《第十一章简单机械和功 跨学科实践：调查机械并制作机械模型》提优特训A·B卷 -2026-2027学年苏科版物理九年级上学期

**基本信息** 本练习通过A卷基础过关与B卷强化提优分层设计，覆盖简单机械识别、原理应用到组合机械综合分析、工程优化的完整路径，融合科学探究与工程实践，适配新授课知识巩固与能力提升需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A卷基础过关|单一机械组成（如龙骨水车、杆秤）、机械效率基础计算|选择填空聚焦机械类型识别与原理辨析，解答题结合杆秤、投石机制作流程，强化模型建构与科学探究| |B卷强化提优|组合机械综合分析（如起重机、智能机械手）、机械效率影响因素及优化|选择填空深化省力/省距离权衡与额外功来源分析，解答题突出故障调试（如卡顿、漏水）与效率提升方案，体现科学思维与社会责任|

物理臻选·2026-2027学年苏科版九年级物理上 《第十一章简单机械和功跨学科实践：调查机械并制作机械模型》提优特训A·B卷 一．特训目标 ( 1.能够识别起重机、投石机、绞车等复杂机械，拆解出杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械组件；理解复杂机械是多种简单机械的组合；会分析模型的有用功、额外功，理解模型机械效率的影响因素；知道省力必然费距离，省距离必然费力，不存在既省力又省距离的机械 。 2.经历 “ 需求分析 → 方案设计 → 绘制草图 → 制作组装 → 测试调试 → 评估改进 ” 完整工程思维流程；能对比不同设计方案优劣，运用杠杆平衡条件、机械效率知识对模型进行理论分析；能把真实机械抽象成物理模型，进行推理判断 。 3.能结合生活、古代机械、现代工程实例开展调查；可以利用废旧材料设计制作组合机械模型；会测试模型的工作性能，记录实验现象；能根据测试结果找出模型缺陷，提出可行改进方案；小组协作完成模型制作与展示评价 。 4.了解我国古代机械（投石机、龙骨水车、绞车）的工程智慧，感受传统科技文化；体会现代工程机械的价值；在制作实践中养成实事求是、不怕失败、反复调试的科学态度；树立节约材料、绿色工程的意识，学会团队分工合作 。 ) 二．重点难点 ( （一）重点 1.识别复杂机械的组成：把实际机械拆解为杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械，分析各自作用。 2.掌握机械模型完整设计流程：明确使用目的 → 选择材料 → 绘制草图 → 制作 → 测试 → 优化改进。 3.会分析自制模型的力学特点：判断省力/费力、省距离/费距离；区分模型的有用功、额外功，分析影响自制模型机械效率的因素。 4.跨学科调查：调查古代机械、现代工程机械，梳理机械的发展，完成模型展示与评价。 （二）难点 1.组合机械综合分析：一个模型同时包含多种简单机械，区分每一部分的作用，理清动力、阻力、力臂、绳子段数之间的关系。 2.模型设计与调试：理论设计与实际制作存在差距；结构松动、摩擦过大、支点偏移等现实问题的排查与改进。 3.自制模型的机械效率分析：自制模型额外功来源多（摩擦、构件自重、结构形变），理解自制模型机械效率普遍偏低的原因。 4.理解机械设计的权衡：省力、省距离、改变力的方向三者不能同时最优，需要根据实际需求取舍。 )三．知识精析 ( （一） 调查机械 现实中的起重机、投石机、绞车、吊车，都不是单一简单机械，而是两种或多种简单机械组合而成 。 ) ( 1.   古代机械： （1） 古代绞车（辘轳）： 轮轴+定滑轮；轮轴实现省力，定滑轮改变力的方向。 （2） 投石机模型： 杠杆（费力杠杆）+弹性形变（橡皮筋）；利用杠杆把橡皮筋弹性势能转化为石块的动能 。 （3）龙骨水车 轮轴+杠杆；轮轴+杠杆 的组合 实现省力。 2. 现代机械： （1） 起重机模型： 包含杠杆（吊臂）+滑轮组。吊臂是费力杠杆，滑轮组实现省力、改变力的方向。 （2） 高枝剪： 杠杆+定滑轮；定滑轮改变力的方向，杠杆实现省力。 （3）塔式起重机 杠杆+滑轮 组 ；滑轮 组+ 杠杆 的组合 实现省力。 （4）智能机械手 智能机械手是杠杆、滑轮组合而成的复合机械。主要构件（分机械本体、驱动、感知、控制系统）， ) ( （二）机械模型的制作 1.项目流程 （1）   明确任务需求：确定模型要实现什么功能：提升重物？投掷物体？改变力的方向？省力？ （2）方案设计、绘制草图：选择用到哪些简单机械；选择材料（雪糕棒、筷子、瓶盖、橡皮筋、细线、吸管等）；画出结构草图，标注支点、滑轮、力的作用位置。 （3）选材制作组装：注意支点固定牢固；滑轮转轴要灵活；连接件不能过度松动；注意工具安全。 （4）性能测试：测试模型能否完成预定功能；记录现象：是否省力、能否正常运动；观察模型存在的问题：卡顿、打滑、构件变形。 （5）评估与改进：分析故障原因，针对性优化。 2. 制作简易杆秤 （1） 原理 ： 杆秤本质是杠杆，依据杠杆平衡条件：F 1 L 1 =F 2 L 2 （动力 × 动力臂＝阻力 × 阻力臂）。 （2） 主要构件（简易杆秤） 秤杆：轻质直木棍、竹签、一次性筷子；尽量均匀、笔直，减少弯曲形变。 提纽（支点）：细绳拴在秤杆靠近一端的位置，作为悬挂支点。 秤盘：塑料瓶盖、小纸盘，细线拴在秤杆最左端，用来放置待测物体。 秤砣：螺母、小石头、重物，质量固定。 刻度标记：记号笔，在秤杆上标出刻度。 （3） 完整制作步骤（实操版） 步骤1：选材组装 取一根均匀直木杆，左端用细线固定一个秤盘；在距离左端合适位置拴上一根细绳作为提纽（支点O）。再准备一个重物作为秤砣，拴上细线，可以在秤杆上自由滑动。 步骤2：确定零刻度（定星，校零） 秤盘中不放任何物体，移动秤砣的位置，直到秤杆能够水平静止平衡。在秤砣细线所在位置用笔标记，该点就是零刻度（定盘星）。 原理：此时秤杆自身重力的力矩，与秤砣重力的力矩平衡。零刻度不在支点处。 步骤3：标定已知刻度 在秤盘放入一个质量已知的砝码（例如100g），移动秤砣，直到秤杆再次水平平衡，标记此刻位置，标注100g。依次放入200g、300g砝码，重复操作，标出对应刻度。 步骤4：均分刻度 测量相邻两个标记之间的距离，把区间均匀等分，画出更小的分度值。 结论：在理想情况下，杆秤的刻度是均匀的。 步骤5：检验与调试 用自制杆秤测量一个未知重物质量，再用天平进行比对；如果误差较大，检查支点是否松动、秤杆是否弯曲。 2. 制作简易 龙骨水车（翻车） ) ( （ 1 ） 工作原理 龙骨水车（翻车）属于组合机械，核心简单机械：轮轴 + 链传动。 ① 上端手摇/脚踏转轴构成轮轴，轮半径大于轴半径，可以省力，提供动力。 ② 闭合木链（龙骨）环绕上下两轮轴，链条上等距固定刮板；转动摇柄，链条循环运转，刮板把水槽内的水不断刮抬到高处，实现提水。 ③ 遵循功的原理：任何机械都不能省功。 有用功：克服水的重力，将水提升高度所做的功。 额外功：克服转轴摩擦、链条与刮板自重、刮板和水槽之间摩擦做功。 结论：机械效率一定小于100%。 （ 2 ） 模型主要构件 ① 水槽（车槽）：长条形槽体，水流通道；可用PVC长条管剪开、塑料盒拼接、木质凹槽制作。下端浸入水中，上端出水口向外排水。 ② 主动轮轴（上轮）：安装在水槽高处，带有齿槽，可以加装手摇柄；轮轴，动力输入位置。 ③ 从动轮轴（下轮）：安装在水槽底端，浸入水面下方，随链条被动转动。 ④ 龙骨链条：一连串互相铰接的链节，可以用雪糕棒、硬塑料片串联而成，形成环形闭合链条。 ⑤ 刮板（刮水板）：垂直固定在链条上，跟随链条循环运动，兜起水体。 ⑥ 支架：支撑整套装置，把水槽倾斜架起，保证下端入水、上端出水。 ⑦ 手摇柄：固定在上轮轴，扩大轮半径，构成省力轮轴。 （ 3 ） 制作步骤 步骤1：搭建倾斜水槽支架 制作支撑架，将水槽倾斜固定；水槽下端能够浸入水盆的水中，上端悬空，作为出水口。倾角不要过大，倾角太大，水容易从刮板回流。 步骤2：安装上下两根轮轴 水槽上端、下端分别开孔，穿入圆木棍作为转轴；转轴两端固定瓶盖制成的链轮，链轮留出齿口，可以卡住链条。保证转轴能够灵活转动，无明显卡滞。 步骤3：制作闭合龙骨链条 把雪糕棒逐一铰接，做成一条可以弯折的环形闭合链条；链条刚好能够啮合在上下两个链轮外侧，转动摇柄时链条可以平稳循环运转。