第十二章 简单机械-人教版八年级《物理》下册知识清单

第十二章简单机械（知识清单）

思维导图

定义：力作用下绕固定点转动的硬棒

一一支点0、动力Fl、阻力F2

五要素—动力臂h（支点一动力作用线）

阻力臂12（支点-阻力作用线）

平衡条件：F1h=F2l2

省力杠杆：h>l2,省力费距离（撬棒、开瓶器）

分类一费力杠杆：h<l2,费力省距离（钓鱼竿、银子）

、一等臂杠杆…=L不省力不费距离（天平、定滑轮）

实验要点：水平平衡、竖直测力、多次测量

岸油龄y—实质：等臂杠杆

特点：不省力，改变力的方向

f海一一实质：动力臂=2、阻力臂

动滑‘匕"'特点：省一半力，不改变方向

——构成：定+动滑轮

滑轮组。---规律：F=G/n,s=nh,v绳二11匐

数n:只数动滑轮相连绳子

轮轴：轮省力费距离，轴费力省距离

轮轴与斜面

斜面：省力费距离，F=Gh/L

专用功W有：目的功（W有:Ghj

功的分类额外功W额：克服自重、摩擦

总功W总二川有+川额（W总:Fs）

公式：r]=W有/W总x100%<1

三、机械效率

不计擦：展G/（G+G动）

滑轮组效率O-

影响因素：物重、动滑轮重、摩擦

提高方法：减自重、加润滑油、增物重

知识清单

第1节杠杆

一、杠杆

1.杠杆：一根硬棒，在力的作用卜能绕着固定点0转动，这根硬棒就是杠杆。

（1）要有力的作用。例如，撬棒在没有使用时只是一根硬棒，而不是一个杠杆；

（2）能绕固定点转动。杠杆在力的作用下，是绕固定点转动的，不是整体向某个方向运动的;

（3）是硬棒。受力不发生形变或不易发生形变。

2.描述杠杆特征的五个要素

以用撬棒撬物体为例进行分析工

（1）描述杠杆的“五要素”【新教材力臂用双箭头】

①支点：杠杆绕着转动的点0;②动力：使杠杆转动的力Fi;③阻力：阻碍杠杆转动的力

④动力臂：从支点到动力但磔的距离K⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离

（2）透析杠杆五要嗦

①支点：一定在杠杆上,可以在杠杆的一端，也可以在杠杆的其他位置；同一杠杆，使用方法不同，支点位置

可能改变。（以上均选填“一定”或“可能”）

②动力与阻力：作用点一定在杠杆上（选填“一定”或“可能”），分别使杠杆向相反方向转动（选填“相反”

或“相同”），动力和阻力是相对的，一般把人对杠杆施加的作用力称为动力。

③力臂：是支点到力的作用线的距离，不是支点到作用点的距离；力臂不一定在杠杆上（选填“一定”或“不

一定”），如图中/|、72：若力的作用线过支点，则力臂为。。

3.杠杆作图（含最小力作图略）H

二、杠杆的平衡条件11

优

1.杠杆平衡：当杠杆在动力和阻力的作用下靛止或匀速转动时，我们

就说杠杆平衡了。

2.探究杠杆的平衡条件

【分析论证】实验结果衣明，动力臂越长，需要的力越小；动力臂越短，需要的力越大。二者之间是反比关系。

【实验结论】杠杆的平衡条件是：动力X动力臂=阻力X阻力臂。杠杆原理公式表示：―会巴

【交流与评估】

①杠杆在水平位置静止的目的：一是使杠杆的重心在支点，以消除杠杆自身重力对实验的影响。二是便于直接

读出力臂。

②多次测量获得多组实验数据的目的：避免偶然性，获得普遍性的结论。

③在实验前要调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆水平平衡。挂钩码后，不能再调节平衡螺母。

④弹簧测力计要沿竖直方向施加力的目的：便于直接从杠杆上读出力臂。

三、生活中的杠杆

根据动力臂/1和阻力臂，2之间的大小关系及用途的不同，杠杆分为三类一一省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。

力憎美系1)>1211<2li=h

力的关系FI<F2FI>F2FI=F2

杠杆转动时移动动力Fl移动的距离大动力B移动的距离小动力B移动的距离等

距离的关系于阻力F2移动的距离于阻力F2移动的距离于阻力F2移动的近离

不省力也不省距离,

特点省力费距离费力省距离

不费力也不费距离

撬棒、开酒瓶的起子、船桨、钓鱼竿、镣子、托盘天平、跷跷板、

应用

扳手、钢丝钳等筷子、理发剪子等。定滑轮

图12.1-7仙桦田12.1-8呐碓图12.1-9水修

四、“跨学科实践——制作简易杆秤”问题拆解

①物理原理：m物g•Li=m无g•1>2+G杆•Lo。其中Li为提纽到杆钩的距离（定值），物体的质量m物

为自变量，提纽到秤死的距离L,因变量。

②零刻度线校准：不挂物体时，移动秤坨使杆秤水平平衡，此时杼鸵所在位置即为“零刻度”。这考查了

对杠杆自重影响的理解。若杆杆重心在提纽左侧，零刻度线在提纽右侧；反之亦然，这也是为什么提纽要

靠近秤盘一侧。

③刻度均匀性分析：L2=mMLG,上,由物理原理变形可知L2与m弘成正比关系，因此

杆秤的刻度是均匀的。这体现了物理量与几何长度的线性关系，是数学一次函数在物理中的具体应用。

④称量与精度：更换质量更大的秤庵可增大称量，但根据AL2="・Am物，分度值对应的长度变短，精度

m发

降低；更换提纽位置，改变了动力臂Li。LI越小，称量越大，但同样会降低精度。

⑤误差分析举例：若杼坨磨损质量变小，根据平衡条件，称量同一物体时，L?需变大，导致读数偏大（“短

斤少两”），是典型的系统误差。

【多选】关于这把杆秤的特性，下列说法正确的是（）

A.杆杆的刻度是均匀分布的

B.若换用质量更大的杼论，杆杵的称量会变大

C.若将提纽。向杼盘.4端移动少许，杆秤的精确度会提高

D.若秤泥因磨损质量变小，称量结果会比真实值偏大

A:刻度的均匀性（线性关系本质：寻求秤雨与提纽X巨离x与物体质量m的正比例函数关系）

B：测量范围的决定因素（极值分析：mmalLmaCll在力臂都固定的忖况下，称量与秤坨质量成正比）

C:灵敏度分析（动态变化率：指单位质量变化引起的科布位移变化量，刻度越稀疏，读数越准，与温度计类比，

△L才2•Am物灵敏度与但力臂（AO）成正比，与动力（秤蛇）质量成反比，体现了物理设计中的“权衡”思想。

m先

D:误差传递逻辑（逻辑推理：测量值依赖于标准量（杆坨），标准量减小致测量值虚高，磨损T蛇轻T力臂需变长T读数偏

大）

第2节滑轮

一、定滑轮和动滑轮

1.定滑轮和动滑轮的概念

种类定义实质示意图特点分析

能够连如图所示，定滑轮两边的力的方向与轮

定使用时，轴固

滑续转动相切，定滑轮的中心为杠杆的支点，动

轮定不动的滑

的等管力臂和阻力鸭都等于轮半径，所以使用

轮

杠杆定滑轮不省力，但可以改变力的方向

如图所示，重物的重力作用线通过滑轮

动力臂中心轴，滑轮的“支点”位于绳与轮相

动

滑轴随着物体是阻力切的点o,因此动力臂等于直经，阻力

轮

移动的滑轮臂：倍臂等于半径，动力臂是阻力臂的二倍，

的杠杆所以理论上动滑轮能省一半力，但不能

改变力的方向

2.几种常见情况中的物理量关系（图中物体均做匀速直线运动，忽略绳重及摩擦）

使用情况物理量（力、距离、速度）关系

F=G,S?M=SHJ»v«i=Vft

定滑轮

F=f,s绻=s的，v绻=v物（f为物体所受的摩擦力）

G+G蚣r

F=----二,s绳=2s构,v纯=2v物

2

动滑轮

W，s绳=2s6,v咫=2\,他

二、滑轮组

1.滑轮组：把定滑轮和动滑轮组合在一起，就构成了滑轮组。

2.滑轮组的特点

（1）使用滑轮组时，既可以省力，也可以改变施力的方向v

（2）使用滑轮组提起重物时，动滑轮上有〃段绳子承担物重，提起物体的力就是物重的〃分之一（忽略动滑轮

重、绳重及各处的摩擦力）。

（3）拉力移动的距离s与物体升高的距离6的关系为s二皿。

（4）确定承担物重绳子段数〃的方法（“分离法”）：在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线，只考虑与动滑轮

相连的绳子段数。如图甲所示的滑轮组中，绳子段数为〃=5,F=^G,s=5h；图乙所示的滑轮组中，与动滑

轮相连的绳子段数为〃=4,则忌G,s=4限

（1）轮轴的组成：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴,

（2）轮轴的特点

轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。当动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。当动力

作用在轴上时，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。

（3）生活中的一些轮轴：例如，水龙头的开关、门把手、自行车的脚踏板、自行车的手把等,

2.斜面

（1）斜面：是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。

（2）分析斜面的特点

根据功的原理，如果不计斜面和物体的摩擦，则FL=Gh,所以F=Gh/L。斜面长是斜面高的几倍，拉力就是物

体重力的几分之一，所以斜面是一种省力的机械。因为斜面长大于高儿所以使用斜面时要费距离。

第3节机械效率

一、有用功和额外功

1.有用功、额外功和总功

（1）有用功：将钩码提升一定的高度是我们的工作目的，动滑轮对钩码的拉力所做吃g

的功叫作有用功，用w制表示。有用功是为了达到某一目的而必须要做的功。I1

（2）总功：弹簧测力计的拉力所做的功，叫作总功，用W总表示。卬总=卬,川+卬微外。

小

（3）额外功：用动滑轮提升钩码时，我们还不可避免地要克服动滑轮本身所受的重

11II

力及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫作额外功，用w校外表示。额外7

功是对人们没有用但又不得不做的功。

2.杠杆、滑轮组、斜面三种简单机械的有用功、额外功和总功

克服动滑轮重、绳重摩擦

克服杠杆本身重力、摩

力所做的功：克服摩擦力f所做的功:

