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第03讲 简单机械及机械效率-【暑假衔接】新九年级物理暑假精品课讲义（人教版）
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1、帮助孩子系统梳理上学期所学知识。带领孩子构建完备、扎实牢固的知识体系；
2、帮助孩子预习新学期功课。提前掌握重难点、考点、易错点，领先一步提高学习效率；
3、假期持续稳定的学习。避免孩子长时间沉迷于电视、手机，养成坏习惯，影响新学期学习。
第03讲 简单机械及机械效率
掌握压力和压强的计算方法；
掌握液体压强的特点和计算方法；
掌握伯努利原理的应用；
掌握浮力的沉浮条件和大小的计算方法。
一、杠杆
定义：在力的作用下能绕着 转动的硬棒就叫杠杆。
杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂.或写作： ，这个平衡条件也就是阿基米德发现的杠杆原理。
杠杆的平衡判断：杠杆在力的作用下保持 或 ，杠杆就处于平衡状态
杠杆力臂的画法
（1）明确支点，用O表示 ；
（2）通过力的作用点沿力的方向画一条直线；
（3）过支点O作该力的作用线的垂线；
（4）用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段，写上相应的字母L1（或L2)。
5. 杠杆分类及特点：
二、机械效率
1. 总功：人或机械设备（或绳端或自由端）拉力做的功。
2. 有用功：不利用机械设备，直接对物体做的功。
3. 额外功：机械设备克服自身重力或阻力做的功。
4. 机械效率：有用功与总功的比值叫作机械效率。
2. 公式为：
3.推导式：
（1）竖直方向匀速提升物体时，滑轮组的机械效率：，
忽略绳重和摩擦，绳子自由端的拉力：，
滑轮组的机械效率：。
（2）水平方向匀速拉物体时如图所示，滑轮组的机械效率：。
（3）斜面的机械效率：，
考点一：杠杆动态变化
例1
一根轻质杠杆可绕O点转动，在杠杆的中点挂一重物，在杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力F，如图所示。力F使杆从如图所示位置慢慢抬起到水平位置的过程中，力F和它的力臂LF，重力G和它的力臂LG的变化情况是（ ）
A．F减小，LF减小B．F减小，LF增大
C．G不变，LG减小D．G不变，LG增大
考点二：滑轮组机械效率
角度1：竖直面滑轮组的机械效率
例2
如图所示，用力F将重力的物体匀速向上提升2m，动滑轮重2N（不计绳重及摩擦），下列说法正确的是（ ）
A．绳子末端移动的距离为1m
B．滑轮组所做的有用功为20J
C．滑轮组的机械效率为80%
D．拉力大小为5N
角度2：水平面滑轮组的机械效率
例3
建筑工人用如图所示的滑轮组，在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动了2m，所用的拉力大小为375N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍。在此过程中，下列说法错误的是（ ）
①绳子自由端沿水平方向移动的速度为1.5m/s
②物体受到的拉力为750N
③拉力F的功率为375W
④滑轮组的机械效率为80%
A．只有①和②B．只有②和③C．只有③和④D．只有①和④
考点三：斜面模型及计算
例4
如图，在斜面上将一个重125N的物体匀速拉到顶端，克服摩擦力做了100J的功，已知斜面长10m，高4m。则拉力做的有用功为______J，斜面的机械效率为______，物体所受摩擦力的大小为______N。
考点四：复杂模型机械效率的计算
例5
如图所示装置，物体B重为G，它浸没在水中匀速下沉时，通过滑轮组拉着重200N的物体A在水平面上匀速运动；当用一个水平向左的拉力F1拉物体A，使物体B在水中匀速上升（物体B始终未露出水面），力F1的功率P1，滑轮组的机械效率为η1；当物体B完全露出水面后，用另一个水平向左的力F2拉物体A，使物体B仍然以相同的速度匀速上升，力F2的功率为P2，此时滑轮组的机械效率为η2，已知：物体B的密度ρB=5ρ水，第一次的拉力F1=60N，。若不计绳重、滑轮组装置的摩擦和水中的阻力，功率之比=____________（g=10N/kg）。