链条不能过紧、也不能过松。 步骤4：安装刮水板 在链条上等间距垂直粘贴塑料刮板；刮板宽度略小于水槽宽度，刮板和槽底尽量贴近，但不要紧紧顶住槽底，避免摩擦过大卡住。 步骤5：组装整体、试运行 手摇上端摇柄，带动链轮、龙骨链条、刮板同步运动；下端刮板入水，向上运动兜起水，运送到上端出水口流出。 步骤6：调试与改进 试运行之后观察出水流量、是否卡顿、漏水，针对性修改模型。 （ 4 ） 、常见故障、原因以及改进方案（考试高频素材） ① 转动卡顿，摇起来费力 原因：转轴摩擦力过大；链条安装过紧；刮板紧贴水槽底部摩擦严重。 改进：转轴处涂抹润滑油；适当调松链条；刮板与槽底预留微小间隙。 ② 刮板带不起水，几乎没有水流流出 原因：水槽倾角太小；刮板间距过大；刮板高度不足；水顺着刮板回流。 改进：适度增大水槽倾斜角度；缩短刮板之间距离；加高刮板高度；减少回程漏水。 ③ 有水但是出水量很小，大量水中途回流 原因：水槽倾斜角度太大；链条运转速度太慢；刮板与水槽侧壁缝隙漏水。 改进：减小倾角；加快手摇转速；刮板边缘增加密封条，缩小缝隙。 ④ 链条运转时脱离链轮、发生脱链 原因：链条过松；链轮齿深度不足；水槽安装歪斜。 ) ( 改进：张紧链条；加深链轮齿槽；校正水槽，保证装置端正。 （ 5 ） 提高龙骨水车模型机械效率的方法 ① 润滑转轴，减小转轴摩擦，减少额外功。 ② 使用轻质材料制作链条、刮板，减轻自重，降低克服构件自重所做的额外功。 合理控制刮板和水槽之间间隙，减小滑动摩擦。 ③ 在装置允许范围内，适当提升单次提水量，增大有用功占总功的比例。 （三） 自制机械模型的功与机械效率分析 1.有用功：完成设计目的所做的功。例如起重机模型提升重物：W_{\text{有用}}=Gh。 2.额外功来源（自制模型重点） ① 克服模型自身构件自重做功； ② 各个转轴、接触面之间的摩擦； ③ 材料形变消耗能量。 3.总功：人手施加动力做的功 W 总 =Fs。 4. 机械效率公式： 5.提高自制模型机械效率的可行办法 ① 减小摩擦：打磨转轴、润滑； ② 减轻模型自身构件重量； ③ 在条件允许下，增大被提升物体的重力，提高有用功占比。 （四） 简单机械组合的权衡关系 1.省力机械：省力，但费距离； 2.省距离机械：省距离，但费力； 3.定滑轮：不省力不省距离，只改变力的方向。 工程设计中没有完美机械，要根据实际需求取舍。例如起重机吊臂是费力杠杆，虽然费力，但可以获得更大的工作范围。 ) A卷·基础过关 （时间：45分钟 满分：100分） 一．选择题（共24分） 1.（2024·苏州期末）龙骨水车是我国古代经典提水机械，其主要组合简单机械是（） A. 杠杆、斜面 B. 轮轴、链条传动 C. 滑轮、斜面 D. 杠杆、滑轮 2.（2025·盐城期中）自制简易杆秤模型，杆秤的物理本质是（ ） A. 省力杠杆 B. 费力杠杆 C. 等臂杠杆 D. 轮轴 3.（2025·泰州姜堰模拟）制作投石机模型时，投石机抛射石块的臂杆属于（ ） A. 省力杠杆，省距离 B. 费力杠杆，费距离 C. 省力杠杆，费距离 D. 费力杠杆，省距离 4.（2024·无锡期末）起重机模型的吊臂和滑轮组组合，下列说法正确的是（） A. 吊臂是省力杠杆 B. 滑轮组只能改变力的方向 C. 整套机械不能省功 D. 机械效率可以达到100% 5.（2026·淮安清江浦模拟）制作机械模型时，减小转轴摩擦的主要目的是（ ） A. 增大有用功 B. 减小额外功 C. 增大总功 D. 提高功率 6.（2025·连云港海州期中）智能机械手夹爪抓取物体时，夹爪杠杆的主要优势是（ ） A. 省力、增大抓取力度 B. 省距离、活动范围大 C. 省功、提高效率 D. 改变力的方向、省力 7.（2024·南通期末）下列组合机械中，不能省力的是（ ） A. 滑轮组起重机 B. 手摇绞车 C. 纯定滑轮组合装置 D. 省力杠杆模型 8.（2025·扬州邗江期末）自制机械模型机械效率偏低的主要原因是（ ） A. 不做有用功 B. 额外功损耗大 C. 总功过小 D. 功率太小 9.（2026·徐州泉山模拟）关于功的原理，制作机械模型必须遵循的规律是（ ） A. 可以省力、可以省功 B. 可以省距离、可以省功 C. 只能省力或省距离，不能省功 D. 既省力又省距离 10.（2024·常州期末）古代绞车（辘轳）的核心简单机械是（ ） A. 斜面 B. 轮轴 C. 杠杆 D. 滑轮 11.（2025·镇江期中）测试杆秤模型，秤砣磨损变小，测量结果会（ ） A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 无法判断 12.（2024·宿迁期末）组装滑轮组机械模型，动滑轮自重增大，会导致（ ） A. 有用功增大 B. 额外功增大，效率降低 C. 总功减小 D. 功率增大 二．填空题（共24分） 13.（2025·苏州吴中期末）龙骨水车由______、______、传动结构组成；整套机械工作时______（能/不能）省功。 14.（2024·盐城大丰期末）简易杆秤本质是______；提纽为杠杆的______；杆秤刻度是______（均匀/不均匀）的。 15.（2026·南京玄武模拟）投石机模型臂杆是______杠杆，特点是费力、______距离；工作时弹性势能转化为______能。 16.（2025·泰州期末）起重机模型由______和滑轮组组合而成；吊臂属于______杠杆；滑轮组主要用于______。 17.（2024·无锡滨湖期末）制作机械模型时，打磨转轴可以减小______功；增大提升物重可提高______占比；最终提升机械______。 18.（2025·淮安期末）智能机械手关节是______支点；内部拉线结构利用______改变力的方向；机械臂整体______（能/不能）省功。 19.（2026·南通海门模拟）古代绞车利用______省力；提升重物时，克服筒身自重做______功；拉力做功为______功。 20.（2024·连云港期末）机械模型设计流程：方案设计、______组装、______测试、______改进。 三．解答题（共52分） 21.杆秤模型 （1）自制简易杆秤的物理原理是________；杆秤正常使用时属于________杠杆。 （2）制作杆秤时，定盘星（零刻度）______（在/不在）支点位置，主要原因是________。 （3）使用磨损变轻的秤砣测量物体质量，测量值会（ ） A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 无法确定 （4）称量同一重物，换用质量更大的秤砣，杠杆平衡时动力臂________，测量示数_____。 （5）关于杆秤模型制作与调试，下列说法正确的是（ ） A. 杆秤刻度不均匀 B. 秤杆弯曲不影响测量精度 C. 空载调平是制作关键步骤 D. 杆秤可以省功 22.龙骨水车 （1）龙骨水车主要由________、________两种简单机械组合而成。 （2）龙骨水车提水过程中，对水做的功为_______功；克服转轴摩擦做的功为________功。 （3）关于龙骨水车机械效率，下列判断正确的是（ ） A. 可以等于100% B. 一定小于100% C. 等于0 D. 只与提水高度有关 （4）优化龙骨水车模型，打磨转轴可以________额外功、________机械效率。 （5）龙骨水车工作过程中，始终遵循的物理规律是（ ） A. 可以省力、可以省功 B. 不能省功，可省力费距离 C. 只能费力省距离 D. 效率可达到百分之百 23.投石机 （1）简易投石机臂杆属于________杠杆，工作特点是费力、________距离。 （2）投石机发射石块时，橡皮筋的________能主要转化为石块的________能。 （3）增大橡皮筋松紧程度，投石机抛射距离会（ ） A. 变近 B. 变远 C. 不变 D. 无规律 （4）投石机模型转轴卡顿，是因为________过大，可通过________改善模型性能。 （5）关于投石机模型，下列说法错误的是（ ） A. 属于组合简单机械 B. 无法实现省功 C. 动力臂大于阻力臂 D. 存在额外功损耗 24．100kg建筑材料放在水平地面，与地面的接触总面积为0.01m2.