额夕卜功擦力所做的功

wW产Wo-w盯；若不计绳WQWM-W/W,产fl

W«=W,1.-W<

重及摩擦W,q=Gsh

总功Wi-FsWa=FsW.-F1

G为被提升物体的重力；h为物体升高的高度；F为拉力（动力）；$为作用力F

说明

作用点移动的距离：G访为动滑轮的重力。

二、机械效率

1.机械效率

(1)物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率,用，7表示。

(2)计算公式：牛=技-

(3)对机械效率的理解

①机械效率总是小于1。这是因为使用任何机械都不可避免地要做额外功，所以有用功总是小于总功，机械效

率通常用百分数表示。

②机械效率并不是固定不变的。机械效率反映的是机械在一次做功的过程中有用功跟总功的比值，同一机械在

不同的做功过程中，机械效率往往•会不同。

③机械效率的高低与是否省力、做功多少、物体提升的高度等因素无差(选填“有关”或“无关”)。

④机械效率的高低是反映机械优劣的重要标志之一。机械效率越高，机械的性能越好。

2.测量滑轮组的机械效率

【实验原理】〃=去=普；测量的物理量有：物体的重力G及升高的高度小拉力厂及拉力移动的距离

【实验器材】定滑轮、动滑轮组成的滑轮组，弹簧测力计，钩码和刻度尺。

【实睑步骤】

钩码所受提升的高度有用功拉力绳端移动总功机城效率

次数

的亚力G/Nh/mF/N的距离s/mn

1

2

3

【探究归纳】

①同一装置的机械效率并不是固定不变的，与被提升的物重有关，物体重力越大，机械效率越高。

②矶械效率还与机械装置本身有关，与其结构、自身的重力以及润滑程度都有关系。

【交流、反思与评估】

①实验时拉力的方向应竖直向上，应在钩码匀速移动时读取拉力的大小。

②确定绕线方式与承担重物绳子的段数〃：与动滑轮连接的段数即为承担重物绳子的段数。

③影响滑轮组机械效率的因素：物体的重力、动滑轮的重力、绳子与滑轮之间的摩擦力；与绳子的绕法、绳子

段数无关(选填“有关”或“无关”)。

④在动滑轮重力、物重都相同时，所测机械效率不同的可能原因是：绳子与滑轮或滑轮与轴之间的厘揍不同。

⑤可以不用刻度尺测量距离，用下列公式计算，也能得出机械效率。

_W有_G〃_G

n=W^=rFs=~^FxlOO%

适用于悬空吊物体情况！！！只适用于悬空吊物体情况！！忽略绳重和摩擦

s=nhv=nu物

"*=八¥1

F=;（G+G动）（忽略SIS和摩擦时）

/卬总gFnhnF-G+G动

W后=Gh

WQ=FSW有=Gh

s=n/iF=、（G+G动）

w

«t=G动/i（忽略爆厘和摩擦时）WQ=FS

3.提高机械效率的方法

（1）尽量减少额外功，采取减轻机械本身的质量和加润滑油减小摩擦的办法。

（2）当额外功一定时，在机械能承受的范围内增加所做的有用功（如使用滑轮组提升物体时，在绳子能承受

拉力的范围内，尽可能增加每次提起的重物质量），充分发挥机械的作用。

三、功、功率和机械效率的比较

物理量意义定义符号公式单位

做功过程，即能量力与物体在力的方向上

功WW=FsJ

转化的过程移动距离的乘积

表示物体

功率功与做功时间之比Pp=—w

做功的快慢

反映机械做功

%L

机械效率有用功与总功之比nn=--无

性能的好坏*

说明：1.功率大小是由功和时间共同决定的。

2.功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系。

素养清单

.（教材习题选编）

1.如图为指甲剪的示意图，其中有省力杠杆，也有费力杠杆。哪个部分是省力杠杆，哪个部分是费力杠杆?

【解析】指甲剪一共包含3根杠杆，分为省力、费力两类：省力杠杆：手按压

的上、下两片长手柄（ABC杠杆）支点为后端连接点B,手施加的动力作用在

手柄末端A,刀刃连接处C为阻力作用点。动力臂远大于阻力臂，因此是省力

杠杆。费力杠杆：上下两片剪切刀刃（OBD、OED杠杆）支点为前端转轴0,

来自手柄的推力是动力，指甲对刀刃的阻力作用在刀口处。动力臂小于阻力臂，因此这两个刀刃杠杆都是踞力杠杆。

2.搬运砖块的独轮车，车体和砖块所受的总重力G为1000N,独轮车的有关尺寸如图所示。抬起独轮车时，人手向

上的力F应是多少？4R

【解析】独轮车是省力杠杆，根据杠杆平衡条件：FILI=F2L2

对应本题：FL产GL2.变形求动力F:F=GL2/LI,[

代入数值：F=lOOONxO.3m/lm=3OON,

•I■T

3.仔细观察自行车，看看它上面有几种简单机械，分别说明它们各起到了什么作用。

【解析】①杠杆——车间（刹车把手）：省力杠杆。用很小的力捏车间，就能产生很大的夹紧力，实现制动刹车。

车把两侧的手把、脚踏控制结构也包含杠杆结构。②轮轴（轮轴本质是可以连续转动的杠杆）——车把（龙头）：

省力轮轴。手转动大轮（车把），带动小轴转动，轻松控制车头方向。脚踏板+牙盘、后轮飞轮：省力轮轴。脚踩

大半径脚踏轮，带动小齿轮转轴，用较小的力就能驱动车轮前进。③斜面——车轮上的螺丝钉：铲面原理。螺纹相

当于缠绕的斜面，拧紧螺丝时省力，同时固定牢固、不易松脱。

总结：自行车用到的简单机械：杠杆、轮轴、斜面；它们的共同作用：大部分结构为省力，同时实现控制方向、制

动、紧固连接等功能。

4.起重机把质量为0.5t的重物匀速提升了3m,而它的电动机所做的功是3.4xlO』J,起重机的机械效率是多少？（g

取10N/kg）o

【解析】计算重物的重力：由G=mg,代入数据：G=mg=500kgxlON/kg=5000N

提升重物的有用功W<r=Gh=5000Nx3m=1.5xlO4J

计算机械效率i]=Wt/Wx100%=1.5xI04J/3.4X104Jx100%=44.1%

5.有没有机械效率为100%的机械？为什么？举例说明，通过什么途径可以提高机械效率。

【解析】结论：没有机械效率为100%的机械。原因：任何机械在工作时，都不可避免地要克服机械自身重力、部

件间的摩擦做额外功，因此总功永远大于有用功（总有），根据有总，机械效率永远小于1«100%）o提高机械效

率的途径：增大提升的物重（有用功占比变大）；减小机械自重（减小克服机械自重的额外功）；给机械部件加润

滑油，减小摩擦（减小克服摩擦的额外功）。

6.用一个动滑轮在5s内将一个重200N的物体向上匀速提起3m,拉力为150N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉

力的功率是多少？

【解析】提升物体做的功W行产Gh=2000Nx3m=6000J,拉力做的功W,a=Fs=1500Nx6m=9000J

机械效率：q=W仙/Wu.xi00%=6000J/9000Jxl00%-66.7%

功率：p=wu./t=9000J/5s=1800W

7.工人师傅用如图所示的装置把质量为48kg的货物从地面匀速提升至3楼，所用的拉力为300No图示装置的机械

效率是多少？（g取l（）N/kg）。-r-

【解析】货物重力：G=mg=48kgx10N/kg=480N

fW在"W户Gh/（Fs）,代入*=2h,公式可简化为：r|=Gh/（Fx2h）=G/?FI\

已知拉力F=300N,代入得：n=480N/（2X300N）=480/600=80%妙

.

8.小明的妈妈蒸馒头需要1kg面粉.在没有秤的情况下，他利用一根轻杆、一瓶550mL的矿泉水和几根细线等

物品帮妈妈大致称出了1kg的面粉。如果操作是你，你会怎样做？

【解析】①计算已知“底码”的质量----m，K=pV=lg/mLx55OmL=550g=0.55kg,水的重力：Gxm系

g=0.55kgxlON/kg=5.5N,我们需要称量的面粉重力：G面二m面g=lkgxlON/kg=10N②制作简易杠杆用细线将轻杆

的中点悬挂起来，使杆能在水平位置干衡，这就是我们的简易杠杆。把矿泉水瓶系在杠杆的一端（记为A点），另

一端（B点）挂上装面粉的袋子。③利用杠杆平衡条件确定力臂根据杠杆平衡条件G水XLA=GAXLB,代入数据：

5.5NXLA=10NXLB解得：LB=0.55xLA,也就是说，面粉袋悬挂点到支点的距离，应为矿泉水瓶悬挂点到支点距离的

0.55倍（约为11/20）o④称量面粉调整面粉袋的位置到我们算出的B点，然后向袋子中缓慢加入面粉，直到轻杆

再次在水平位置平衡。此时袋子里的面粉质量就约等于1kgTo

9.脚踏式垃圾箱的结构可简化如图所示。在A处向下踩动脚踏板，连杆CD便向上顶起箱盖。在这个过程中，涉

及到了两个杠杆：一个是踏板杠杆ABC,