400g。 (3)忽略秤杆自身重量对杆秤平衡的影响，用m1表示秤砣质量，m2表示物体和秤盘质量，l1表示B、C之间的距离，l2表示A、B之间的距离。根据杠杆平衡条件，当秤砣在C点处平衡时，将满足m1l1＝m2l2(用上述物理量表示)，由此可得，秤盘的质量为160g。 (4)若想测量质量更大的物体，你可采取的办法是增加秤砣的质量(只写一条即可)。 实验二　测量滑轮组的机械效率 【实验方案与证据】 1．实验装置图 2．实验原理：η＝×100%。 3．实验主要器材：滑轮组、钩码、刻度尺、弹簧测力计。 4．实验操作要点 (1)用弹簧测力计先测出被提升钩码的重力G。 (2)沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高，读出弹簧测力计的示数F。 【结论与解释】 5．实验结论 (1)提升同一重物时，滑轮组中动滑轮越重，机械效率越小。 (2)使用同一滑轮组提升重物时，重物越重，机械效率越大。 (3)同一滑轮组机械效率的大小与绕线方式和提升重物的高度无关。 【交流与反思】 6．实验方案存在的不足 (1)不容易保持弹簧测力计做匀速直线运动，弹簧测力计的示数不稳定。 (2)弹簧测力计在运动中读数不方便，误差较大。 7．影响滑轮组机械效率的其他因素(绳与滑轮间的摩擦，滑轮与轴之间的摩擦、绳子的重力等)。 [例2]如图所示，在“测量滑轮组机械效率”的实验中，利用图2甲、乙、丙三个实验装置进行实验，测得的实验数据如表。(钩码规格相同、动滑轮个数越多重力越大) 　 实验 次数 钩码重 力G/N 提升高 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 0.3 2 8 0.1 3.2 0.3 83.3% 3 8 0.1 2.0 0.5 80.0% (1)在实验中，应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计。 (2)第一次实验中，如图1所示，弹簧测力计的示数是1.8N，机械效率是74.1%(精确到0.1%)。 (3)由1、2两次实验数据可得出结论：使用同一滑轮组，物重越大，机械效率越高。 (4)由2、3两次实验数据可得出结论：使用不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重，机械效率越低。 (5)在第三次实验操作的基础上，如图2丁所示改变绳端拉力方向，测得的滑轮组机械效率将偏低(选填“偏高”“偏低”或“不变”)。 1．(2024·河南)如图，甲、乙两人用不同的装置，在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台，不计绳重及滑轮的摩擦。下列说法正确的是(C) A．甲做的有用功多 B．乙做的总功多 C．甲做总功的功率大 D．乙所用装置的机械效率小 2．(2024·襄阳模拟)如图，用一个始终水平向右的力F把杠杆OA从图示位置缓慢拉至水平的过程中，力F的大小将(A) A．变大 B.不变 C．变小 D.先变小，后变大 3.如图所示，小丽和爷爷同时从一楼出发，爬到约10m高的四楼，已知小丽用时50s，爷爷用时60s，小丽的体重比爷爷的体重小，下列说法正确的是(B) A．爬到四楼时，小丽做了约500J的功 B．小丽爬楼做功的功率约为100W C．如图所示的时刻计时停止，此过程爷爷做功的功率大 D．全程中爷爷爬楼用时多，做功功率小 4. 如图甲所示，用核桃钳夹核桃时，用力握紧手柄即可夹碎核桃。将上部的手柄ABC简化为如图乙所示的杠杆，若F1＝20N，l1＝10cm，l2＝4cm，忽略杠杆自身的重力，则F2的大小为50N。 　 5. 如图甲，质量不计的晾晒架钩在支撑物上，挂上衣服后，晾晒架可看成以O为支点的杠杆，图乙是其简化图，晾晒架上A、B、C、D四点在同一水平线上。 　 (1)B、C、D是挂衣处，同一件衣服挂在B时，A点受到的支持力最小，请说明理由：阻力臂最短，若衣服重为3.6N，则此支持力最小值为4N； (2)请在图乙中：①画出B点受到衣服的拉力F，②画出拉力F的力臂l。 6．(2024·汉川调考)小明利用铁架台、杠杆、钩码和弹簧测力计等器材探究杠杆的平衡条件，实验使用的钩码质量均相等，杠杆上每格长度均相等。 (1)当杠杆静止时如图甲所示，为了方便测量力臂，需要调节杠杆在水平位置平衡，应当将杠杆的平衡螺母向右(选填“右”或“左”)调节。 (2)在杠杆两侧挂上钩码，设右侧钩码对杠杆施的力为动力F1，左侧钩码对杠杆施的力为阻力F2，测出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2；多次换用不同数量的钩码，并改变钩码在杠杆上的位置，使杠杆在水平位置平衡，得到实验数据如下表： 次数 动力F1/N 动力臂 l1/cm 阻力F2/N 阻力臂 l2/cm 1 0.5 20.0 1.0 10.0 2 1.0 15.0 1.5 10.0 3 1.5 10.0 0.5 30.0 … 分析表中的数据，得到杠杆的平衡条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂。 (3)本次探究经过多次实验的目的是B。 A．减小实验误差　 B.寻找普遍规律 (4)如图乙所示，将A、B位置的钩码个数都减少一个，杠杆将会右端下沉(选填“仍然平衡”“左端下沉”或“右端下沉”)。 (5)如图丙所示，用弹簧测力计先后在a、b位置拉杠杆上同一点C，杠杆都在水平位置平衡，弹簧测力计在a位置竖直向上的拉力为Fa，在b位置斜向上的拉力为Fb，则Fa小于(选填“大于”“等于”或“小于”)Fb。 7. 2024年2月20日，临沂迎来强降雪。环卫部门以雪为令，迅速启用除雪车全力除雪以保障道路畅通。图甲是一辆除雪车正在水平路面上除雪的场景，该车10min内的运动图像如图乙所示。若该除雪车的总质量为6t，除雪过程中所受水平阻力为6×103N，车轮与地面的总接触面积为0.4m2，g取10N/kg，求该除雪车： 　 (1)对水平地面的压强； (2)10min内通过的路程； (3)10min内牵引力所做的功。 解：(1)除雪车对水平地面的压力 F压＝G＝mg＝6×103kg×10N/kg＝6×104N 除雪车对水平地面的压强 p＝＝＝1.5×105Pa (2)由图乙知，0～6min是除雪前的情况，其速度为4m/s,6～10min为除雪后的情况，其速度为5m/s。除雪车前6min内通过的路程 s1＝v1t1＝4m/s×6×60s＝1440m 除雪车后4min内通过的路程 s2＝v2t2＝5m/s×4×60s＝1200m 除雪车10min内通过的路程 s＝s1＋s2＝1440m＋1200m＝2640m (3)除雪过程，车做匀速直线运动，所受的牵引力等于所受的水平阻力，除雪车10min内牵引力所做的功 W＝Fs＝fs＝6×103N×2640m＝1.584×107J 学科网（北京）股份有限公司 $$