工人用起吊装置提升建筑材料，电动机输出功率900W，恒定不变，这些材料匀速提上楼，上升速度为0.75m/s，用时20s。不计绳重和摩擦，求此过程中：（g=10N/kg） （1）在挂上动滑轮之前，材料对水平地面的压强是多大； （2）材料上升的高度是多少； （3）该装置的机械效率多大（留一位小数）。 25．小明同学周末参观深圳市科学技术馆，在装配式建筑区域发现有一座塔吊模型（图1）。通过查找资料，他发现塔吊的内部结构简化图如图2所示。小明通过图3的滑轮组模拟塔吊将重480N的物体在10s内提升2m，该过程中绳子末端施加的拉力大小为200N。（不计绳重及摩擦）求： (1)动滑轮的重力； (2)滑轮组的机械效率； (3)拉力的功率。 26.阅读短文，回答问题。 国产七轴协作灵巧机械臂走进教育实验室 2026世界机器人大会上，国产自研七轴协作灵巧机械臂正式面向教育科研市场投放，大量中小学、高中开始开展机械臂模型的跨学科实践探究活动。整套灵巧机械臂是一套由大量简单机械组合而成的复合机械。机械臂每一处旋转关节都可以抽象成杠杆，关节转轴就是杠杆的支点；机械臂内部布置多条钢丝绳传动结构，钢丝绳绕过微型定滑轮，电机拉动绳索，驱动末端夹爪完成抓取动作。工程师介绍，绝大多数工业机械臂属于费力杠杆。费力杠杆虽然需要更大动力，但动力端只需要移动很小距离，末端夹爪就可以实现大范围摆动，拥有很大的工作半径，适合精密操作。某物理兴趣小组以此为灵感，利用雪糕棒、细线、轴承等材料，动手自制一台简易灵巧机械手模型。在制作调试的过程当中同学们发现，模型转轴摩擦较大时，机械效率偏低；润滑转轴、减轻手臂连杆自重、适当地增大抓取重物的质量，都能够有效提升自制机械手模型的机械效率。同学们通过调查、制作、测试、评估改进完整流程，加深了对于杠杆、滑轮、功、机械效率、功的原理等知识点的理解。 根据上文材料，完成下面5道小题： （1）国产灵巧机械臂的各个转动关节相当于杠杆的________；内部钢丝绳传动当中微型定滑轮可以改变拉力的________。 （2）工业灵巧机械臂大多属于费力杠杆，使用费力杠杆的优势是________；整套机械臂工作时，（选填“能”或“不能”）省功。 （3）在自制简易机械手模型时，若润滑各个转动的转轴，下列判断正确的是（ ） A. 有用功变大，机械效率变大 B. 额外功变小，机械效率变大 C. 总功不变，机械效率不变 D. 额外功不变，机械效率变小 （4）使用同一套机械手模型匀速抓取重物，被抓取物体重力增大，则克服物体重力做的有用功________，机械效率________。 （5）关于机械臂以及自制机械模型，下列说法错误的一项是（ ） A. 定滑轮不能够省力，只能改变力的方向 B. 无论怎样优化设计，机械效率永远小于100% C. 机械做功越快，它的机械效率一定越高 D. 完整实践流程包含调查、制作、测试、评估改进 B卷·强化提优 （时间：60分钟 满分：100分） 一．选择题（共24分） 1.（2025·江苏十三市联考）关于组合机械模型，下列推理正确的是（ ） A. 省力机械一定省功 B. 省距离机械效率一定高 C. 多重机械组合仍不能省功 D. 机械速度越快，效率越高 2.（2026·苏州高新区期末）同一投石机模型，更换更粗橡皮筋，正确的是（ ） A. 弹性势能变小，抛射更近 B. 弹性势能变大，抛射更远 C. 机械效率降低，省功更多 D. 杠杆类型发生改变 3.（2024·南通通州期末）水平机械模型拉动重物，模型的有用功是（ ） A. 克服模型自重做功 B. 克服物体摩擦力做功 C. 克服空气重力做功 D. 拉力总做功 4.（2025·盐城射阳模拟）制作杆秤模型，零刻度（定盘星）位置（ ） A. 与支点重合 B. 在支点一侧，因秤杆自重 C. 始终在最左端 D. 随秤砣质量改变 5.（2026·泰州姜堰模拟）机械模型效率偏低，无法提高效率的操作是（ ） A. 润滑转轴 B. 减轻构件自重 C. 加快运动速度 D. 增大被测物重 6.（2024·常州期末）智能机械手抓取重物变重，匀速抓取时（ ） A. 有用功增大，效率升高 B. 额外功减小，效率升高 C. 总功不变，效率不变 D. 有用功不变，效率降低 7.（2025·扬州广陵模拟）龙骨水车工作过程中，额外功不包括（ ） A. 克服转轴摩擦做功 B. 克服链条自重做功 C. 提升水做的功 D. 构件形变损耗功 8.（2026·镇江期末）组合机械的设计原则，正确权衡是（ ） A. 同时省力、省距离、省功 B. 优先省功，再考虑省力 C. 根据需求取舍省力或省距离 D. 所有机械都设计成省力型 9.（2024·徐州期末）滑轮组机械模型静止测拉力，会导致（ ） A. 拉力偏大，效率偏低 B. 拉力偏小，效率偏高 C. 拉力准确，效率不变 D. 总功偏大 10.（2025·宿迁模拟）下列古代机械中，同时利用轮轴+杠杆的是（ ） A. 纯龙骨水车 B. 投石机 C. 带摇柄起重机械 D. 定滑轮提水装置 11.（2026·淮安期末）机械模型做功功率大，代表模型（ ） A. 效率高 B. 做功快 C. 有用功多 D. 额外功少 12.（2024·连云港期末）机械模型无法达到100%效率的根本原因是（ ） A. 做功速度太慢 B. 存在不可避免的额外功 C. 有用功过小 D. 模型材料过轻 二．填空题（共24分） 13.（2025·南京鼓楼期末）组合机械一定不能______功；可以______力或者______距离，二者不可兼得。 14.（2026·苏州模拟）投石机模型工作时，动力臂______阻力臂，属于______杠杆；可以______石块运动距离。 15.（2024·盐城期末）自制起重机模型额外功来源：转轴______、动滑轮______、构件______损耗。 16.（2025·泰州兴化模拟）杆秤秤砣质量偏大，测量值______；秤杆左端折断，测量值______；支点右移，测量值______。 17.（2026·无锡模拟）智能机械手抓取重物，有用功是克服物体______做功；手臂升降克服机械自重是______功；电机总做功是______功。 18.（2024·南通期末）龙骨水车利用______提升水位；工作中机械能部分克服______损耗；整体机械效率______100%。 19.（2025·徐州期末）机械模型优化方案：减小摩擦降______功；增加物重提______功占比；最终提升机械______。 20.（2026·宿迁期末）机械调查分为古代机械、______机械、智能机械；机械本质都是______的组合；所有机械遵循______原理。 三．解答题（共52分） 21.起重机组 （1）塔式起重机模型由________、两类简单机械组合构成。 （2）起重机吊臂为费力杠杆，优势是________扩大；滑轮组主要作用是________。 （3）同一滑轮组起重机模型，提升重物越重，机械效率（ ） A. 越高 B. 越低 C. 不变 D. 无法判断 （4）起重机工作时，克服动滑轮自重做________功；提升货物做________功。（2空） （5）提高起重机模型机械效率，不可行的是（ ） A. 减轻动滑轮质量 B. 润滑转轴减小摩擦 C. 加快提升速度 D. 适当增大提升物重 22.智能机械手 （1）智能机械手关节相当于杠杆的________；内部拉线利用________改变力的方向。 （2）工业机械臂大多为________杠杆，目的是获得更大的________范围。 （3）机械手匀速抓取更重物体时，下列判断正确的是（ ） A. 有用功增大，效率升高 B. 有用功不变，效率降低 C. 总功不变，效率升高 D. 额外功增大，效率降低 （4）机械手工作始终不能________功，所有机械效率均________100%。 （5）自制机械手夹爪抓握无力，下列改进最合理的是（） A. 增大转轴摩擦 B. 调整力臂比例、增大动力臂 C. 加快转动速度 D. 减轻被抓物体质量 23.机械模型制作与工程评估 （1）机械模型完整制作流程：选材组装→________→测试观察→________。 （2）组合机械的设计原则：不能省功，只能________或________。 （3）关于功率与机械效率，下列说法正确的是（ ） A. 功率大的机械，效率一定高 B. 效率高的机械做功一定快 C. 二者无必然联系 D. 