11.5 改变世界的机械（举一反三讲义）物理教科版八年级下册

本初中物理讲义聚焦轮轴和斜面这两个核心知识点，在杠杆、滑轮基础上延伸，构建完整的简单机械知识体系。通过思维导图梳理框架，知识梳理细化轮轴实质、原理及斜面机械效率，辅以典例与变式题搭建学习支架。 资料以科学思维中的模型建构（如轮轴视为转动杠杆）和科学探究（斜面机械效率实验数据记录）为特色，通过生活实例（方向盘、盘山公路）强化物理观念。课中助力教师系统授课，课后巩固训练可帮助学生查漏补缺，提升解决实际问题能力。

第5节 改变世界的机械 目录 【思维导图】 1 【知识梳理】 1 知识点1：常见的简单机械 1 知识点2：斜面 5 【巩固训练】 10 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：常见的简单机械 除了杠杆和滑轮，简单机械家族中还有轮轴、斜面、螺旋等。 1. 轮轴 轮轴由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。 轮轴的实质：轮轴可看作是一个可以连续转动的不等臂杠杆如图所示，轮轴作为杠杆的支点在轴心O，轮半径R是动力臂，轴半径r是阻力臂。 2. 轮轴的原理 轮轴原理 FR = Gr 动力作用在轮上，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。 动力作用在轴上，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。 轮轴实质可看成是一个可以连续转动的杠杆。 轮轴的主要功能：一是改变力的大小 ，二是改变物体的运动速度， 轮轴将直线运动和圆周运动互相联系起来，实现了二者的相互转化。 注意：轮轴使用时，当轮半径是轴半径的n倍时，在不计摩擦情况下，作用在轮上的力的大小为作用在轴上的力的大小的 n 分之一。 3. 生活中轮轴的应用 【典例1】如下图所示的器械中，不是轮轴的是（　　） A．方向盘 B． 羊角锤 C． 门把手 D．螺丝刀 【答案】B 【详解】方向盘、门把手和螺丝刀都是由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的，是轮轴，而羊角锤是省力杠杆，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【典例2】《齐民要术》中记载：“井浅用桔槔，井深用辘轳”。如图所示，辘轳是一个 （填简单机械名称），相当于 （选填“省力”或“费力”）杠杆；将桶中的水尽量装满一些， （选填“能”或“不能”）提高该装置的机械效率。 【答案】 轮轴 省力 能 【详解】[1][2]辘轳是一种轮轴，因为轮（大轮）的半径大于轴（小轮）的半径，所以辘轳相当于省力杠杆。 [3]使用该机械是为了提水，因此对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功，将桶中的水尽量装满一些，可以增大所做的有用功，而桶的重力不变，额外功不变，故将桶中的水尽量装满一些能提高装置的机械效率。 【变式1】如图甲所示是用于松紧内六角螺丝的扳手，，该工具使用时是一个 （选填“滑轮”“轮轴”），图 （选填“乙”“丙”）中的方法可以更轻松地拧动螺丝，因为这种方法对应的 大。 【答案】 轮轴 乙 动力臂 【详解】[1]轮轴是由轮和轴组成，能绕共同轴线旋转的机械；滑轮是可以绕着中心轴旋转的圆轮。用于松紧内六角螺丝的扳手，使用时以螺丝的中心为轴转动，符合轮轴的特征。 [2][3]轮轴的本质是杠杆，扳手使用时，动力施加在轮上；在阻力与阻力臂一定时，动力臂越大，动力越小。图乙中，动力作用在A点，动力臂为AB的长度；图丙中，动力作用在C点，动力臂为BC的长度，由于动力臂为AB大于动力臂为BC，由杠杆平衡条件知，使用乙方法更省力，所以图乙中的方法可以更轻松地拧动螺丝。 【变式2】如图甲，方向盘相当于一个 ，若F1＝20N，轮盘的半径为20cm，轴的半径为2cm，不计摩擦阻力，该轮轴平衡时F2＝ N。如图乙，门锁的把手相当于一个 （省力/费力）机械。 【答案】 轮轴 200 省力 【详解】[1]方向盘由轮和轴组成，能绕共同轴线旋转，所以方向盘相当于一个轮轴。 [2]已知，轮盘的半径，轴的半径。 根据轮轴实质是杠杆变形，利用杠杆平衡条件，即 将已知数值代入公式可得 解得。 [3]门锁的把手，外轮半径大于轴半径，动力作用在轮上。根据轮轴原理，当动力作用在轮上时，利用杠杆平衡条件，即，可得，因为，所以，也就是用较小的动力就能克服较大的阻力，所以门锁的把手相当于一个省力机械。 【变式3】如图甲是一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成，可视为杠杆，为方便提水，它是按照 （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，图丙是它的简化图，设大轮与小轮的半径比为3：1，水桶受到的总重力为90N，若要使辘轳静止在图乙所示位置，则作用在A点最小的力应为 N。（不计井绳的粗细和自重） 【答案】 省力 30 【详解】[1]辘轳其实是一个变形的杠杆，支点在轴心处，动力作用在轮上，阻力作用在轴上，所以其动力臂大于阻力臂，故辘轳可以看作省力杠杆。 [2]图乙中，两个轮都绕着O点转动，O点为支点。由题意知，动力臂与阻力臂的比为，水桶的总重力为阻力，据杠杆的平衡条件有 知识点2：斜面 1. 斜面：是与水平面成一定夹角的倾斜平面，是一个费了距离但能省力的简单机械。 2. 斜面省力的原因： 利用斜面这个机械所做的功是：FL 不利用机械直接把物体抬高h，所做的功：Gh 根据功的原理，如果不计物体与斜面之间的摩擦：FL = Gh 因 L＞h，所以 F＜G 即，利用斜面可省力，但要费距离。 3. 斜面的机械效率 额外功：克服斜面与物体之间的摩擦力所做的功 总功： 有用功： 斜面的机械效率：100%= 4.生活中常见的斜面 特殊的斜面——螺旋 (1)定义：螺旋可以看成绕在圆柱上的斜面， 例如：如图所示，把三角形的纸片绕在圆柱上，就把斜面变成了螺旋。 可以将旋转运动与沿轴向的运动进行互相转化，螺旋的实质是斜面的变形，因此可以省力但费距离，是省力机械。 生活中常见的螺旋： 【典例1】湘西自治州矮寨公路被修成环绕山坡的盘山公路，这样车辆向上行驶时可以（　　） A．省力 B．省距离 C．省时间 D．省能量 【答案】A 【详解】公路被修成环绕山坡的盘山公路，盘山公路是一种斜面，根据功的原理可得，增大斜面的长度来减小车辆向上行驶时的牵引力，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【典例2】工人把一块长的木板搭在高的车尾（衔接部分忽略不计），把重的木箱从底端匀速推到车厢，如图所示，所施加推力为，下列说法错误的是（　　） A．使用斜面的目的是为了省力 B．工人做有用功为 C．斜面的机械效率为 D．使用斜面的目的是为了省功 【答案】D 【详解】A．使用斜面的目的是为了省力，但费距离，故A正确，不符合题意； B．工人做的有用功 故B正确，不符合题意； C．推力做的总功 斜面的机械效率 故C正确，不符合题意； D．由功的原理可知，使用任何机械都不省功，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式1】在生产生活中，人们常用的简单机械除了杠杆、滑轮，还有轮轴和斜面。如图所示，盘山公路就相当于一个 。如图汽车在盘山公路上行驶上陡坡时，司机常要换用低速挡，这样做是在发动机输出功率一定时，增大爬坡时的 。 【答案】 斜面 牵引力 【详解】[1]在高度一定的情况下，盘山公路增加了路面的长度，盘山公路实际上是简单机械中的斜面，使用斜面可以省力。 [2]由可知，在发动机的输出功率一定时，换用低速挡降低行驶速度可以增大牵引力。 【变式2】一木箱重300N，工人用沿斜面向上的拉力F将木箱匀速拉到高处，如图甲所示，已知整个过程中拉力 F做的功W与木箱沿斜面运动距离s的关系如图乙所示，整个过程的额外功是240J，下列说法正确的是（    ） A．使用斜面既能省力，又能省功 B．斜面的机械效率为40% C．木箱被提升的高度为1.2m D．木箱所受的摩擦力为60N 【答案】C 【详解】A．使用斜面时，虽然可以省力，但由于摩擦力的存在，会多做额外功，因此使用斜面不能省功，故A错误； B．因为W总=W有用+W额，所以拉力做的有用功 W有用=W总-W额=600J-240J=360J 斜面的机械效率 故B错误； C．由W有用=Gh得木箱被提升的高度 故C正确； D．拉力做的额外功大小等于克服木箱受摩擦力做的功，由W额=fs得木箱受摩擦力大小为 故D错误。 故选C。 