专题13机械和机械效率-2023年中考物理真题考点解读与模拟预测（原卷版）

专题13机械和机械效率1．考查形式：主要以填空题、实验题和计算题的形式进行考查，是每年中考的必考考点。2．考查内容：杠杆平衡的相关计算考查力的计算，核心考点是杠杆的五要素，滑轮组机械效率的计算。3．命题情景：近10年中关于杠杆的考查中，直接给出杠杆模型考查2次；从生活情境中抽象、提取、转化的理想化模型考查3次；机械效率的计算考查4次，机械效率的理解考查1次，已知机械效率求有用功考查1次。4．命题预测：预计2023年中考中将继续以填空题的形式考查杠杆模型和相关计算，近3年关于机械效率全部以滑轮组为模型进行考查，主要考查学生对有用功、总功、机械效率的相关计算，预计2023年机械效率将继续以填空题和选择题的形式考查滑轮组机械效率的计算。考向1杠杆【真题来源1】2022年安徽省中考物理真题【真题题文】用图中所示的装置探究杠杆的平衡条件，通过正确的实验操作，得到下表中的数据。实验次数动力F1/N动力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m13.00.202.00.3022.00.151.531.50.201.00.30…………（1）第2次实验数据中的阻力臂应为___________；（2）第3次实验后，用带杆的滑轮水平向左缓慢推动右边挂钩码的悬线（保持上端悬点不动），如图乙所示，不计摩擦，杠杆___________（选填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡，原因是：___________。【真题来源2】2021年安徽省中考物理试题【真题题文】研究物理问题时，常需要突出研究对象的主要因素，忽略次要因素，将其简化为物理模型。（1）如图甲，一质量分布均匀的杠杆，忽略厚度和宽度，长度不可忽略，用细线将它从中点悬起，能在水平位置平衡。将它绕悬点在竖直面内缓慢转过一定角度后（如图乙）释放，为研究其能否平衡，可将它看成等长的两部分，请在图乙中画出这两部分各自所受重力的示意图和力臂，并用杠杆平衡条件证明杠杆在该位置仍能平衡；（2）如图丙，一质量分布均匀的长方形木板，忽略厚度，长度和宽度不可忽略，用细线将它AB边的中点悬起，能在水平位置平衡。将它绕悬点在竖直面内缓慢转过一定角度后（如图丁）释放，木板在该位置能否平衡？写出你的判断依据。【真题来源3】2020年安徽省中考物理试题【真题题文】停车场入口处常用横杆来控制车辆的进出，如图甲所示。我们可以把该装置简化成如图乙所示的杠杆。若横杆AB粗细相同、质量分布均匀，重G=120N，AB=2.8m，AO=0.3m。要使横杆AB保持水平平衡，需在A端施加竖直向下的力F=________N。【真题来源4】2019年安徽中考物理试题【真题题文】如图所示，一轻杆AB悬于O点,其左端挂一重物，右端施加一个与水平方向成30°的力F,此时轻杆水平平衡．若重物质量m=3kg,BO=3AO，g取10N/kg.则力F的大小为__N.【命题知识点】1.杠杆：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒，这根硬棒就叫杠杆。（1）“硬棒”泛指有一定长度的，在外力作用下不变形的物体。（2）杠杆可以是直的，也可以是任何形状的。2.杠杆的五要素：（1）支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母“O”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中间，在杠杆转动时，支点是相对固定；（2）动力：使杠杆转动的力叫动力，用“F1”表示；（3）阻力：阻碍杠杆转动的力叫阻力，用“F2”表示；（4）动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离，用“l1”表示；（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离，用“l2”表示。注意：无论动力还是阻力，都是作用在杠杆上的力，但这两个力的作用效果正好相反。一般情况下，把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力，而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。力臂是点到线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的，其力臂为零，对杠杆的转动不起作用。3.杠杆示意图的画法：（1）根据题意先确定支点O；（2）确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长；（3）从支点向力的作用线画垂线，并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂；第一步：先确定支点，即杠杆绕着某点转动，用字母“O”表示。第二步：确定动力和阻力。人的愿望是将石头翘起，则人应向下用力，画出此力即为动力用“F1”表示。这个力F1作用效果是使杠杆逆时针转动。而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反，在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动，则阻力是石头施加给杠杆的，方向向下，用“F2”表示如图乙所示。第三步：画出动力臂和阻力臂，将力的作用线正向或反向延长，由支点向力的作用线作垂线，并标明相应的“l1”“l2”，“l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂，如图丙所示。4.杠杆的平衡条件（1）杠杆的平衡：当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。（2）杠杆的平衡条件实验。1）首先调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。如图（5）所示，当杠杆在水平位置平衡时，这样就可以由杠杆上的刻度直接读出力臂实物大小了，而图（4）杠杆在倾斜位置平衡，读力臂的数值就没有图（5）方便。由此，只有杠杆在水平位置平衡时，我们才能够直接从杠杆上读出动力臂和阻力臂的大小，因此本实验要求杠杆在水平位置平衡。2）在实验过程中绝不能再调节螺母。因为实验过程中再调节平衡螺母，就会破坏原有的平衡。（3）杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，或F1l1=F2l2。考向2机械效率【真题来源1】2022年安徽省中考物理真题【真题题文】用图示的滑轮组将重为的物体竖直向上匀速提升，拉力F的大小为，则该滑轮组的机械效率为______。【真题来源2】2021年安徽省中考物理试题【真题题文】如图，用滑轮组将一重物竖直向上匀速提升2m，所用拉力F=100N，若该过程中滑轮组的机械效率为80%，则滑轮组对重物做的有用功为______J。【真题来源3】2020年安徽省中考物理试题【真题题文】如图所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一重为600N的物体从斜面底部匀速推到顶部（不考虑物体的大小）。已知斜面长L=3m，高h=1.5m。若该过程中斜面的效率为60%，力F所做的功为________J。【真题来源4】2019年安徽中考物理试题【真题题文】用沿斜面向上大小为3.5N的力将一个重为4.9N的物体从斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面长为2m，高为1m，则该过程中斜面的机械效率为_________________。【命题知识点】1.有用功：对机械、活动有用的功。公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总；斜面：W有用=Gh。2.额外功：并非需要但又不得不做的功。公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）；斜面：W额=fL。3.总功：有用功加额外功或动力所做的功。公式：W总=W有用＋W额=Fs=W有用/η；斜面：W总=fL+Gh=FL。4.机械效率：有用功跟总功的比值。机械效率计算公式：5.滑轮组的机械效率（不计滑轮重以及摩擦时）（1）滑轮组（竖直方向提升物体）：（G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，s为绳子自由端走的距离）。

