专题19 简单机械

专题 19 简单机械 考点一 杠 杆 1 在力的作用下，能绕着 固定点 转动的硬棒叫杠杆。力臂是 支 点 到 力的作用线 的距离，而不是支点到力的作用点的距离。 2 杠杆的五要素： 支点 O ， 动力 F1， 阻力 F2，动力臂 l1， 阻力臂 l2。 ( 1 ) 支点 O ：杠杆绕着转动的固定点。 ( 2 ) 动力 F1：促使杠杆转动的力。 ( 3 ) 阻力 F2：阻碍杠杆转动的力。 ( 4 ) 动力臂 l1：从支点到 动力作用线 的垂直距离。 ( 5 ) 阻力臂 l2：从支点到 阻力作用线 的垂直距离。 3 杠杆处于 静止 状态或 匀速转动 状态，称为杠杆平衡。杠杆平衡条件为： F1l1 F2l2，即F1F2l2l1。 4 杠杆的 分类： ( 1 ) 省力杠杆：动力臂 大于 阻力臂，特点是 省力 但费距离 。如：撬棒，起子。 ( 2 ) 费力杠杆：动力臂 小于 阻力臂，特点是 费力 但省距离 。如：船桨，镊子。 ( 3 ) 等臂杠杆：动力臂 等于 阻力臂，特点是既不省力也不费力。如：天平。 5 力臂的画法： 要正确画出杠杆上各力的力臂，明确力臂的概念是关键。画法可按以下几步完成： ( 1 ) 首先在杠杆的示意图上，确定支点 O 。 ( 2 ) 画出动力作用线和阻力作用线，必要时要用虚线将力的作用线延长。 ( 3 ) 过支点向力的作用线作垂线即从支点到力的作用线的垂直距离就是力臂。 6 人体中的杠杆： 考点二 滑 轮 1 定滑轮的实质是 等臂 杠杆，特点是不能 省力 ，但能改变 力的方向 。 2 动滑轮的实质是动力臂为阻力臂 二倍 的杠杆，特点是能 省一半力 ，但不能 改变力的方向 ，费 一倍 的距离。 3 使用滑轮组时，物体和动滑轮的总重由几段绳子承担，提起物体所用的力就是总重的 几分之一 ，即 F1n( G 物 G 动 ) ；绳子移动的距离就是物体上升高度的几倍，即 s nh 。 例 1 (2013南充 )如图所示的水平杠杆中 ， O为支点 ，请画出图中力 F1和 F2的力臂 l1和 l2。 解析： 本题考查力臂的画法 。 沿力 F1和 F2的方向画出两力的作用线 ， 从支点 O向力 F1和 F2的作用线作垂线段 ，在垂线段与力 F1和 F2的作用线相交处标上垂足符号 ， 用大括号把力臂标出来 ， 把力臂的名称写在大括号附近 。 答案： 如图所示 如图所示为钓鱼竿钓鱼的示意图 ， O为支点 ， A为手握鱼竿的作用点 ， 请在图中画出鱼线对钓鱼竿拉力 F2的力臂 ， 最小的动力 F1及其力臂 。 答案： 例 2 (2013宁波 ) 如图所示是滑动变阻器上的一个接线柱 。 螺母上的棱能 _手指与螺母间接触面的粗糙程度 ， 防止打滑；其中的螺纹是斜面的变形 ， 斜面缠绕在圆柱体上 ， 所以使用时可以 _(选填 “ 省力 ” 或“ 省距离 ” )；要拧紧导线 ， 应该按 _时针方向转动螺母 。 解析： 本题考查摩擦和斜面在生活中的应用 。 增大接触面的粗糙程度可以增大摩擦；斜面一定能省力 ， 但不能省距离 ， 观察螺纹或由生活经验可知按顺时针方向转动螺纹可旋紧 。 答案： 增大 省力 顺 杠杆在生产生活中普遍使用 。 下列工具在使用过程中 ， 属于省力杠杆的是 ( ) 答案： D 例 3 (2013衢州 )如图是研究杠杆平衡条件的实验装置 ，要使杠杆在水平位置平衡 ， B处应挂与 A处同样大小的钩码个数为 ( ) A 6个 B 4个 C 3个 D 2个 解析： 设每个钩码的重力是 G， 杠杆每格的长度为 l， 由图可知动力 F1 4G， 动力臂 l1 3l， 阻力臂 l2 2l， 由杠杆平衡条件得 F1l1 F2l2， 即 4G 3l F2 2l， 所以 F26G， 则在 B处应挂 6个钩码 。 