第十二章 简单机械 知识清单 -2025-2026学年人教版物理八年级下学期

该初中物理知识清单系统梳理了简单机械与机械效率知识体系。从杠杆的概念、五要素及平衡条件入手，延伸到定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点与应用，最终学习机械效率的计算与测量，构建完整的知识支架。 知识链路按“认识机械-探究原理-应用评估”逻辑展开，通过杠杆平衡条件实验、滑轮组机械效率测量等科学探究活动，培养科学思维中的模型建构与科学论证能力。结合生活实例与典型例题，强化物理观念的理解，助力学生掌握结构化学习方法。

第十二章　简单机械 第1节　杠杆 　　　　　 共同特征：①受力的作用；②绕固定点转动；③比较坚硬 1．杠杆 （1）概念：在力的作用下能绕固定点转动的硬棒，叫做杠杆。 （2）杠杆的五要素 ①支点O：杠杆绕着转动的点。 ②动力F1：使杠杆转动的力。 ③阻力F2：阻碍杠杆转动的力。 ④动力臂l1：支点到动力作用线的距离。 ⑤阻力臂l2：支点到阻力作用线的距离。　（力的作用线：过力的作用点，沿力的方向的直线） （3）理解： ①杠杆可以是直的，也可以是弯的。杠杆可以是各种各样的形状。 ②支点一定在杠杆上，动力和阻力可以在支点两侧，也可在支点同侧。 动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的，但动力和阻力的方向不一定相反。 ③力臂不一定在杠杆上，当力的作用线不垂直于杠杆时，力臂与杠杆不重合。 （4）力臂的画法： ①找点：找到杠杆的支点O； ②画线：画出动力和阻力的作用线，必要时用虚线将力的作用线延长； ③作垂线段：从支点向动力和阻力作用线作垂线，标上垂足； ④确定力臂：用大括号或箭头标出力臂，并写上符号l1或l2。 （虚线＋大括号、实线＋双箭头） 　　　　　　 　　　　　　　　　　 2．杠杆的平衡条件 （1）杠杆的平衡：杠杆在动力和阻力作用下保持静止或匀速转动时，就说杠杆平衡了。 ①动力和阻力在支点异侧时，方向相同； ②动力和阻力在支点同侧时，方向相反。 （2）杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即：F1l1＝F2l2。 （阿基米德发现的杠杆原理） 实验：探究杠杆的平衡条件 （1）提出问题：杠杆平衡时，F1、F2、l1、l2满足什么条件？ （2）实验器材：铁架台、杠杆、钩码、刻度尺等。 （3）实验步骤： ①调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡； 调节杠杆水平平衡的目的： a.消除杠杆自重对杠杆平衡的影响； b.使力臂沿着杠杆，便于测量。 调节方法：杠杆哪端高，就把平衡螺母向哪端调。 ②在杠杆两端挂上不同数量的钩码，调节钩码的位置，使杠杆水平平衡； ③将动力F1、阻力F2（杠杆两端的钩码重）和动力臂l1、阻力臂l2记录在表格中； ④改变钩码的数量和位置，重复②③步骤，再做几次，将数据记录在表格中。 多次实验的目的：寻找普遍规律，避免偶然性。 （4）实验数据： 实验 次数 动力 F1/N 动力臂 L1/cm 动力×动力臂 F1L1/N·cm 阻力 F2/N 阻力臂 L2/cm 阻力×阻力臂 F2L2/N·cm 1 0.5 2 1 1 1 1 2 1 1.5 1.5 1.5 1 1.5 3 1.5 2 3 1 3 3 4 1 4 4 2 2 4 （5）实验结论： 杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即：F1l1＝F2l2。 3．杠杆的分类和应用 （1）省力杠杆 ①特点：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力。（l1＞l2、F1＜F2，省力费距离） ②举例：撬棒、铡刀、核桃夹、羊角锤、钢丝钳、独轮车、瓶盖起子等。 　　　 （2）费力杠杆 ①特点：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力。（l1＜l2，F1＞F2，费力省距离） ②举例：钓鱼竿、食品夹、镊子、筷子、船桨、扫帚等。 　　　 （3）等臂杠杆 ①特点：动力臂等于阻力臂，动力等于阻力。（l1＝l2，F1＝F2，不省力也不费力） ②举例：天平、跷跷板、定滑轮。 　 