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备战2023年中考科学二轮专题导练 考点26 功和机械
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考点26 功和机械
考点精讲
一、功
1、功的两个必要因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在力的方向上移动的距离。
2、功的计算公式：W=Fs=Pt 功的单位：焦。1J =1N•m。
3、 功的实质：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，物体做多少功就有多少能量转化为其他形式的能，能量和功的单位都是焦耳。
二、功率
1. 功率（定义）：单位时间内做的功，用字母 P 表示。
2. 功率的单位：瓦特，简称瓦，符号 W。国际单位制中，功的单位是 J，时间的单位是 s，功率的 单位就是 J/s。1 W = 1 J/s，意思是 1s 内完成了 1J 的功。常用的单位还有“kW”，1kW=1000W。
3. 功率（意义）：用来衡量物体做功快慢的物理量。功率只表示做功的快慢，不表示做功的多少，一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定。功率大的机械，做功不一定多；做功多的机械，功率也不一定大。
4. 计算公式：，公式变形：、
5. 公式推导
三、杠杆
1. 杠杆：如果一根硬棒在力的作用下能够绕着固定点转动，这一根硬棒就叫做杠杆。
2. 杠杆五要素：支点（O ）、动力（ F1）、阻力（ F2 ）、动力臂（ L1）、阻力臂（ L2 ）
①支点：硬棒绕着转动的固定点。
②力的作用线：力所在的直线。
③力臂：支点到力的作用线的距离。
3.杠杆平衡
杠杆平衡：若杠杆处于静止或匀速转动状态，我们就称杠杆处于平衡状态；即杠杆平衡
杠杠平衡的条件（杠杆原理）：动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1L1 = F2L2
4.杠杆的分类
四、滑轮
1．滑轮：周边有凹槽，可以绕着中心轴转动的轮子。
（1）定滑轮：中心轴（整个轮）不随物体移动而移动的滑轮。
（2） 动滑轮：中心轴随物体移动而移动的滑轮。
2．动滑轮和定滑轮的性质
（1）定滑轮：
①实质：定滑轮的支点是转动轴，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，是一个等臂杠杆。
②特点：使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向。
③改变定滑轮力的方向，力臂仍然为半径r，所以拉力F大小不变。
（2）动滑轮：
①实质：动滑轮的支点是那段上端固定的绳子与动滑轮相切的点，动力臂是滑轮的直径，阻臂是滑轮的半径，因此动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂一半的杠杆。
②特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向，且多费一倍距离。
五、滑轮组
1、滑轮组：将定滑轮和动滑轮组合的一种装置，成为滑轮组
2、特点：既可以省力又能改变的力的方向
3、自由端：针对绕在滑轮上的绳子而言，未以任何方式与滑轮连接并且可以移动的一端
4、滑轮组各物理量关系：
在不计绳重、摩擦时： F=1/n （G+G动）
绳子自由端移动距离S与重物提升高度的关系：S=nh
六、机械效率
1、有用功
定义：使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功，也等于在理想情况下（即不考虑摩擦和机械本身的重力）人们所做的功，或者是机械对物体做的功。
2、额外功
使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。额外功的来主要有：①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功；②克服机械的摩擦所做的功。
3、总功
人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝Fs。
4、机械效率
（1）定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。
（2）公式：η＝W有用/W总×100%
（3）由于总是存在额外功，使得W有用＜W总，所以η一般是小于1；影响机械效率的主要因素有摩擦和机械自重等。
七、机械效率计算
1、杠杆
①W有用=Gh ②W总=F·S
③
影响其效率大小的因素：①杠杆自重、物重、悬挂位置 ②杠杆与支点之间的摩擦
2、 滑轮组
【竖直方向】
①W有用=G物·h
②W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h
（不计绳重和摩擦时）
（n为连接动滑轮绳子段数）
③ 影响其效率大小的因素：①物重 ②摩擦及动滑轮重力
【水平方向】
①W有用=fS物
②W总=F·SF=F·nS物 （n为连接动滑轮绳子段数）
③ 影响其效率大小的因素：绳子与滑轮的摩擦
3、斜面
①W有用=Gh ②W总=F·S
③
影响其效率大小的因素：①斜面之间的粗糙程度②斜面的倾斜程度
真题解析
例题
1．关于功、能、功率和机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．能够做功的物体就具有能量，但不一定在做功