功率小的机械效率一定低 （4）模型转轴摩擦过大，会导致额外功________、机械效率________。（2空） （5）下列对自制机械模型的评估，科学正确的是（ ） A. 效率偏低即为制作失败 B. 可通过减重、减摩擦优化性能 C. 省力机械一定省距离 D. 组合机械可以消除额外功 24.如图甲所示，起重机正在对货物进行作业，该货物的质量是1.2×103kg，起重臂下滑轮组的简化结构如图乙所示，钢丝绳上的拉力F为5000N，货物被匀速向上吊起2m，绳重和摩擦不计，求： (1)拉力F所做的有用功； (2)动滑轮所受的重力； (3)滑轮组的机械效率。 25．中国在建的航空母舰“福建舰”利用模块化建造的方法能够大大缩短工时，如图是龙门吊起重机在一次作业中起重某构件的示意图，起重机通过上方的电动机牵引绳子自由端来控制构建的升降。在此作业中，电动机牵引绳子自由端的拉力为12000N，动滑轮及其附属装置的总重力为8000N，构件的质量为8t，构件在1min内上升15m，求此次作业中：（g取10N/kg） (1)电动机牵引绳子自由端的功率； (2)滑轮组的机械效率； (3)电动机克服钢丝绳重力和滑轮组各处摩擦所做的这部分额外功。 26.阅读短文，回答问题。 “驭星三号”柔性太空机械臂在轨开展加注试验 2026年3月，我国商用卫星“驭星三号”成功发射，卫星搭载一台国产柔性连续体太空机械臂，在距离地面约500千米的太空轨道完成模拟在轨燃料加注试验，这项技术被媒体称为“太空加油站”技术 。柔性太空机械臂本质上是一套精密的复合机械，整套设备内部大量集成杠杆、滑轮传动机构。机械臂每一节柔性臂段都可以等效为杠杆；内置多组由绳索与微型滑轮组成的传动系统，电机安装在机械臂基座位置，依靠绳索拉动各个关节完成伸展、弯曲、扭转动作。科研人员介绍，太空机械臂在在轨作业的时候，需要克服自身构件重力、转轴处摩擦完成工作。在地面开展样机测试时，工程师需要不断优化样机结构：打磨传动转轴、选用高强度轻质合金制作机械臂连杆，以此减轻机械臂自身重量，尽可能降低额外功，提高样机整体机械效率。某校物理社团以此航天热点作为课题，计划开展跨学科实践活动，设计并且制作一台模拟太空机械臂的简化模型。同学们查阅资料之后意识到，不管是真实航天机械装备，还是学生手工制作的简易机械模型，都遵循功的原理，永远无法实现省功；在模型制作完成之后，还需要经过反复调试、性能测试、评估与迭代改进，才能够得到性能更加完善的作品。 阅读上述材料，完成下面5道小题： （1）太空柔性机械臂内部绳索传动结构当中，定滑轮作用是改变拉力________；整套设备工作时，动力拉动杠杆绕________转动。 （2）机械臂样机测试的时候，选用轻质合金材料制造连杆，可以减小机械臂自身________，从而减少________功，提升机械效率。 （3）下列对于太空机械臂样机的理解，符合物理规律的是（ ） A. 如果消除全部摩擦，机械效率就一定能够达到100% B. 优化结构之后，可以实现既省力，同时又省距离 C. 机械臂不能够省功，但是可以选择省力或者省距离 D. 机械效率越高，机械臂做功的功率一定越大 （4）某简化机械臂模型匀速提升重物，提升高度保持不变，若只减轻模型连杆自重，则额外功________，机械效率________。 （5）关于本次跨学科实践活动，下列说法正确的一项是（ ） A. 只要模型可以运动，就不需要开展评估改进 B. 制作模型前，不需要开展相关机械的调查研究 C. 在调试模型的时候，不需要控制变量直接随意修改 D. 真实航天装备研发流程和学生模型实践思路相似，均需要多次迭代改进 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 物理臻选·2026-2027学年苏科版九年级物理上 《第十一章简单机械和功跨学科实践：调查机械并制作机械模型》提优特训A·B卷 一．特训目标 ( 1.能够识别起重机、投石机、绞车等复杂机械，拆解出杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械组件；理解复杂机械是多种简单机械的组合；会分析模型的有用功、额外功，理解模型机械效率的影响因素；知道省力必然费距离，省距离必然费力，不存在既省力又省距离的机械 。 2.经历 “ 需求分析 → 方案设计 → 绘制草图 → 制作组装 → 测试调试 → 评估改进 ” 完整工程思维流程；能对比不同设计方案优劣，运用杠杆平衡条件、机械效率知识对模型进行理论分析；能把真实机械抽象成物理模型，进行推理判断 。 3.能结合生活、古代机械、现代工程实例开展调查；可以利用废旧材料设计制作组合机械模型；会测试模型的工作性能，记录实验现象；能根据测试结果找出模型缺陷，提出可行改进方案；小组协作完成模型制作与展示评价 。 4.了解我国古代机械（投石机、龙骨水车、绞车）的工程智慧，感受传统科技文化；体会现代工程机械的价值；在制作实践中养成实事求是、不怕失败、反复调试的科学态度；树立节约材料、绿色工程的意识，学会团队分工合作 。 ) 二．重点难点 ( （一）重点 1.识别复杂机械的组成：把实际机械拆解为杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械，分析各自作用。 2.掌握机械模型完整设计流程：明确使用目的 → 选择材料 → 绘制草图 → 制作 → 测试 → 优化改进。 3.会分析自制模型的力学特点：判断省力/费力、省距离/费距离；区分模型的有用功、额外功，分析影响自制模型机械效率的因素。 4.跨学科调查：调查古代机械、现代工程机械，梳理机械的发展，完成模型展示与评价。 （二）难点 1.组合机械综合分析：一个模型同时包含多种简单机械，区分每一部分的作用，理清动力、阻力、力臂、绳子段数之间的关系。 2.模型设计与调试：理论设计与实际制作存在差距；结构松动、摩擦过大、支点偏移等现实问题的排查与改进。 3.自制模型的机械效率分析：自制模型额外功来源多（摩擦、构件自重、结构形变），理解自制模型机械效率普遍偏低的原因。 4.理解机械设计的权衡：省力、省距离、改变力的方向三者不能同时最优，需要根据实际需求取舍。 )三．知识精析 ( （一） 调查机械 现实中的起重机、投石机、绞车、吊车，都不是单一简单机械，而是两种或多种简单机械组合而成 。 ) ( 1.   古代机械： （1） 古代绞车（辘轳）： 轮轴+定滑轮；轮轴实现省力，定滑轮改变力的方向。 （2） 投石机模型： 杠杆（费力杠杆）+弹性形变（橡皮筋）；利用杠杆把橡皮筋弹性势能转化为石块的动能 。 （3）龙骨水车 轮轴+杠杆；轮轴+杠杆 的组合 实现省力。 2. 现代机械： （1） 起重机模型： 包含杠杆（吊臂）+滑轮组。吊臂是费力杠杆，滑轮组实现省力、改变力的方向。 （2） 高枝剪： 杠杆+定滑轮；定滑轮改变力的方向，杠杆实现省力。 （3）塔式起重机 杠杆+滑轮 组 ；滑轮 组+ 杠杆 的组合 实现省力。 （4）智能机械手 智能机械手是杠杆、滑轮组合而成的复合机械。主要构件（分机械本体、驱动、感知、控制系统）， ) ( （二）机械模型的制作 1.项目流程 （1）   明确任务需求：确定模型要实现什么功能：提升重物？投掷物体？改变力的方向？省力？ （2）方案设计、绘制草图：选择用到哪些简单机械；选择材料（雪糕棒、筷子、瓶盖、橡皮筋、细线、吸管等）；画出结构草图，标注支点、滑轮、力的作用位置。 （3）选材制作组装：注意支点固定牢固；滑轮转轴要灵活；连接件不能过度松动；注意工具安全。 （4）性能测试：测试模型能否完成预定功能；记录现象：是否省力、能否正常运动；观察模型存在的问题：卡顿、打滑、构件变形。 （5）评估与改进：分析故障原因，针对性优化。 2. 制作简易杆秤 （1） 原理 ： 杆秤本质是杠杆，依据杠杆平衡条件：F 1 L 1 =F 2 L 2 （动力 × 动力臂＝阻力 × 阻力臂）。 （2） 主要构件（简易杆秤） 秤杆：轻质直木棍、竹签、一次性筷子；尽量均匀、笔直，减少弯曲形变。 提纽（支点）：细绳拴在秤杆靠近一端的位置，作为悬挂支点。 秤盘：塑料瓶盖、小纸盘，细线拴在秤杆最左端，用来放置待测物体。 秤砣：螺母、小石头、重物，质量固定。 刻度标记：记号笔，在秤杆上标出刻度。 （3） 完整制作步骤（实操版） 步骤1：选材组装 取一根均匀直木杆，左端用细线固定一个秤盘；在距离左端合适位置拴上一根细绳作为提纽（支点O）。再准备一个重物作为秤砣，拴上细线，可以在秤杆上自由滑动。 步骤2：确定零刻度（定星，校零） 秤盘中不放任何物体，移动秤砣的位置，直到秤杆能够水平静止平衡。在秤砣细线所在位置用笔标记，该点就是零刻度（定盘星）。 原理：此时秤杆自身重力的力矩，与秤砣重力的力矩平衡。零刻度不在支点处。 步骤3：标定已知刻度 在秤盘放入一个质量已知的砝码（例如100g），移动秤砣，直到秤杆再次水平平衡，标记此刻位置，标注100g。依次放入200g、300g砝码，重复操作，标出对应刻度。 步骤4：均分刻度 测量相邻两个标记之间的距离，把区间均匀等分，画出更小的分度值。 结论：在理想情况下，杆秤的刻度是均匀的。 步骤5：检验与调试 用自制杆秤测量一个未知重物质量，再用天平进行比对；如果误差较大，检查支点是否松动、秤杆是否弯曲。 2. 制作简易 龙骨水车（翻车） ) ( （ 1 ） 工作原理 龙骨水车（翻车）属于组合机械，核心简单机械：轮轴 + 链传动。 ① 上端手摇/脚踏转轴构成轮轴，轮半径大于轴半径，可以省力，提供动力。 ② 闭合木链（龙骨）环绕上下两轮轴，链条上等距固定刮板；转动摇柄，链条循环运转，刮板把水槽内的水不断刮抬到高处，实现提水。 ③ 遵循功的原理：任何机械都不能省功。 有用功：克服水的重力，将水提升高度所做的功。 额外功：克服转轴摩擦、链条与刮板自重、刮板和水槽之间摩擦做功。 结论：机械效率一定小于100%。 （ 2 ） 模型主要构件 ① 水槽（车槽）：长条形槽体，水流通道；可用PVC长条管剪开、塑料盒拼接、木质凹槽制作。下端浸入水中，上端出水口向外排水。 ② 主动轮轴（上轮）：安装在水槽高处，带有齿槽，可以加装手摇柄；轮轴，动力输入位置。 ③ 从动轮轴（下轮）：安装在水槽底端，浸入水面下方，随链条被动转动。 ④ 龙骨链条：一连串互相铰接的链节，可以用雪糕棒、硬塑料片串联而成，形成环形闭合链条。 ⑤ 刮板（刮水板）：垂直固定在链条上，跟随链条循环运动，兜起水体。 ⑥ 支架：支撑整套装置，把水槽倾斜架起，保证下端入水、上端出水。 ⑦ 手摇柄：固定在上轮轴，扩大轮半径，构成省力轮轴。 （ 3 ） 制作步骤 步骤1：搭建倾斜水槽支架 制作支撑架，将水槽倾斜固定；水槽下端能够浸入水盆的水中，上端悬空，作为出水口。倾角不要过大，倾角太大，水容易从刮板回流。 步骤2：安装上下两根轮轴 水槽上端、下端分别开孔，穿入圆木棍作为转轴；转轴两端固定瓶盖制成的链轮，链轮留出齿口，可以卡住链条。保证转轴能够灵活转动，无明显卡滞。 步骤3：制作闭合龙骨链条 把雪糕棒逐一铰接，做成一条可以弯折的环形闭合链条；链条刚好能够啮合在上下两个链轮外侧，转动摇柄时链条可以平稳循环运转。链条不能过紧、也不能过松。 步骤4：安装刮水板 在链条上等间距垂直粘贴塑料刮板；刮板宽度略小于水槽宽度，刮板和槽底尽量贴近，但不要紧紧顶住槽底，避免摩擦过大卡住。 步骤5：组装整体、试运行 手摇上端摇柄，带动链轮、龙骨链条、刮板同步运动；下端刮板入水，向上运动兜起水，运送到上端出水口流出。 步骤6：调试与改进 试运行之后观察出水流量、是否卡顿、漏水，针对性修改模型。 （ 4 ） 、常见故障、原因以及改进方案（考试高频素材） ① 转动卡顿，摇起来费力 原因：转轴摩擦力过大；链条安装过紧；刮板紧贴水槽底部摩擦严重。 改进：转轴处涂抹润滑油；适当调松链条；刮板与槽底预留微小间隙。 ② 刮板带不起水，几乎没有水流流出 原因：水槽倾角太小；刮板间距过大；刮板高度不足；水顺着刮板回流。 改进：适度增大水槽倾斜角度；缩短刮板之间距离；加高刮板高度；减少回程漏水。 ③ 有水但是出水量很小，大量水中途回流 原因：水槽倾斜角度太大；链条运转速度太慢；刮板与水槽侧壁缝隙漏水。 改进：减小倾角；加快手摇转速；刮板边缘增加密封条，缩小缝隙。 ④ 链条运转时脱离链轮、发生脱链 原因：链条过松；链轮齿深度不足；水槽安装歪斜。 ) ( 改进：张紧链条；加深链轮齿槽；校正水槽，保证装置端正。 （ 5 ） 提高龙骨水车模型机械效率的方法 ① 润滑转轴，减小转轴摩擦，减少额外功。 ② 使用轻质材料制作链条、刮板，减轻自重，降低克服构件自重所做的额外功。 合理控制刮板和水槽之间间隙，减小滑动摩擦。 ③ 在装置允许范围内，适当提升单次提水量，增大有用功占总功的比例。 （三） 自制机械模型的功与机械效率分析 1.有用功：完成设计目的所做的功。例如起重机模型提升重物：W_{\text{有用}}=Gh。 2.额外功来源（自制模型重点） ① 克服模型自身构件自重做功； ② 各个转轴、接触面之间的摩擦； ③ 材料形变消耗能量。 3.总功：人手施加动力做的功 W 总 =Fs。 4. 机械效率公式： 5.提高自制模型机械效率的可行办法 ① 减小摩擦：打磨转轴、润滑； ② 减轻模型自身构件重量； ③ 在条件允许下，增大被提升物体的重力，提高有用功占比。 （四） 简单机械组合的权衡关系 1.省力机械：省力，但费距离； 2.省距离机械：省距离，但费力； 3.定滑轮：不省力不省距离，只改变力的方向。 工程设计中没有完美机械，要根据实际需求取舍。例如起重机吊臂是费力杠杆，虽然费力，但可以获得更大的工作范围。 ) A卷·基础过关 （时间：45分钟 满分：100分） 一．选择题（共24分） 1.（2024·苏州期末）龙骨水车是我国古代经典提水机械，其主要组合简单机械是（） A. 杠杆、斜面 B. 轮轴、链条传动 C. 滑轮、斜面 D. 杠杆、滑轮 【答案】：B 【解析】：龙骨水车上下端为轮轴结构，依靠木链（龙骨）传动提水，核心机械为轮轴、链传动。 2.（2025·盐城期中）自制简易杆秤模型，杆秤的物理本质是（ ） A. 省力杠杆 B. 费力杠杆 C. 等臂杠杆 D. 轮轴 【答案】：A 【解析】：生活杆秤动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，依据杠杆平衡条件工作。 3.（2025·泰州姜堰模拟）制作投石机模型时，投石机抛射石块的臂杆属于（ ） A. 省力杠杆，省距离 B. 费力杠杆，费距离 C. 省力杠杆，费距离 D. 费力杠杆，省距离 【答案】：D 【解析】：投石机动力臂短、阻力臂长，是费力杠杆；费力杠杆特点：费力、省距离，能让石块获得更大抛射速度。 4.（2024·无锡期末）起重机模型的吊臂和滑轮组组合，下列说法正确的是（） A. 吊臂是省力杠杆 B. 滑轮组只能改变力的方向 C. 整套机械不能省功 D. 机械效率可以达到100% 【答案】：C 【解析】：所有机械都遵守功的原理，不能省功；吊臂为费力杠杆，滑轮组可省力，机械效率永远小于100%。 5.（2026·淮安清江浦模拟）制作机械模型时，减小转轴摩擦的主要目的是（ ） A. 增大有用功 B. 减小额外功 C. 增大总功 D. 提高功率 【答案】：B 【解析】：摩擦做功属于额外功，减小摩擦可减少额外功，提高模型机械效率。 6.（2025·连云港海州期中）智能机械手夹爪抓取物体时，夹爪杠杆的主要优势是（ ） A. 省力、增大抓取力度 B. 省距离、活动范围大 C. 省功、提高效率 D. 改变力的方向、省力 【答案】：B 【解析】：机械臂多为费力杠杆，费力省距离，末端活动范围大，适配精密操作。 7.（2024·南通期末）下列组合机械中，不能省力的是（ ） A. 滑轮组起重机 B. 手摇绞车 C. 纯定滑轮组合装置 D. 省力杠杆模型 【答案】：C 【解析】：定滑轮只改变力的方向，不省力、不省距离。 8.（2025·扬州邗江期末）自制机械模型机械效率偏低的主要原因是（ ） A. 不做有用功 B. 额外功损耗大 C. 总功过小 D. 功率太小 【答案】：B 【解析】：手工模型摩擦、构件自重、形变损耗大，额外功占比高，机械效率低。 9.（2026·徐州泉山模拟）关于功的原理，制作机械模型必须遵循的规律是（ ） A. 可以省力、可以省功 B. 可以省距离、可以省功 C. 只能省力或省距离，不能省功 D. 既省力又省距离 【答案】：C 【解析】：任何简单、组合机械都不能省功，只能省力费距离或省距离费力。 10.（2024·常州期末）古代绞车（辘轳）的核心简单机械是（ ） A. 斜面 B. 