分类 示意图 力臂关系 力的关系 特点 应用举例 省力杠杆 l1＞l2 F1＜F2 省力、费距离 羊角锤、开瓶器、钢丝钳、撬棒、铡刀、扳手等 费力杠杆 l1＜l2 F1＞F2 费力、省距离 镊子、筷子、船桨、扫帚、钓鱼竿、理发剪等 等臂杠杆 l1＝l2 F1＝F2 不省力、不省距离 天平、定滑轮、跷跷板等 第2节　滑轮 　　　　 定滑轮　　动滑轮 1．认识滑轮 （1）滑轮：边缘有凹槽，能绕轴转动的小轮。 （2）两种基本使用方法：定滑轮和动滑轮。 2．定滑轮 （1）定滑轮：使用时，轴固定不动的滑轮。 （2）定滑轮的特点 ①使用定滑轮不能省力：F＝G物。 （不计绳重和摩擦，匀速提升物体） ②使用定滑轮不能省距离：s绳＝s物。 即：拉力作用点移动的距离等于物体提升的距离。 ③使用定滑轮可以改变用力的方向。 定滑轮的特点：使用定滑轮不省力，不省距离，但可以改变力的方向。 （3）定滑轮的实质——等臂杠杆 支点O在轴心处，拉力F1是动力，重物的拉力F2是阻力， 两个力臂l1、l2都等于滑轮半径。因为l1＝l2，所以F1＝F2＝G物。 所以，使用定滑轮不省力也不省距离。 3．动滑轮 　　 （1）动滑轮：使用时，滑轮的轴随物体一起运动。 （2）动滑轮的特点 ①使用动滑轮能省力：F＝(G物＋G动)。 （不计绳重和摩擦，竖直向上匀速提升物体） 　若不计动滑轮重，则F＝G物，此时省一半的力。 ②使用动滑轮要费距离：s绳＝2s物。　即：拉力作用点移动的距离等于物体提升距离的2倍。 ③使用动滑轮不能改变用力的方向。 动滑轮的特点：使用动滑轮能省力，但不改变力的方向，且费距离。 （3）动滑轮的实质——动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆 支点在绳和轮相切的O处，拉力F1是动力，重物的拉力F2是阻力， 动力臂l1是滑轮直径，阻力臂l2是滑轮半径。因为l1＝2l2，所以F1＝F2。 所以，使用动滑轮能省一半的力。 （4）动滑轮的其他用法（不计滑轮重、绳重和摩擦） 　　　　　　　　　　F1 F2 F3 甲：定滑轮　　　乙：动滑轮拉绳　　 丙：动滑轮拉轴 　F＝G　　　　　　 F＝G　　　　　　 F＝2G　　 　s＝h　　　　　　　s＝2h　　　　　　　 s＝h 例　用滑轮按图甲、乙、丙所示三种不同方式，拉着同一物体在水平面上做匀速直线运动，拉力分别是F1、F2、F3，则（　D　） A．F1＞F2＞F3　　　　B．F2＞F3＞F1　　　　C．F2＞F1＞F3　　　　D．F3＞F1＞F2 4．滑轮组 （1）滑轮组：定滑轮与动滑轮的组合。 （2）滑轮的组合 这几种绕线方法有什么不同？绳子的起点、拉力的方向、拉力的大小、移动的距离？ 示意图 承重段数 n＝2 n＝3 n＝3 n＝4 力的关系 F＝(G物＋G动) F＝(G物＋G动) F＝(G物＋G动) F＝(G物＋G动) 距离关系 s＝2h s＝3h s＝3h s＝4h 速度关系 v绳＝2v物 v绳＝3v物 v绳＝3v物 v绳＝4v物 其中：n为承重的绳子段数，s为绳子末端移动的距离，h为物体提升的高度。 （3）滑轮组的特点 ①使用滑轮组能省力：F＝(G物＋G动)。　（不计绳重和摩擦，竖直向上匀速提升物体） 　若不计动滑轮重，则F＝G物。　（承重的绳子股数n越多，越省力） ②使用滑轮组要费距离：s绳＝ns物，v绳＝nv物。　即：拉力作用点移动的距离等于物体提升距离的n倍。 ③使用滑轮组可以改变用力的方向。 滑轮组的特点：使用滑轮组能省力，也可以改变力的方向，但要费距离。 （4）滑轮组的组装 ①确定绳子的段数：或，当n不是整数时，只入不舍。 ②滑轮组的绕绳方法：“奇动偶定”。 当承重绳子的段数n为奇数时，绳子的固定端在动滑轮上； 当承重绳子的段数n为偶数时，绳子的固定端在定滑轮上。 （5）定滑轮、动滑轮、滑轮组的比较 定滑轮 动滑轮 滑轮组 示意图 定义 轴固定不动的滑轮 随物体一起运动的滑轮 定滑轮和动滑轮的组合 作用 不省力，能改变力的方向 省力，不改变力的方向 既省力，又改变力的方向 实质 等臂杠杆 省力杠杆（l1＝2l2） —— 力的关系 F＝G 2F＝G物＋G动 nF＝G物＋G动 距离、速度关系 s绳＝s物，v绳＝v物 s绳＝2s物，v绳＝2v物 s绳＝ns物，v绳＝nv物 第3节　机械效率 使用简单机械，有的能省力，有的能省距离。使用机械可以省功吗？ 不使用机械直接提升物体做功，与使用机械提升物体做功相同吗？ 演示：使用动滑轮是否省功 如图甲，用弹簧测力计将钩码缓慢提升一定高度；如图乙，用弹簧测力计并借助动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算两次拉力所做的功。 甲　　 　乙 实验序号 钩码重力G/N 钩码上升高度h/m 手的拉力F/N 手移动的距离s/m 1 10 0.1 10 0.1 2 10 0.1 6 0.2 这两次拉力所做的功一样吗？为什么？ W1＝F1s1＝10 N×0.1 m＝1 J，　W2＝F2s2＝6 N×0.2 m＝1.2 J，　W1＜W2 结论：尽管使用动滑轮能省力，但由于滑轮自身重力以及摩擦等因素的影响，使用动滑轮我们要多做功。 1．有用功、额外功和总功 （1）人借助机械对物体做功时：上述实验图乙中： W总＝Fs＝1.2 J W有＝Gh＝1 J W额＝W总－W有＝0.2 J ①总功W总：人对机械做的功。 ②有用功W有：机械对物体做的功。 ③额外功W额：克服机械自身重力和摩擦等所做的功。 （2）关系：W总＝W有＋W额 2．机械效率 （1）定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。 （2）公式：η＝×100% （3）意义：表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要指标。 （4）使用任何机械都不可避免地要做额外功，所以总有W有＜W总，机械效率η＜1。 机械效率通常用百分数表示，没有单位。 （5）一些机械的机械效率 　　　　　　　　　　 柴油机：28%～40%　　　起重机：40%～50%　　　　抽水机：60%～80%　　　　 3．测量滑轮组的机械效率 （1）实验原理：η＝×100%＝ （2）实验器材：弹簧测力计、刻度尺、滑轮、钩码、铁架台、细线。 （3）测量的物理量： 物体的重力G、物体上升的高度h、绳子自由端的拉力F、绳子自由端移动的距离s。 （4）实验步骤： ①用弹簧测力计测出钩码的重力G； ②按如图所示匀速拉动弹簧测力计，使钩码匀速上升，记下弹簧测力计的示数F，用刻度尺测出钩码上升的高度h和绳端移动的距离s； ③计算有用功W有＝Gh，总功W总＝Fs，机械效率η＝×100%； ④改变钩码的数量，重复前面的实验； ⑤换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复前面的步骤。 （5）实验数据： 实验 次数 钩码重 G/N 钩码上升 高度h/m 有用功 W有/J 绳端拉力 F/N 绳端移动 距离s/m 总功 W总/J 机械效率 η 1 4 0.1 2.7 0.2 74% 2 4 0.1 1.8 0.3 74% 3 4 0.2 1.8 0.6 74% 4 8 0.1 3.1 0.3 83% 5 8 0.1 2.5 0.4 80% （6）实验结论： ①比较1、2两次实验，得出结论：滑轮组的机械效率与绕绳方式无关。 ②比较2、3两次实验，得出结论：滑轮组的机械效率与提升高度无关。 ③比较2、4两次实验，得出结论：同一滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高。 ④比较4、5两次实验，得出结论：提升相同的重物，动滑轮越重，机械效率越低。 说明：η＝＝＝，测量滑轮组的机械效率时，可以不测量h和s。 归纳总结： （1）影响滑轮组机械效率的因素：①物重；②动滑轮重；③绳重和摩擦。 与绕绳方式、提升物体的高度、速度和省力、费力情况等均无关。 （2）提高机械效率的方法：η＝＝ ①有用功一定时，减少额外功。如：减小动滑轮重、绳重，减小摩擦。 ②额外功一定时，增加有用功。如：增加提升物体的重力。 4．滑轮组的机械效率 竖直提升物体 水平拉动物体 示意图 有用功 W有＝Gh W有＝f s 总功 W总＝Fs绳＝Fnh W总＝Fs绳＝Fns 机械效率 η＝＝＝ η＝＝＝ 竖直提升物体，若不计绳重和摩擦，则η＝＝ （G＋G动＝nF） 5．杠杆的机械效率 η＝＝（考虑摩擦） 例　如图所示，使用杠杆提升重物，O点为支点，在竖直向下、大小为500 N的拉力F作用下，使重为200 N的物体0.5 s内缓慢匀速竖直上升80 cm，已知杠杆B端下降的竖直距离为40 cm。求： （1）拉力做功的功率； （2）此过程中，该杠杆的机械效率。 答案：（1）400 W；（2）80% - 3 - 学科网（北京）股份有限公司 $