【变式3】如图所示是某一科学小组探究“斜面的机械效率”实验装置及实验数据记录表： 斜面倾斜程度 物块重G（N） 斜面高h（m） 沿斜面拉力F（N） 斜面长s（m） 机械效率η 较缓 10 0.1 5.0 1 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 最陡 10 0.5 8.0 1 62.5% (1)沿斜面拉动物块时，使物块做匀速直线运动，此时的绳子对物块的拉力和斜面对物块的摩擦力 （选填“是”或“不是”）平衡力。 (2)比较表中的数据，可知斜面是一种 （选填“省力”或“费力”）的简单机械。 (3)计算当斜面较缓时的机械效率为 %（结果精确到1%），由实验可得初步结论：斜面粗糙程度相同时， 越大，机械效率越大。 【答案】(1)不是 (2)省力 (3) 20 倾斜程度 【详解】（1）沿斜面拉动物块时，使物块做匀速直线运动，此时绳子对物块的拉力不仅要克服摩擦力，还要克服物块重力沿斜面的分力，所以绳子对物块的拉力和斜面对物块的摩擦力不是平衡力。 （2）比较表中的数据，物块重G =10N，而沿斜面的拉力F都小于10N，所以斜面是一种省力的简单机械。 （3）[1]根据表中数据可知，当斜面较缓时的机械效率 [2]由实验数据可知，斜面粗糙程度相同时，斜面倾斜程度越大，机械效率越大。 【巩固训练】 1．拧螺丝时，你觉得用到了哪种简单机械（　　） A．斜面 B．轮轴 C．杠杆 D．滑轮 【答案】B 【详解】轮子和轴固定在一起转动的机械，叫做轮轴。螺丝刀是轮轴类工具，它的刀柄是轮，刀杆是轴；在轴相同的情况下，轮轴上的轮越大越省力，拧螺丝时用到了轮轴。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 2．如图所示的简单机械，不属于斜面应用的是（　　） A．盘山公路 B．螺丝钉 C．钳子 D．楔子 【答案】C 【详解】ABD．斜面是一种倾斜的平面，人们能够利用它用较小的力将物体从低处提升至高处，盘山公路、螺丝钉和楔子都是应用斜面原理来省力的，故ABD不符合题意； C．钢丝钳是能绕着固定点转动的硬棒，是杠杆，不是斜面，在使用时，动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故C符合题意。 故选C。 3．如图所示，四种简单机械将同一 物体从低处匀速搬到高处，在不计机械自重及摩擦的情况下，属于费力机械的是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由题知，不计摩擦和机械自重， A．使用定滑轮，动力臂等于阻力臂，所以，故A不符合题意； B．使用题中的轮轴，因为 所以 由图可知：大于，所以，故B符合题意； C．根据功的原理，使用任何机械都不省功，所以 则 故C不符合题意； D．使用动滑轮，动力臂等于2倍阻力臂，所以 故D不符合题意。 故选B。 4．如图是东坡井口木制辘轳结构及侧面图。人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轮轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。以下分析正确的（    ） A．辘轳是定滑轮的应用，可改变力的方向 B．辘轳是动滑轮的应用，可省力 C．辘轳属于轮轴结构，轮半径越大越省力 D．提高机械效率的关键是增大提水桶上升的速度 【答案】C 【详解】A．定滑轮的轴是固定不动的，不随物体一起运动。而辘轳在工作时，轮和轴一起转动，不是定滑轮，故A错误； B．动滑轮是轴随物体一起运动的滑轮。辘轳的轮和轴是一起转动的，并非动滑轮，故B错误； C．辘轳由轮和轴组成，属于轮轴结构。根据轮轴的原理， F1R=F2 r （ F1 是作用在轮上的力， R 是轮半径，F2是作用在轴上的力， r 是轴半径），在阻力和轴半径一定时，轮半径 R 越大，所需的动力F1越小，也就越省力，故 C 正确； D．提高机械效率的关键是增大有用功在总功中的比例，比如减小额外功，如减小摩擦力、减轻机械自身重量等，而不是增大提水桶上升的速度，故D错误。 故选 C。 5．如图所示，分别用三个大小相同、方向分别沿A、B、C三个斜面的力将同一物体推上同一高度，则（　　） A．三个斜面的机械效率相同，所做有用功一样多 B．斜面的机械效率最高，所做有用功一样多 C．斜面B的机械效率最高，所做有用功一样多 D．