答案： A 如图所示 ， 保持杠杆在水平位置平衡 ，在其他条件不变的情况下 ， 下列操作能使弹簧测力计示数变大的是 ( ) A 减少钩码的个数 B 将钩码悬挂点的位置向右移 C 保持拉力方向不变 ， 将弹簧测力计向右移 D 保持弹簧测力计悬挂点的位置不变 ， 使其向右倾斜 答案： D 例 4 (2013宁波 )如图所示 ， 物体 G在竖直向上的拉力 F的作用下 ， 匀速上升 0.2 m。 已知 G 18 N， F 10 N。这一过程中 ， 不能得到的结论是 ( ) A 绳子自由端上升 0.4 m B 拉力 F做功 4 J C 动滑轮重为 2 N D 该动滑轮的机械效率为 90% 解析： 本题以动滑轮为载体考查功、滑轮及机械效率。动滑轮有两根绳子承担物体和动滑轮的总重，重物上升 0.2 m ，绳子自由端上升 0 .4 m ， A 选项正确； W 有用 Gh 18 N 0 .2 m 3.6 J ， W 总 WF Fs 10 N 0.4 m 4 J ， W 有W 总 90 % ， B 、 D 选项正确； 题中没说不计滑轮和绳间的摩擦及绳子的自重所做的额外功，所以克服动滑轮重力做的额外功未知，无法求得动滑轮的重力。故本题选 C 。 答案： C 某同学设计了一种如图所示的简易电梯 ，由图可知 ( ) A A是动滑轮 B B是定滑轮 C 如果电动机向下拉动绳子 ， 电梯厢将上升 D 电梯厢运动的速度与电动机拉绳的速度相等 答案： C 专题训练 19 一 、 选择题 (每小题 3分 ， 共 33分 ) 1 下列所示工具中 ， 使用时不能省力但能省距离的是( ) A 动滑轮 B 订书机 C 羊角锤 D 镊子 答案： D 2 如图所示是小明玩手指顶杆游戏时的情景 ， 杆没有倾倒是由于 ( ) A 手指对杆没有做功 B 杆所受重力与支持力是一对平衡力 C 指尖受杆挤压发生形变 D 杆与手指间力的作用是相互的 答案： B 3. 如图所示 ， 小枫骑变速自行车上坡时 ， 要想省力 ， 后轴的齿轮应该换用较大还是较小的 ？ 原因是什么 ？ 下列对这两个问题回答正确的是 ( ) A 较大的 ， 增大动力臂 B 较大的 ， 减小阻力臂 C 较小的 ， 增大动力臂 D 较小的 ， 减小阻力臂 答案： D 4 如图所示的情景中 ， 所使用的工具属于费力杠杆的是 ( ) 答案： D 5 (2012湖州 )如图所示这款图钉来自一位初中生的创意 ， 翘起部分为我们预留出施力空间 。 图钉作为杠杆 ，其支点是 ( ) A A点 B B点 C C点 D D点 答案： C 6 在日常生活中 ， 用 10 N的拉力不能提起重 15 N的物体的简单机械是 ( ) A 一个定滑轮 B 一个动滑轮 C 杠杆 D 斜面 答案： A 7 (2013杭州 )如图 ， 手持 10 kg物体保持平衡 ， 此时肱二头肌收缩所承受的力一定 ( ) A 大于 98 N B 小于 98 N C 等于 98 N D 等于 10 kg 解析： 本题考查杠杆平衡条件的应用 。 读图发现 ， 把人的前臂看作杠杆 ， 物体对手的拉力 (等于物重 G mg 98 N)为阻力 ， 肱二头肌收缩所承受的力为动力 ， 因动力臂小于阻力臂 (属于费力杠杆 )， 根据杠杆的平衡条件推知动力大于阻力 ， 即肱二头肌收缩所承受的力一定大于 98 N。 答案： A 8 (2013山西 )小明小组利用如图所示装置探究 “ 杠杆平衡条件 ” 时 ， 在杠杆两侧挂上不同个数的钩码 ， 移动钩码使杠杆在水平位置平衡 ， 这样三次实验后得出结论：动力 支点到动力作用点的距离阻力 支点到阻力作用点的距离 。 下列能帮助他得出正确结论的操作是 ( ) A 去掉一侧钩码 ， 换用弹簧测力计竖直向下拉 B 去掉一侧钩码 ， 换用弹簧测力计斜向下拉 C 去掉一侧钩码 ， 换用弹簧测力计竖直向上拉 D 增加钩码个数 ， 再多次实验使结论更具普遍性 答案： B 9 (2013淄博 )如图是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式 (不计机械重和摩擦 )， 其中所需动力最小的是 ( ) 答案： D 10. 