轮轴 C. 杠杆 D. 滑轮 【答案】：B 【解析】：绞车手柄与卷筒构成轮轴，是古代省力起重机械。 11.（2025·镇江期中）测试杆秤模型，秤砣磨损变小，测量结果会（ ） A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 无法判断 【答案】：A 【解析】：秤砣质量变小，需增大动力臂平衡，刻度读数偏大。 12.（2024·宿迁期末）组装滑轮组机械模型，动滑轮自重增大，会导致（ ） A. 有用功增大 B. 额外功增大，效率降低 C. 总功减小 D. 功率增大 【答案】：B 【解析】：动滑轮自重属于额外功来源，自重越大，额外功越多，机械效率越低。 二．填空题（共24分） 13.（2025·苏州吴中期末）龙骨水车由______、______、传动结构组成；整套机械工作时______（能/不能）省功。 【答案】：轮轴；链条；不能 【解析】：龙骨水车核心为轮轴+链传动；所有机械均遵守功的原理，无法省功。 14.（2024·盐城大丰期末）简易杆秤本质是______；提纽为杠杆的______；杆秤刻度是______（均匀/不均匀）的。 【答案】：杠杆；支点；均匀 【解析】：杆秤依据杠杆平衡条件工作，物重与力臂成正比，刻度均匀。 15.（2026·南京玄武模拟）投石机模型臂杆是______杠杆，特点是费力、______距离；工作时弹性势能转化为______能。 【答案】：费力；省；机械 【解析】：投石机费力省距离，橡皮筋弹性势能转化为石块机械能。 16.（2025·泰州期末）起重机模型由______和滑轮组组合而成；吊臂属于______杠杆；滑轮组主要用于______。 【答案】：杠杆；费力；省力 【解析】：起重机是典型组合机械，费力杠杆扩范围，滑轮组实现省力提升重物。 17.（2024·无锡滨湖期末）制作机械模型时，打磨转轴可以减小______功；增大提升物重可提高______占比；最终提升机械______。 【答案】：额外；有用功；效率 【解析】：减摩擦、增有用功占比，是提高模型机械效率的两种核心方法。 18.（2025·淮安期末）智能机械手关节是______支点；内部拉线结构利用______改变力的方向；机械臂整体______（能/不能）省功。 【答案】：杠杆；定滑轮；不能 【解析】：机械手为杠杆+滑轮组合机械，一切机械均不省功。 19.（2026·南通海门模拟）古代绞车利用______省力；提升重物时，克服筒身自重做______功；拉力做功为______功。 【答案】：轮轴；额外；总 【解析】：轮轴省力，自重、摩擦为额外功，动力拉力做功为总功。 20.（2024·连云港期末）机械模型设计流程：方案设计、______组装、______测试、______改进。 【答案】：选材；性能；评估 【解析】：标准跨学科实践流程：设计→选材组装→测试→评估改进。 三．解答题（共52分） 21.杆秤模型 （1）自制简易杆秤的物理原理是________；杆秤正常使用时属于________杠杆。 （2）制作杆秤时，定盘星（零刻度）____（在/不在）支点位置，主要原因是________。 （3）使用磨损变轻的秤砣测量物体质量，测量值会（ ） A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 无法确定 （4）称量同一重物，换用质量更大的秤砣，杠杆平衡时动力臂________，测量示数_____。 （5）关于杆秤模型制作与调试，下列说法正确的是（ ） A. 杆秤刻度不均匀 B. 秤杆弯曲不影响测量精度 C. 空载调平是制作关键步骤 D. 杆秤可以省功 【答案】（1）杠杆平衡条件；省力（2）不在；秤杆自身有重力（3）A（4）变小；偏小 （5）C 【解析】（1）杆秤依靠 F1L1=F2L2 杠杆平衡条件工作；动力臂大于阻力臂，为省力杠杆。 （2）秤杆自重会产生力矩，空载平衡时秤砣不在支点，因此零刻度不在支点。（3）秤砣质量偏小，需要更大动力臂才能平衡，刻度读数偏大。（4）秤砣质量变大，无需较远力臂即可平衡，动力臂变小，测量示数偏小。（5）A错：杆秤刻度均匀；B错：秤杆弯曲会增大误差；D错：任何机械不省功；C正确。 22.龙骨水车 （1）龙骨水车主要由________、________两种简单机械组合而成。 （2）龙骨水车提水过程中，对水做的功为_______功；克服转轴摩擦做的功为________功。 （3）关于龙骨水车机械效率，下列判断正确的是（ ） A. 可以等于100% B. 一定小于100% C. 等于0 D. 只与提水高度有关 （4）优化龙骨水车模型，打磨转轴可以________额外功、________机械效率。 （5）龙骨水车工作过程中，始终遵循的物理规律是（ ） A. 可以省力、可以省功 B. 不能省功，可省力费距离 C. 只能费力省距离 D. 效率可达到百分之百 【答案】（1）轮轴；链条传动（2）有用；额外（3）B（4）减小；提高（5）B 【解析】（1）龙骨水车核心结构：上下轮轴+木质链条传动结构。（2）目的是提水，对水做功为有用功；摩擦、自重损耗为额外功。（3）额外功不可避免，所有机械效率一定小于100%。（4）减小摩擦可减少额外功，提升有用功占比，提高机械效率。（5）功的原理：所有机械不省功，只能省力费距离或省距离费力。 23.投石机 （1）简易投石机臂杆属于________杠杆，工作特点是费力、________距离。 （2）投石机发射石块时，橡皮筋的________能主要转化为石块的________能。 （3）增大橡皮筋松紧程度，投石机抛射距离会（ ） A. 变近 B. 变远 C. 不变 D. 无规律 （4）投石机模型转轴卡顿，是因为________过大，可通过________改善模型性能。 （5）关于投石机模型，下列说法错误的是（ ） A. 属于组合简单机械 B. 无法实现省功 C. 动力臂大于阻力臂 D. 存在额外功损耗 【答案】（1）费力；省（2）弹性势；机械（3）B（4）摩擦；润滑/打磨转轴（5）C 【解析】（1）投石机动力臂短、阻力臂长，是费力杠杆，费力省距离。（2）形变的橡皮筋储存弹性势能，释放后转化为石块机械能。（3）橡皮筋弹性更强，储能更多，石块获得机械能更大，抛射更远。（4）转轴摩擦大造成卡顿，打磨、润滑可减小摩擦、减小额外功。（5）投石机是费力杠杆，动力臂小于阻力臂，C错误。 24．100kg建筑材料放在水平地面，与地面的接触总面积为0.01m2.工人用起吊装置提升建筑材料，电动机输出功率900W，恒定不变，这些材料匀速提上楼，上升速度为0.75m/s，用时20s。不计绳重和摩擦，求此过程中：（g=10N/kg） （1）在挂上动滑轮之前，材料对水平地面的压强是多大； （2）材料上升的高度是多少； （3）该装置的机械效率多大（留一位小数）。 解：（1）物体所受重力为，在挂上动滑轮之前，物体对地面的压力等于物体重力，物体对地压强为 （2）材料上升高度 （3）该装置机械效率为 答：（1）在挂上动滑轮之前，材料对水平地面的压强是； （2）材料上升的高度是15m； （3）该装置机械效率为83.3%。 25．小明同学周末参观深圳市科学技术馆，在装配式建筑区域发现有一座塔吊模型（图1）。通过查找资料，他发现塔吊的内部结构简化图如图2所示。小明通过图3的滑轮组模拟塔吊将重480N的物体在10s内提升2m，该过程中绳子末端施加的拉力大小为200N。（不计绳重及摩擦）求： (1)动滑轮的重力； (2)滑轮组的机械效率； (3)拉力的功率。 解：（1）由图3可得滑轮组的承重绳子段数n=3，不计绳重及摩擦，动滑轮的重力G动=nF-G=3×200N-480N=120N （2）对物体做的有用功W有=Gh=480N×2m=960J 拉力做的总功W总=Fs=Fnh=200N×3×2m=1200J 滑轮组的机械效率 （3）拉力的功率 答：(1)动滑轮的重力120N；(2)滑轮组的机械效率80％；(3)拉力的功率120W。 26.阅读短文，回答问题。 国产七轴协作灵巧机械臂走进教育实验室 2026世界机器人大会上，国产自研七轴协作灵巧机械臂正式面向教育科研市场投放，大量中小学、高中开始开展机械臂模型的跨学科实践探究活动。整套灵巧机械臂是一套由大量简单机械组合而成的复合机械。