考点12 简单机械（解析版）

考点12：简单机械考点通考点解读1.杠杆：五要素；分类；杠杆的平衡条件及实验探究。2.简单机械：定滑轮；动滑轮；滑轮组；轮轴；斜面。3.机械效率：有用功；额外功；总功；机械效率。看清考点复习，复习更清晰哦！看清考点复习，复习更清晰哦！考法通中考预测了解杠杆的基本概念；滑轮的概念；斜面的简单应用与计算。会画杠杆示意图；分析杠杆类型；进行滑轮组的常规计算。理解杠杆平衡条件；定滑轮和动滑轮的特点；滑轮组的利用。掌杠杆平衡条件实验探究；有用功、总功和机械效率的计算。认识生活中常用杠杆。方法通1.杠杆的五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。2.力臂：指从支点到力的作用线的距离（过支点向力的作用线画垂线就是力臂，垂足要落在力的作用线上）；动力臂：从支点到动力作用线的距离；阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。3.杠杆分类：省力杠杆——动力臂大于阻力臂，动力小于阻力，省力、费距离；费力杠杆——动力臂小于阻力臂，动力大于阻力，费力、省距离；等臂杠杆——动力臂等于阻力臂，动力等于阻力，不省力、不费力。4.杠杆平衡条件：动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂：F1L1=F2L2。利用杠杆平衡条件解题的一般步骤：A.确定杠杆的支点位置；B.分清杠杆受的动力和阻力，明确其大小和方向，并尽可能地做出力的示意图；C.确定每个力的力臂；D.根据杠杆的平衡条件列式，并分析求解。5.定滑轮：使用时固定不动的滑轮，实质上是一个等臂杠杆，力臂是滑轮的半径。定滑轮可以改变力的方向，不省力也不省距离；对理想的定滑轮（不计轮轴间摩擦）有F=G。6.动滑轮：使用时随物体一起移动的滑轮，实质上是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆。省力但费距离；理想的动滑轮（不计轮轴间摩擦和动滑轮重力）有F=，只忽略轮轴间的摩擦有F=。7.滑轮组：至少含有一个动滑轮和一个定滑轮，可以达到既省力又能改变力的方向的目的，但是费距离。滑轮组的省力效果取决于承担重物的绳子的段数。若不计滑轮和绳子重力及摩擦的情况下，有n段绳子承担重物，拉力就是F=G/n，拉力作用距离为s=nh。绳子段数的判定，动滑轮与几段强绳子接触，就由几段绳子承担拉力，每段承担的拉力大小相等。8.轮轴、斜面：轮轴：实质上是一个变形的杠杆，大小轮的半径就是两个力臂；作用在大轮上的力小但费距离；其应用有螺丝刀、钥匙、扳手、方向盘、车把、水龙头开关等。斜面的特点：省力、费距离；斜面越平缓，越省力；其应用有盘山公路，螺丝钉。9.机械效率：有用功和总功之比，公式η=W有/W总。机械效率无单位，并且总小于1。提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。10.机械的有用功、总功、机械效率计算：有用功总功额外功机械效率杠杆W有=GhW总=FsW额=W总–W有η==滑轮组W总=Fs=Gh+G动h（不计绳重和摩擦）W额=W总–W有=G动h（不计绳重和摩擦）η====斜面W总=Fl=Gh+fl（f为摩擦力）W额=W总–W有=fl（f为摩擦力）η===11.机械效率和功率的区别：功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功，功率越大，做功越快；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功，机械效率越大，有用功跟总功的比值越大。考题通➷看看今天的效率如何，记录自己进步的点滴基础入门练提升冲刺练学有余力升华练总计实际用时实际得分基础入门练（共5道题，计10分）1．如图所示各种简单机械中，忽略杠杆、滑轮自重、绳重及摩擦，当提起同一重物时，最省力的是（）。【答案】A。【解析】A、由题图可知，动力臂为4L，阻力臂为L，动力臂和阻力臂之比为4：1，所以动力和阻力之比为1：4，所以；B、B图为一动滑轮，绳子段数是2，n=2，故；C、不计机械自重和摩擦，由Fs＝Gh，选项中动力，由F3×2L＝G×L，得到F3=1D、由题图可知为滑轮组，与动滑轮相连的绳子段数是3，即n＝3，F4=12．如图所示，将一块较大质量的砖块放入独轮车中，有1、2、3几个位置可以放置，请问放在图中哪个位置，人抬起小车可以最省力。（）A．位置1；B．位置2；C．位置3；D．3个位置省力效果一样【答案】A。【解析】以车轮的中点为支点，砖头的重力为阻力，阻力一定，把砖头放在车箱1位置时的阻力臂小于放在2和3位置时的阻力臂，动力臂一定，根据杠杆平衡的条件可知，把砖头放在车箱1位置，抬起车把时更省力；选A。3．如图所示的工具中，在使用时属于费力杠杆的是（）。A．去核器；B．核桃夹子；C．园艺剪；D．手动压蒜器【答案】A。【解析】A、去核器在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；B、核桃夹子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；C、园艺剪在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；D、手动压蒜器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。故选A。4.图所示的用具中，在使用时属于费力杠杠的是（）。A.筷子；B.瓶盖起子；C.撬棒；D.核桃夹【答案】A。【解析】A．筷子的动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故符合题意；B．瓶盖起子的动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故不符合题意；C．撬棒的动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故不符合题意；D．核桃夹的动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故不符合题意．5.如图所示，螺丝刀是常用的工具，下列关于螺丝刀的说法中正确的是()。A.如图甲所示，螺丝刀此时是一个省力杠杆，阻力臂小于动力臂；B.如图乙所示，螺丝刀的手柄上有橡胶套,可以防止在带电操作时发生触电危险；C.如图乙所示，手柄橡胶套外表面有细密的颗粒凸出,这是为了减小摩擦；D.使用螺丝刀松螺丝时，先要用力压紧螺丝，这样做的目的是为了增大压强【答案】AB。【解析】A.如图甲所示，螺丝刀此时是一个省力杠杆，阻力臂小于动力臂；A正确。B.如图乙所示，螺丝刀的手柄上有橡胶套，橡胶绝缘可以防止在带电操作时发生触电危险；正B确。C.如图乙所示，手柄橡胶套外表面有细密的颗粒凸出，这是为了增大摩擦；C错误。D.使用螺丝刀松螺丝时，先要用力压紧螺丝，这样做的目的是为了增大摩擦；D错误。正确答案是AB。入门冲刺练（共10道题，计20分）1.如图所示的生活用具中，使用时属于费力杠杆的是（）。A.羊角锤；B.筷子；C.起瓶器；D.钢丝钳【答案】B。【解析】A．羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，不符合题意；B．筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，符合题意；C．起瓶器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，不符合题意；D．钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，不符合题意。故选B。2．撬棒是人们在劳动中应用杠杆原理的工具。如图所示是工人利用撬棒撬动大石头的情景，撬棒上O点为杠杆的支点。下列分析正确的是（）。A．此时撬棒为等臂杠杆；B．应用此撬棒的主要目的是省力；C．力F的作用点靠近O点会更省力；D．应用此撬棒的主要目的是省距离【答案】B。【解析】ABD、由图知，在使用撬棒时，动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，使用该杠杆省力但费距离，故B正确、AD错误；C、力F的作用点靠近O点时，动力臂减小，而阻力、阻力臂不变，由杠杆平衡条件可知动力会变大，会更费力，故C错误。故选：B。3.下图是杠杆原理在生活中的应用，能省距离的是（）。【答案】D。【解析】能省距离的杠杆即为费力杠杆。A.用羊角锤起钉子，是省力杠杆，费距离，故A错；B.用撬棒撬石头，是省力杠杆，费距离，故B错；C.用启子起瓶盖，是省力杠杆，费距离，故C错；D.用钓鱼竿钓鱼，是费力杠杆，省距离，故D正确。故选D。4．下列的工具中，在使用时可以省距离的是（）。A．食品夹 B．裁剪刀 C．钢丝钳 D．核桃夹【答案】A。【解析】A、食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，可省距离，故A符合题意；B、裁剪刀在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，费距离，故B不符合题意；C、钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，费距离，故C不符合题意；D、核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，费距离，故D不符合题意。故选：A。5．杠杆是一种常见的简单机械，在日常生活中有着广泛的应用。下列杠杆在正常使用时能够省力的是（）。A．船桨B．托盘天平C．筷子D．撬棍【答案】D。【解析】A、船桨在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，不能省力，故A错误；B、托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，不省力也不费力，故B错误；C、筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，不能省力，故C错误；D、撬棍在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，能省力，故D正确。故选：D。6．罗老师用加装了杠杆装置的压缩空气引火仪来演示实验，她将一小团硝化棉放入厚玻璃筒内，握住杠杆的A端迅速向下压，棉花被点燃，下列说法正确的是（）。A．该杠杆是费力杠杆；B．该杠杆是省力杠杆；C．向下压活塞时，将内能转化为机械能；D．在B点竖直向下压比在A点竖直向下压省力【答案】B。【解析】AB、图中动力作用在杠杆的A端，活塞对杠杆的力为阻力，该杠杆在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故A错误、B正确；C、向下压活塞时，消耗了机械能，将机械能转化为筒内空气的内能，故C错误；D、由图知，在B点竖直向下压与在A点竖直向下压相比，动力臂变小，而阻力、阻力臂不变，由杠杆平衡条件可得动力变大，即费力一些，故D错误。故选：B。7.如图，裤架上的两个夹子分别夹住一条毛巾。以下方法能使裤架在水平位置平衡的是（）。A.右边夹子向左移动 B.左边夹子向左移动C.右边毛巾的下角夹在左边夹子上 D.左边毛中的下角夹在右边夹子上【答案】D。【解析】AB．由图可知，裤架左低右高，说明左端较重，所以应将左边或右边的夹子向右移动，故AB项不符合题意；C．右边毛巾的下角夹在左边夹子上，相当于给左端增加重物，右端减小重物，使左端更重，故C项不符合题意；D．左边毛中的下角夹在右边夹子上，相当于给左端减小重物，右端减小重物，使左端变轻，裤架在水平位置平衡，故D项符合题意。故选D。8.下列各种机械中，不省力的机械是（）。A.钢丝钳；B.动滑轮；C.旗杆顶定滑轮；D.斜面【答案】C。【解析】A．钢丝钳属于省力杠杆，故A不符合题意；B．理想动滑轮可以省一半力，故B不符合题意；C．定滑轮可以改变力的方向，但不省力，故C符合题意；D．斜面属于省力机械，故D不符合题意。故选C。9．在如图所示的简单机械中，属于省力杠杆的是（）。A．用钓鱼竿钓鱼；B．用锤子撬钉子；C．用筷子夹食物；D．用踏碓捣米【答案】B。【解析】A、钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故A不符合题意；B、用锤子撬钉子时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故B符合题意；C、筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故C不符合题意；D、用踏碓捣米时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D不符合题意。故选：B。10.如图为工地搬运砖头的独轮车，人抬起车把时，车体可以看成个杠杆，关于这个杠杆下列说法正确的是（）。A.手握的位置靠近把手末端时更费力；B.砖头的位置远离车轮时抬起更省力；C.轮子的中心是杠杆的支点；D.图中拉力F大于重力G【答案】C。【解析】A．手握的位置靠近把手末端时，动力臂更长，则更省力，故A错误；B．砖头的位置远离车轮时，重力的阻力臂变大，故抬起更费力，故B错误；C．工地搬运砖头的独轮车工作时，车轮中心是支点，故C正确；D．根据杠杆平衡条件，拉力力臂大于阻力力臂，故图中拉力F小于重力G，故D错误。故选C。学有余力提升练（共5道题，计10分）1.如图甲是爆米花锅，锅盖被锁扣紧锁在锅口。为了方便打开锅盖，爆米花师傅在锁扣上加装一个钢管，与锁扣构成杠杆AOB，扳动钢管的A点，就能打开锁扣。图乙是其简化图，O为支点，F2是阻力。请在图乙中画出打开锅盖时：①阻力F2的力臂L2；②作用在A点的最小动力F1及其力臂L1。【解析】力臂是支点到力的方向的垂直距离，过支点O作力F2的垂线即可得到力臂L2；连接支点O和A，即为L1，在与L1垂直方向上动力最小。如图。2.如图是简易起重机，OA是吊臂，它是一个杠杆，可以绕O点上下转动，地面上的卷扬机拉动绳子将重物提起。画出杠杆OA的动力臂L1和阻力F2、阻力臂L2。【解析】阻力F2是重物对杠杆的拉力，作用点在杠杆上的A点，方向竖直向下；已知支点为O，过点O作力F1的垂线段L1；作力F2的垂线段L2，那么L1、L2即为所求作的力臂，如图所示：3.小华探究杠杆平衡条件时，使用的每个钩码的质量均相等，杠杆上相邻刻线间的距离相等。如图甲所示，为使杠杆在水平位置平衡，应将左端的平衡螺母向________（选填“左”或“右”）端调节；杠杆水平平衡后，在杠杆上的A点悬挂了2个钩码，如图乙所示，为使杠杆保持水平平衡，应在B点悬挂________个钩码。【答案】（1）右；（2）3。【解析】（1）由图甲可知，杠杆的右端上翘，为使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向上翘的右端移动。（2）使用的每个钩码的质量相等，所以每个钩码的重力也相等，设一个钩码为G，一格的长度为l，根据杠杆的平衡条件可得：。解得n=3，故为使杠杆保持水平平衡，应在B点悬挂3个钩码。答案是：（1）右；（2）3。4.实验桌上有带横杆的铁架台、刻度尺、弹簧测力计、细绳，钩码一盒，滑轮2个．小勇利用上述实验器材测量滑轮组的机械效率。（1）在图中，请你用笔画线代替细绳，帮助小勇组装滑轮组，使绳子自由端施加竖直向上的拉力。（2）该实验需要测量的物理量有：绳子自由端施加的拉力F、钩码被提升的高度h、绳子自由端移动的距离s和________。（3）小勇使用该滑轮组做的额外功W额外=________。（用测量的物理量表示）（4）提高该滑轮组机械效率的方法是________。（写出1个方法即可）【答案】（1）如图；（2）被提升的钩码的重力G；（3）Fs-Gh；（4）增大被提升的钩码的重力。【解析】（1）对由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，使绳子自由端施加竖直向上的拉力，如下图所示：（2）根据测机械效率的原理是：；可知，该实验需要测量的物理量有：绳子自由端施加的拉力F、钩码被提升的高度h、绳子自由端移动的距离s和被提升的钩码的重力G；（3）因为总功减去有用功即为额外功，所以额外功为：；（4）提高该滑轮组机械效率的方法是增大被提升的钩码的重力。答案是：（1）如图；（2）被提升的钩码的重力G；（3）Fs-Gh；（4）增大被提升的钩码的重力。5.如图甲为塔式起重机简易示意图，塔式起重机主要用于房屋建筑中材料的输送及建筑构件的安装。（动滑轮重、绳重及摩擦均不计，g取10牛/千克）（1）为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡重的质量应越________。（2）图乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图，滑轮a的作用是________。（3）若电动机工作时功率为3600W保持不变，那么将重为1.2×104牛的货物由地面沿竖直方向匀速提升30米，电动机一端钢丝绳的移动速度是多少米每秒？（不计其他能量损耗）【答案】（1）大；（2）改变用力的方向；（3）电动机一端钢丝绳的移动速度是0.6米每秒。【解析】（1）由杠杆的平衡条件F1L1＝F2L2（动力×动力臂＝阻力×阻力臂）可得：F2＝，由此可知当阻力臂和动力不变时，阻力与动力臂成正比；即动力臂越大，阻力越大；动力臂越小，阻力越小。故为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡重的质量应越大；（2）图示中滑轮a为定滑轮，其作用是改变用力的方向；（3）W＝Gh＝1.2×104N×30m＝3.6×105J＝Pt，t＝＝＝100s，因为动滑轮费一半的距离，故s＝2h＝2×30m＝60m，根据公式v＝得，v＝＝0.6m/s。