1．（2022·四川遂宁·统考中考真题）码头上的工作人员，利用如图所示的杠杆将一桶淡水从地面转移到船上（杠杆始终保持水平）。挂在A端的的桶重100N，内部底面积为，桶内装有800N的水，水深1m。重600N的工作人员用绳子竖直拉住B端，工作人员的脚与地面的接触面积，。下列计算结果错误的是（ ）（，g取）
A．水对桶底的压强为B．水对桶底的压力为600N
C．人对地面的压力为375ND．人对地面的压强为
2．（2022·辽宁·统考中考真题）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
3．（2022·贵州贵阳·统考中考真题）如图所示的情景展示了物理世界的平衡之美。用细线将铁锤悬挂在光滑的尺子上，锤柄末端紧贴尺面，尺子一端置于水平桌面边缘O点处，整个装置恰好处于平衡状态。若尺面水平且不计尺子和细线所受重力，下列说法不正确的是（ ）
A．尺子可以视为能绕O点转动的杠杆
B．细线对铁锤的拉力与铁锤所受重力是一对平衡力
C．细线对尺子的拉力大于锤柄末端对尺子的作用力
D．尺子与铁锤组成的整体，其重心在O点的正下方
4．（多选）（2022·山东青岛·统考中考真题）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＝80WD．动滑轮的机械效率
5．（2022·山东滨州·统考中考真题）如图所示，用滑轮组提升质量为12kg的物体时，物体在10s内匀速竖直上升2m。所用拉力F为50N。则在提升物体的过程中（不计绳重和摩擦，g=10N/kg）。下列说法不正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的速度为0.6m/s
B．滑轮组提升物体做的有用功为300J
C．拉力做功的功率为30W
D．该滑轮组的机械效率为80％
6．（2022·四川宜宾·统考中考真题）小洪在一次劳动中，欲将重为600N的货物搬到距地面2m高的平台上、他用长为4m的木板搭成斜面如图，并用沿着斜面向上大小为400N的力将货物匀速从底端推到顶端，小洪在该过程中做的有用功为______J，斜面起到了______。（选填“省力”或“省功”）的作用。
7．（2022·辽宁盘锦·统考中考真题）如图所示，工人师傅利用滑轮组将静止在水平地面上质量为45kg的石板匀速提升6m，用时30s。石板与地面接触面积为9000cm2，动滑轮重为50N。（g取10N/kg，不计绳重和摩擦）求：
（1）提升前石板对地面的压强；
（2）石板上升的速度和工人师傅所用拉力；
（3）拉力的功率。
8．（2022·山东潍坊·统考中考真题）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。
1．如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式（不计机械自重和摩擦），其中所需动力最小的是（ ）
A．B．C．D．
2．如图，工人利用滑轮组匀速吊起重为2100N的路灯杆（质量，分布均匀），绳端拉力F保持1000N。下列说法正确的是（ ）
A．路灯杆离地前，相当于费力杠杆
B．路灯杆离地后，受到的拉力小于2100N
C．路灯杆离地后，滑轮组的机械效率为70%
D．路灯杆离地前后，滑轮组的机械效率不变
3．如图所示是锅炉上的安全阀门的示意图，阀门C与蒸气的接触面积设为S，锅炉内气体的压强为p，钩码的重力设为G，则下列说法错误的是（ ）
A．安全阀门装置OAB是一个杠杆
B．锅炉内蒸汽对阀门C的压力可表示为pS
C．当装置达到平衡时，满足下面关系式：pS×OA=G×AB
D．当要控制锅炉内气体压强较小时，可适当将钩码向靠近O点移动
4．如图所示，重400N的物体在30N的水平拉力F的作用下，以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率是80%，则在此过程中下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离是1mB．有用功为400J
C．拉力F的功率为3WD．物体与地面间的摩擦力为72N
5．如图所示的是建筑工地上常用的吊装工具，配重M重为5000N，杠杆AB的支点为O，已知OA∶OB=1∶2，滑轮下面挂有建筑材料P，每个滑轮重100N，工人重为700N，杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计，当工人用300N的力竖直向下以的速度匀速拉动绳子时，建筑材料P匀速上升。下列说法正确的是（ ）
A．工人对地面的压力为700NB．建筑材料P重为600N
C．建筑材料P上升的速度为D．配重M对地面的压力为4400N
6．如图所示，利用轻质滑轮组拉动水平地面上重为300N的物体，作用在绳端拉力F的大小为30N时，物体10s匀速运动了2m，物体受到的阻力为物重的0.15倍，则：A处拉力大小为______N；绳子自由端拉力F的功率为______W；滑轮组的机械效率为_______；当拉动物体做加速运动时，物体受到地面的摩擦力_______（选填“不变”、“变大”“变小”）
7．建筑工地的工人用如图所示的滑轮组来提升重物，已知重物G=900N，不计绳重和摩擦，当绳子自由端的拉力F=400N时，可将重物匀速提升3m，在此过程中，拉力F做功_______J，滑轮组的机械效率为_______%；若将该滑轮组的机械效率提高为90%，需要用此滑轮组提升_______N的重物。
8．请在图中画出提升滑轮组最省力的绕法。
9．如图甲是一种单手启瓶器。启瓶器可以看做是杠杆（忽略重力），支点为B点。开启瓶盖瞬间，手对启瓶器施加的动力沿虚线方向，瓶盖对启瓶器施加的阻力为F2，如图乙所示。请在图乙中画出启瓶器受到的动力F1和阻力臂l2。
10．用卷扬机与滑轮组组合使用可节省人力，提高工作效率。如图是煤矿工人将矿井内的物体从井底提升至地面的示意图。已知卷扬机工作时的输出功率保持为3kW不变，滑轮组的钢丝绳能承受的最大拉力是5×103N。某次提升过程中，滑轮组将重4.8×103N的物体在20s内从10m深的井底刚好匀速提升到了地面。
（1）这次提升过程中，滑轮组的机械效率是多少？
（2）若另一次匀速提升过程中，钢丝绳的拉力达到了最大，求物体上升的速度。
类型
力臂
受力情况
特点
例子
省力杠杆
开瓶器、羊角锤
费力杠杆
筷子、钓鱼竿
等臂杠杆
跷跷板、托盘天平
1、帮助孩子系统梳理上学期所学知识。带领孩子构建完备、扎实牢固的知识体系；
2、帮助孩子预习新学期功课。提前掌握重难点、考点、易错点，领先一步提高学习效率；
3、假期持续稳定的学习。避免孩子长时间沉迷于电视、手机，养成坏习惯，影响新学期学习。
第03讲 简单机械及机械效率
掌握压力和压强的计算方法；
掌握液体压强的特点和计算方法；
掌握伯努利原理的应用；
掌握浮力的沉浮条件和大小的计算方法。
一、杠杆
定义：在力的作用下能绕着 转动的硬棒就叫杠杆。
杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂.或写作： ，这个平衡条件也就是阿基米德发现的杠杆原理。
杠杆的平衡判断：杠杆在力的作用下保持 或 ，杠杆就处于平衡状态
杠杆力臂的画法
（1）明确支点，用O表示 ；
（2）通过力的作用点沿力的方向画一条直线；
（3）过支点O作该力的作用线的垂线；
（4）用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段，写上相应的字母L1（或L2)。
5. 杠杆分类及特点：
二、机械效率
1. 总功：人或机械设备（或绳端或自由端）拉力做的功。
2. 有用功：不利用机械设备，直接对物体做的功。
3. 额外功：机械设备克服自身重力或阻力做的功。
4. 机械效率：有用功与总功的比值叫作机械效率。
2. 公式为：
3.推导式：
（1）竖直方向匀速提升物体时，滑轮组的机械效率：，
忽略绳重和摩擦，绳子自由端的拉力：，
滑轮组的机械效率：。
（2）水平方向匀速拉物体时如图所示，滑轮组的机械效率：。
（3）斜面的机械效率：，
考点一：杠杆动态变化
例1
一根轻质杠杆可绕O点转动，在杠杆的中点挂一重物，在杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力F，如图所示。力F使杆从如图所示位置慢慢抬起到水平位置的过程中，力F和它的力臂LF，重力G和它的力臂LG的变化情况是（ ）
A．F减小，LF减小B．F减小，LF增大
C．G不变，LG减小D．G不变，LG增大
考点二：滑轮组机械效率
角度1：竖直面滑轮组的机械效率
例2
如图所示，用力F将重力的物体匀速向上提升2m，动滑轮重2N（不计绳重及摩擦），下列说法正确的是（ ）
A．绳子末端移动的距离为1m
B．滑轮组所做的有用功为20J
C．滑轮组的机械效率为80%
D．拉力大小为5N
角度2：水平面滑轮组的机械效率
例3
建筑工人用如图所示的滑轮组，在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动了2m，所用的拉力大小为375N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍。在此过程中，下列说法错误的是（ ）
①绳子自由端沿水平方向移动的速度为1.5m/s
②物体受到的拉力为750N
③拉力F的功率为375W
④滑轮组的机械效率为80%
A．只有①和②B．只有②和③C．只有③和④D．只有①和④
考点三：斜面模型及计算
例4
如图，在斜面上将一个重125N的物体匀速拉到顶端，克服摩擦力做了100J的功，已知斜面长10m，高4m。则拉力做的有用功为______J，斜面的机械效率为______，物体所受摩擦力的大小为______N。
考点四：复杂模型机械效率的计算
例5
如图所示装置，物体B重为G，它浸没在水中匀速下沉时，通过滑轮组拉着重200N的物体A在水平面上匀速运动；当用一个水平向左的拉力F1拉物体A，使物体B在水中匀速上升（物体B始终未露出水面），力F1的功率P1，滑轮组的机械效率为η1；当物体B完全露出水面后，用另一个水平向左的力F2拉物体A，使物体B仍然以相同的速度匀速上升，力F2的功率为P2，此时滑轮组的机械效率为η2，已知：物体B的密度ρB=5ρ水，第一次的拉力F1=60N，。若不计绳重、滑轮组装置的摩擦和水中的阻力，功率之比=____________（g=10N/kg）。
1．（2022·四川遂宁·统考中考真题）码头上的工作人员，利用如图所示的杠杆将一桶淡水从地面转移到船上（杠杆始终保持水平）。挂在A端的的桶重100N，内部底面积为，桶内装有800N的水，水深1m。重600N的工作人员用绳子竖直拉住B端，工作人员的脚与地面的接触面积，。下列计算结果错误的是（ ）（，g取）
A．水对桶底的压强为B．水对桶底的压力为600N
C．人对地面的压力为375ND．人对地面的压强为
2．（2022·辽宁·统考中考真题）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
3．（2022·贵州贵阳·统考中考真题）如图所示的情景展示了物理世界的平衡之美。用细线将铁锤悬挂在光滑的尺子上，锤柄末端紧贴尺面，尺子一端置于水平桌面边缘O点处，整个装置恰好处于平衡状态。若尺面水平且不计尺子和细线所受重力，下列说法不正确的是（ ）
A．尺子可以视为能绕O点转动的杠杆
B．细线对铁锤的拉力与铁锤所受重力是一对平衡力
C．细线对尺子的拉力大于锤柄末端对尺子的作用力
D．尺子与铁锤组成的整体，其重心在O点的正下方
4．（多选）（2022·山东青岛·统考中考真题）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＝80WD．动滑轮的机械效率
5．（2022·山东滨州·统考中考真题）如图所示，用滑轮组提升质量为12kg的物体时，物体在10s内匀速竖直上升2m。所用拉力F为50N。则在提升物体的过程中（不计绳重和摩擦，g=10N/kg）。下列说法不正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的速度为0.6m/s
B．滑轮组提升物体做的有用功为300J
C．拉力做功的功率为30W
D．该滑轮组的机械效率为80％
6．（2022·四川宜宾·统考中考真题）小洪在一次劳动中，欲将重为600N的货物搬到距地面2m高的平台上、他用长为4m的木板搭成斜面如图，并用沿着斜面向上大小为400N的力将货物匀速从底端推到顶端，小洪在该过程中做的有用功为______J，斜面起到了______。（选填“省力”或“省功”）的作用。
7．（2022·辽宁盘锦·统考中考真题）如图所示，工人师傅利用滑轮组将静止在水平地面上质量为45kg的石板匀速提升6m，用时30s。石板与地面接触面积为9000cm2，动滑轮重为50N。（g取10N/kg，不计绳重和摩擦）求：
（1）提升前石板对地面的压强；
（2）石板上升的速度和工人师傅所用拉力；
（3）拉力的功率。
8．（2022·山东潍坊·统考中考真题）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。
1．如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式（不计机械自重和摩擦），其中所需动力最小的是（ ）
A．B．C．D．
2．如图，工人利用滑轮组匀速吊起重为2100N的路灯杆（质量，分布均匀），绳端拉力F保持1000N。下列说法正确的是（ ）
A．路灯杆离地前，相当于费力杠杆
B．路灯杆离地后，受到的拉力小于2100N
C．路灯杆离地后，滑轮组的机械效率为70%
D．路灯杆离地前后，滑轮组的机械效率不变
3．如图所示是锅炉上的安全阀门的示意图，阀门C与蒸气的接触面积设为S，锅炉内气体的压强为p，钩码的重力设为G，则下列说法错误的是（ ）
A．安全阀门装置OAB是一个杠杆
B．锅炉内蒸汽对阀门C的压力可表示为pS
C．当装置达到平衡时，满足下面关系式：pS×OA=G×AB
D．当要控制锅炉内气体压强较小时，可适当将钩码向靠近O点移动
4．如图所示，重400N的物体在30N的水平拉力F的作用下，以0.1m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率是80%，则在此过程中下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端移动的距离是1mB．有用功为400J
C．拉力F的功率为3WD．物体与地面间的摩擦力为72N
5．如图所示的是建筑工地上常用的吊装工具，配重M重为5000N，杠杆AB的支点为O，已知OA∶OB=1∶2，滑轮下面挂有建筑材料P，每个滑轮重100N，工人重为700N，杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计，当工人用300N的力竖直向下以的速度匀速拉动绳子时，建筑材料P匀速上升。下列说法正确的是（ ）
A．工人对地面的压力为700NB．建筑材料P重为600N
C．建筑材料P上升的速度为D．配重M对地面的压力为4400N
6．如图所示，利用轻质滑轮组拉动水平地面上重为300N的物体，作用在绳端拉力F的大小为30N时，物体10s匀速运动了2m，物体受到的阻力为物重的0.15倍，则：A处拉力大小为______N；绳子自由端拉力F的功率为______W；滑轮组的机械效率为_______；当拉动物体做加速运动时，物体受到地面的摩擦力_______（选填“不变”、“变大”“变小”）
7．建筑工地的工人用如图所示的滑轮组来提升重物，已知重物G=900N，不计绳重和摩擦，当绳子自由端的拉力F=400N时，可将重物匀速提升3m，在此过程中，拉力F做功_______J，滑轮组的机械效率为_______%；若将该滑轮组的机械效率提高为90%，需要用此滑轮组提升_______N的重物。
8．请在图中画出提升滑轮组最省力的绕法。
9．如图甲是一种单手启瓶器。启瓶器可以看做是杠杆（忽略重力），支点为B点。开启瓶盖瞬间，手对启瓶器施加的动力沿虚线方向，瓶盖对启瓶器施加的阻力为F2，如图乙所示。请在图乙中画出启瓶器受到的动力F1和阻力臂l2。
10．用卷扬机与滑轮组组合使用可节省人力，提高工作效率。如图是煤矿工人将矿井内的物体从井底提升至地面的示意图。已知卷扬机工作时的输出功率保持为3kW不变，滑轮组的钢丝绳能承受的最大拉力是5×103N。某次提升过程中，滑轮组将重4.8×103N的物体在20s内从10m深的井底刚好匀速提升到了地面。
（1）这次提升过程中，滑轮组的机械效率是多少？
（2）若另一次匀速提升过程中，钢丝绳的拉力达到了最大，求物体上升的速度。
类型
力臂
受力情况
特点
例子
省力杠杆
开瓶器、羊角锤
费力杠杆
筷子、钓鱼竿
等臂杠杆
跷跷板、托盘天平
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