机械臂每一处旋转关节都可以抽象成杠杆，关节转轴就是杠杆的支点；机械臂内部布置多条钢丝绳传动结构，钢丝绳绕过微型定滑轮，电机拉动绳索，驱动末端夹爪完成抓取动作。工程师介绍，绝大多数工业机械臂属于费力杠杆。费力杠杆虽然需要更大动力，但动力端只需要移动很小距离，末端夹爪就可以实现大范围摆动，拥有很大的工作半径，适合精密操作。某物理兴趣小组以此为灵感，利用雪糕棒、细线、轴承等材料，动手自制一台简易灵巧机械手模型。在制作调试的过程当中同学们发现，模型转轴摩擦较大时，机械效率偏低；润滑转轴、减轻手臂连杆自重、适当地增大抓取重物的质量，都能够有效提升自制机械手模型的机械效率。同学们通过调查、制作、测试、评估改进完整流程，加深了对于杠杆、滑轮、功、机械效率、功的原理等知识点的理解。 根据上文材料，完成下面5道小题： （1）国产灵巧机械臂的各个转动关节相当于杠杆的________；内部钢丝绳传动当中微型定滑轮可以改变拉力的________。 （2）工业灵巧机械臂大多属于费力杠杆，使用费力杠杆的优势是________；整套机械臂工作时，（选填“能”或“不能”）省功。 （3）在自制简易机械手模型时，若润滑各个转动的转轴，下列判断正确的是（ ） A. 有用功变大，机械效率变大 B. 额外功变小，机械效率变大 C. 总功不变，机械效率不变 D. 额外功不变，机械效率变小 （4）使用同一套机械手模型匀速抓取重物，被抓取物体重力增大，则克服物体重力做的有用功________，机械效率________。 （5）关于机械臂以及自制机械模型，下列说法错误的一项是（ ） A. 定滑轮不能够省力，只能改变力的方向 B. 无论怎样优化设计，机械效率永远小于100% C. 机械做功越快，它的机械效率一定越高 D. 完整实践流程包含调查、制作、测试、评估改进 【答案】（1）支点；方向（2）获得更大的末端活动范围；不能（3）B（4）增大；升高 （5）C 【解析】（1）杠杆绕支点转动，关节就是支点；定滑轮特点：只改变力的方向，不能够省力。（2）费力杠杆：费力、省距离，末端夹爪可以移动更大距离，扩大工作范围；根据功的原理，任何机械都不能省功。（3）润滑转轴，可以减小摩擦，克服摩擦的额外功减小；有用功不变，额外功减小，有用功在总功当中占比提升，机械效率变大，故选B。（4）同一机械模型，提升高度不变，物体重力变大，有用功增大；转轴摩擦、机械自重带来的额外功基本保持不变，有用功占总功比例上升，机械效率升高。（5）C错误；功率描述做功快慢，机械效率描述有用功占总功的比例，二者没有必然联系；其余选项表述全部正确。 B卷·强化提优 （时间：60分钟 满分：100分） 一．选择题（共24分） 1.（2025·江苏十三市联考）关于组合机械模型，下列推理正确的是（ ） A. 省力机械一定省功 B. 省距离机械效率一定高 C. 多重机械组合仍不能省功 D. 机械速度越快，效率越高 【答案】：C 【解析】：功的原理具有普适性，无论多少机械组合，都无法省功；效率与速度、省力无关。 2.（2026·苏州高新区期末）同一投石机模型，更换更粗橡皮筋，正确的是（ ） A. 弹性势能变小，抛射更近 B. 弹性势能变大，抛射更远 C. 机械效率降低，省功更多 D. 杠杆类型发生改变 【答案】：B 【解析】：粗橡皮筋弹性更大，储存弹性势能更多，转化机械能更多，石块抛射更远。 3.（2024·南通通州期末）水平机械模型拉动重物，模型的有用功是（ ） A. 克服模型自重做功 B. 克服物体摩擦力做功 C. 克服空气重力做功 D. 拉力总做功 【答案】：B 【解析】：水平移动重物，重力不做功，有用功为克服滑动摩擦力做功。 4.（2025·盐城射阳模拟）制作杆秤模型，零刻度（定盘星）位置（ ） A. 与支点重合 B. 在支点一侧，因秤杆自重 C. 始终在最左端 D. 随秤砣质量改变 【答案】：B 【解析】：秤杆自身有重力，空载平衡时秤砣不在支点，零刻度偏离支点。 5.（2026·泰州姜堰模拟）机械模型效率偏低，无法提高效率的操作是（ ） A. 润滑转轴 B. 减轻构件自重 C. 加快运动速度 D. 增大被测物重 【答案】：C 【解析】：运动速度只改变功率，不改变有用功、额外功比值，不影响机械效率。 6.（2024·常州期末）智能机械手抓取重物变重，匀速抓取时（ ） A. 有用功增大，效率升高 B. 额外功减小，效率升高 C. 总功不变，效率不变 D. 有用功不变，效率降低 【答案】：A 【解析】：同一机械模型，额外功基本不变，物重增大，有用功占比提升，效率升高。 7.（2025·扬州广陵模拟）龙骨水车工作过程中，额外功不包括（ ） A. 克服转轴摩擦做功 B. 克服链条自重做功 C. 提升水做的功 D. 构件形变损耗功 【答案】：C 【解析】：提升水是工作目的，属于有用功，其余均为额外功。 8.（2026·镇江期末）组合机械的设计原则，正确权衡是（ ） A. 同时省力、省距离、省功 B. 优先省功，再考虑省力 C. 根据需求取舍省力或省距离 D. 所有机械都设计成省力型 【答案】：C 【解析】：无法同时省力省距离，工程模型需根据用途取舍性能。 9.（2024·徐州期末）滑轮组机械模型静止测拉力，会导致（ ） A. 拉力偏大，效率偏低 B. 拉力偏小，效率偏高 C. 拉力准确，效率不变 D. 总功偏大 【答案】：B 【解析】：静止忽略摩擦，拉力测量偏小，计算总功偏小，机械效率偏高。 10.（2025·宿迁模拟）下列古代机械中，同时利用轮轴+杠杆的是（ ） A. 纯龙骨水车 B. 投石机 C. 带摇柄起重机械 D. 定滑轮提水装置 【答案】：C 【解析】：摇柄为轮轴，起重臂为杠杆，属于复合机械。 11.（2026·淮安期末）机械模型做功功率大，代表模型（ ） A. 效率高 B. 做功快 C. 有用功多 D. 额外功少 【答案】：B 【解析】：功率定义：描述做功快慢，与机械效率无关联。 12.（2024·连云港期末）机械模型无法达到100%效率的根本原因是（ ） A. 做功速度太慢 B. 存在不可避免的额外功 C. 有用功过小 D. 模型材料过轻 【答案】：B 【解析】：摩擦、自重、形变的额外功永远存在，效率永远小于100%。 二．填空题（共24分） 13.（2025·南京鼓楼期末）组合机械一定不能______功；可以______力或者______距离，二者不可兼得。 【答案】：省；省；省 【解析】：功的原理核心：不省功，省力必费距离，省距离必费力。 14.（2026·苏州模拟）投石机模型工作时，动力臂______阻力臂，属于______杠杆；可以______石块运动距离。 【答案】：小于；费力；增大 【解析】：费力杠杆省距离，大幅增大末端石块移动距离与速度。 15.（2024·盐城期末）自制起重机模型额外功来源：转轴______、动滑轮______、构件______损耗。 【答案】：摩擦；自重；形变 【解析】：手工模型三大额外功来源：摩擦、自重、材料形变耗能。 16.（2025·泰州兴化模拟）杆秤秤砣质量偏大，测量值______；秤杆左端折断，测量值______；支点右移，测量值______。 【答案】：偏小；偏大；偏小 【解析】：砣大读数小、杆自重减小读数大、阻力臂减小读数偏小。 17.（2026·无锡模拟）智能机械手抓取重物，有用功是克服物体______做功；手臂升降克服机械自重是______功；电机总做功是______功。 【答案】：重力；额外；总 【解析】：抓取重物为目的是有用功，机械自重损耗为额外功，动力做功为总功。 18.（2024·南通期末）龙骨水车利用______提升水位；工作中机械能部分克服______损耗；整体机械效率______100%。 【答案】：链传动；摩擦；小于 【解析】：摩擦损耗额外功不可消除，效率始终小于百分之百。 19.（2025·徐州期末）机械模型优化方案：减小摩擦降______功；增加物重提______功占比；最终提升机械______。 【答案】：额外；有用；效率 【解析】：模型改进两大核心：减额外功、增有用功占比。 20.（2026·宿迁期末）机械调查分为古代机械、______机械、智能机械；机械本质都是______的组合；所有机械遵循______原理。 【答案】：生活；简单机械；功的 【解析】：复杂机械均为简单机械组合，全部遵守功的原理。 三．解答题（共52分） 21.