斜面C的机械效率最高，所做有用功一样多 【答案】D 【详解】由图可知，分别用三个大小相同方向、分别沿A、B、C三个斜面的力将同一物体推上同一高度，根据可知，所做的有用功是相同的，再根据W=Fs可知，在拉力是相同的情况下，由于C斜面最短，所以W总C最小，最后根据可知，其机械效率最高。 故选。 6．如图所示，手用F1的力直接将物体A匀速提升h，F1做功为W1，功率为P1；若在相同时间内借助斜面把A用力F2匀速提升相同高度h，F2做功为W2，功率为P2，斜面的机械效率是80%，则（　　） A．W1＞W2 B．W1＝W2 C．P1＞P2 D．P1＜P2 【答案】D 【详解】AB．手用F1的力直接将物体A匀速提升h，F1做的功 W1＝Gh 借助斜面把A用力F2匀速提升相同高度h时，F2做的有用功 W有＝Gh 由可得，F2所做的功（总功） 所以W1＜W2，故AB错误； CD．又因F1和F2做功的时间相等，所以由可知，二力做功的功率关系为P1＜P2，故C错误，D正确。 故选D。 7．如图所示，小伟同学通过斜面用平行于斜面F＝200N的推力，将质量为30kg的物体在4s时间内匀速推到1m高的平台上，斜面长s＝2m。（g取10N/kg）则（　　） A．斜面对物体的支持力做了功 B．在高度h相同时，斜面s越长越费力 C．推力F对物体做功的功率为50W D．斜面对物体的摩擦力为50N 【答案】D 【详解】A．物体沿斜面匀速上升，所受支持力垂直斜面向上，而物体的移动方向与支持力方向垂直，故斜面对物体的支持力不做功，故A不符合题意； B．在斜面高度不变时，斜面越长说明斜面的倾斜程度越缓，斜面就越省力，故B不符合题意； C．推力F对物体做的功为 推力F对物体做功的功率为 故C不符合题意； D．克服物体重力做的有用功 克服物体所受摩擦力做的额外功 斜面对物体的摩擦力为 故D符合题意。 故选D。 8．如图所示，重为G的物体在沿斜面向上的拉力F作用下，从斜面的底部移到顶部，设物体沿斜面移动的距离为s，升高的高度为h，需要的时间为t，受到的摩擦力为f。下列说法中正确的是（　　） A．斜面是一种费力机械 B．拉力F做功的功率为 C．斜面的机械效率为 D．拉力F做的功为Gh+Fs 【答案】B 【详解】A．使用斜面能够省力，所以斜面是一种省力机械，故A错误； B．拉力F做的功为 W总＝W有+W额＝Gh+fs 拉力F的功率为 故B正确； C．斜面的机械效率为 故C错误； D．拉力F做的功为W总＝Fs，或 W总＝Gh+fs 故D错误。 故选B。 9．质量为m的同一物体，先用滑轮组（如图甲）匀速提升，后沿斜面（如图乙）匀速拉升，两次物体提升高度均为h，两次拉力大小均为0.8mg，斜面长AB＝2h，则两次提升物体的机械效率（　　） A．η甲＞η乙 B．η甲＜η乙 C．η甲＝η乙 D．条件不足无法判断 【答案】C 【详解】两次提升物体时，提升物体的高度相同，根据可知，有用功相同；由图可知，提升物体绳子的条数为 则自由端移动的距离 物体在斜面通过的距离为 根据可知，拉力做的总功相同，由可知，两次提升物体的机械效率相等，即 故选C。 10．如图甲所示，工人用推力F将重为1000N的箱子沿斜面推至水平车厢中，斜面长3m、高1.5m，F始终与箱子运动方向相同。箱子运动路程随时间变化关系如图乙所示，推力F随时间变化关系如图丙所示。下列分析正确的是（　　） A．内，箱子做加速运动 B．内，箱子所受摩擦力为100N C．内，推力F的功率为160W D．内，箱子所受摩擦力为100N 【答案】B 【详解】A．前10s，箱子的s—t图像是一条过原点的直线，所以箱子做匀速运动，故A错误； B．由丙图可知，箱子受到的推力为600N，前0~10s通过的路程为3m，推力做的总功为W总=Fs=600N×3m=1800J 克服箱子重力做的有用功为W有用=Gh=1000N×1.5m=1500J 克服箱子受摩擦力做的额外功为W额=W总-W有用=1800J-1500J=300J 箱子受摩擦力为，故B正确； CD．10~20s内，由图乙可知，箱子的s—t图像是一条直线，说明箱子在水平车厢内做匀速运动，处于平衡状态，受到的推力、摩擦力是一对平衡力，由图丙可知此时推力F'=200N，箱子受到的摩擦力f′=F'=200N 箱子在水平车厢中移动的距离为s'=8m-3m=5m 所用时间t=20s-10s=10s 推力做的功为W=F's'=200N×5m=1000J 推力的功率为 故CD错误。 故选B。 11．将下图所示的钥匙插入锁孔转动开锁时，钥匙就相当于一个 （选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），属于 （选填“省力”或“费力”）机械。 【答案】 轮轴 省力 【详解】[1][2]钥匙在使用时绕中心轴转动，所以属于轮轴，轮轴是杠杆的一种变形；其轮半径和轴半径分别为动力臂和阻力臂，因为动力臂大于阻力臂，所以轮轴是一种省力杠杆。 12．如图甲是用来提升重物的轮轴，它是一种变形杠杆，图乙是它的杠杆示意图。若图乙中，被提升的重物重为，轮轴的机械效率为，则作用在A点的动力为 。 【答案】100 【详解】如图，轮轴的动力臂为阻力臂的4倍，因此绳端移动的距离是物体移动距离的4倍，即，轮轴的机械效率为 解得，作用在A点的动力为 13．如图所示，AC>BC，在相同时间内把同一物体分别沿斜面AC、BC匀速推上顶端，推力分别为F1、F2，功率分别为P1、P2，推力做功为W1、W2，在不考虑摩擦的情况下：F1 F2，P1 P2，W1 W2（均选填“>”“<”或“=”）。 【答案】 < = = 【详解】[1]由题意可知，AC>BC，斜面AC倾斜角度小于BC，，所以物体沿AC运动时拉力较小，即F1<F2。 [3]不计摩擦，使用光滑的斜面没有额外功，拉力在两斜面上做功相同，等于克服物体重力所做的功，即W1=W2。 [2]拉力做功相同，所用时间相同，根据可知，拉力做功的功率相同，即P1=P2。 14．有一斜面长s＝5m，高h＝2m，用弹簧测力计把一物块沿斜面从底部匀速拉到顶部，弹簧测力计的示数如图所示。若该斜面的机械效率为80%，则物体的重力为 N，物体受到斜面的摩擦力为 N，使用斜面可以 （选填“省力”或“省功”）。 【答案】 7.2 0.72 省力 【详解】[1]由图知，弹簧测力计示数为3.6N，根据 可得，物体的重力 [2]有用功为 W有＝Gh＝7.2N×2m＝14.4J 总功为 W总＝Fs＝3.6N×5m＝18J 克服物体与斜面间的摩擦做的额外功 W额＝W总﹣W有＝18J﹣14.4J＝3.6J 由W额＝fs可得，物体受到斜面的摩擦力 [3]因为F＜G，所以使用斜面能省力；因为W总＞W额，所以使用斜面不能省功。 15．某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”实验（如图所示）时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉物块，收集了下表中的实验数据； 实验次数 斜坡的倾斜程度 物块重力G/N 斜面高度 h/m 拉力 F/N 斜面长度s/m 机械效率η 1 较缓 5 0.2 2.4 1 41.7% 2 较陡 5 0.5 3.2 1 78.1% 3 最陡 5 0.7 4.3 1 81.4% (1)分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓越 （填“省”或“费”）力；斜面越陡，机械效率越 （填“高”或“低”）。 (2)该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.5m和1m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5N，把第4次与第 次测量结果相比较，还能得出：在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 (3)用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力 （填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。 (4)斜面在生产和生活中应用十分广泛，请你举出一个生产或生活中利用斜面的实例。举例： 。 【答案】(1) 省 高 (2)2 (3)大于 (4)盘山公路 【详解】（1）[1]分析表中的数据可看出，在其它条件一定时，提升相同重物，斜面越缓拉力越小，所以可得出：在其它条件一定时，斜面越缓越省力。 [2]从表中的数据可知，从上往下，斜面越来越陡，机械效率越来越高，所以可得出：在其它条件一定时，斜面越陡，机械效率越高。 （2）第4次实验中斜面的机械效率为 研究斜面的机械效率与斜面粗糙程度的关系，要控制其它因素相同，第2次实验中，物重、斜面长和斜面高均与第4次实验相同，故可知把第4次与第2次测量结果相比较，第4次实验中斜面较粗糙，机械效率较低，还能得出：在其它条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 （3）当用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物体受力平衡，在沿斜面方向，物体除了受到平行于斜面向上的拉力、平行于斜面向下的摩擦力外，还受到重力平行于斜面向下的分力，所以，物块所受的拉力大于物块所受的摩擦力。 （4）盘山公路，螺丝钉的螺纹等，应用了斜面工作原理。 16．货车司机利用斜面将一个质量为40kg的物体匀速拉到车厢上，用时16s，沿斜面向上的拉力，拉动的距离，提升高度，。求： (1)物体受到的重力大小； (2)匀速拉动物体的过程中，拉力的功率； (3)斜面的机械效率。 【答案】(1)400N (2)25W (3)50％ 【详解】（1）物体受到的重力大小为 （2）拉力做的总功 拉力的功率 （3）有用功 斜面机械效率 17．为了省力，装修工人用如图所示的斜面装置向二楼运送装饰材料。已知该斜面长为8m，高为4m，且固定不动。运送材料时，工人用100N的力拉绳子，将装饰材料在20s内沿斜面由底端拉到顶端。求： (1)工人拉力做的功； (2)若该装置的机械效率为80%，则装饰材料的重力。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）图中连接动滑轮绳子的股数是2股，则绳末端移动的距离为 工人拉力做的功为 （2）该装置的机械效率为80%，做的有用功为 则装饰材料的重力为 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 改变世界的机械 目录 【思维导图】 1 【知识梳理】 1 知识点1：常见的简单机械 1 知识点2：斜面 4 【巩固训练】 7 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：常见的简单机械 除了杠杆和滑轮，简单机械家族中还有轮轴、斜面、螺旋等。 1. 轮轴 轮轴由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。 轮轴的实质：轮轴可看作是一个可以连续转动的不等臂杠杆如图所示，轮轴作为杠杆的支点在轴心O，轮半径R是动力臂，轴半径r是阻力臂。 2. 轮轴的原理 轮轴原理 FR = Gr 动力作用在轮上，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。 动力作用在轴上，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。 轮轴实质可看成是一个可以连续转动的杠杆。 轮轴的主要功能：一是改变力的大小 ，二是改变物体的运动速度， 轮轴将直线运动和圆周运动互相联系起来，实现了二者的相互转化。 注意：轮轴使用时，当轮半径是轴半径的n倍时，在不计摩擦情况下，作用在轮上的力的大小为作用在轴上的力的大小的 n 分之一。 3. 生活中轮轴的应用 【典例1】如下图所示的器械中，不是轮轴的是（　　） A．方向盘 B． 羊角锤 C． 门把手 D．螺丝刀 【典例2】《齐民要术》中记载：“井浅用桔槔，井深用辘轳”。如图所示，辘轳是一个 （填简单机械名称），相当于 （选填“省力”或“费力”）杠杆；将桶中的水尽量装满一些， （选填“能”或“不能”）提高该装置的机械效率。 【变式1】如图甲所示是用于松紧内六角螺丝的扳手，，该工具使用时是一个 （选填“滑轮”“轮轴”），图 （选填“乙”“丙”）中的方法可以更轻松地拧动螺丝，因为这种方法对应的 大。 【变式2】如图甲，方向盘相当于一个 ，若F1＝20N，轮盘的半径为20cm，轴的半径为2cm，不计摩擦阻力，该轮轴平衡时F2＝ N。如图乙，门锁的把手相当于一个 （省力/费力）机械。 【变式3】如图甲是一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成，可视为杠杆，为方便提水，它是按照 （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，图丙是它的简化图，设大轮与小轮的半径比为3：1，水桶受到的总重力为90N，若要使辘轳静止在图乙所示位置，则作用在A点最小的力应为 N。（不计井绳的粗细和自重） 知识点2：斜面 1. 斜面：是与水平面成一定夹角的倾斜平面，是一个费了距离但能省力的简单机械。 2. 斜面省力的原因： 利用斜面这个机械所做的功是：FL 不利用机械直接把物体抬高h，所做的功：Gh 根据功的原理，如果不计物体与斜面之间的摩擦：FL = Gh 因 L＞h，所以 F＜G 即，利用斜面可省力，但要费距离。 3. 斜面的机械效率 额外功：克服斜面与物体之间的摩擦力所做的功 总功： 有用功： 斜面的机械效率：100%= 4.生活中常见的斜面 特殊的斜面——螺旋 (1)定义：螺旋可以看成绕在圆柱上的斜面， 例如：如图所示，把三角形的纸片绕在圆柱上，就把斜面变成了螺旋。 可以将旋转运动与沿轴向的运动进行互相转化，螺旋的实质是斜面的变形，因此可以省力但费距离，是省力机械。 生活中常见的螺旋： 【典例1】湘西自治州矮寨公路被修成环绕山坡的盘山公路，这样车辆向上行驶时可以（　　） A．省力 B．省距离 C．省时间 D．省能量 【典例2】工人把一块长的木板搭在高的车尾（衔接部分忽略不计），把重的木箱从底端匀速推到车厢，如图所示，所施加推力为，下列说法错误的是（　　） A．使用斜面的目的是为了省力 B．工人做有用功为 C．斜面的机械效率为 D．使用斜面的目的是为了省功 【变式1】在生产生活中，人们常用的简单机械除了杠杆、滑轮，还有轮轴和斜面。如图所示，盘山公路就相当于一个 。如图汽车在盘山公路上行驶上陡坡时，司机常要换用低速挡，这样做是在发动机输出功率一定时，增大爬坡时的 。 【变式2】一木箱重300N，工人用沿斜面向上的拉力F将木箱匀速拉到高处，如图甲所示，已知整个过程中拉力 F做的功W与木箱沿斜面运动距离s的关系如图乙所示，整个过程的额外功是240J，下列说法正确的是（    ） A．使用斜面既能省力，又能省功 B．斜面的机械效率为40% C．木箱被提升的高度为1.2m D．木箱所受的摩擦力为60N 【变式3】如图所示是某一科学小组探究“斜面的机械效率”实验装置及实验数据记录表： 斜面倾斜程度 物块重G（N） 斜面高h（m） 沿斜面拉力F（N） 斜面长s（m） 机械效率η 较缓 10 0.1 5.0 1 较陡 10 0.3 6.7 1 45% 最陡 10 0.5 8.0 1 62.5% (1)沿斜面拉动物块时，使物块做匀速直线运动，此时的绳子对物块的拉力和斜面对物块的摩擦力 （选填“是”或“不是”）平衡力。 (2)比较表中的数据，可知斜面是一种 （选填“省力”或“费力”）的简单机械。 (3)计算当斜面较缓时的机械效率为 %（结果精确到1%），由实验可得初步结论：斜面粗糙程度相同时， 越大，机械效率越大。 【巩固训练】 1．拧螺丝时，你觉得用到了哪种简单机械（　　） A．斜面 B．轮轴 C．杠杆 D．滑轮 2．如图所示的简单机械，不属于斜面应用的是（　　） A．盘山公路 B．螺丝钉 C．钳子 D．楔子 3．如图所示，四种简单机械将同一 物体从低处匀速搬到高处，在不计机械自重及摩擦的情况下，属于费力机械的是（    ） A． B． C． D． 4．如图是东坡井口木制辘轳结构及侧面图。人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轮轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。以下分析正确的（    ） A．辘轳是定滑轮的应用，可改变力的方向 B．辘轳是动滑轮的应用，可省力 C．辘轳属于轮轴结构，轮半径越大越省力 D．提高机械效率的关键是增大提水桶上升的速度 5．如图所示，分别用三个大小相同、方向分别沿A、B、C三个斜面的力将同一物体推上同一高度，则（　　） A．三个斜面的机械效率相同，所做有用功一样多 B．斜面的机械效率最高，所做有用功一样多 C．斜面B的机械效率最高，所做有用功一样多 D．斜面C的机械效率最高，所做有用功一样多 6．如图所示，手用F1的力直接将物体A匀速提升h，F1做功为W1，功率为P1；若在相同时间内借助斜面把A用力F2匀速提升相同高度h，F2做功为W2，功率为P2，斜面的机械效率是80%，则（　　） A．W1＞W2 B．W1＝W2 C．P1＞P2 D．P1＜P2 7．如图所示，小伟同学通过斜面用平行于斜面F＝200N的推力，将质量为30kg的物体在4s时间内匀速推到1m高的平台上，斜面长s＝2m。