故答案是：（1）大；（2）改变用力的方向；（3）电动机一端钢丝绳的移动速度是0.6米每秒。6.如图，物体重100N，圆柱形容器底面积为400cm2，内盛有65cm深的水，当用图中滑轮组将物体浸没在水中后，容器中水面上升到70cm，物体完全浸没在水中时滑轮组的机械效率为80%（不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦及水的阻力）。ρ水=1.0×103kg/m3，g取10N/kg。求：（1）物体浸没在水中后，水对容器底增加的压强。（2）物体浸没在水中时受到的浮力。（3）若把物体完全拉出水面后，滑轮组的机械效率。【解析】液体压强计算公式，深度从65cm增加到70cm，；；增加的压强为：。（2）物体浸没液体中所受浮力计算公式排开水的体积：带入浮力计算公式：；（3）物体完全浸没在水中时：，总功：；机械效率：，带入计算：；把物体完全拉出水面后：。【答案】（1）物体浸没在水中后，水对容器底增加的压强是500Pa；（2）物体浸没在水中时受到的浮力是20N；（3）若把物体完全拉出水面后，滑轮组的机械效率是83.3%。真题实战模拟，考场更轻松真题实战模拟，考场更轻松考场帮1.（2021·四川省成都市）如图甲所示装置，A是重15N的空吊篮，绳子B和C能承受的最大拉力分别为100N和50N。质量为50kg的小张同学将A提升到高处，施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所示。忽略绳重及摩擦，常数g取10N/kg。下列结论正确的是（）A.动滑轮的重力为9NB.第2s内拉力F的功率为40WC.此装置最多能匀速运载80N的货物D.此装置提升重物的最大机械效率为85%【答案】BC【解析】【详解】A．由图丙可知，在1~2s内物体匀速运动，图乙可知，拉力为10N，由图甲知绳子股数n=2，则根据即解得G动=5N故A错误；B．第2s内绳子自由端的速度为第2s内拉力F的功率为故B正确；C．当拉力最大为50N时，可以拉动物重为绳子B不断，故C正确；D．由C可得，重物最重为80N，则最大的机械效率为故D错误。故选BC。2.（2021·河南省）在如图所示的工具中，使用时属于费力杠杆的是（）A.瓶盖起子B.食品夹C.起钉锤D.核桃夹【答案】B【解析】【详解】A．支点在瓶盖边缘，动力臂较长，是省力杠杆，A项不合题意；B．支点在夹子两壁连接处，动力臂较短，是费力杠杆，选项B符合题意；C．支点是锤子与地面的接触点，动力臂较长，是省力杠杆，C项不合题意；D．支点在夹子两壁连接处，动力臂较长，是省力杠杆，D项不合题意。故选B。3.（2021·湖南省常德市）如图所示，用F1的力将物体B匀速提升h，F1做功600J，若借助滑轮组用F2的力把物体B匀速提升相同高度，F2做功为1000J。下列说法正确的是（）A.两个过程中的拉力F1=3F2 B.F1做功的功率比F2做功的功率小C.滑轮组机械效率为40% D.F2做功的距离为3h【答案】D【解析】【详解】A．F1做功600J，由可知由图可知，滑轮组的绳子股数n=3，所以绳子自由端移动的距离s2=3h，F2做功1000J，由可知所以，故A错误；B．题中没有给出两次运动的时间，所以无法比较两个力做功的功率，故B错误；C．因为用F1的力将物体B匀速提升，所以物体B的重力G等于拉力F1，所以滑轮组的有用功为滑轮组的总功等于拉力F2做的功，即所以滑轮组的机械效率故C错误；D．由图可知，滑轮组的绳子股数n=3，所以绳子自由端移动的距离s2=3h，即F2做功的距离为3h，故D正确。故选D。4.（2021·四川省雅安市）如图所示，杆秤秤砣的质量为0.2kg，杆秤自身质量忽略不计，若杆秤水平静止时，被测物体和秤砣到秤纽的距离分别为0.05m和0.2m，则被测物体的质量为__kg，若秤砣上粘有油污，则测量值比被测物体的真实质量要____（选填“偏大”或“偏小”）【答案】(1).0.8(2).偏小【解析】【分析】知道秤砣的质量和两边力臂的大小，利用重力公式和杠杆的平衡条件求被测物的质量；若秤砣上粘有油污时，左边的力和力臂不变，右边的力增大，根据杠杆的平衡条件知道右边的力臂减小，即：杆秤所示的质量值要小于被测物的真实质量值。【详解】[1]如图所示：因为杠杆平衡，则有则有[2]若秤砣上粘有油污，m2增大，而G1lOA不变，所以lOB要变小，杆秤所示的质量值要偏小。5.（2021·山东省济宁市）杠杆两端螺母的作用是图中的杠杆在水平位置平衡，若在两侧各减掉一个等重的钩码，杠杆______（选填“能”或“不能”）保持水平平衡。【答案】不能【解析】【