起重机组 （1）塔式起重机模型由________、两类简单机械组合构成。 （2）起重机吊臂为费力杠杆，优势是________扩大；滑轮组主要作用是________。 （3）同一滑轮组起重机模型，提升重物越重，机械效率（ ） A. 越高 B. 越低 C. 不变 D. 无法判断 （4）起重机工作时，克服动滑轮自重做________功；提升货物做________功。（2空） （5）提高起重机模型机械效率，不可行的是（ ） A. 减轻动滑轮质量 B. 润滑转轴减小摩擦 C. 加快提升速度 D. 适当增大提升物重 【答案】 （1）杠杆；滑轮组（2）工作范围；省力（3）A（4）额外；有用（5）C 【解析】（1）起重机是杠杆（吊臂）+滑轮组经典组合机械。（2）费力杠杆省距离，扩大末端工作范围；滑轮组实现省力提升重物。（3）同一机械，额外功基本不变，物重越大，有用功占比越高，效率越高。（4）机械自重、摩擦属于额外功；完成工作目的的为有用功。（5）提升速度只改变做功快慢（功率），不改变机械效率。 22.智能机械手 （1）智能机械手关节相当于杠杆的________；内部拉线利用________改变力的方向。 （2）工业机械臂大多为________杠杆，目的是获得更大的________范围。 （3）机械手匀速抓取更重物体时，下列判断正确的是（ ） A. 有用功增大，效率升高 B. 有用功不变，效率降低 C. 总功不变，效率升高 D. 额外功增大，效率降低 （4）机械手工作始终不能________功，所有机械效率均________100%。 （5）自制机械手夹爪抓握无力，下列改进最合理的是（） A. 增大转轴摩擦 B. 调整力臂比例、增大动力臂 C. 加快转动速度 D. 减轻被抓物体质量 【答案】（1）支点；定滑轮（2）费力；活动（3）A（4）省；小于（5）B 【解析】（1）关节为杠杆支点，内部定滑轮用于改变拉力方向。（2）机械臂费力省距离，末端活动范围大，适配精密操作。（3）物重增大，有用功增大，额外功不变，机械效率升高。（4）功的原理：任何机械不省功，额外功存在，效率小于100%。（5）调整杠杆力臂、增大动力臂可增大夹持力，解决抓握无力问题。 23.机械模型制作与工程评估 （1）机械模型完整制作流程：选材组装→________→测试观察→________。 （2）组合机械的设计原则：不能省功，只能________或________。 （3）关于功率与机械效率，下列说法正确的是（ ） A. 功率大的机械，效率一定高 B. 效率高的机械做功一定快 C. 二者无必然联系 D. 功率小的机械效率一定低 （4）模型转轴摩擦过大，会导致额外功________、机械效率________。（2空） （5）下列对自制机械模型的评估，科学正确的是（ ） A. 效率偏低即为制作失败 B. 可通过减重、减摩擦优化性能 C. 省力机械一定省距离 D. 组合机械可以消除额外功 【答案】（1）结构调试；评估改进（2）省力；省距离（3）C（4）增大；降低（5）B 【解析】（1）跨学科实践标准流程：组装→调试→测试→评估改进。（2）机械规律：省力必费距离、省距离必费力，不可兼得、不省功。（3）功率描述做功快慢，效率描述能量利用率，两者完全无关。（4）摩擦增大，额外功增多，有用功占比下降，效率降低。（5）A错：手工模型效率低属于正常；C错：省力费距离；D错：额外功无法消除；B正确。 24.如图甲所示，起重机正在对货物进行作业，该货物的质量是1.2×103kg，起重臂下滑轮组的简化结构如图乙所示，钢丝绳上的拉力F为5000N，货物被匀速向上吊起2m，绳重和摩擦不计，求： (1)拉力F所做的有用功； (2)动滑轮所受的重力； (3)滑轮组的机械效率。 解:（1）货物的重力为G＝mg＝1.2×103kg×10N/kg＝1.2×104N,有用功为W有＝Gh＝1.2×104N×2m＝2.4×104J. （2）由图可知，绳子段数为n＝3，对动滑轮受力分析知，动滑轮的重力为 G动＝3F－G＝3×5000N－1.2×104N＝3000N （3）滑轮组的机械效率为 25．中国在建的航空母舰“福建舰”利用模块化建造的方法能够大大缩短工时，如图是龙门吊起重机在一次作业中起重某构件的示意图，起重机通过上方的电动机牵引绳子自由端来控制构建的升降。在此作业中，电动机牵引绳子自由端的拉力为12000N，动滑轮及其附属装置的总重力为8000N，构件的质量为8t，构件在1min内上升15m，求此次作业中：（g取10N/kg） (1)电动机牵引绳子自由端的功率； (2)滑轮组的机械效率； (3)电动机克服钢丝绳重力和滑轮组各处摩擦所做的这部分额外功。 解:（1）由图可知，有效绳子段数，则绳子自由端移动距离为 则绳子拉力做功为 则电动机牵引绳子自由端的功率为 （2）有用功为 则滑轮组的机械效率为 （3）额外功为,克服动滑轮及其附属装置总重力所做的额外功为,则电动机克服钢丝绳重力和滑轮组各处摩擦所做的这部分额外功为. 26.阅读短文，回答问题。 “驭星三号”柔性太空机械臂在轨开展加注试验 2026年3月，我国商用卫星“驭星三号”成功发射，卫星搭载一台国产柔性连续体太空机械臂，在距离地面约500千米的太空轨道完成模拟在轨燃料加注试验，这项技术被媒体称为“太空加油站”技术 。柔性太空机械臂本质上是一套精密的复合机械，整套设备内部大量集成杠杆、滑轮传动机构。机械臂每一节柔性臂段都可以等效为杠杆；内置多组由绳索与微型滑轮组成的传动系统，电机安装在机械臂基座位置，依靠绳索拉动各个关节完成伸展、弯曲、扭转动作。科研人员介绍，太空机械臂在在轨作业的时候，需要克服自身构件重力、转轴处摩擦完成工作。在地面开展样机测试时，工程师需要不断优化样机结构：打磨传动转轴、选用高强度轻质合金制作机械臂连杆，以此减轻机械臂自身重量，尽可能降低额外功，提高样机整体机械效率。某校物理社团以此航天热点作为课题，计划开展跨学科实践活动，设计并且制作一台模拟太空机械臂的简化模型。同学们查阅资料之后意识到，不管是真实航天机械装备，还是学生手工制作的简易机械模型，都遵循功的原理，永远无法实现省功；在模型制作完成之后，还需要经过反复调试、性能测试、评估与迭代改进，才能够得到性能更加完善的作品。 阅读上述材料，完成下面5道小题： （1）太空柔性机械臂内部绳索传动结构当中，定滑轮作用是改变拉力________；整套设备工作时，动力拉动杠杆绕________转动。 （2）机械臂样机测试的时候，选用轻质合金材料制造连杆，可以减小机械臂自身________，从而减少________功，提升机械效率。 （3）下列对于太空机械臂样机的理解，符合物理规律的是（ ） A. 如果消除全部摩擦，机械效率就一定能够达到100% B. 优化结构之后，可以实现既省力，同时又省距离 C. 机械臂不能够省功，但是可以选择省力或者省距离 D. 机械效率越高，机械臂做功的功率一定越大 （4）某简化机械臂模型匀速提升重物，提升高度保持不变，若只减轻模型连杆自重，则额外功________，机械效率________。 （5）关于本次跨学科实践活动，下列说法正确的一项是（ ） A. 只要模型可以运动，就不需要开展评估改进 B. 制作模型前，不需要开展相关机械的调查研究 C. 在调试模型的时候，不需要控制变量直接随意修改 D. 真实航天装备研发流程和学生模型实践思路相似，均需要多次迭代改进 【答案】（1）方向；支点（2）重力；额外（3）C（4）减小；升高（5）D 【解析】（1）定滑轮只改变拉力方向，不能够省力；杠杆在动力作用之下，绕支点发生转动。（2）使用轻质合金，连杆质量变小、重力减小；克服机械自重做功属于额外功，自重降低，额外功随之减少，机械效率提高。（3）A错误：即使没有摩擦，仍然需要克服机械自重做功，额外功无法彻底消除，效率达不到100%；B错误：任何机械不能够同时省力、省距离；D错误：效率与功率无关；C正确，符合功的原理。（4）重物重力、提升高度不变，有用功不变；连杆自重减轻，克服自重的额外功减小；有用功占总功比值变大，机械效率升高。（5）D正确；A、B、C均是跨学科实践当中典型错误做法；完整流程需要前期调查、制作、控制变量调试、多次评估迭代改进。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $