2021年中考物理重点难点专练13简单机械和机械效率含解析20210416454.docx

1、专项三力学重难点13 简单机械和机械效率【知识梳理】1.杠杆：在力的作用下能够绕支撑点转动的坚实物体均可以看成是杠杆。这里“坚实”理论上是指“不发生形变”；杆杆不一定是一根硬棒。一个杆杆有且只有一个支点。（1）杠杆的“五要素”。动力（F1）：使杠杆转动的力；阻力（F2）：阻碍杠杆转动的力；支点（O）：杠杆绕着转动的支撑点；动力臂（L1）:从支点到动力作用线的距离；阻力臂（L2）:从支点到阻力作用线的距离。力的作用线：通过力的作用点沿力的方向的直线。（2）杠杆的平衡条件:动力动力臂=阻力阻力臂（F1L1=F2L2）（3）杠杆的分类。省力杠杆：动力臂大于阻力臂或者动力小于阻力的杠杆；等臂杠杆：动力

2、臂等于阻力臂或者动力等于阻力的杠杆；费力杠杆：动力臂小于阻力臂或者动力大于阻力的杠杆。2.滑轮：周边有槽，并可以绕轴转动的轮子。（1）定滑轮：使用时，滑轮的位置固定不变的滑轮。它可以改变用力的方向，但不能省力，也不能省距离。（2）动滑轮：滑轮的位置跟被拉的物体一起运动的滑轮。它可以省一半的力，但不能改变用力的方向，费一倍的距离。（3）滑轮组：定滑轮与动滑轮的组合。它既可以改变用力的方向，又可以省力。F=G物+G轮n(F-拉力；G物-用滑轮组拉起的物重；G轮-滑轮自重、绳重、滑轮与绳间的摩擦；n-绕过动滑轮的绳子的股数)3.斜面：一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。若不考虑摩擦，斜面长是斜面高的几

3、倍，拉力或推力就是物体所受重力的几分之一，即： F=GhL。4.机械效率：有用功跟总功的比值。公式：=W有W总100%。【易混淆点】1.在杠杆中，阻力与动力的方向与作用分不清楚。使杆杆转动的力，是动力，阻碍杆杆转动的力是阻力，二者的方向不一定相反，但作用效果必须要相反。一般来说：支点在杆杆的一端，二力方向相反；支点在中点，二力方向可相同。2.正确理解“动滑轮省一半的力”。这里省一半的力，不是所提升的物体的重力的一半，而是包括自身的重力及其摩擦力。3.通常情况下，我们忽略“摩擦力”来考虑问题，使问题简化，但不要认为摩擦力本身不存在。【典例分析】【例1】(2020北京3)如图所示，正在使用的四种工

4、具，属于费力杠杆的是（ ）A. 羊角锤B.核桃夹C. 园艺剪D. 食品夹【答案】D【分析】A羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，省力杠杆，A错。B核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，省力杠杆，B错。C园艺剪在使用过程中，动力臂大于阻力臂，省力杠杆，C错。D食品夹在使用的过程中，阻力臂大于动力臂，费力杠杆，D正确。选D。【思路小结】判断杠杆的类型，一般比较力臂的大小或者动力与阻力的大小。也可以粗略的运用这种方法来简单判断：常见的等臂杆杆是托盘天平和定滑轮；阻力较大时是省力杆杆；阻力较小时用费力杠杆。【例2】(2020滨州14)（多选）如图所示，重的物体在水平拉力F的作用下，以的速度沿水平地面

5、向左匀速直线运动了，滑轮组的机械效率为60%。在此过程中，下列说法正确的是（）A. 拉力F做的功为400JB. 物体与地面间的滑动摩擦力为180NC. 额外功的功率为12WD. 若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则滑轮组的机械效率会降低【答案】BC【分析】A由图知，n=3。物体移动距离：s物=v物t=0.1m/s20s=2m；绳子自由端移动的距离s=3s物=32m=6m。拉力F做的功W总=Fs=100N6m=600J。A错。B做的有用功：W有=W总=600J60%=360J；物体与地面间的滑动摩擦力：f= W有s物 = 360J2m = 180N。B正确。C做的额外功：W额

6、=W总-W有=600J-360J=240J；额外功的功率: P= W额t = 240J20s = 12W。C正确。D若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则增大了有用功，所以在额外功不变的情况下，滑轮组的机械效率变大，D错误。选BC。【思路小结】计算滑轮组的效率问题，一定要分清楚各个量的准确含义，再熟记先关公式。滑轮组的机械效率计算主要公式所求物理量滑轮组竖直提升重物滑轮组水平拖动重物有用功（W有）W有=G物h（G物-物体的重力；h-物体上升的高度）W有=fs(f-物体与地面的摩擦力；S-物体移动的距离)总功（W总）W总=Fs(F-拉力；S-拉力移动的距离)W总= Fs拉(F-

7、拉力；S拉-拉力移动的距离)S与h的关系S=nh（n-绳子的股数）S=ns拉F与G物的关系F=G物+G轮n(忽略绳重及摩擦)F=fnV物与v拉的关系V物=nV拉功率PP=FV(V-速度，单位：m/s)机械效率=W有W总100%=G物nF100%=fnF100%=W有W总100%【例3】(2020甘孜23)如图所示，某同学用完全相同的钩码验证杠杆的平衡条件。杠杆调节平衡后，在杠杆上A点处挂4个钩码，为使杠杆重新平衡，应在B点处挂_个钩码；如果A、B两处再各挂一个钩码，杠杆的_（选填“左”或“右”）端会下沉。【答案】6左【分析】设每个钩码所受重力为G，杠杆上每一小格代表的长度为L，由杠杆平衡条件可

8、得：4G3L=nG2L。解得：n=6。如果A、B两处再各挂一个钩码，则杠杆的左边力与力臂的乘积为：5G3L=15GL；杠杆右边力与力臂的乘积为：7G2L=14GL；因15GL14GL,杠杆的左端会下沉。【思路小结】探究杆杆的平衡条件操作注意事项目的杠杆放水平台上，并调节杠杆，使其在水平位置上平衡使重力的方向与杆杆垂直，便于测量力臂把支点放在杠杆的中心点减小杠杆自身重力带来的实验误差一般左右两边挂一组不同数量的钩码，不挂几组同时实验减小实验操作的复杂程度，简化实验操作，多次改变所挂钩码的数量，调节平衡避免一次实验带来的偶然性，获取普遍的规律不能猜想平衡条件为“动力+动力臂=阻力+阻力臂”力和力臂

9、是两个不同的物理量，不可以相加减【真题操练】（2020巴中10）如图所示，物重为G的物体在不同简单机械中均处于平衡状态（不计机械自重和摩擦），拉力大小错误的是（）A.F1=G B.F2=G/3 C.F3=G/2 D.F4=G/2【答案】C【解析】A由图像可知L1=L2，由杠杆平衡条件F1L1=F2L2可得F1=G，A正确。B由图像可知滑轮组n=3，则F2=G/3，B正确。C由图像可知动滑轮动力作用在轴上，F3=2G,C错。D不计机械自重和摩擦，斜面为理想斜面，满足FL=Gh，即F4=G/2,D正确。选C。2.（2020巴中11）如图所示，物体重为50N，小明用这个滑轮组3s内将物体匀速提升0.

10、3m。拉力为20N，不计绳重和摩擦，下列说法错误的是（）A. 动滑轮的重力为10NB. 拉力F的功率为2WC. 该滑轮组的机械效率约为83.3%D. 提升的物体越重时，该滑轮组的机械效率越高【答案】B【解析】A由图像可知绳子股数n=3，动滑轮的重力：G动=3F-G=320N-50N=10N,A正确。B绳子自由端移动的距离：s=nh=30.3m=0.9m；拉力F的功率：P= Wt = Fst = 20N0.9m3s = 6W,B错。C该滑轮组的机械效率约为:= W有W总 100% = W有W有+W额 100% = GhGh+G动h 100% = GG+G动 100% = 50N50N+10N 1

11、00%=83.3%。C正确。D由= W有W总 100% = W有W有+W额 100% = GhGh+G动h 100% = GG+G动 100% 可知：提升的物体越重时，该滑轮组的机械效率越高，D正确。选B。3.(2020达州9)一轻质不等臂杠杆AOB的左右两端分别吊着一实心铝块和铜块，此时杠杆在水平位置平衡。现将铝块、铜块同时浸没在水中，如图所示。已知：，则下列判断正确的是（）A. A端下降B. B端下降C. 仍然平衡D. 无法判断【答案】B【解析】在轻质不等臂杠杆AOB两端吊上实心铝块和铜块时，杠杆在水平位置平衡，由图知OBOA，由杠杆的平衡条件可得：G铝OA=G铜OB，即铝V铝gOA=铜V

12、铜gOB。因为铝V铜g。将铝块和铜块同时浸没在水中后，杠杆左、右两边有(G铝-F浮)OA，(G铜-F浮)OB，即(铝V铝g-水V铝g)OA，(铜V铜g-铜V铜g)OB。则铝V铝gOA -水V铝gOA【解析】脚沿与杆垂直方向用力F1将石球抬起，F1的力臂：l1=1.4m-0.4m=1m；动力臂大于阻力臂，所以舂米工具是省力杠杆。(2)脚竖直向下用力F2将石球抬起，如图所示：由杠杆的平衡条件得到F2l1=Gl2；F2G = l2l1 = 0A0B = 0.4m1m = 25 ；F2= 2G5 = 250N5 = 20N。由于阻力和阻力臂不变，F1的力臂大于F2的力臂，由杠杆的平衡条件可知：F2F1

13、。9.(2020广东14)如图所示，人向下拉绳提升重物，已知物体重400N，动滑轮重60N，不计绳重及摩擦，将重物匀速提升0.5m，人需用的拉力为N，绳子自由端移动的距离为m，人所做的有用功为J。【答案】2301200【解析】由图可知：n=2，不计绳重及摩擦，人需用的拉力：F= G+G动2 = 400N+60N2 = 230N。绳子自由端移动的距离：s=2h=20.5m=1m。人所做的有用功为：W有=Gh=400N0.5m=200J。10.（2020广元22）.如图所示是小王“探究杠杆的平衡条件”的装置，每个钩码重为0.5N（钩码个数若干），弹簧测力计量程为05N。(1)将该装置置于水平桌面上

14、，静止时处于甲图所示状态。为使杠杆在水平位置平衡，小王应将杠杆右端的平衡螺母向（选填“左”或“右”）移，这样做的好处是便于直接测量。(2)乙图中杠杆恰好处于水平平衡，若在A点下方再挂一个相同的钩码，为使杠杆保持水平平衡，则需将B点的钩码向右移动格。(3)丙图中杠杆每个小格长度均为5 cm，在C点竖直悬挂4个重为0.5N的钩码，当在D点用如丙图所示动力F拉杠杆。使杠杆在水平位置平衡，此时动力臂为cm，动力F为N。【答案】 (1) 左 力臂 (2) 1 (3) 10 3【解析】(1)实验前，应先进行杠杆平衡调节。由甲图可知：杆杆向右下端下沉，所以应该将平衡螺母向左边调节。在实验中使杠杆在水平位置平

15、衡的目的是使力与力臂垂直，力臂则与杆杆重合，便于测量力臂的长短。 (2)如图乙所示：设一格的长度为l，根据杠杆的平衡条件可得：4G2l=2Gnl；解得：n=4，应该将B处所挂钩码向右移动43=1格。(3)当动力在D点斜向下拉（与水平方向成30角）动力臂是：l1=OD/2=45cm/2=10cm。根据杠杆的平衡条件可得，动力为：F= 4Gl2l1 = 40.5N35cm10cm = 3N。11.(2020苏州24)科技馆里两位老人正饶有兴致地体验升降座椅装置，小明观察后画出简图（如图）进行研究。若爷爷质量m人60kg，奶奶用F240N的拉力将爷爷匀速拉升到顶端，该过程中奶奶手握住绳子向下拉动的总

16、长度s6m。不计绳重和摩擦，g取10N/kg。求：（1）奶奶所做的功；（2）动滑轮（含座椅）的质量；（3）该升降座椅装置的机械效率（保留一位小数）。【答案】（1）1440J （2）12kg （3）83.3%【解析】（1）奶奶所做的功：WFs240N6m1440J。（2）爷爷的质量m人60kg，则爷爷的重力：Gmg60kg10N/kg600N。由图可知：n3，不计绳重和摩擦，由F= G+G动n可得动滑轮（含座椅）的重力：G动nFG3240N600N120N；动滑轮（含座椅）的质量：m动= G动g = 120N10N/kg =12kg。（3）不计绳重和摩擦，该升降座椅装置的机械效率：= W有W总

17、100% = GhGh+G动 100% = 600N600N+120N 100% 83.3%。答：（1）奶奶所做的功是1440J；（2）动滑轮（含座椅）的质量是12kg；（3）该升降座椅装置的机械效率是83.3%。12.(2020达州21)同学们在探究影响浮力大小的因素时，发现手中的弹簧测力计损坏了，聪明的小强同学利用刻度均匀的杠杆和钩码（每只重0.5N）替代弹簧测力计顺利地完成了该实验。以下是小强同学的实验操作，请你帮他完善该实验探究。(1)将杠杆安装在支架上，静止时如图1所示，应将平衡螺母向_（选填“右”或“左”）调节，使杠杆在水平位置平衡；(2)如图2甲所示，将重2N的物体G挂在A点，两

18、只钩码挂在B点时，杠杆在水平位置平衡；(3)将物体G部分浸入水中（如图2乙所示），两只钩码移到C点时，杠杆水平位置平衡；(4)将物体G浸没于水中（如图2丙所示），两只钩码移到D点时，杠杆在水平位置平衡；(5)将物体G浸没于盐水中（如图2丁所示），两只钩码移到E点时，杠杆在水平位置平衡。分析与论证：分析比较(2)、(3)、(4)可得：物体G所受浮力大小与_有关；分析比较(2)、(4)、(5)可得：物体G所受浮力大小与有_关；由题中信息计算物体G的体积V=_m3，盐水的密度_kg/m3。（，g=10N/kg）【答案】 (1)右分析与论证：物体排开液体的体积液体的密度1.010-41.125103【

19、解析】（1）杠杆在如图1位置平衡后，要使杠杆在水平位置重新平衡，应将平衡螺母向右调节。分析与论证：步骤(2)、(3)、(4)是让物体未浸入、部分浸入和浸没于水中，而钩码逐渐靠近支点，说明物体G所受的浮力逐渐变大，所以可得物体G所受的浮力大小与排开液体的体积有关。步骤(4)(5)是让物体G分别浸没在水中和盐水中，所以比较的是浮力大小与液体密度的关系。由步骤(4)及杠杆的平衡条件得：(G物-F浮)4L=1N4L，(2N-F浮)4L=1N4L；所以F浮=1N。物体的体积：v物=v排= F浮水g = 1N1.0103kg/m310N/kg = 10-4m3。由步骤(5)及杠杆的平衡条件得：(2N-F浮

20、)4L=1N3.5L；F浮=1.125N。盐水的密度：盐水= F浮gv物 = 1.125N10N/kg10-4m3 = 1.125103kg/m3。13.(2020达州23)如图所示，物体A重200N，圆柱形容器底面积为400cm2，内盛有足够深的水。用图中的滑轮组（定滑轮用轻质细杆固定在水平地面上）将浸没在水中的物体A匀速提出水面，当物体A浸没在水中匀速上升时，滑轮组的机械效率为80%。不计绳重、摩擦及水的阻力，物体A不吸水、不沾水，g=10N/kg。求：(1)物体浸没在水中时受到的浮力；(2)物体完全提出水面后，水对容器底减小的压强；(3)物体完全提出水面后，滑轮组的机械效率。（小数点后保

21、留一位数字）【答案】(1)40N(2)1000Pa(3)83.3%【解析】(1)物体的质量m= Gg = 200N10N/kg = 20kg；物体的体积为：V= m物 = 20kg5.0103kg/m310N/kg = 410-3m3。物体浸没在水中时受到的浮力为：F浮=水gv=1.0103kg/m310N/kg410-3m3=40N。(2)物体完全提出水面后，水位降低高度为：h= vS容 = 410-3m340010-4m2 = 0.1m；水对容器底减小的压强为：p=水gh=1.0103kg/m310N/kg0.1m=1000Pa。 (3)由图可知：n=3。nF=T+G动；当物体A浸没在水中匀速上升时：G物=T+F浮；滑轮组的机械效率为：= W有W总100% = ThnFh100% = G物-F浮G物F浮+G动100%，即200N-40N200N-40N+G动 = 0.8，解得G动=40N。物体完全提出水面后，滑轮组的机械效率为：= W有W总100% = G物G物+G动100% = 200N200N+40N100%=83.3%答：(1)物体浸没在水中时受到的浮力为40N；(2)物体完全提出水面后，水对容器底减小的压强为1000Pa；(3)物体完全提出水面后，滑轮组的机械效率为83.3%