如图所示 ， 作用在杠杆一端始终与杠杆垂直的力 F，将杠杆缓慢地由位置 A拉至位置 B， 力 F在这个过程中( ) A 变大 B 变小 C 不变 D 先变大后变小 答案： A 11 (2013河南 )一个滑轮组经改进后提高了机械效率 ，用它将同一物体匀速提升同样的高度 ， 改进后与改进前相比 ( ) A 有用功减少 ， 总功减少 B 有用功增加 ， 总功增加 C 有用功不变 ， 总功不变 D 有用功不变 ， 总功减少 答案： D 二 、 简答题 (每空 4分 ， 共 28分 ) 12 (2013嘉兴 )如图是液压起重车的示意图 。 使用时液压杆将起重臂顶起 ， 可将重物吊起并安放到需要的地方 。 (1)起重机钢索下端有一滑轮 ， 这是 _滑轮 。 (2)吊起重物时 ， 应将液压起重车后部的四个金属支架放下以代替后轮 ， 这除了起稳定作用外 ， 还能减小对地面的 _。 (3)顶起起重臂时 ， 液压杆向上顶起的力 _重物的重力 。 解析： 本题考查滑轮 、 压强及杠杆的相关知识 。 (1)读图发现 ， 此滑轮会随重物一起移动 ， 是动滑轮 。 (2)将支架放下 ， 可以增大受力面积减小压强 。 (3)液压杆顶起重物的力是杠杆的动力 ， 重物的重力是阻力 ， 读图可知动力臂小于阻力臂 ， 为费力杠杆 ， 所以液压杆顶起重物的力大于物重 。 答案： (1)动 (2)压强 (3)大于 13 (2013丽水 )如图是农村曾用的舂米工具的结构示意图 。 杆 AB可绕 O点转动 ， 杆右端均匀柱形物体的长度与杆右侧的 OB相等 ， 杆 AB的重力不计 ， 柱形物体较重 。 (1)制作舂米工具时 ， 为了使作用在 A点的力 F更小 ， 在其他条件相同时 ， 只改变支点 O的位置 ， 应将 O点更靠近 _端 。 (2)若作用在 A点的动力 F方向始终与杆垂直 ， 则杆从水平位置缓慢转动 45 角的过程中 ， 动力 F大小的变化是_。 解析： (1)根据杠杆的平衡条件： F1l1 F2l2，动力臂越长、阻力臂越短则越省力，所以 O点向 B点移动时，动力臂增大，阻力臂减小，使用起来越省力。 ( 2 ) 当杠杆在水平位置时，阻力臂为 L ，杠杆从水平位置缓慢转动 4 5 的过程中，当杠杆重心上升的高度为12L 时，阻力臂最大，而杠杆转动 4 5 时，杠杆重心上升高度为 (2412) L ，因此阻力臂先变大后变小，由杠杆平衡可知，动力 F 先增 大后减小。 答案： ( 1 ) 右 ( 或 B ) ( 2 ) 先增大后减小 14 (2012嘉兴 )如图所示的三个滑轮中 ， 属于动滑轮的是 _。 若滑轮的自重和摩擦不计 ， 当分别沿力 F1、F2和 F3方向匀速提起同一物体时 ， 则 F1、 F2、 F3的大小关系是 _。 答案： 乙 F1 F3F2 三 、 分析计算题 (共 39分 ) 15 (20分 )(2013湖州 )如图装置为某学生在科技创新大赛时发明的可以直接测量液体密度的 “ 密度天平 ” 。 其制作过程和原理如下：选择一根长 1米的杠杆 ， 调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡 。 在左侧离中点 10厘米的A位置用细线固定一个质量为 150克 、 容积为 80毫升的容器 。 右侧用细线悬挂一质量为 50克的钩码 (细线的质量忽略不计 )。 测量时往容器中加满待测液体 ， 移动钩码使杠杆在水平位置平衡 ， 在钩码悬挂位置直接读出液体的密度 。 (1)该 “ 密度天平 ” 的 “ 零刻度 ” 应标在右端离支点O_厘米处 。 (2)该 “ 密度天平 ” 的量程为多大 ？ (3)若将钩码的质量适当增大 ， 该 “ 密度天平 ” 的量程将_(选填 “ 增大 ”“ 减小 ” 或 “ 不变 ” )。 答案： (1)30 (2)根据题意钩码移动至最右端 ， 该 “ 密度天平 ” 达到最大量程 ， 设 OA为 L1， O点距最右端距离为