B．机械效率越高，功率越大
C．做功越多，功率一定越大
D．机械越省力，一定越省功，其机械效率一定越大
答案
1．A
【解析】
【详解】
A．能够做功的物体具有能量，但不一定做功，例如奔驰的汽车具有动能，一旦装上物体就会对物体做功，但并不是只有撞上，才知道它有能量，故A正确。
B．机械效率表示机械性能的好坏，而功率表示做功的快慢，二者没有任何联系，故B错误。
C．根据W=Pt可知，功率与功和时间有关，当时间相同时，做功越多，则功率越大，故C错误。
D．使用任何机械都不能省功，但可以省力，但是省力的机械的效率不一定大，故D错误。
故选A。
2．某同学把装有20个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼，他提鸡蛋的力做的功最接近于（ ）
A．6J B．30J C．60J D．90J
答案
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
一个鸡蛋的质量约为50g，20个鸡蛋的质量约为
20个鸡蛋的重约为
1楼到3楼的高度为6m，把装有20个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼，他提鸡蛋的力做的功约为
故选C。
3．在生活和生产中，简单机械有着十分重要的作用。
实验次数
钩码的重力G/N
钩码提升的高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率
1
2
0.1
0.9
0.3
74.1%
2
4
0.1
a
0.3
83.3%
3
6
0.1
2.2
0.3
b
（1）为了探究“杠杆的平衡条件”，小明用图1的装置进行实验。实验前，杠杆左端下沉，应将右端的平衡螺母向___________调节（选填“左”或“右”），使杠杆在水平位置平衡便于测量力臂；
（2）小明用图2的实验装置探究滑轮组机械效率。实验中用同一滑轮组提升钩码，记录数据如上表。
①由图2可知，第2次实验中弹簧测力计示数a和第3次滑轮组的机械效率为b最接近___________；
A．1.6 85% B．2 90.9% C．1.6 90.9% D．2 85%
②分析实验数据可得：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。若提升同一物体时，减小动滑轮的重力，则滑轮组的机械效率___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
答案
3． 右 C 变大
【解析】
【详解】
（1）[1]根据图1可知，杠杆的右端上翘，说明右端轻，因此平衡螺母应该向右调节。
（2）[2][3]①根据图2可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，则第2次实验中测力计的示数
a=1.6N
第③次实验中滑轮组的机械效率为
故选C。
②使用滑轮组提升重物时，对动滑轮做额外功。提升同一物体时，有用功相等，动滑轮的重力越小，额外功越小，滑轮组的机械效率越大。
4．抗击新冠肺炎疫情期间，某市救护车转运患者集中隔离治疗，该车配置了负压装置，负压仓内气压小于外界气压，将内部空气“吸入”排风净化装置进行处理，有效避免了病毒的传播。某次转运病人时，救护车以60kW的恒定功率在平直公路上匀速行驶36km，用时30min。请解答下列问题：
（1）救护车匀速行驶36km牵引力做的功；______
（2）救护车所受的阻力；______
（3）按照卫生标准，负压仓内外气压差应为10～38Pa之间。经测量发现，该负压仓0.9m2的面积上内外气体压力差为18N，通过计算判断负压仓内外气压差是否符合标准。______
答案
4． 1.08×108J 3000N 20Pa，符合标准
【解析】
【详解】
（1）[1]救护车匀速行驶牵引力做的功
（2）[2]汽车匀速行驶，受到牵引力和阻力是平衡力，救护车所受的阻力
（3）[3]负压仓内外气压差为
故负压仓内外气压差符合标准。
5．小明家有一台额定电压为220V的加湿器，说明书上的电路图为图甲。R1、R2为发热电阻，且R2=3R1，S为旋转型开关。1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”、“高挡”之间的转换（低挡为小功率加热，高挡为大功率加热），其高挡功率为440W。
（1）求高挡工作时，电路中的电流；
（2）求加湿器处于低挡时的电功率；
（3）加湿器的P﹣t关系如图乙所示，加湿器工作30分钟消耗的电能为多少？
答案：
5．（1）2A；（2）110W；（3）3.96×105J。
【解析】
【详解】
解：（1）高档工作时，电路中的电流
（2）当旋转开关接3、4触点时，R2短路，电路为R1的简单电路；由可知，此时功率最大，加湿器处于高档，旋转开关接2、3触点时，R1与R2串联，由电阻的串联规律，此时电路的总电阻最大，由可知，此时功率最小，加湿器处于低档，正常工作时的低档功率
①
高温挡时的功率
=400W②
由①和②得到
P低=×440W=110W
（3）由图乙可知，加湿器工作30min内，高档工作的时间为10min，低档工作的时间为20min，加湿器工作30分钟消耗的电能
W=P高t高+P低t低=440W×10×60s+110W×20×60s=3.96×105J
答：（1）高档工作时，电路中的电流是2A；
（2）加湿器处于低档时的电功率是110W；
（3）加湿器工作30分钟消耗的电能为3.96×105J。
突破提升
一、选择题
1．如图所示，重为120N的物体A在拉力F作用下沿水平面做匀速直线运动，其路程随时间变化的图像如图乙所示。已知物体A在水平方向上受到的阻力为物重的0.1倍，滑轮组机械效率为80%，滑轮组和绳子的自重不计。下列分析计算正确的是（ ）
A．10s内，绳子自由端沿水平方向移动了4m B．左侧墙受到滑轮组16牛拉力作用
C．在10s内，作用在绳子自由端的拉力F为5牛 D．在10s内，拉力F做功的功率为1.2W
2．2022年金华市中考体育考试增加了排球垫球项目，方法是用手臂将排球垫向墙壁，反弹回来后又重复垫球，如图所示为垫球过程示意图。下列说法中正确的是（ ）
A．排球被墙壁反弹回来的瞬间，受力平衡
B．排球从墙壁弹回手臂过程中，重力势能越来越大
C．排球撞击墙壁到反弹回来的过程中，排球的机械能一直在减小
D．垫排球时，排球离开手臂上升过程中，手臂依然在对排球做功
3．重为30牛的A物体，分别用如图所示甲、乙两种方法进行提升和水平移动。若A物体在水平面滑动时受到的摩擦力为20N，F1=18N，F2=8N，A物体在10s内匀速移动的距离均为0.5m，则在该过程中，下列分析正确的是（ ）
A．绳子自由端F1移动的速度比F2移动的速度大
B．F1做功比F2做功少
C．F1与F2做功的功率相同
D．两种方法机械效率相同
4．挂钟的分针转动的动力来自机械齿轮，可认为是作用在C点且方向始终与分针垂直的力F，当分针匀速由A位置（如图甲）顺时针转动到B位置（如图乙）过程中，力F大小的变化情况为（ ）
A．逐渐变大 B．逐渐变小
C．先变大后变小 D．先变小后变大
二、简答题
5．小科用三种不同的方法抬升重为200N的物体。
（1）如图甲，将物体匀速竖直向上抬升3m，F甲所做的功为_______；
（2）如图乙，斜面长5m，高3m，拉力F乙=150N，沿斜面匀速拉动物体至斜面顶端，计算该斜面工作时的机械效率_______；
（3）如图丙，在2s内将重物匀速提升3m，已知动滑轮的重为10N。请计算拉力F丙做功的功率为_______。（不计绳重及摩擦）
三、探究题
6．滑轮是一种常用的简单机械，使用定滑轮在省力和省距离等方面有什么特点？以下是小丽对此进行的实验：
①如图甲，用弹簧秤测出两个钩码的重；
②如图乙，用手竖直向下匀速拉弹簧秤，记录弹簧秤示数（摩擦力忽略不计）。测量钩码和绳子自由端通过的距离，记录在下表中；
③如图丙，改变拉力方向重复实验并记录。
拉力方向
弹簧秤示数（牛）
绳子自由端移动距离（厘米）
钩码上升距离（厘米）
竖直向下
2.0
15
15
斜向下
2.0
12
12
水平
2.0
8
8
请回答：
（1）①中测得钩码重为__________牛；
（2）分析数据，可得出的结论是__________；
（3）小丽认为仅凭一组实验得出结论不具普遍性，还需__________。
四、填空题
7．2021年的国庆和中秋节正好相遇，借着双节的喜庆机会，国庆旅游人群热情不减。
（1）位于天蒙景区塔山脚下的指动石重达百吨（如图），站在石下的小明轻轻用力就可以使它上下颤动，此时指动石是一个___________（选填“省力”“等臂”或“费力”）杠杆。
（2）在滨河游乐园内，50 kg的小明乘坐匀速转动的摩天轮观光时，随轿厢一起上升的小明的机械能________（选填“增大”“减小”或“不变”），将小明载到46 m 最高点的过程中，摩天轮轿厢对小明做功________J。
8．2020年11月24日，“长征五号”运载火箭搭载我国自主研发建造的“嫦娥五号”探测器从海南文昌航天发射场成功发射。“长征五号”运载火箭有四个助推器。
（1）在四个助推器的作用下，“长征五号”加速升空，在这个过程中，它的机械能_________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）“嫦娥五号”的质量为8.2t，在“长征五号”的推动下到达离地球50km的某一高度则火箭推动“嫦娥五号”上升时克服“嫦娥五号”的重力至少要做多少功_________？
（3）已知单个助推器的质量为14t。吊装时为了移动单个助推器，在两侧分别安装两个固定点，分别套上钢丝绳，如图一所示，使助推器处于水平位置，其简化示意图如图二所示，此时可以将助推器看成是水平平衡的杠杆，A、C均可视为支点，其重心在B点，A点到CE的距离为6m。求沿CE方向的两根钢丝绳提供的拉力共为多少牛_________？
（4）近日，跟随“嫦娥五号”升空并顺利返回地球的“香丝苗”水稻种子，有一些已经开始发芽了，经试种，个别种子的某些性状发生了较大改变，其原因是太空环境_________；
A．直接改变了种子的某些性状
B．使种子里的一些遗传物质发生了改变
C．淘汰了某些不良性状
D改变了种子的营养成分
9．“舂米对”是一种简单机械，其示意图如图所示。使用这个装置时，人在A端用力竖直把它踩下后立即松脚，B端石块就会立即下落，打在石臼内的谷物上，从而把谷物打碎。你认为它属于___________（填“费力”还是“省力”）杠杆，舂米的过程中装置从水平转过角度小于70°，则此过程中脚所施加的力如何变化___________。（填“变小”、“不变”或“变大”）
10．用大小为250N、方向沿斜面向上的推力F，将重为400N的货物由斜面底端推至车箱，已知斜面长s为4m，高h为2m，如图所示，则此过程中推力所做的功为_______J，斜面的机械效率为________， 斜面对货物的摩擦力为___________N。
答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．根据图可知，承担拉力的绳子段数n=3；根据图乙可知，10s内物体移动了1m，则绳子自由端移动了
s=ns物=3×1m=3m
故A错误。
BC．根据公式
得到
解得
F=5N
以定滑轮为受力对象可知，墙壁对它的拉力等于4根绳子产生的拉力之和，即
F墙壁=4F=5N×4=20N
墙壁受到滑轮组的拉力与墙壁对滑轮组的拉力为相互作用力，因此左侧墙壁受到滑轮组的拉力为20N，故B错误，C正确。
D．10s内拉力做的总功
W总=Fs=5N×3m=15J
则拉力的功率
故D错误。
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
A． 排球被墙壁反弹回来的瞬间，它处于加速运动状态，没有处于平衡状态，即受力不平衡，故A错误；
B．排球从墙壁弹回手臂过程中，它的高度不断减小，则它的重力势能越来越小，故B错误；
C．排球撞击墙壁到反弹回来的过程中，不断与空气摩擦，会有部分机械能转化为内能，则排球的机械能一直在减小，故C正确；
D．垫排球时，排球离开手臂上升过程中，手臂没有力继续作用在排球上，因此手臂对排球没有做功，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
A．A物体移动的速度
甲图中
n=2
则乙图中
n=3
则绳子自由端F1移动的速度
v绳1=2v物=2×0.05m/s=0.1m/s
绳子自由端F2移动的速度
v绳2=3v物=3×0.05m/s=0.15m/s
比较可知，绳子自由端F1移动的速度比F2移动的速度小，故A错误。
B．甲图中绳子自由端移动的距离
s1=2s=2×0.5m=1m
乙图中绳子自由端移动的距离
s2=3s=3×0.5m=1.5m
则F1做功
W总1=F1s1=18N×1m=18J
F2做功
W总2=F2s2=8N×1.5m=12J
比较可知，F1做功比F2做功多，故B错误。
C． F1做功功率
P1= F1 v绳1=18N×0.1m/s =1.8W
F2做功功率
P2= F2 v绳2=8N×0.15m/s=1.2W
比较可知，F1做功功率比F2做功功率大，故C错误。
D．甲图中的有用功
W有1=Gs=30N×0.5m=15J
乙图中的有用功
W有2=fs=20N×0.5m=10J
甲图中的机械效率为
乙图中的机械效率为
故两种方法机械效率相同，故D正确。
故选D。
4．B
【解析】
【详解】
在分针转动的过程中，将转轴看作支点O，分针的重力看作阻力，力F看作动力。在分针从A到B的过程中，阻力和动力臂保持不变，而阻力臂逐渐减小，根据杠杆的平衡条件可知，动力F逐渐变小。
故选B。
5． 600J 80% 315W
【解析】
【详解】
（1）[1]由图甲可知，拉力克服物重做功，可得F甲所做的功为
W有=F甲h=Gh=200N×3m=600J
（2）[2]由题可知，斜面长s=5m，高h=3m，拉力F乙=150N，总功
W总=F乙s=150N×5m=750J
斜面的机械效率
（3）[3]由图丙可知，滑轮组的动滑轮有2段绳承担，拉力的大小
绳子移动距离
s′=2h=2×3m=6m
拉力做的功
W丙=F丙s′=105N×6m=630J
拉力F丙的功率
6． 2.0 定滑轮可以改变力的方向，但不省力 改变钩码的重力，再重新实验几次
【解析】
【详解】
（1）[1]由图甲知道，测力计分度值为0.2N，示数为2.0N。
（2）[2]由图知道，三种拉力情况，每次拉力的方向都不相同。在实验过程中不断改变拉力的方向，观察测力计的示数都为2N，等于物重，故可得出结论：定滑轮可以改变力的方向，但不省力。
（3）[3]由于只测了一组实验数据，这样得出的结论会具有片面性或偶然性，所以为了寻找普遍规律，做完一次实验后，改变钩码的重力，再重新实验几次。
7． 省力 增大 2.3×104
【解析】
【详解】
（1）[1]石块的重力相当于阻力，而手指施加的力为动力，因为动力远远小于阻力，所以指动石是一个省力杠杆。
（2）[2]当小明跟随摩天轮匀速转动且上升时，质量不变速度不变，则动能不变；质量不变高度增大，则重力势能增大。根据“机械能=动能+重力势能”可知，小明的机械能增大。
[3]摩天轮对小明做功
W=Gh=50kg×10N/kg×46m=2.3×104N
8． 变大 4.1×109J 1.19×105N B
【解析】
【详解】
（1）[1]因为在火箭携带飞船加速升空的过程中，飞船的质量不变、速度增大，高度增加，因此动能增大，重力势能增大。由于机械能=势能+动能，所以机械能增大。
（2）[2]“嫦娥五号”的重力
G=mg=8.2×103kg×10N/kg=8.2×104N
“嫦娥五号”克服重力做功
W=Gh=8.2×104N×50×103m=4.1×109J
（3）[3]①以A为支点，阻力
G助=m助g=14×103kg×10N/kg=1.4×105N
动力
F1=FCE
动力臂
L1=6m
阻力臂
L2=AB=5.1m
根据杠杆平衡条件可得
F1L1=G助L2
（4）[4]科学家认为，太空育种主要是通过强辐射、微重力和高真空等太空综合环境因素诱发植物种子的基因变异。由于亿万年来地球植物的形态、生理和进化始终深受地球重力的影响，一旦进入失重状态，同时受到其他物理辐射的作用，引起基因发生改变而培育成的新品种。因此，经试种，个别种子的某些性状发生了较大改变，其原因是太空环境使种子里的一些遗传物质发生了改变，产生了可遗传的变异，故选B。
9． 费力 变小
【解析】
【详解】
[1]O点为支点，脚施加的力为动力，而B端石块的重力为阻力，此时动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆。
[2]根据图片可知，在这个装置从水平转过一定角度时，动力臂L1保持不变，阻力G保持不变，但是阻力臂L2不断减小，根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知，此过程中脚施加的力逐渐变小。
10． 1000 80% 50
【解析】
【详解】
[1]推力做的功
W总=Fs=250N×4m=1000J
[2]推力做的有用功
W有=Gh=400N×2m=800J
则斜面的机械效率
[3]克服摩擦做的额外功
W额=W总-W有=1000J-800J=200J
斜面对物体的摩擦力为
考点26 功和机械
考点精讲
一、功
1、功的两个必要因素：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在力的方向上移动的距离。
2、功的计算公式：W=Fs=Pt 功的单位：焦。1J =1N•m。
3、 功的实质：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量，物体做多少功就有多少能量转化为其他形式的能，能量和功的单位都是焦耳。
二、功率
1. 功率（定义）：单位时间内做的功，用字母 P 表示。
2. 功率的单位：瓦特，简称瓦，符号 W。国际单位制中，功的单位是 J，时间的单位是 s，功率的 单位就是 J/s。1 W = 1 J/s，意思是 1s 内完成了 1J 的功。常用的单位还有“kW”，1kW=1000W。
3. 功率（意义）：用来衡量物体做功快慢的物理量。功率只表示做功的快慢，不表示做功的多少，一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定。功率大的机械，做功不一定多；做功多的机械，功率也不一定大。
4. 计算公式：，公式变形：、
5. 公式推导
三、杠杆
1. 杠杆：如果一根硬棒在力的作用下能够绕着固定点转动，这一根硬棒就叫做杠杆。
2. 杠杆五要素：支点（O ）、动力（ F1）、阻力（ F2 ）、动力臂（ L1）、阻力臂（ L2 ）
①支点：硬棒绕着转动的固定点。
②力的作用线：力所在的直线。
③力臂：支点到力的作用线的距离。
3.杠杆平衡
杠杆平衡：若杠杆处于静止或匀速转动状态，我们就称杠杆处于平衡状态；即杠杆平衡
杠杠平衡的条件（杠杆原理）：动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1L1 = F2L2
4.杠杆的分类
四、滑轮
1．滑轮：周边有凹槽，可以绕着中心轴转动的轮子。
（1）定滑轮：中心轴（整个轮）不随物体移动而移动的滑轮。
（2） 动滑轮：中心轴随物体移动而移动的滑轮。
2．动滑轮和定滑轮的性质
（1）定滑轮：
①实质：定滑轮的支点是转动轴，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，是一个等臂杠杆。
②特点：使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向。
③改变定滑轮力的方向，力臂仍然为半径r，所以拉力F大小不变。
（2）动滑轮：
①实质：动滑轮的支点是那段上端固定的绳子与动滑轮相切的点，动力臂是滑轮的直径，阻臂是滑轮的半径，因此动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂一半的杠杆。
②特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向，且多费一倍距离。
五、滑轮组
1、滑轮组：将定滑轮和动滑轮组合的一种装置，成为滑轮组
2、特点：既可以省力又能改变的力的方向
3、自由端：针对绕在滑轮上的绳子而言，未以任何方式与滑轮连接并且可以移动的一端
4、滑轮组各物理量关系：
在不计绳重、摩擦时： F=1/n （G+G动）
绳子自由端移动距离S与重物提升高度的关系：S=nh
六、机械效率
1、有用功
定义：使用机械做功时，对人们有用的功叫有用功，用W有用表示。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功，也等于在理想情况下（即不考虑摩擦和机械本身的重力）人们所做的功，或者是机械对物体做的功。
2、额外功
使用机械时，对人们没有用但又不得不做的功叫额外功，用W额表示。额外功的来主要有：①提升物体时，克服机械自重、容器重、绳重等所做的功；②克服机械的摩擦所做的功。
3、总功
人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功，用W总表示。它等于有用功和额外功的总和，即W总＝W有用＋W额，或人对机械的动力为F，则W总＝Fs。
4、机械效率
（1）定义：有用功与总功的比值叫做机械效率。
（2）公式：η＝W有用/W总×100%
（3）由于总是存在额外功，使得W有用＜W总，所以η一般是小于1；影响机械效率的主要因素有摩擦和机械自重等。
七、机械效率计算
1、杠杆
①W有用=Gh ②W总=F·S
③
影响其效率大小的因素：①杠杆自重、物重、悬挂位置 ②杠杆与支点之间的摩擦
2、 滑轮组
【竖直方向】
①W有用=G物·h
②W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h
（不计绳重和摩擦时）
（n为连接动滑轮绳子段数）
③ 影响其效率大小的因素：①物重 ②摩擦及动滑轮重力
【水平方向】
①W有用=fS物
②W总=F·SF=F·nS物 （n为连接动滑轮绳子段数）
③ 影响其效率大小的因素：绳子与滑轮的摩擦
3、斜面
①W有用=Gh ②W总=F·S
③
影响其效率大小的因素：①斜面之间的粗糙程度②斜面的倾斜程度
真题解析
例题
1．关于功、能、功率和机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．能够做功的物体就具有能量，但不一定在做功
B．机械效率越高，功率越大
C．做功越多，功率一定越大
D．机械越省力，一定越省功，其机械效率一定越大
答案
1．A
【解析】
【详解】
A．能够做功的物体具有能量，但不一定做功，例如奔驰的汽车具有动能，一旦装上物体就会对物体做功，但并不是只有撞上，才知道它有能量，故A正确。
B．机械效率表示机械性能的好坏，而功率表示做功的快慢，二者没有任何联系，故B错误。
C．根据W=Pt可知，功率与功和时间有关，当时间相同时，做功越多，则功率越大，故C错误。
D．使用任何机械都不能省功，但可以省力，但是省力的机械的效率不一定大，故D错误。
故选A。
2．某同学把装有20个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼，他提鸡蛋的力做的功最接近于（ ）
A．6J B．30J C．60J D．90J
答案
2．C
【解析】
【分析】
【详解】
一个鸡蛋的质量约为50g，20个鸡蛋的质量约为
20个鸡蛋的重约为
1楼到3楼的高度为6m，把装有20个鸡蛋的塑料袋从1楼提到3楼，他提鸡蛋的力做的功约为
故选C。
3．在生活和生产中，简单机械有着十分重要的作用。
实验次数
钩码的重力G/N
钩码提升的高度h/m
拉力F/N
绳端移动的距离s/m
机械效率
1
2
0.1
0.9
0.3
74.1%
2
4
0.1
a
0.3
83.3%
3
6
0.1
2.2
0.3
b
（1）为了探究“杠杆的平衡条件”，小明用图1的装置进行实验。实验前，杠杆左端下沉，应将右端的平衡螺母向___________调节（选填“左”或“右”），使杠杆在水平位置平衡便于测量力臂；
（2）小明用图2的实验装置探究滑轮组机械效率。实验中用同一滑轮组提升钩码，记录数据如上表。
①由图2可知，第2次实验中弹簧测力计示数a和第3次滑轮组的机械效率为b最接近___________；
A．1.6 85% B．2 90.9% C．1.6 90.9% D．2 85%
②分析实验数据可得：同一滑轮组，提升的物体越重，滑轮组的机械效率越高。若提升同一物体时，减小动滑轮的重力，则滑轮组的机械效率___________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。
答案
3． 右 C 变大
【解析】
【详解】
（1）[1]根据图1可知，杠杆的右端上翘，说明右端轻，因此平衡螺母应该向右调节。
（2）[2][3]①根据图2可知，弹簧测力计的分度值为0.2N，则第2次实验中测力计的示数
a=1.6N
第③次实验中滑轮组的机械效率为
故选C。
②使用滑轮组提升重物时，对动滑轮做额外功。提升同一物体时，有用功相等，动滑轮的重力越小，额外功越小，滑轮组的机械效率越大。
4．抗击新冠肺炎疫情期间，某市救护车转运患者集中隔离治疗，该车配置了负压装置，负压仓内气压小于外界气压，将内部空气“吸入”排风净化装置进行处理，有效避免了病毒的传播。某次转运病人时，救护车以60kW的恒定功率在平直公路上匀速行驶36km，用时30min。请解答下列问题：
（1）救护车匀速行驶36km牵引力做的功；______
（2）救护车所受的阻力；______
（3）按照卫生标准，负压仓内外气压差应为10～38Pa之间。经测量发现，该负压仓0.9m2的面积上内外气体压力差为18N，通过计算判断负压仓内外气压差是否符合标准。______
答案
4． 1.08×108J 3000N 20Pa，符合标准
【解析】
【详解】
（1）[1]救护车匀速行驶牵引力做的功
（2）[2]汽车匀速行驶，受到牵引力和阻力是平衡力，救护车所受的阻力
（3）[3]负压仓内外气压差为
故负压仓内外气压差符合标准。
5．小明家有一台额定电压为220V的加湿器，说明书上的电路图为图甲。R1、R2为发热电阻，且R2=3R1，S为旋转型开关。1、2、3、4为触点，通过旋转开关S可实现“关”、“低挡”、“高挡”之间的转换（低挡为小功率加热，高挡为大功率加热），其高挡功率为440W。
（1）求高挡工作时，电路中的电流；
（2）求加湿器处于低挡时的电功率；
（3）加湿器的P﹣t关系如图乙所示，加湿器工作30分钟消耗的电能为多少？
答案：
5．（1）2A；（2）110W；（3）3.96×105J。
【解析】
【详解】
解：（1）高档工作时，电路中的电流
（2）当旋转开关接3、4触点时，R2短路，电路为R1的简单电路；由可知，此时功率最大，加湿器处于高档，旋转开关接2、3触点时，R1与R2串联，由电阻的串联规律，此时电路的总电阻最大，由可知，此时功率最小，加湿器处于低档，正常工作时的低档功率
①
高温挡时的功率
=400W②
由①和②得到
P低=×440W=110W
（3）由图乙可知，加湿器工作30min内，高档工作的时间为10min，低档工作的时间为20min，加湿器工作30分钟消耗的电能
W=P高t高+P低t低=440W×10×60s+110W×20×60s=3.96×105J
答：（1）高档工作时，电路中的电流是2A；
（2）加湿器处于低档时的电功率是110W；
（3）加湿器工作30分钟消耗的电能为3.96×105J。
突破提升
一、选择题
1．如图所示，重为120N的物体A在拉力F作用下沿水平面做匀速直线运动，其路程随时间变化的图像如图乙所示。已知物体A在水平方向上受到的阻力为物重的0.1倍，滑轮组机械效率为80%，滑轮组和绳子的自重不计。下列分析计算正确的是（ ）
A．10s内，绳子自由端沿水平方向移动了4m B．左侧墙受到滑轮组16牛拉力作用
C．在10s内，作用在绳子自由端的拉力F为5牛 D．在10s内，拉力F做功的功率为1.2W
2．2022年金华市中考体育考试增加了排球垫球项目，方法是用手臂将排球垫向墙壁，反弹回来后又重复垫球，如图所示为垫球过程示意图。下列说法中正确的是（ ）
A．排球被墙壁反弹回来的瞬间，受力平衡
B．排球从墙壁弹回手臂过程中，重力势能越来越大
C．排球撞击墙壁到反弹回来的过程中，排球的机械能一直在减小
D．垫排球时，排球离开手臂上升过程中，手臂依然在对排球做功
3．重为30牛的A物体，分别用如图所示甲、乙两种方法进行提升和水平移动。若A物体在水平面滑动时受到的摩擦力为20N，F1=18N，F2=8N，A物体在10s内匀速移动的距离均为0.5m，则在该过程中，下列分析正确的是（ ）
A．绳子自由端F1移动的速度比F2移动的速度大
B．F1做功比F2做功少
C．F1与F2做功的功率相同
D．两种方法机械效率相同
4．挂钟的分针转动的动力来自机械齿轮，可认为是作用在C点且方向始终与分针垂直的力F，当分针匀速由A位置（如图甲）顺时针转动到B位置（如图乙）过程中，力F大小的变化情况为（ ）
A．逐渐变大 B．逐渐变小
C．先变大后变小 D．先变小后变大
二、简答题
5．小科用三种不同的方法抬升重为200N的物体。
（1）如图甲，将物体匀速竖直向上抬升3m，F甲所做的功为_______；
（2）如图乙，斜面长5m，高3m，拉力F乙=150N，沿斜面匀速拉动物体至斜面顶端，计算该斜面工作时的机械效率_______；
（3）如图丙，在2s内将重物匀速提升3m，已知动滑轮的重为10N。请计算拉力F丙做功的功率为_______。（不计绳重及摩擦）
三、探究题
6．滑轮是一种常用的简单机械，使用定滑轮在省力和省距离等方面有什么特点？以下是小丽对此进行的实验：
①如图甲，用弹簧秤测出两个钩码的重；
②如图乙，用手竖直向下匀速拉弹簧秤，记录弹簧秤示数（摩擦力忽略不计）。测量钩码和绳子自由端通过的距离，记录在下表中；
③如图丙，改变拉力方向重复实验并记录。
拉力方向
弹簧秤示数（牛）
绳子自由端移动距离（厘米）
钩码上升距离（厘米）
竖直向下
2.0
15
15
斜向下
2.0
12
12
水平
2.0
8
8
请回答：
（1）①中测得钩码重为__________牛；
（2）分析数据，可得出的结论是__________；
（3）小丽认为仅凭一组实验得出结论不具普遍性，还需__________。
四、填空题
7．2021年的国庆和中秋节正好相遇，借着双节的喜庆机会，国庆旅游人群热情不减。
（1）位于天蒙景区塔山脚下的指动石重达百吨（如图），站在石下的小明轻轻用力就可以使它上下颤动，此时指动石是一个___________（选填“省力”“等臂”或“费力”）杠杆。
（2）在滨河游乐园内，50 kg的小明乘坐匀速转动的摩天轮观光时，随轿厢一起上升的小明的机械能________（选填“增大”“减小”或“不变”），将小明载到46 m 最高点的过程中，摩天轮轿厢对小明做功________J。
8．2020年11月24日，“长征五号”运载火箭搭载我国自主研发建造的“嫦娥五号”探测器从海南文昌航天发射场成功发射。“长征五号”运载火箭有四个助推器。
（1）在四个助推器的作用下，“长征五号”加速升空，在这个过程中，它的机械能_________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）“嫦娥五号”的质量为8.2t，在“长征五号”的推动下到达离地球50km的某一高度则火箭推动“嫦娥五号”上升时克服“嫦娥五号”的重力至少要做多少功_________？
（3）已知单个助推器的质量为14t。吊装时为了移动单个助推器，在两侧分别安装两个固定点，分别套上钢丝绳，如图一所示，使助推器处于水平位置，其简化示意图如图二所示，此时可以将助推器看成是水平平衡的杠杆，A、C均可视为支点，其重心在B点，A点到CE的距离为6m。求沿CE方向的两根钢丝绳提供的拉力共为多少牛_________？
（4）近日，跟随“嫦娥五号”升空并顺利返回地球的“香丝苗”水稻种子，有一些已经开始发芽了，经试种，个别种子的某些性状发生了较大改变，其原因是太空环境_________；
A．直接改变了种子的某些性状
B．使种子里的一些遗传物质发生了改变
C．淘汰了某些不良性状
D改变了种子的营养成分
9．“舂米对”是一种简单机械，其示意图如图所示。使用这个装置时，人在A端用力竖直把它踩下后立即松脚，B端石块就会立即下落，打在石臼内的谷物上，从而把谷物打碎。你认为它属于___________（填“费力”还是“省力”）杠杆，舂米的过程中装置从水平转过角度小于70°，则此过程中脚所施加的力如何变化___________。（填“变小”、“不变”或“变大”）
10．用大小为250N、方向沿斜面向上的推力F，将重为400N的货物由斜面底端推至车箱，已知斜面长s为4m，高h为2m，如图所示，则此过程中推力所做的功为_______J，斜面的机械效率为________， 斜面对货物的摩擦力为___________N。
答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．根据图可知，承担拉力的绳子段数n=3；根据图乙可知，10s内物体移动了1m，则绳子自由端移动了
s=ns物=3×1m=3m
故A错误。
BC．根据公式
得到
解得
F=5N
以定滑轮为受力对象可知，墙壁对它的拉力等于4根绳子产生的拉力之和，即
F墙壁=4F=5N×4=20N
墙壁受到滑轮组的拉力与墙壁对滑轮组的拉力为相互作用力，因此左侧墙壁受到滑轮组的拉力为20N，故B错误，C正确。
D．10s内拉力做的总功
W总=Fs=5N×3m=15J
则拉力的功率
故D错误。
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
A． 排球被墙壁反弹回来的瞬间，它处于加速运动状态，没有处于平衡状态，即受力不平衡，故A错误；
B．排球从墙壁弹回手臂过程中，它的高度不断减小，则它的重力势能越来越小，故B错误；
C．排球撞击墙壁到反弹回来的过程中，不断与空气摩擦，会有部分机械能转化为内能，则排球的机械能一直在减小，故C正确；
D．垫排球时，排球离开手臂上升过程中，手臂没有力继续作用在排球上，因此手臂对排球没有做功，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
A．A物体移动的速度
甲图中
n=2
则乙图中
n=3
则绳子自由端F1移动的速度
v绳1=2v物=2×0.05m/s=0.1m/s
绳子自由端F2移动的速度
v绳2=3v物=3×0.05m/s=0.15m/s
比较可知，绳子自由端F1移动的速度比F2移动的速度小，故A错误。
B．甲图中绳子自由端移动的距离
s1=2s=2×0.5m=1m
乙图中绳子自由端移动的距离
s2=3s=3×0.5m=1.5m
则F1做功
W总1=F1s1=18N×1m=18J
F2做功
W总2=F2s2=8N×1.5m=12J
比较可知，F1做功比F2做功多，故B错误。
C． F1做功功率
P1= F1 v绳1=18N×0.1m/s =1.8W
F2做功功率
P2= F2 v绳2=8N×0.15m/s=1.2W
比较可知，F1做功功率比F2做功功率大，故C错误。
D．甲图中的有用功
W有1=Gs=30N×0.5m=15J
乙图中的有用功
W有2=fs=20N×0.5m=10J
甲图中的机械效率为
乙图中的机械效率为
故两种方法机械效率相同，故D正确。
故选D。
4．B
【解析】
【详解】
在分针转动的过程中，将转轴看作支点O，分针的重力看作阻力，力F看作动力。在分针从A到B的过程中，阻力和动力臂保持不变，而阻力臂逐渐减小，根据杠杆的平衡条件可知，动力F逐渐变小。
故选B。
5． 600J 80% 315W
【解析】
【详解】
（1）[1]由图甲可知，拉力克服物重做功，可得F甲所做的功为
W有=F甲h=Gh=200N×3m=600J
（2）[2]由题可知，斜面长s=5m，高h=3m，拉力F乙=150N，总功
W总=F乙s=150N×5m=750J
斜面的机械效率
（3）[3]由图丙可知，滑轮组的动滑轮有2段绳承担，拉力的大小
绳子移动距离
s′=2h=2×3m=6m
拉力做的功
W丙=F丙s′=105N×6m=630J
拉力F丙的功率
6． 2.0 定滑轮可以改变力的方向，但不省力 改变钩码的重力，再重新实验几次
【解析】
【详解】
（1）[1]由图甲知道，测力计分度值为0.2N，示数为2.0N。
（2）[2]由图知道，三种拉力情况，每次拉力的方向都不相同。在实验过程中不断改变拉力的方向，观察测力计的示数都为2N，等于物重，故可得出结论：定滑轮可以改变力的方向，但不省力。
（3）[3]由于只测了一组实验数据，这样得出的结论会具有片面性或偶然性，所以为了寻找普遍规律，做完一次实验后，改变钩码的重力，再重新实验几次。
7． 省力 增大 2.3×104
【解析】
【详解】
（1）[1]石块的重力相当于阻力，而手指施加的力为动力，因为动力远远小于阻力，所以指动石是一个省力杠杆。
（2）[2]当小明跟随摩天轮匀速转动且上升时，质量不变速度不变，则动能不变；质量不变高度增大，则重力势能增大。根据“机械能=动能+重力势能”可知，小明的机械能增大。
[3]摩天轮对小明做功
W=Gh=50kg×10N/kg×46m=2.3×104N
8． 变大 4.1×109J 1.19×105N B
【解析】
【详解】
（1）[1]因为在火箭携带飞船加速升空的过程中，飞船的质量不变、速度增大，高度增加，因此动能增大，重力势能增大。由于机械能=势能+动能，所以机械能增大。
（2）[2]“嫦娥五号”的重力
G=mg=8.2×103kg×10N/kg=8.2×104N
“嫦娥五号”克服重力做功
W=Gh=8.2×104N×50×103m=4.1×109J
（3）[3]①以A为支点，阻力
G助=m助g=14×103kg×10N/kg=1.4×105N
动力
F1=FCE
动力臂
L1=6m
阻力臂
L2=AB=5.1m
根据杠杆平衡条件可得
F1L1=G助L2
（4）[4]科学家认为，太空育种主要是通过强辐射、微重力和高真空等太空综合环境因素诱发植物种子的基因变异。由于亿万年来地球植物的形态、生理和进化始终深受地球重力的影响，一旦进入失重状态，同时受到其他物理辐射的作用，引起基因发生改变而培育成的新品种。因此，经试种，个别种子的某些性状发生了较大改变，其原因是太空环境使种子里的一些遗传物质发生了改变，产生了可遗传的变异，故选B。
9． 费力 变小
【解析】
【详解】
[1]O点为支点，脚施加的力为动力，而B端石块的重力为阻力，此时动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆。
[2]根据图片可知，在这个装置从水平转过一定角度时，动力臂L1保持不变，阻力G保持不变，但是阻力臂L2不断减小，根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知，此过程中脚施加的力逐渐变小。
10． 1000 80% 50
【解析】
【详解】
[1]推力做的功
W总=Fs=250N×4m=1000J
[2]推力做的有用功
W有=Gh=400N×2m=800J
则斜面的机械效率
[3]克服摩擦做的额外功
W额=W总-W有=1000J-800J=200J
斜面对物体的摩擦力为
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