（g取10N/kg）则（　　） A．斜面对物体的支持力做了功 B．在高度h相同时，斜面s越长越费力 C．推力F对物体做功的功率为50W D．斜面对物体的摩擦力为50N 8．如图所示，重为G的物体在沿斜面向上的拉力F作用下，从斜面的底部移到顶部，设物体沿斜面移动的距离为s，升高的高度为h，需要的时间为t，受到的摩擦力为f。下列说法中正确的是（　　） A．斜面是一种费力机械 B．拉力F做功的功率为 C．斜面的机械效率为 D．拉力F做的功为Gh+Fs 9．质量为m的同一物体，先用滑轮组（如图甲）匀速提升，后沿斜面（如图乙）匀速拉升，两次物体提升高度均为h，两次拉力大小均为0.8mg，斜面长AB＝2h，则两次提升物体的机械效率（　　） A．η甲＞η乙 B．η甲＜η乙 C．η甲＝η乙 D．条件不足无法判断 10．如图甲所示，工人用推力F将重为1000N的箱子沿斜面推至水平车厢中，斜面长3m、高1.5m，F始终与箱子运动方向相同。箱子运动路程随时间变化关系如图乙所示，推力F随时间变化关系如图丙所示。下列分析正确的是（　　） A．内，箱子做加速运动 B．内，箱子所受摩擦力为100N C．内，推力F的功率为160W D．内，箱子所受摩擦力为100N 11．将下图所示的钥匙插入锁孔转动开锁时，钥匙就相当于一个 （选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），属于 （选填“省力”或“费力”）机械。 12．如图甲是用来提升重物的轮轴，它是一种变形杠杆，图乙是它的杠杆示意图。若图乙中，被提升的重物重为，轮轴的机械效率为，则作用在A点的动力为 。 13．如图所示，AC>BC，在相同时间内把同一物体分别沿斜面AC、BC匀速推上顶端，推力分别为F1、F2，功率分别为P1、P2，推力做功为W1、W2，在不考虑摩擦的情况下：F1 F2，P1 P2，W1 W2（均选填“>”“<”或“=”）。 14．有一斜面长s＝5m，高h＝2m，用弹簧测力计把一物块沿斜面从底部匀速拉到顶部，弹簧测力计的示数如图所示。若该斜面的机械效率为80%，则物体的重力为 N，物体受到斜面的摩擦力为 N，使用斜面可以 （选填“省力”或“省功”）。 15．某实验小组的同学们在探究“斜面的机械效率”实验（如图所示）时，用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉物块，收集了下表中的实验数据； 实验次数 斜坡的倾斜程度 物块重力G/N 斜面高度 h/m 拉力 F/N 斜面长度s/m 机械效率η 1 较缓 5 0.2 2.4 1 41.7% 2 较陡 5 0.5 3.2 1 78.1% 3 最陡 5 0.7 4.3 1 81.4% (1)分析表中的数据可得出：在其他条件一定时，斜面越缓越 （填“省”或“费”）力；斜面越陡，机械效率越 （填“高”或“低”）。 (2)该小组又进行了第4次实验，他们在斜面上铺上棉布，使斜面变粗糙，保持斜面高和长分别是0.5m和1m，用弹簧测力计拉动同一物块沿斜面向上做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数为4.5N，把第4次与第 次测量结果相比较，还能得出：在其他条件一定时，斜面越粗糙，斜面的机械效率越低。 (3)用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉动物块时，物块所受的拉力 （填“大于”“小于”或“等于”）物块所受的摩擦力。 (4)斜面在生产和生活中应用十分广泛，请你举出一个生产或生活中利用斜面的实例。举例： 。 16．货车司机利用斜面将一个质量为40kg的物体匀速拉到车厢上，用时16s，沿斜面向上的拉力，拉动的距离，提升高度，。求： (1)物体受到的重力大小； (2)匀速拉动物体的过程中，拉力的功率； (3)斜面的机械效率。 17．为了省力，装修工人用如图所示的斜面装置向二楼运送装饰材料。已知该斜面长为8m，高为4m，且固定不动。运送材料时，工人用100N的力拉绳子，将装饰材料在20s内沿斜面由底端拉到顶端。求： (1)工人拉力做的功； (2)若该装置的机械效率为80%，则装饰材料的重力。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $