备战2023新中考二轮科学专题导练 考点22 简单机械与功

考点精讲

1．定义：在力的作用下能够绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。

2.

五要素——组成杠杆示意图。

(1)支点：杠杆绕着转动的固定点。用字母O表示。(作用在支点上的力不影响杠杆的平衡)

(2)动力：能够使杠杆转动的力。用字母F1表示。

(3)阻力：阻碍杠杆转动的力。用字母F2表示。

(4)动力臂：从支点到动力作用线的距离。用字母l1表示。

(5)阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。用字母l2表示。

3．杠杆的平衡条件

(1)杠杆平衡是指：杠杆静止或匀速转动。

(2)杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是：F1×l1＝F2×l2。

4．三类杠杆

5．定滑轮、动滑轮

(1)定滑轮

①定义：工作时轴固定不动的滑轮。

②实质：动力臂等于阻力臂的杠杆，一段绳子承担物重。

③特点：不省力也不省距离，但能改变力的方向。

④各物理量关系：F＝G；s＝h；vF＝vG。

(2)动滑轮

①定义：工作时轴随物体一起移动的滑轮。

②实质：动力臂等于阻力臂二倍的杠杆，二段绳子承担物重。

③特点：省一半的力，费一倍的距离。

④各物理量关系：F<G；s>h；vF>vG。

6．滑轮组

(1)定义：动滑轮、定滑轮组合成滑轮组。

(2)特点：使用滑轮组既能省力又能改变力的方向。

滑轮组中各机械量的关系和计算

n ：表示绳子绕在动滑轮上的段数（绳子的有效段数）

F ：表示自由端的拉力，也是人提供的拉力

G ：表示重力，包括物体重力G物、动滑轮的重力G动

S ： 绳子自由端移动距离S ；   

h  ：表示重物和动滑轮移动的距离h

VF ：绳子自由端移动速度VF ； 

VG ：重物和动滑轮移动速度VG；

关系： F = 1/n G物（忽略滑轮的重力）或F = 1/n （G物+G动）（不忽略滑轮的重力）

S = n h ；    VG  =1/n VF

组装滑轮组方法：首先根据公式n=（G物+G动）/F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则，结合题目的具体要求组装滑轮。

（1）绳子段数的确定：最省力时，动滑轮钩子上要有一段绳子，绳子段数为2n+l（n为动滑轮个数）；既省力又能改变力的方向时，定滑轮钩子上需要绳子，绳子段数为2n.

（2）绳子起点的确定：当绳子段数为奇数时，绳子的起点系在动滑轮钩子上；当绳子段数为偶数时，绳子的起点系在定滑轮钩子上．可以简单记为“奇动偶定”。

（3）绳子的绕法：依次从内到外，先绕小滑轮后绕大滑轮，即从小到大，从内到外。

7．机械效率

（1）机械效率(η)：物理学里，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。η＝×100%。

（2）任何机械的机械效率总和小于1。机械效率通常用百分数表示。机械效率没有单位。

8．能量

(1)一个物体能够做功，那么这个物体就具有能量。

(2)物体能够做的功越多，具有的能量就越大。

(3)能量的单位与功的单位相同，都是焦耳，符号J。

9．动能

(1)物体由于运动而具有的能量叫做动能。

(2)物体动能与质量和速度有关：质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大。运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。

10．势能

(1)势能包括：重力势能、弹性势能。

(2)物体由于被举高而具有的能量叫做重力势能。影响重力势能大小的因素有质量、高度。

(3)物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能，物体弹性势能大小与物体形变的大小等因素有关。

11．机械能及其转化

(1)定义：动能和势能之和称为机械能。

(2)物体的动能和势能是可以相互转化的。

(3)机械能守恒：如果只有动能和势能相互转化，尽管动能、势能的大小会变化，但机械能的总和不变，这就是机械能守恒，W机械＝W动＋W势。

12．力学中的功：如果物体受到了力的作用，并且在这个力的方向上通过了一段距离，我们就说这个力对物体做了功。

13．功的两个因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过一段距离。

14．不做功的三种情况：

(1)“劳而无功”。

(2)“不劳无功”。

(3)力的方向和物体运动方向垂直。

15．计算公式：物理学中，功等于力与力的方向上移动的距离的乘积。即：W＝Fs。

16．比较做功快慢的方法：

(1)不同物体做相同的功，比较做功时间。

(2)相同时间，比较做功多少。

17．功率

(1)在物理学中，用功率来表示做功的快慢。

(2)单位时间里完成的功叫做功率。

(3)功率越大，表明物体做功越快；功率越小，表明物体做功越慢。

(4)根据功率的定义，可以得出功率的计算公式为P＝。

真题解析

例题

1．“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”）

答案

1．     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。

2．在山区常见到盘山公路。修建盘山公路是利用我们学过的一种简单机械___________的原理，这样做主要目的是使汽车在上坡时能够___________。

答案

2．     斜面     省力

【解析】

【详解】

修建盘山公路是利用我们学过的一种简单机械斜面的原理，可以在物体向上运动时省力。

3．为提高学生安全自救和使用灭火器的能力，学校开展消防安全演习。

（1）如图是一种二氧化碳灭火器局部示意图，当按压控制杆时，控制杆绕点O转动，可打开阀门。灭火器的控制杆相当于简单机械中的___________。

（2）演习过程中，当压下瓶阀的压把时，内部的二氧化碳灭火剂便由虹吸管经过瓶阀到喷筒喷出，使燃烧区氧的浓度迅速下降，当二氧化碳达到足够浓度时火焰会窒息而熄灭，同时由于液态二氧化碳会迅速___________，（填物态变化名称）在很短的时间内吸收大量的热量，因此对燃烧物起到一定的冷却作用，也有助于灭火。

答案

3．     杠杆（或省力杠杆）     汽化

【解析】

【分析】

【详解】

（1）[1]从泡沫灭火器局部示意图看出，当按压控制杆时，控制杆绕点O转动，可打开阀门。此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆。控制杆相当于简单机械中的杠杆。

（2）[2]液态二氧化碳会迅速汽化而吸收大量热量，因此对燃烧物起到一定的冷却作用，也有助于灭火。

4．在生活和生产中，简单机械有着十分重要的作用。

（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

4．     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。

5．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。

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__________。

答案：

5．     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。

突破提升

一、选择题

1．如图所示，某同学分别用背、抱、平拉、滚拉的方式运水（塑料桶中间带有转轴，桶中装满水），在粗糙程度相同的水平地面上匀速行走相同路程，他对水做功最多的是（　　）

A． B．

C． D．

二、探究题

2．庆元大桥在热火朝天的建造中，引来市民驻足观看。小丽观察到吊车支腿撑开立在工地上，如图甲所示。小丽查询了该吊车的一些参数：整车自重10吨，车宽2.6米，左右支腿跨度5.2米。

[Failed to download image : https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/19/2897829397831680/2904290646417408/STEM/7a7a92c3-eab8-479e-8276-86cbeb61ef94.png]

（1）某过程吊车用0.1米/秒的速度将6吨的货物匀速提升5米，求该过程中：

①吊车对货物做功__________焦；

②吊车提升货物的功率是多少__________？

（2）若吊臂长9.2米，吊臂与水平面成60°角时，重心在车的中心，如图乙所示，求吊车能吊起货物的最大质量__________。

三、简答题

3．如图甲是疫情期间的一块校园移动牌，简化图如图乙，其中AB为竖直牌面，CD（水平）和BE（竖直）为支架，并且测得牌面长AB为150cm，宽为120cm，支架长度CE=ED=2BE=50cm，指示牌的质量为15kg（所有支架的受风面积忽略不计）。

（1）乙图所画指示牌模型可看作简单机械中___________模型；

（2）假设风对指示牌的作用点在AB中点，根据图示风向计算：刚好把D端吹离地面这一瞬间的风力F。(        )

4．2020年12月，“嫦娥五号”探测器在月球上采集了1731克月壤（其中约900克取自月表）。月壤中含有的“氦-3”（He-3）被科学家们称为“完美能”，据科学家估算10吨“氦-3”就能满足我国一年所需的能需求。

（1）使用“氦-3”作为能，需通过__________（选填“轻核聚变”或“重核裂变”）释放其内部的核能；

（2）采集器把这900克月表的月壤放入距月表1米高的收集器中，采集器克服重力做了多少功_____________？（已知物体在月球表面受到的重力是地球上的）

（3）在返回过程中，“嫦娥五号”上升器发动机以向上3000牛的力工作6分钟，成功将携带样品的上升器送入到离月球表面高度约为15千米的预定环月轨道。则“嫦娥五号”上升器发动机的功率至少多大__________？

5．如图甲是一种拉力器的原理图，主要结构包括拉环、测力计、滑轮组、负重箱等。负重箱内部装有活塞，活塞两端密闭性良好，活塞从底部向上运动后，负重箱内为真空。使用时，拉紧拉环，拉力较大时，活塞向上运动，拉力较小时，活塞向下运动，如此反复运动，从而得到锻炼。已知负重箱内部高度为20厘米，活塞上表面积为10厘米2。（大气压p=1.0×105帕，不计活塞厚度，不计活塞、滑轮、测力计、绳子的自重，不计摩擦）

（1）滑轮A的作用是______。

（2）如图乙是某次运动中测力计示数F与活塞上升距离h关系图，请计算完成一次活塞匀速上升过程，拉力做的功。(      )

（3）小明认为负重箱内如果密封了一定量的气体，该拉力器也能工作。若密封气体在一定温度下的体积与气压的关系如表所示，请在乙图中画出：当负重箱内密封一定量气体后，活塞匀速上升过程中，测力计示数与活赛上升距离的大致关系图。(      )

6．如图所示，物体重G物=1000N，动滑轮重G动=200N，人站在地面上拉绳子的一端，使物体以2m/s的速度匀速上升2m（绳重和摩擦不计）。

（1）人所施加的拉力；

（2）拉力所做的有用功；

（3）拉力做功的功率。

四、填空题

7．旗杆顶部安装的简单机械是______滑轮，某校旗杆高度为13米，国旗手用15牛的拉力将国旗匀速升起12米，该国旗手做功______焦

8．在生产生活中，人们常用的简单机械除了杠杆、滑轮，还有斜面。螺丝钉是一种类似_______的机械（填“杠杆”、“滑轮”或“斜面”），螺纹_____（填“密”或“稀”）一些的螺丝钉拧起来更省力。

9．2021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。

10．杭温铁路建成通车后，仙居到杭州不到1小时，目前正在建造中。在建造过程中需要使用大型起重机“龙门吊”。它主要由主梁和支架构成，可以提升与平移重物，其示意图如图所示：

（1）“龙门吊”将千克的重物先从地面提升到8米，再向左平移6米到工作台，在这整个过程中“龙门吊”对重物做功的大小是________焦。

（2）已知重物的重力为G，主梁总长为L，不考虑主梁自身重力。重物由主梁右侧向左侧移动，当移动的距离为s时，以主梁左端点为支点，右支架对主梁的支持力F的表达式________（用所给字母表示）。