（2）滑轮组（水平方向拉动物体）：（f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，s为绳子自由端走的距离）。

6.斜面的机械效率：一、填空题1．（2023·安徽淮北·统考二模）如图甲为小阳举着哑铃的前臂骨骼，可将其视为如图乙所示的杠杆，不计前臂自重，小阳的肱二头肌能施加的最大拉力F1=500N，他平时锻炼时最大能举起质量为12.5kg的杠铃，则OA∶OB=______（g取10N/kg）。2．（2023·安徽黄山·校考一模）如图所示，轻质杠杆AOB的A、B两端挂有轻质细绳，且AO＝2OB，B点挂有重力为30N的物体M，当在A点挂上物体m时，杠杆水平平衡，此时物体M对地面的压强是不挂物体m时的一半，则物体m的重力为_______N。（不计摩擦）3．（2023·安徽滁州·校考一模）图甲是人体肱二头肌工作时的原理图，我们可以将这幅图简化成如图乙所示的杠杆。若图中F2为重20N的铅球对水平摊开的手掌的压力，小臂在图中位置平衡，则肱二头肌对小臂的拉力F1=___________N。4．（2022·安徽·校联考模拟预测）如图所示为古代投石机的简化图。已知杠杆AB与水平地面的夹角为37°，OA为2m，OB为0.4m，当阻力F2为500N时，求动力F1为___________N（已知cos37°=0.8，sin37°=0.6）。5．（2022·安徽池州·统考模拟预测）如图甲是一种A字型握力器，它可抽象为两个杠杆，其下侧杠杆结构图如图乙所示，O点为支点，OB长为10cm，若在B点施加一个垂直于OB的握力，阻力F2为3000N，O点到F2的垂直距离为0.2cm，则此时的握力大小为_____N。6．（2022·安徽·校联考模拟预测）如图甲所示，小明做家务打扫地面时，经常会把餐桌从一侧抬起，杠杆模型简化成图乙、丙所示；从A点抬起的力为FA，从B点抬起的力为FB，则FA______FB（选填“>”“＝”或“<”）。（餐桌受到的重力的作用线经过桌面对角线的交点）二、单选题7．（2022·安徽·校联考模拟预测）商代时期，古人在农业灌溉方面使用的桔槔俗称“吊杆”，是一种原始的汲水工具，如图甲所示，它是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，末端悬挂一个重物，前端悬挂水桶。一起一落，汲水时可以省力。杠杆模型如图乙所示，OB∶OA=3∶2，重物重为100N，若不计整个杠杆重力和水桶的重力，古人汲水时所需的最小力（）A．竖直向上

100N B．竖直向上

150NC．竖直向下

500N D．竖直向下

150N三、计算题8．（2023·安徽滁州·校考一模）桔槔是中国古代的一种汲水工具，桔槔的结构相当于一个普通的杠杆。如图甲所示，横杆的一端用绳子与水桶相连，另一端绑上一块重石头。当要提水时，人用力向下拉绳子使水桶下降到水面以下并让水流入水桶。当水桶装满水后，就让另一端石头下降，通过杠杆作用，就可将水桶提升。这样汲水过程的主要用力方向是向下，由于向下用力可以借助人的体重，因而大大减少了人们提水的疲劳程度。（1）图乙是桔槔的模型，已知BO＝1m，AO＝2m，空水桶重20N，石头重400N。请计算人至少要用多大的力才能使空水桶匀速下降？（2）若水桶装满水后的总重为190N，则把装水后的水桶从水井中拉起时，人需要给绳子向上的拉力吗？若无需拉力，请分析说明；若需要拉力，请计算大小。9．（2023·安徽亳州·校考一模）在学校开展的劳动教育实践活动中，身高相同的小聪和小明两位同学用根质量不计的均匀扁担抬起一个900N的重物，已知扁担长为1.8m，抽象成物理模型如图所示。（1）以小明的肩B点为支点，小聪的肩A点支持力FA为动力，请在图中画出杠杆所受阻力的示意图（注意标明阻力作用点）；（2）若重物悬挂点O为扁担的中点，计算小聪的肩A点支持力FA；（3）若在（2）中小聪的肩从A点向O点靠近时，请判断小明对扁担支持力FB的大小将如何变化？并通过列式说明理由。10．（2022·安徽滁州·