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    【同步讲义】人教版物理八年级下册-第十二章 简单机械(复习总结) 讲义
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    【同步讲义】人教版物理八年级下册-第十二章 简单机械(复习总结) 讲义

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    这是一份【同步讲义】人教版物理八年级下册-第十二章 简单机械(复习总结) 讲义,文件包含同步讲义人教版物理八年级下册-课时124第十二章简单机械复习总结讲义原卷版docx、同步讲义人教版物理八年级下册-课时124第十二章简单机械复习总结讲义解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共77页, 欢迎下载使用。

    课时12.4 第十二章 简单机械复习总结(帮课堂)(解析版)
    【学习目标】
    1.理解:杠杆的平衡条件及其杠杆的应用;定滑轮、动滑轮和滑轮组的工作特点;什么是有用功、额外功和总功;机械效率的概念;
    2.会:认识杠杆;画杠杆的示意图(动力与动力臂、阻力与阻力臂);认识定滑轮、动滑轮和滑轮组;进行有关滑轮计算;进行有关机械效率的计算;
    3.掌握:通过实验探究理解滑轮中力与距离特点;
    4.了解:生活中常见功率值;能量和动能的概念;影响弹性势能大小的因素;机械能守恒定律;
    5.能:从常见的工具中与简单机械中识别出杠杆;利用杠杆平衡条件进行简单计算;分析滑轮的应用实例;通过测量滑轮组机械效率加强对机械效率的理解。
    【知识导图】

    【专题复习】
    专题一:杠杆及其分类
    ※专题概述
    1.杠杆
    (1)定义:在物理学中,将在力的作用下可绕固定点转动的硬棒称为杠杆;
    (2)杠杆五要素:支点、动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2。
    2.杠杆分类
    (1)省力杠杆:,如铡刀等;
    (2)费力杠杆:,如镊子等;
    (3)等臂杠杆:,如托盘天平。
    典例一如图所示工具中,属于费力杠杆的是(  )。
    A.镊子 B.瓶起子
    C.天平 D.钳子
    【答案】A。
    【解析】A、镊子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故A正确;
    B、瓶起子在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故B错误;
    C、天平在使用过程中,动力臂等于阻力臂,是等臂杠杆,故C错误;
    D、钳子在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故D错误。故选:A。
    典例二如图厨房用具中,属于省力杠杆的是( )。
    A. 食品夹 B. 碗夹
    C. 筷子 D. 开瓶器
    【答案】D。
    【解析】A、食品夹在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故A错误; 
    B、碗夹使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,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,故C错误; 
    D、开瓶器在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,故D正确。 
    故选:D。 
    专题二:简单机械作图
    ※专题概述
    1.关于杠杆作图
    (1)杠杆力臂作图“四步法”:

    (2)求最小动力的技巧
    ①动力作用点要选在杠杆上距支点最远处;
    ②连接动力作用点和支点(用实线);
    ③以动力作用点为垂足,作动力作用点与支点连线的垂线段;
    ④根据动力和阻力使杠杆转动的方向相反确定动力的方向。
    (3)力臂作图规范
    ①作图必须用直尺,所作线要直;
    ②在作力或力臂时,要画出垂足直角符号;
    ③力臂用实线,并在两端加箭头表示,旁边需标上字母。
    2.关于滑轮组的绕绳方法
    (1)确定承担物重的绳子的段数,在不计动滑轮重、绳重和摩擦时, ,。
    (2)确定绳子固定端位置:滑轮组绕绳,遵循“奇动偶定”原则。
    ①当n为奇数时,绳子的起始端应先固定在动滑轮上,然后依次绕过滑轮;
    ②当n为偶数时,绳子的起始端应先固定在定滑轮上,然后依次绕过滑轮。
    典例一如图,轻质杠杆平衡,请作出动力F1的力臂l1和杠杆所受阻力F2的示意图。

    【解析】由图可知支点是O点,从O点向动力F1的作用线作垂线,支点到垂足的距离就是动力臂l1。
    阻力F2是物体A对杠杆的拉力,作用点在杠杆上,方向竖直向下,如图所示:

    典例二用一根钢棒撬动地面上的一块大石头,如图所示,请你在图中作出最省力时的动力方向F并标出相应支点O的位置。

    【解析】由图示可知,当杠杆下端为支点时,OA为动力臂时最长,此时动力最小,力垂直于杠杆向上,支点O与最小作用力F如图所示:

    典例三如图所示,一辆汽车不慎陷入泥坑难以脱困,司机找来了两个滑轮和一根足够长的绳子,请你用笔代替绳子在图中画出最省力的绕法拉动车辆。

    【解析】轮的固定挂钩上,然后绕过左边的定滑轮,再绕过动滑轮,此时滑轮组上承担重量的绳子股数为n=3,如果将绳子先系在定滑轮的固定挂钩上,然后绕过右边的动滑轮,再绕过定滑轮,此时滑轮组上承担重量的绳子股数为n=2,更费力。所以最省力的绕法如图所示:

    典例四如图所示,画出滑轮组提起重物最省力时绳子的绕法。(______)

    【解析】上下滑轮个数相同时,奇数股的绳子比偶数股的绳子省力,所以作出的图应该是3股绳子。
    点睛:在画滑轮组绕线时记住口诀:“奇动偶定”,也就是说想要奇数股的绳子就从动滑轮起笔向定滑轮上绕,想要偶数股的绳子就从定滑轮起笔向动滑轮上绕。

    专题三:杠杆平衡条件及应用
    ※专题概述
    运用杠杆的平衡条件进行计算时,要从复杂的机械装置中抽象出杠杆模型,明确五个要素,再将题中条件代入杠杆平衡条件的数学表达式,进行求解.常见的题型有三种:
    (1)在F₁、F₂、l₁、l₂这四个物理量中,已知其中的三个量,求另一个量,可以用F₁l₁ = F₂l₂进行求解。
    (2)在F₁、F₂、l₁、l₂这四个物理量中,已知两个力臂的比值和其中的一个力,求另一个力,可以用进行求解。
    (3)在F₁、F₂、l₁、l₂这四个物理量中,已知两个力和两个力臂之和l,求支点的位置,可以用(l-l₁ )表示l₂,用F₁l₁ = F₂(l-l₁)进行求解。
    典例一如图所示,以O为转轴的轻质杠杆AOB,AB=4OA,物体C重240N,底面积为200cm2,在杠杆A端与物体的上端中点用一根轻质硬棒连接,当在B端用120N的动力F竖直向上拉时,杠杆AOB在水平位置平衡,该杠杆为    杠杆(选填“省力”、“等臂”或“费力”),此时物体C对水平地面的压强是    Pa。

    【答案】省力;3×104。
    【解析】(1)由题知,O为支点,因为AB=4OA,所以OB=3OA,动力臂大于阻力臂,此杠杆为省力杠杆;
    (2)由杠杆平衡条件可得:FB×OB=FA×OA,
    杠杆A端受到的力:FA===360N,方向竖直向上;
    由于力的作用是相互的,物体C受到硬杆的压力:F压=FA=360N,
    此时物体C对水平地面的压力:F=G+F压=240N+360N=600N,
    受力面积S=200cm2=0.02m2,
    物体C对水平地面的压强:p===3×104Pa。
    故答案为:省力;3×104。
    典例二如图所示,将质量为6kg,边长为0.1m的正方体合金块,用细线挂在轻质杠杆A点处,在B点施加与杠杆垂直的力F1时,杠杆在水平位置平衡,其中OB=3OA(g取10N/kg)求:
    (1)合金块的重力;
    (2)合金块的密度;
    (3)拉力F1的大小。

    【解析】(1)合金块的重力:G=mg=6kg×10N/kg=60N;
    (2)正方体合金块的体积:V=L3=(0.1m)3=10﹣3m3;
    合金块的密度:==6×103kg/m3;
    (3)已知OB=3OA,F2=G=60N,
    根据杠杆的平衡条件可得:F1LOB=F2LOA,
    则拉力F1的大小:F1===×60N=20N。
    答:(1)合金块的重力为60N;(2)合金块的密度为6×103kg/m3;(3)拉力F1的大小为20N。
    专题四:简单机械综合考查
    ※专题概述
    杠杆与滑轮是常见的简单机械,使用杠杆时,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。
    使用定滑轮不省力,使用一个动滑轮可以省一半的力;使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子承担物重,提起物体所用的力就是物体重力的几分之一。
    典例一某建设工地,有一“塔吊”正在准备起吊一底面积为0.8m2、质量为2400kg的圆柱形重物;如图所示,A为塔吊的配重,OB为塔吊的起重臂,C为能在起重臂上移动的载重小车,载重小车下挂有滑轮组,OB=25m。当载重小车在B点时,能安全起吊重物的最大质量是1200kg。现在载重小车从距离O点为10m的载重臂上,准备起吊该圆柱形重物(不计挂钩、滑轮组和钢丝绳重及摩擦.g=10N/kg)问:

    (1)起吊后,当重物匀速上升时,载重小车下每段钢丝绳的拉力为多大?
    (2)如果将重物匀速提升20m,则拉力做功多少?
    (3)塔吊将重物从起吊点提升20m后,载重小车最多能向B点方向再平移多少米,才能保证安全工作?
    【答案】(1)6000N;(2)4.8×105J;(3)2.5m。
    【解析】(1)由图可知,承担重物的钢丝绳的股数n=4,∵不计挂钩、滑轮组和钢丝绳重及摩擦,∴载重小车下每段钢丝绳的拉力:F拉=G=×2.4×104N=6000N;
    (2)s=4h=4×20m=80m,拉力做功:W=Fs=6000N×80m=4.8×105J;
    (3)由题知,GA×OA=m最大g×OB;当提升2400kg重物时,GA×OA=m物g×OC′,
    ∴m最大g×OB=m物g×OC′,即:1200kg×g×25m=2400kg×g×OC′,
    ∴OC′=12.5m,∴载重小车最多能向B点方向平移的距离:s=OC′-OC=12.5m-10m=2.5m。
    典例二学校旁老旧小区正在改造施工。工人用如图所示的装置将质量为120的建筑材料匀速提升了6m,用时10s。在此过程中,电动机对绳子的拉力为F,滑轮组的机械效率为80%,g取10,求:
    (1)滑轮组做的有用功;(________)
    (2)拉力F的大小;(________)
    (3)根据已知条件,以下物理量:①滑轮组做的额外功,②拉力F的功率,③动滑轮的重力,能求出的有___________(填写番号)。

    【答案】7200J;750N;①②。
    【解析】(1)物体重力为G=mg=120kg×10N/kg=1200N
    滑轮组做的有用功W有=Gh=1200N×6m=7200J
    (2)总功为
    有两股绳,物体上升6m,绳自由端移动
    拉力为
    (3)滑轮组做的额外功W额=W总-W有=9000J-7200J=1800J
    拉力F的功率
    因为不知道绳与滑轮摩擦力是多少,所以无法计算动滑轮的重力,故选①②。
    答:(1)滑轮组做的有用功7200J;(2)拉力F的大小750N;(3)可求出①②。
    典例三如图所示,一卡车车厢车底底板距地面1.5m高,小张把一块3m长的钢板AB搭在车厢底板上,构成一个斜面。他通过这个斜面,用F=600N的力,把一个大木厢从B处推到A处的车上,已知木箱重为1000N。求:
    (1)小张推木箱做了多少功?
    (2)这个过程中,斜面的机械效率是多少?(结果保留一位小数)

    【答案】(1)1800J;(2)83.3%。
    【解析】(1)小张推木箱的推力做功W总=Fs=600N×3m=1800J
    (2)对箱子做的有用功为W有用=Gh=1000N×1.5m=1500J
    斜面的机械效率。
    答:(1)小张推木箱做了1800J功;(2)这个过程中,斜面的机械效率是83.3%。
    专题五:实验专题
    ※专题概述
    1.探究杠杆的平衡条件
    关于探究杠杆平衡条件的实验,应注意以下几点:
    (1)调节杠杆使其在水平位置平衡,可以使杠杆的重心与支点重合,避免杠杆的重力对平衡产生影响,同时也便于直接从杠杆上测出力臂的大小;
    (2)调节杠杆使其在水平位置平衡的原则是“左低右调、右低左调”,如杠杆右端下沉,应向左调节平衡螺母;
    (3)调节平衡后,实验过程中不能再通过调节平衡螺母使杠杆再次平衡;
    (4)探究时,要改变钩码的数量或改变悬挂钩码的位置进行多次实验,以避免实验数据的偶然性,从而得出具有普遍性的结论。
    2.测量滑轮组的机械效率
    实验原理

    操作要点
    弹簧测力计竖直向上匀速缓慢拉动。探究机械效率与物重的关系时,用同一滑轮组提起重力不同的重物;探究机械效率与动滑轮重的关系时,用重力不同的动滑轮提起相同的重物
    影响因素
    物体重力、动滑轮的重力(不计摩擦和绳重)。提起的重物越重,动滑轮越轻(动滑轮个数越少),滑轮组的机械效率越高
    注意
    (1)同一滑轮组的机械效率是变化的;
    (2)提(拉)起重物时,要使弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳子;
    (3)运用控制变量法分析数据,找出相同的量和不同的量,相同的量在表述结论时作为条件,不同的量在表述结论时作为探究的因素。
    典例一在“探究杠杆的平衡条件”实验中,每个钩码质量都相等。

    (1)如图甲所示,杠杆在此位置静止,这时杠杆    (选填“平衡”或“不平衡”)。
    (2)调节杠杆的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,是为了便于测量    。
    (3)如图乙所示,若在A位置挂两个钩码,现有三个钩码,需挂在杠杆O点右侧第    格的位置,使杠杆再次在水平位置平衡。
    (4)实验时,多次换用不同数量的钩码,并改变钩码在杠杆上的位置,重复实验。这样做的目的是    。
    (5)如图丙所示,用弹簧测力计在B位置向下拉杠杆,保持杠杆在水平位置平衡,弹簧测力计由图中a位置移至b位置时,其示数    (选填“变大”“不变”或“变小”)。
    【答案】(1)平衡;(2)力臂;(3)2;(4)寻找普遍规律;(5)变大。
    【解析】(1)杠杆静止或匀速转动叫杠杆的平衡,故小王把杠杆放在支架上后,在图甲所示位置静止,这时的杠杆处于平衡状态;
    (2)杠杆在水平位置平衡后,支点到力的作用点的距离就是力臂,因此在此实验中我们应首先调节杠杆在水平位置平衡,使杠杆在水平位置平衡的目的是为了便于测量力臂;
    (3)设杠杆的一个小格是l,一个钩码重为G,根据杠杆平衡条件得,2G×3l=3G×L2,所以L2=2l,所以挂在杠杆O点右侧第2格的位置挂3个钩码;
    (4)探究杠杆平衡的条件时进行多次实验,多次改变挂在支点O两边钩码的质量和悬挂位置,收集杠杆平衡时多组动力,动力臂、阻力和阻力臂的数据,其目的是通过实验数据总结实验结论,使实验结论具有普遍性,避免偶然性;
    (5)保持B点不变,若拉力F向右倾斜时,此时F的力臂变短,根据杠杆的平衡条件,力变大。
    故答案为:(1)平衡;(2)力臂;(3)2;(4)寻找普遍规律;(5)变大。
    典例二生活和生产中,提高机械效率有着重要的意义。
    (1)为了探究影响机械效率的因素,小辉选取了大小相同的滑轮,利用图甲和图乙装置进行实验,并把数据记录在下表中。
    ①比较1和2两次实验发现:在所用滑轮组一定时,提升的钩码___________,机械效率越高。
    ②比较___________两次实验发现:在所用滑轮组一定时,机械效率与提升钩码的高度无关。
    ③第5次实验是利用图___________的装置完成的。
    ④利用图甲的装置,把重6N的物体用2.5N的拉力匀速拉起,滑轮组的机械效率为___________。可见如果没有刻度尺,只有测力计,也可以测量出滑轮组的机械效率。
    实验
    次数
    滑轮材质
    钩码重G/N
    提升的高度h/m
    有用功W有用/J
    拉力
    F/N
    绳端移动的距离s/m
    总功W总/J
    机械效率η
    1

    1
    0.1
    0.1
    0.6
    0.3
    0.18
    56%
    2

    2
    0.1
    0.2
    1.0
    0.3
    0.3
    67%
    3

    2
    0.2
    0.4
    1.0
    0.6
    0.6
    67%
    4
    塑料
    2
    0.2
    0.4
    0.8
    0.6
    0.48
    83%
    5
    塑料
    2
    0.2
    0.4
    2.1
    0.2
    0.42
    95%

    (2)实验表明:额外功越小,总功越接近有用功:进一步推理得出:假如没有额外功,总功等于有用功;可见使用任何机械都不省功。你所学物理知识中运用了这种研究方法得出的物理规律是___________。
    【答案】越重;2、3;乙;80%;牛顿第一定律或真空不能传声。
    【解析】(1)①[1]比较1和2两次实验知道,当提升钩码的高度相同,提升钩码重力不同时,钩码的重力越大,滑轮组的机械效率就越高,即所用滑轮组一定时,提升的钩码重力越大,机械效率越高
    ②[2]比较2和3两次实验知道,当提升钩码的重力相同,提升高度不同时,滑轮组的机械效率相同,故滑轮组的机械效率与提升钩码的高度无关。
    ③[3]第5次实验中提升钩码的高度和绳端移动的距离相等,所以
    即绳子的有效段数为1,所以第5次实验是利用了定滑轮完成的,故是利用了图乙完成的。
    ④[4]图甲中的绳子段数n=3,根据题意知道,G物=6N,F拉=2.5N,则滑轮组的机械效率为

    (2)[5]物理学中,常常有难以达到条件的时候,这时,我们常常需要借助将实验想象为理想情况下来达到我们的目的,在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律,这种研究问题的方法就叫科学推理法。使用任何机械不省功,即采用了理想化推理法。所学的牛顿第一定律,由于不能用实验直接验证,就是在实验的基础下推理得出的。
    专题六:功、功率、机械效率的综合计算
    ※专题概述

    典例一汽车通过如图所示装置将物体从10 m深的井底匀速拉至井口用了40 s。已知物重为2.8×103N,其底面积为400cm2,汽车重2×104N,若绳重以及绳和滑轮间的摩擦不计,汽车与地面间的阻力为车重的0.05倍且不变,匀速提升物体时汽车对绳子的拉力为1.6×103N。求:

    (1)提升物体过程中滑轮组的机械效率。
    (2)提升物体过程中汽车的牵引力。
    (3)当汽车对绳子的拉力为800N时,物体对地面的压强。
    【解析】(1)提升物体过程中滑轮组的机械效率:

    (2)汽车与地面间的阻力为车重的0.05倍且不变,汽车的阻力为:

    对汽车进行受力分析,在水平方向上受向右的牵引力,向左的阻力和向左拉力,故提升物体过程中汽车的牵引力为:
    (3)动滑轮重为:

    当汽车对绳子的拉力为800N时,钩对物体的拉力为:

    物体对地面的压力为:
    物体对地面的压强为:
    答:提升物体过程中滑轮组的机械效率为87.5%;故提升物体过程中汽车的牵引力 ;物体对地面的压强为 。
    典例二如图所示,工人沿斜面用一定大小的力F把一重为1000N的物体从斜面底部匀速推到顶部(不计物体本身大小)。已知斜面长L=5m,高h=2m。

    (1)若该过程中斜面的效率为80%,求此时物体受到的摩擦力;
    (2)若斜面光滑没有摩擦,请分析推理说明随着斜面倾斜角度的增大,推力F的变化情况。
    【解析】推动物体所做的有用功为:
    额外功为:
    物体所受的摩擦力为: 。
    (2)若斜面光滑没有摩擦,说明没有额外功,即总功等于有用功,则有
    根据上式整理可得,拉力为:
    所以当斜面倾斜的角度越大,斜面长度和高度的比值越大,拉力F就越大。
    答:物体受到的摩擦力为100N若斜面光滑没有摩擦,随着斜面倾斜角度的增大,推力F变大。
    典例三如图甲所示,是某打捞船所用起重装置的示意图。在某次打捞作业中,物体在不可伸长的轻绳作用下,从水底以0.5m/s的速度竖直向上匀速运动至离开水面高度3m的位置,此打捞过程中物体受到轻绳的拉力F随时间变化的图象如图乙所示,物体离开水面后匀速上升3m的过程中,与电动机连接的绳子所受的拉力为 .已知水的密度为 ,取g=10N/kg。不计水和空气的阻力。求:
    甲: 乙:
    (1)物体的体积及浸没在水中所受的浮力。
    (2)物体的质量和密度。
    (3)水底的深度及水对水底的压强。
    (4)物体离开水面后匀速上升3m的过程中,滑轮组的机械效率(结果保留一位小数)。
    【解析】(1)由图乙可知,第13s时物体全部露出水面,此时物体受到的拉力: ,
    前10s内物体浸没水中,此时物体受到的拉力:
    则物体浸没在水中时所受的浮力: ,
    由阿基米德原理可知物体的体积: N
    (2)物体的质量: =500kg,
    物体的密度:
    (3)物体从水底至完全露出水面的时间t=13s,由 可得水底的深度:
    =0.5m/s×13s=6.5m,
    则水对水底的压强:
    (4)由图甲可知,承担动滑轮绳子的段数n=3,绳子自由端移动的距离s是物体上升高度h的3倍,即s=3h=3×3m=9m故绳子自由端拉力做的总功: ,
    有用功: ,
    ∴ 滑轮组的机械效率: ×100%≈83.3%。
    典例四如图所示,工人用斜面向上、大小为500N的推力,将重800N的货物从A点匀速推至B点;再用100N的水平推力使其沿水平台面匀速运动5s,到达C点。已知AB长3m,BC长1.2m,距地面高1.5m。试问:

    (1)利用斜面搬运货物主要是为了 ;
    (2)货物在水平面上运动的速度为多少?
    (3)水平推力做功的功率为多少?
    (4)斜面的机械效率为多少?
    【解析】(1)省力
    (2)在水平面上运动的速度为:
    (3)水平推力做功的功率:
    (4)有用功为:W有=Gh=800N×1.5m=1200J,
    总功为:W总=F′s=500N×3m=1500J,
    ∴ 斜面的效率: 。
    【真题演练】
    一、选择题
    1. (2022·株洲)如图为运动员手持铅球(图中未画出)时的情景。此时,手臂受力时可简化为桡骨在肱二头肌的牵引下绕肘关节转动的模型。关于这个物理模型,下列选项正确的是( )。

    A. l1、l2分别表示F1和F2的力臂;
    B. l1、l2分别表示F1和F2的力臂;
    C. 手臂是个省力杠杆;
    D. 手臂是个费力杠杆
    【答案】BD。
    【解析】AB.过支点作力的作用线的垂线段,该垂线段为力臂,A中的力臂是错误的,B中的两个力臂正确,故A错误,B正确;
    CD.由图可知,此时的动力臂小于阻力臂,为费力杠杆,故C错误,D正确。
    故选BD。
    2. (2022·湘潭)如图所示,一均匀杠杆可以绕中点O自由转动,杠杆上垂直粘有A、B两根粗细相同的蜡烛且刚好在水平位置平衡,两蜡烛所处位置到O点的水平距离lAO=2lBO,现同时点燃蜡烛,经时间t,它们减少了相等的质量,下列说法正确的是( )。

    A. 点燃前A、B蜡烛重力之比1∶2;
    B. 经时间t,杠杆右端下沉;
    C. 经时间t,杠杆左端下沉;
    D. 经时间t,杠杆继续保持水平平衡
    【答案】AB。
    【解析】A.点燃前A、B蜡烛前,杠杆处于平衡状态,根据杠杆的平衡条件可知GAlAO=GBlBO
    变形得
    故A正确;
    BCD.经时间t,蜡烛燃烧后减小的重力ΔG相同,则支点左边力与力臂的乘积为
    (GA-ΔG)lAO=GAlAO﹣ΔGLAO
    支点右边力与力臂的乘积为(GB-ΔG)lBO=GBlBO-ΔGlBO
    由于lAO>lBO,所以ΔGlAO>ΔGlBO,GAlAO=GBlBO
    则有GAlAO﹣ΔGLAO<GBlBO-ΔGlBO
    所以杠杆右端下沉,故B正确,CD错误。
    故选AB。
    3. (2022·抚顺、葫芦岛)使用如图所示的滑轮组,沿水平方向匀速拉动质量为300kg的物体,弹簧测力计的示数为200N,物体在10s内移动1m。物体所受的摩擦力为物重的0.1倍。不计绳重和滑轮组内的摩擦,下列说法正确的是( )。

    A. 滑轮组的机械效率为50%;
    B. 动滑轮重为100N;
    C. 绳子自由端拉力的功率为20W;
    D. 增大物重机械效率不变
    【答案】B。
    【解析】A.物体的重力G=mg=300kg×10N/kg=3000N
    物体受到的摩擦力f=0.1G=0.1×3000N=300N
    则拉力F克服物体摩擦力做的有用功W有=fL=300N×1m=300J
    由图可知,动滑轮用2段绳子拉物体,且弹簧测力计的示数为200N,则拉力F=200N,绳子自由端移动的距离s=2m,拉力做的总功W总=Fs=200N×2m=400J
    滑轮组的效率,故A错误;
    B.由可知,动滑轮重G动=nF-f=2×200N-300N=100N,故B正确;
    C.拉力的功率
    故C错误;
    D.若增大物重,则物体受到的摩擦力变大,物体移动相同的距离,滑轮组所做的有用功变大,而额外功不变,有用功在总功中所占的比例变大,因此机械效率会变大,故D错误。
    故选B。
    4. (2022·济南)小强开启饮料时,瓶起子可视为一个杠杆,如图所示。下列各图能正确表示其工作原理的是( )。

    A. B. C. D.
    【答案】A。
    【解析】用瓶起子开瓶盖时,瓶起子在使用过程中,支点在一端,且动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,根据杠杆平衡条件,故BCD不符合题意,A符合题意。
    故选A。
    5. (2022·菏泽)如图所示,在快递仓库内工人把重为600N的货物用滑轮组以0.2m/s的速度匀速提升,忽略摩擦及绳重,该过程中滑轮组的机械效率为80%,则( )。

    A. 工人所用的拉力为200N;
    B. 动滑轮的重力为100N;
    C. 拉力的功率为150W;
    D. 提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率不变
    【答案】C。
    【解析】A.由图可知绳子的有效段数n=3,滑轮组的机械效率
    工人所用拉力为
    故A不符合题意;
    B.忽略摩擦及绳重,作用在绳子自由端的拉力为
    动滑轮重G动=3F-G=3×250N-600N=150N
    故B不符合题意;
    C.拉力F的功率
    即P=Fv=Fnv物=250N×3×0.2m/s=150W
    故C符合题意;
    D.忽略摩擦及绳重,克服动滑轮的重力做的功为额外功的唯一来源,故滑轮组机械效率为

    G动保持不变,提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率发生变化,故D不符合题意。
    故选C。
    6. (2022·潍坊)图甲所示为工人师傅乘坐吊篮在高空粉刷楼体外墙的情景,吊篮可在电动机的作用下实现升降,其简化结构原理如图乙所示。吊篮的质量为,两名工人及工具的总质量为,某次吊升过程中,吊篮在内匀速上升了。不计滑轮重、绳重和摩擦,关于该过程的分析正确的是( )。

    A. 吊篮的动能不变 B. 吊篮的机械能守恒
    C. 电动机对绳子的拉力为 D. 电动机拉动绳子的功率为
    【答案】AD。
    【解析】AB.吊篮匀速上升的过程,质量不变,速度不变,高度升高,所以动能不变,重力势能变大,机械能变大,机械能不守恒,故A正确,B错误;
    C.由图示知,承重绳子为4根。不计滑轮重、绳重及摩擦时,电动机对绳子的拉力

    故C错误;
    D.绳子在30s内移动的距离s=4h=4×6m=24m
    绳子移动的速度
    电动机拉动绳子的功率P=Fv=600N×0.8m/s=480W
    故D正确。
    故选AD。
    7. (2022·烟台)如图所示的杠杆在使用过程中,属于费力杠杆的是( )。
    A. 用羊角锤起钉子 B. 用钳子夹导线
    C. 用起子起瓶盖 D. 用镊子夹取砝码
    【答案】D。
    【解析】A.用羊角锤起钉子时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,故A不符合题意;
    B.用钳子夹导线时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,故B不符合题意;
    C.用起子起瓶盖时,动力臂大于阻力臂,属于省力杠杆,故C不符合题意;
    D.用镊子夹取砝码时,动力臂小于阻力臂,属于费力杠杆,故D符合题意。
    故选D。
    8. (2022·威海)如图所示,为了把两件相同货物搬运到汽车上,工人用相同材质的木板搭建了AB、CD两个斜面,用沿斜面向上的力将其中一件货物从斜面的底端匀速推到顶端,另一件货物用同样的方法沿斜面搬运。下列说法正确的是( )。

    A. 沿斜面推动更省力;
    B. 沿斜面推动,工人克服货物重力做的功更多;
    C. 无论利用哪个斜面,工人克服货物重力做功的功率一定相同;
    D. 沿斜面推动货物的过程中,货物的机械能增大
    【答案】D。
    【解析】A.AB、CD两个斜面的高度相同,CD斜面比较长,沿CD斜面推动更省力,故A错误;
    BC.AB、CD两个斜面的高度相同,货物的重力相同,由W=Gh可知克服货物重力做的功相同,两件货物推到顶端的时间未知,由可知工人克服货物重力做功的功率不一定相同,故BC错误;
    D.沿斜面推动货物的过程中,速度不变,质量不变,动能不变,高度增大,重力势能增大,机械能等于动能和势能之和,所以货物的机械能增大,故D正确。
    故选D。
    9. (2022·抚顺、葫芦岛)使用如图所示的滑轮组,沿水平方向匀速拉动质量为300kg的物体,弹簧测力计的示数为200N,物体在10s内移动1m。物体所受的摩擦力为物重的0.1倍。不计绳重和滑轮组内的摩擦,下列说法正确的是( )。

    A. 滑轮组的机械效率为50%;
    B. 动滑轮重为100N;
    C. 绳子自由端拉力的功率为20W;
    D. 增大物重机械效率不变
    【答案】B。
    【解析】A.物体的重力G=mg=300kg×10N/kg=3000N
    物体受到的摩擦力f=0.1G=0.1×3000N=300N
    则拉力F克服物体摩擦力做的有用功W有=fL=300N×1m=300J
    由图可知,动滑轮用2段绳子拉物体,且弹簧测力计的示数为200N,则拉力F=200N,绳子自由端移动的距离s=2m,拉力做的总功W总=Fs=200N×2m=400J
    滑轮组的效率
    故A错误;
    B.由可知,动滑轮重G动=nF-f=2×200N-300N=100N
    故B正确;
    C.拉力的功率
    故C错误;
    D.若增大物重,则物体受到的摩擦力变大,物体移动相同的距离,滑轮组所做的有用功变大,而额外功不变,有用功在总功中所占的比例变大,因此机械效率会变大,故D错误。
    故选B。
    10. (2022·菏泽)如图所示,在快递仓库内工人把重为600N的货物用滑轮组以0.2m/s的速度匀速提升,忽略摩擦及绳重,该过程中滑轮组的机械效率为80%,则( )。

    A. 工人所用的拉力为200N;
    B. 动滑轮的重力为100N;
    C. 拉力的功率为150W;
    D. 提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率不变
    【答案】C。
    【解析】A.由图可知绳子的有效段数n=3,滑轮组的机械效率
    工人所用拉力为
    故A不符合题意;
    B.忽略摩擦及绳重,作用在绳子自由端的拉力为
    动滑轮重G动=3F-G=3×250N-600N=150N
    故B不符合题意;
    C.拉力F的功率
    即P=Fv=Fnv物=250N×3×0.2m/s=150W
    故C符合题意;
    D.忽略摩擦及绳重,克服动滑轮的重力做的功为额外功的唯一来源,故滑轮组机械效率为

    G动保持不变,提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率发生变化,故D不符合题意。
    故选C。
    11. (2022·青岛)如图甲所示,工人师傅利用动滑轮将重360N的货物匀速提起,拉力F=200N,货物上升的高度h与所用时间t关系的图像如图乙所示,不计绳重和摩擦。下列说法正确的是( )。

    A. 动滑轮的重力 B. 货物上升的速度v=0.4m/s
    C. 拉力F的功率P=80W D. 动滑轮的机械效率
    【答案】BD。
    【解析】A.一共有2段绳子分担动滑轮和重物的总重力,故动滑轮的重力

    故A错误;
    B.由乙图可知,货物上升速度
    故B正确;
    C.绳子自由端的速度为
    拉力F的功率
    故C错误;
    D.动滑轮的机械效率

    故D正确。
    故选BD。
    二、填空题
    12. (2022·淄博)工人用如图所示的滑轮组来提升货物,已知货物重400N,每个滑轮重50N,若物体在10s内被提升了6m,不计绳重和摩擦,则拉力F是___________N,绳自由端移动的距离是 ___________m,物体上升的速度是___________m/s,滑轮组的机械效率是___________(精确到1%)。

    【答案】 ①. 225;②. 12;③. 0.6;④. 89%。
    【解析】[1]由图可知,n=2,不计绳重和摩擦,作用在绳自由端的拉力

    [2]绳子自由端移动的距离
    [3]重物的速度
    [4]滑轮组的机械效率。
    13. (2022·攀枝花)如图所示的滑轮组,将一重510N的箱子在10s内匀速提升5m,拉力F为200N,动滑轮重50N。拉力F的功率为______W,滑轮组的机械效率为______。

    【答案】 ①. 300;②. 85%。
    【解析】[1]箱子在10s内匀速提升5m,所以箱子运动的速度
    由图可知,动滑轮上的绳子段数是3段,则绳端移动速度
    拉力F的功率
    [2]有用功
    总功
    滑轮组的机械效率。
    14. (2022·金昌)如图所示,现在很多地方设有轮椅专用通道,为残疾人通行提供方便。它实际上就是简单机械中的 ______(选填“杠杆”、“滑轮”或“斜面”);属于 ______(选填“省力”、“费力”或“省功”)机械。

    【答案】①. 斜面;②. 省力。
    【解析】[1]轮椅专用通道是一条与水平面成一定角度的倾斜平面,这样的倾斜平面利用的就是斜面,可以省力。
    [2]根据功的原理可知,使用斜面时要费距离,但同时省了力,故斜面属于省力机械。
    15. (2022·镇江)如图1所示,轻质杠杆可绕O转动,A点悬挂一重为12N的物体M,B点受到电子测力计竖直向上的拉力F,杠杆水平静止,已知OA=AB=BC,则F为 ___________N。保持杠杆水平静止,将F作用点从B移至C,此过程中F方向保持不变,F的力臂记为l,则F的大小变 ___________,F与()的关系图线为图2中的①;将M从A移至B,再重复上述步骤,F与()的关系图线为图2中的 ___________(选填数字序号)。

    【答案】 ①. 6;②. 小;③. ②。
    【解析】[1]由图1可知,O为杠杆的支点,B点拉力F的力臂
    A点作用力的力臂为OA,由杠杆平衡条件可得:F×OB=G×OA,
    解得
    [2]由题意可知,保持杠杆水平静止,将F作用点从B移至C,此过程中F方向保持不变,根据杠杆平衡条件可得F×l=G×OA,
    解得……Ⅰ
    由题意可知,此过程中物体M的重力G和力臂OA不变,拉力F的力臂l变大,则拉力F变小。
    [3]将M从A移至B,由杠杆平衡条件可得F×l=G×OB,解得……Ⅱ
    由数学知识可知,Ⅰ、Ⅱ两式中拉力F与的关系图线均为正比例函数,由图1可知,OB>OA,则Ⅱ式的斜率大于Ⅰ式的斜率,因此将M从A移至B,F与的关系图线为过原点且斜率比图线①大的图线②。
    16. (2022·朝阳)如图所示,用滑轮组提升重900N的物体A,使它在10s内匀速上升1m,此时滑轮组的机械效率为75%,则在提升重物的过程中(不计绳重及摩擦),动滑轮的重力为__________N,拉力做功的功率为__________W。

    【答案】 ①. 300;②. 120。
    【解析】[1] 滑轮组做的有用功
    滑轮组做的总功
    不计绳重及摩擦,动滑轮的重力
    [2]拉力做功的功率。
    17. (2022·淄博)工人用如图所示的滑轮组来提升货物,已知货物重400N,每个滑轮重50N,若物体在10s内被提升了6m,不计绳重和摩擦,则拉力F是_______N,绳自由端移动的距离是 _______m,物体上升的速度是____m/s,滑轮组的机械效率是______(精确到1%)。

    【答案】 ①. 225;②. 12;③. 0.6;④. 89%。
    【解析】[1]由图可知,n=2,不计绳重和摩擦,作用在绳自由端的拉力

    [2]绳子自由端移动的距离
    [3]重物的速度
    [4]滑轮组的机械效率。
    18. (2022·湘潭)如图1,从深井中匀速提取泥土,动滑轮和筐总重力为30N。图2是某次拉力做的功W随绳自由端拉下的长度s变化的关系。不计绳重和摩擦,求:
    (1)当s为10m时,由图2可知拉力做了_______J的功,筐和泥土上升了_______m;
    (2)拉力为_______N,筐中泥土的重力是_______N;
    (3)本次利用该装置提升泥土的机械效率_______。

    【答案】 ①. 1250;②. 5;③. 125;④. 220;⑤. 88%。
    【解析】(1)[1]由图2可知,当s为10m时,拉力做的功为总功为W总=1250J。
    [2]由图可知,滑轮组绳子有效股数n=2,由s=nh可得,筐和泥土上升的高度为
    (2)[3]由W总=Fs可得,拉力为
    [4]因不计绳重和摩擦,所以,由
    可得,筐中泥土的重力为G泥土=nF-G动滑轮和筐=2×125N-30N=220N
    (3)[5]拉力做的有用功为W有=G泥土h=220N×5m=1100J
    则本次利用该装置提升泥土的机械效率为。
    三、作图题
    19. (2022·抚顺、葫芦岛)图甲是一款瓶起子。起瓶盖时,瓶身相当于一个绕O点转动的杠杆。图乙是其简化示意图。请在图乙中画出:
    (1)瓶盖上B点受到的阻力F2的大致方向;
    (2)作用在A点的最小动力F1及其力臂l1.

    【解析】[1]起瓶盖时,瓶身相当于一个以O点为支点的杠杆,阻力F2作用点在B点,方向向左上方。
    [2]因为阻力和阻力臂一定,动力臂最大时,根据杠杆的平衡条件可知,动力最小,由图可知OA为最大动力臂,过点A垂直于OA向左下方作出最小的力F1示意图,如图所示:

    20. (2022·东营)如图所示,工人用撬棒撬起石块的情景,O是支点,请画出动力F的力臂l。

    【解析】过支点O作动力F的作用线的垂线,即动力F的力臂l,如图所示:

    21. (2022·金昌)如图所示,某工人站在地面上使用由三个滑轮组成的滑轮组提升重物,请画出最省力的绕绳方法。

    【解析】由于图中只有一个动滑轮,承担物重的绳子段数最多为3段,此时最省力,其绕法如图所示

    四、实验题
    22. (2022·朝阳)小明利用如图所示实验装置“探究杠杆的平衡条件”:

    (1)轻质杠杆静止时如图甲所示,可将左端的平衡螺母向___________(选填“左”或“右”)调节,使其在水平位置平衡,这样操作的目的是便于测量___________;
    (2)小明多次实验并记录数据如表,总结数据得出杠杆的平衡条件___________;
    次数
    动力F1/N
    动力臂l1/m
    阻力F2/N
    阻力臂l2/m
    1
    1
    0.1
    2
    0.05
    2
    2
    0.15
    1.5
    0.2
    3
    3
    0.05
    1.5
    0.1
    (3)第2次实验所挂钩码的个数和位置如图乙所示,此时将两侧所挂的钩码同时向支点O靠近一格,杠杆会___________(选填“左侧下降”、“右侧下降”或“仍水平平衡”);
    (4)如图丙所示,用弹簧测力计在A处竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,在测力计逐渐向左倾斜到虚线位置的过程中,保持杠杆在水平位置平衡,则测力计的示数将___________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
    【答案】 ①. 右;②. 力臂;③. 动力×动力臂=阻力×阻力臂;④. 右侧下降;⑤. 变大。
    【解析】(1)[1]由图可知,杠杆左端向下倾斜,则重心应向右移动,故应向右调节左端的平衡螺母,使其在水平位置平衡。
    [2]杠杆在水平位置平衡时,动力和阻力的力臂在杠杆上,在实验过程中便于直接读取力臂的长度。
    (2)[3]根据表中数据可得,每次实验时,动力与动力臂的乘积都等于阻力与阻力臂的乘积,所以总结数据得出杠杆的平衡条件是:动力×动力臂=阻力×阻力臂。
    (3)[4]设一个钩码重为G,每一小格长为L,如图乙所示,将两侧所挂的钩码同时向支点O靠近一格,则左端为4G×2L=8GL
    右端为3G×3L=9GL
    因为8GL<9GL,所以杠杆不能平衡,右端会下沉。
    (4)[5]如图丙所示,用弹簧测力计在A处竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,在测力计逐渐向左倾斜到虚线位置的过程中,保持杠杆在水平位置平衡,这个过程中,阻力和阻力臂不变,拉力的力臂逐渐变小,所以拉力变大,故弹簧测力计的示数变大。
    23. (2022·潍坊)许多实验器材在物理实验中能被重复利用,斜面就是其中之一。请完成下列利用斜面进行实验的有关内容:

    (1)图甲所示实验中,为便于测量小车在斜面上的运动时间,应使斜面保持__________(选填“很大”或“很小”)的坡度;
    (2)图乙所示实验中,对于同一个球A,要改变A撞击木块前的动能大小,可进行的操作是_________;
    (3)图丙所示实验中,斜面倾斜角为,物体B重为。用弹簧测力计沿斜面拉动B时,应使B做___运动,实验中弹簧测力计示数如图所示,则所测斜面机械效率为__________。
    【答案】 ①. 很小;②. 改变在斜面上静止释放的高度;③. 匀速直线;④. 80%。
    【解析】(1)[1]图甲所示实验中,斜面很大的坡度,小车运动速度将会很大,运动时间很小,测量运动时间不方便。为便于测量小车在斜面上的运动时间,应使斜面保持很小的坡度。
    (2)[2]图乙所示实验中,球A的动能是由重力势能转化而来的。对于同一个球A,要改变A撞击木块前的动能大小,可进行的操作是改变在斜面上静止释放的高度。
    (3)[3]图丙所示实验中,斜面倾斜角为,物体B重为。为了便于读出弹簧测力计的示数,用弹簧测力计沿斜面拉动B时,应使B做匀速直线运动。
    [4]实验中弹簧测力计示数如图所示,弹簧测力计的分度值为0.1N,其示数为2.5N。设斜面高为h,由数学知识知,斜面长
    则所测斜面的机械效率为。
    24. (2022·南通)用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响”实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重,每次实验都匀速拉动绳端使物体上升10cm。不计绳重,实验数据如表。
    次数
    G物/N
    G动/N
    F/N
    η/%
    1
    6.0
    0.3
    2.2
    90.9
    2
    6.0
    1.0


    3
    6.0
    1.9
    2.9
    69.0
    4
    6.0
    3.2
    3.4
    58.8
    (1)每次实验绳端移动距离为______cm;
    (2)第2次实验中拉力F的示数如图乙,读数为______N,第2次实验滑轮组的机械效率为______%。分析数据可知:在物重不变的情况下,动滑轮越重滑轮组的机械效率越______;
    (3)实验中若仅增大绳端移动的距离,则滑轮组的机械效率将______;
    (4)本实验中,在物重不变的情况下,动滑轮变重时,由摩擦引起的额外功占总额外功的比例______(选填“变大”“变小”或“不变”)。

    【答案】 ①. 30;②. 2.5;③. 80;④. 低;⑤. 不变;⑥. 变小。
    【解析】(1)[1]从图甲可以看出,绳子承重股数为n=3,因此绳端移动距离为
    (2)[2]测力计的分度值为0.1N,从图乙看出,其读数为2.5N。
    [3]第2次实验中,滑轮组的机械效率为

    [4]分析数据可知,在物重不变的情况下,从实验1至实验4,动滑轮的重力逐渐变大,滑轮组的机械效率逐渐变小,故动滑轮越重滑轮组的机械效率越低。
    (3)[5]实验中若仅增大绳端移动的距离,根据
    可知,滑轮组的机械效率将不变。
    (4)[6]四次实验中,物体上升的高度为
    有用功为
    第1次实验中,克服动滑轮的重力所做的额外功
    总功
    摩擦引起的额外功为
    摩擦引起的额外功占总额外功的比例为
    第3次实验中,克服动滑轮的重力所做的额外功
    总功为
    摩擦引起的额外功为
    摩擦引起的额外功占总额外功的比例为
    第4次实验中,克服动滑轮的重力所做的额外功
    总功为
    摩擦引起的额外功为
    摩擦引起的额外功占总额外功的比例为。
    由此可知,在物重不变的情况下,动滑轮变重时,由摩擦引起的额外功占总额外功的比例变小。
    五、计算题
    25. (2022·湘潭)如图1,从深井中匀速提取泥土,动滑轮和筐总重力为30N。图2是某次拉力做的功W随绳自由端拉下的长度s变化的关系。不计绳重和摩擦,求:
    (1)当s为10m时,由图2可知拉力做了_______J的功,筐和泥土上升了_______m;
    (2)拉力为_______N,筐中泥土的重力是_______N;
    (3)本次利用该装置提升泥土的机械效率_______。

    【答案】 ①. 1250;②. 5;③. 125;④. 220;⑤. 88%。
    【解析】(1)[1]由图2可知,当s为10m时,拉力做的功为总功为W总=1250J。
    [2]由图可知,滑轮组绳子有效股数n=2,由s=nh可得,筐和泥土上升的高度为
    (2)[3]由W总=Fs可得,拉力为
    [4]因不计绳重和摩擦,所以,由
    可得,筐中泥土的重力为G泥土=nF-G动滑轮和筐=2×125N-30N=220N
    (3)[5]拉力做的有用功为W有=G泥土h=220N×5m=1100J
    则本次利用该装置提升泥土的机械效率为。
    26. (2022·潍坊)图甲是某卫生间马桶水箱的进水调节装置,图乙为其结构示意图,浮臂AB可视为绕点转动的杠杆,,,A端通过细连接杆AC与柱状浮筒连接,浮筒质量为,端通过细连接杆BD与圆饼状止水阀连接,止水阀上下表面积与进水管口面积均为。当水箱中无水或水量较少时,止水阀打开,水从进水管流进水箱。水位达到一定高度时,浮筒推动杠杆,使止水阀刚好堵住进水管,停止进水,此时AB处于水平位置,连接杆竖直,大气压强,进水管中水压。除浮筒外其它装置所受重力不计,忽略所有摩擦,g取,水的密度。刚停止进水时,求:
    (1)浮筒所受重力;
    (2)进水管中的水对止水阀的压力;
    (3)连接杆BD对止水阀的压力;
    (4)浮筒排开水的体积。

    【答案】(1)0.5N;(2)12N;(3)10N;(4)2.5×10-4m3。
    【解析】(1)根据重力的计算公式可得,浮筒所受重力为
    (2)由
    可知,进水管中的水对止水阀的压力为
    (3)根据压强的计算公式可得,止水阀上表面所受大气压力为

    对止水阀进行受力分析,如图所示
    则有
    (4)浮臂平衡时,由杠杆平衡条件有

    对浮筒进行受力分析如图所示

    则有
    根据阿基米德定律的计算公式可得,浮筒排开水的体积为

    答:(1)浮筒所受重力为0.5N;(2)进水管中的水对止水阀的压力为12N;(3)连接杆BD对止水阀的压力为10N;(4)浮筒排开水的体积为。
    27. (2022·威海)为了建设精致城市,每到春天园林工人要在过街天桥上放置花草,为城市增添一抹绿色。如图所示,工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平,与栏杆M接触点为O;用沙袋将木棒B端压在栏杆N上,在木棒A端吊装滑轮组。,每个沙袋重,每个滑轮重。(木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计)
    (1)若A点受到竖直向下的拉力为,为了保持木棒水平平衡,在B端至少需要放置几个沙袋?
    (2)若某次工人利用滑轮组竖直向下拉绳子,将重为的花架匀速提升。求:
    ①滑轮组的机械效率。
    ②滑轮组对绳的拉力。

    【答案】(1)2个;(2)①94%;②624N。
    【解析】(1)木棒始终水平平衡且不计木棒重力,由公式FAl1=FBl2可知,木棒B端受到的压力为

    沙袋个数
    所以至少需要2个沙袋。
    ①竖直匀速提升物体,绳的重力及滑轮与轴的摩擦均忽略不计,有用功为W有=G物h=376N×5m=1880J
    额外功为W额=G动h=24N×5m=120J
    总功为W总=W有+W额=1880J+120J=2000J
    滑轮组的机械效率为
    ②因为竖直匀速提升,所以受力平衡,绳的重力及滑轮与轴的摩擦均忽略不计,人的拉力为

    滑轮组对绳AC的拉力FA=3F拉+G定=3×200N+24N=624N。
    答:(1)若A点受到竖直向下的拉力为1000N,为了保持木棒水平平衡,在B端至少需要放置2个沙袋;(2)①滑轮组的机械效率为94%;②滑轮组对绳AC的拉力为624N。
    【过关检测】
    一、选择题
    1.杠杆在生活中有很多应用,如图甲、乙两个同学正在玩跷跷板,甲同学欲使静止的跷跷板向下,他可采取的有效方法是(  )。

    A.向后移动 B.向前移动
    C.前后移动都行 D.请乙后退点
    【答案】A。
    【解析】甲同学欲使静止的跷跷板向下,根据杠杆的平衡条件可知,可以增大甲的压力或增大甲的压力的力臂,故他可以向后移动;若乙后退点,则乙的力臂变大,乙的压力与其力臂的乘积变大,跷跷板的右端不会向下,故A正确。
    故选:A。
    2.现有若干个规格相同的钩码,如图所示,为了使杠杆在水平位置平衡,应在杠杆的A点挂(  )个钩码。

    A.1 B.2 C.3 D.4
    【答案】C。
    【解析】设每个钩码重为G,杠杆每格长度为L,由杠杆平衡条件得:2G×6L=nG×4L,则n=3。
    故选:C。
    3.如图,工人师傅正在使用一根硬棒撬动石头,使用此硬棒(  )。

    A.省力且省距离 B.省力但费距离
    C.费力且费距离 D.费力但省距离
    【答案】B。
    【解析】由图可知,使用一根硬棒撬动石头时,动力臂大于阻力臂,由杠杆的平衡条件知道,此时动力小于阻力,即使用的是省力杠杆,由功的原理知道,使用任何机械都不省功,省力杠杆一定费距离,故B正确。
    故选:B。
    4.如图所示,是我国古代《墨经》最早记述了秤的杠杆原理,有关它的说法正确的是(  )。

    A.“标”、“本”表示力,“权”、“重”表示力臂;
    B.图中的B点为杠杆的支点;
    C.“权”小于“重”时,A端一定上扬;
    D.增大“重”时,应把“权”向A端移
    【答案】D。
    【解析】A、力臂是支点到力的作用线的距离,“权”相当于现在的砝码,即动力,把秤的支点到权的距离称之为“标”,在物理中,我们把它称之为动力臂;
    重就是重物,相当于杠杆的阻力,把秤的支点到权的距离称之为“本”,在物理中,我们把它称之为阻力臂;则“标”、“本”表示为力臂,“权”、“重”表示为力,故A错误;
    B、图中的B点为阻力的作用点,杠杆的支点是O点,故B错误;
    C、“权”小于“重”时,根据杠杆平衡原理条件“权”ד标”=“重”ד本”可知:当“标”大于“本”时,杠杆可能在水平位置平衡,所以A端不一定上扬,故C错误;
    D、增大“重”时,由于“权”和“本”不变 根据杠杆平衡原理条件“权”ד标”=“重”ד本”可知:应把“标”变大,即把“权”向A端移,故D正确。
    故选:D。
    5.用如图所示的装置来提升物体,既能省力又能改变施力方向的装置是( )。
    A. B. C. D.
    【答案】C。
    【解析】 A.图中是定滑轮,只能改变力的方向,不能省力,故该选项不符合题意; 
    B.图中是动滑轮,只能省力,不能改变力的方向,故该选项不符合题意; 
    C.图中是滑轮组,与动滑轮相连的有2段绳子,动力的方向向下,物体向上运动,可以省力,可以改变力的方向,故该选项符合题意; 
    D.图中是滑轮组,与动滑轮相连的有3段绳子,动力的方向向上,物体向上运动,可以省力,不可以改变力的方向,故该选项不符合题意。 
    故选C。 
    6.使用滑轮组可以达到的目的是( )。
    A. 省力而且一定能改变力的方向 B. 省力但不可能改变力的方向
    C. 省力而且能省距离 D. 能省力而且也可以改变力的方向
    【答案】D。
    【解析】定滑轮的优点是改变力的方向,动滑轮的优点是省力,但不能改变力的方向,而由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组既能省力,又能改变动力的方向。 
    故选D。
    7.利用如图所示的动滑轮(重0.4N)提升钩码时,不能证明使用动滑轮能省力的操作是( )。

    A. 竖直匀速提升的钩码 B. 竖直匀速提升的钩码
    C. 竖直匀速提升的钩码 D. 竖直匀速提升的钩码
    【答案】A。
    【解析】使用如图所示动滑轮提升钩码时,若不计绳重及摩擦,绳端拉力为:; 
    当时,。即当动滑轮重力大于或等于物体的重力时,不能证明动滑轮能省力。动滑轮重,所以提升钩码重力小于或等于的不能证明; 
    故选:A。 
    8.用如图所示的四个装置提起同一物体静置不动,其中,忽略装置自身的重力和摩擦,所需拉力F最小的是( )。
    A. B. C. D.
    【答案】A。
    【解析】 由题知,不计摩擦和动滑轮重,先分析所用的是定滑轮、动滑轮还是滑轮组, 
    若是定滑轮,不省力,; 
    若是动滑轮,省一半力,; 
    对于选项应用杠杆平衡条件,求出物体重力与拉力的关系。 
    此题主要考查了动滑轮和定滑轮的特点、杠杆平衡条件的应用,是一道基础题,难度不大。  
    A.该图是动滑轮,省一半力,; 
    B.该图也是动滑轮,由于动力作用在动滑轮上,; 
    C.据杠杆的平衡条件可知,此时,因为,即,所以; 
    D.据杠杆的平衡条件可知,此时,因为,即,所以; 
    所以这四个装置中所需拉力最小。 故选。
    9.如图所示,物体重置于水平桌面上,物体重恰能拉着向右匀速运动;现用水平向左的拉力作用于物体上,使物体在内匀速上升了不计动滑轮、绳重以及滑轮轮轴间摩擦,在此过程中下列分析正确的是( )。

    A. 拉力为 B. 拉力的功率为
    C. 物体与桌面的摩擦力为 D. 绳子拉力对物体所做的功为
    【答案】B。
    【解析】由图可知,承担物重的绳子股数是, 
    不计动滑轮、绳重以及滑轮轮轴间摩擦,绳子自由端的拉力:  
    物体匀速运动,则拉力和摩擦力是一对平衡力,物体所受摩擦力: 
    用一水平向左的力拉动物体,拉力:, 
    物体在内匀速上升了,则物体在内匀速移动了, 
    拉力做的功:, 
    拉力的功率为: 
    绳子拉力对物体所做的功: 
    由此分析可知选项错误,正确。
    故选B。 
    10.一名体重的举重运动员,可举起的物体,这个人站在地面上,用如图的装置提升重物,滑轮重和摩擦均忽略不计,在下列四个不同重力的物体中,他能提起最重的物重是( )。

    A. B. C. D.
    【答案】D。
    【解析】人的体重为, 
    人能施加的最大拉力, 
    ,且滑轮重和摩擦均忽略不计, 
    他能提起最重的物重: 
    。 
    故选:D。 
    11.工人用如图所示的装置运送砂石。下列说法正确的是(不计绳重、动滑轮重和摩擦)( )。

    A. 滑轮组中的定滑轮只能改变力的方向;
    B. 图中动滑轮相当于一个费力杠杆;
    C. 绳子自由端下拉,桶上升;
    D. 质量为的工人利用该滑轮组能提起的砂石
    【答案】A。
    【解析】、定滑轮能改变力的方向,但不能改变力的大小,故正确; 
    、动滑轮实质是动力臂等于阻力臂二倍的杠杆,属于省力杠杆,故错误; 
    、由图知,,拉力端移动距离,若绳子自由端下拉,则桶上升,故错误; 
    、工人向下拉绳子时,绳子会对人施加向上的拉力,为避免人被绳子拉上去, 
    所以人提供的最大拉力; 
    不计绳重、动滑轮重和摩擦时,利用该滑轮组能提起的最大物重
    , 
    则提升物体的最大质量:;故错误。 
    故选:。 
    二、填空题
    12.如图所示是某简易杠杆的示意图,已知AOB水平,OA=OB,物体重力G=10N,拉力F的方向如图所示。该杠杆是    杠杆,F=   N。

    【解析】(1)如图,延长动力作用线,作出动力臂OC,

    ∠CBO=30°,BO=AO,
    在直角三角形中30°所对的直角边是斜边的一半,所以OC=OB=OA,
    O是杠杆AOB的支点,OA是阻力臂,OC是动力臂,动力臂小于阻力臂,为费力杠杆;
    F是动力,阻力FA=G=10N,根据杠杆平衡条件得,FA×OA=F×OC,即:10N×OA=F×OA,解得,F=20N。
    故答案为:费力;20。
    13.如图所示,小明用撬棍向上撬石头,由于动力臂    阻力臂,所以撬棍是一个    (选填“省力”或“费力”)杠杆。

    【解析】小明用撬棍向上撬石头,根据图可知,动力臂大于阻力臂,所以动力小于阻力,是一个省力杠杆。
    故答案为:大于;省力。
    14.如图所示,轻质杠杆OAB上挂一物体,拉力F使杠杆在图中位置平衡,请在图中画出力F的力臂L和物体所受的重力示意图。

    【解析】过物体的重心,向竖直向下方向画一条有向线段,用G表示物体所受重力;由支点O向F的作用线作垂线,垂线段的长度为F的力臂L,如图所示:

    15.如图所示,分别将质量相同的物体在相同的时间内匀速提升相同的高度。若不计绳重与摩擦,滑轮比物体轻,则所用的拉力______,机械效率______,拉力的功率______。均选填“”“”或“”

    【答案】>;>; <。
    【解析】不计绳重和摩擦,两图中:甲是定滑轮,绳子自由端的拉力:;乙是动滑轮,绳子自由端的拉力:; 
    由于,所以,即;所以; 
    在不计绳重和摩擦时,使用定滑轮不需要做额外功,因此甲的机械效率为;而使用动滑轮,由于要克服动滑轮的重力做额外功,所以乙的机械效率小于,故甲装置的机械效率一定大于乙装置的机械效率;不计绳重和摩擦,两图中,甲是定滑轮,乙是动滑轮,根据,它们分别将质量相同的甲、乙两物体在相同的时间内匀速以相同速度提升相同的高度,故两图中做的有用功相同,因乙中要克服动滑轮重做额外功,故做的功一定小于做的功,做功的时间相同,根据可知,; 
    故答案为:;;。 
    16.如图所示,用牛的拉力匀速提起物体,不计摩擦,的重力为______牛。若物体在秒内上升米,此过程中拉力做的功为______焦,功率为______瓦。

    【答案】20 ; 80 ; 8 。
    【解析】滑轮重力和摩擦不计时,由图可知,吊滑轮的是定滑轮,使用定滑轮不能够省力,所以; 
    拉力做的功; 
    功率; 
    故答案为:;;。 
    17.如图,用滑轮组将重为的物体竖直向上匀速提升。每个滑轮的重力为,不计绳重和摩擦。则竖直向上的拉力______,弹簧测力计的示数为 ______。

    .【答案】210;450。
    【解析】由图可知,承担物重的绳子股数, 
    不计绳重和摩擦,拉力为:; 
    该装置处于静止状态,受力平衡,弹簧测力计的示数等于定滑轮的重力加上两股绳子的拉力:。 
    故答案为:;。 
    三、实验探究题
    18.如图甲所示是小明探究“杠杆的平衡条件”的实验。

    (1)将杠杆中点置于支架上,杠杆静止时,发现右端下沉。此时,小明应把杠杆两端的平衡螺母向______调节,使杠杆在水平位置平衡。
    (2)接着,小明在杠杆上A点处挂4个钩码,在B点处挂6个钩码杠杆恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠杆的平衡条件:____________。小红认为小明这样得出的结论不合理,理由是________。
    (3)实验结束后,小华提出了新的探究问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立?”于是小组同学利用如图乙所示装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时,测出的拉力大小都与小明所得的杠杆平衡条件不相符。其原因是:___________。
    (4)杠杆不处于水平位置能否平衡?小红认为能平衡。于是她让每次杠杆倾斜时静止,做这个实验也得出了杠杆平衡条件。小红这种方案与小明让杠杆在水平位置做实验的方案相比较,你认为哪个实验方案好?________实验方案好;理由是____________。
    (5)实验中,小红利用乙图将杠杆提升,此时测力计的示数F为1.2N,钩码总重G为1.5N,则杠杆的机械效率为_____________%.请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:____________.
    (6)将钩码向右移动一格后,拉力作用点及拉力方向都不变,此时把相同的钩码匀速提升相同的高度,则所测机械效率将______________(变大/变小/不变)。
    【答案】左;;一次实验存在偶然性;杠杆自重对平衡有影响;小明;便于直接读出力臂;83.3%;动力克服杠杆的自重做额外功;变小。
    【解析】(1)杠杆静止时发现右端下沉,说明杠杆右边沉,小明应把杠杆两端的平衡螺母向左调节,使杠杆在水平位置平衡。
    (2)小明在杠杆上A点处挂4个钩码,在B点处挂6个钩码,杠杆恰好在原位置平衡,因为每个钩码质量相同,于是小明便得出了杠杆的平衡条件:。小红认为小明这样得出的结论不合理,理由是小明通过一次实验得出结论具有偶然性,应多次实验使结论具有普遍性。
    (3)因为没有考虑杠杆自身具有重力的因素,所以发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉使杠杆处于平衡状态时,测出的拉力大小都与小明所得的杠杆平衡条件不相符。
    (4)小明的方案好于小红的,因为小明的力臂便于测量,杠杆水平平衡时杠杆的力臂在杠杆上,而小红的方案中,力臂并不在杠杆上,不便于测量,不方便准确得出实验结论。
    (5)实验中,小红利用乙图将杠杆提升,此时测力计的示数F为1.2N,钩码的总重G为1.5N,设杠杆每一小格的长度为l,测力计上升的高度H和钩码上升的高度h,根据几何相似三角形关系可知,则杠杆的机械效率为;杠杆做额外功的一个原因是杠杆本身存在重力,在提升时要对杠杆做一部分额外功。
    (6)将钩码向右移动一格后,拉力作用点及拉力方向都不变,此时把相同的钩码匀速提升相同的高度,则所测机械效率,所以所测机械效率将变小。
    19.提高机械效率,能够更充分地发挥机械设备的作用,“测量机械效率”实验装置如图(每个动滑轮重相同。忽略摩擦及绳重)。
    (1)实验中应  拉动弹簧测力计。
    (2)实验过程中收集到a、b、c三组实验数据如下。
    装置
    钩码重/N
    钩码上升的高度/m
    弹簧测力计示数/N
    绳子自由端移动的距离/m
    a
    2
    0.1
    1.5
    0.2
    b
    2
    0.1
    1.0
    0.3
    c
    5
    0.1
    2.0
    0.3
    计算出a组实验的:有用功  J,机械效率  。
    (3)比较a、b两组的机械效率,它们的关系是:η1  η2.若提升相同物重到相同高度,与a装置相比,b装置的优势是  。
    比较b、c滑轮组,它们机械效率的关系是:η1  η2,影响它们机械效率高低的因素是  。

    【答案】(1)竖直向上匀速;(2)0.2;66.7%;(3)=;省力;<;提升物体的重力不同。
    【解析】(1)在实验操作中应竖直向上匀速拉动弹簧测力计,这样弹簧测力计示数稳定,便于读数;
    (2)由第三组数据知,有用功为:W有用=Gh=2N×0.1m=0.2J;
    总功为:W总=Fs=1.5N×0.2m=0.3J;
    则机械效率为:η=×100%=×100%≈66.7%;
    (3)b的有用功为:W有用=Gh=2N×0.1m=0.2J;总功为:W总=Fs=1.0N×0.3m=0.3J;
    ab的有用功和总功相同,机械效率相同;
    根据数据可知,a的拉力大于b的拉力,所以b的优势是省力;
    c的有用功为:W'有用=G'h'=5N×0.1m=0.5J;总功为:W'总=F's'=2.0N×0.3m=0.6J;
    则机械效率为:η'=×100%=×100%≈83.3%;
    b、c滑轮组,它们机械效率的关系是:η1<η2,其原因是提升物体的重力不同。
    四、综合题
    20.搬运砖头的独轮车,车箱和砖头所受的总重力G=900N,独轮车的有关尺寸如图所示。
    (1)判断推车时的独轮车是省力杠杆还是费力杠杆;
    (2)求推车时,人手向上的力F的大小。

    【解析】(1)小车是杠杆,轮胎中心是支点,车重是阻力,手施加的力是动力,
    动力臂:l1=0.4m+0.8m=1.2m,
    阻力臂:l2=0.4m,
    动力臂大于阻力臂,所以是省力杠杆。
    (2)由杠杆的平衡条件Fl1=Gl2可得,
    F×1.2m=900N×0.4m,
    人手向上的力:F=300N。
    答:(1)推车时的独轮车是省力杠杆。(2)人手向上的力F的大小是300N。
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