【期末专项复习】2022-2023学年人教版八年级物理下册期末专项练习：专题06 简单机械（原卷版+解析版）

专题六：简单机械

一、杠杆

1.杠杆：在力的作用下能绕着       转动的硬棒，这根硬棒就叫     。

（1）“硬棒”泛指有一定长度的，在外力作用下不变形的物体。

（2）杠杆可以是直的，也可以是任何形状的。如图（1）所示。

2.杠杆的五要素（如图（2）所示）

（1）支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母“O”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中间，在杠杆转动时，支点是相对固定；

（2）动力：使杠杆转动的力叫动力，用“F1”表示；

（3）阻力：阻碍杠杆转动的力叫阻力，用“F2”表示；

（4）动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离，用“”表示；

（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离，用“”表示。

注意：无论动力还是阻力，都是作用在杠杆上的力，但这两个力的作用效果正好相反。一般情况下，把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力，而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。

力臂是点到线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的，其力臂为零，对杠杆的转动不起作用。

3.杠杆示意图的画法（如图（3）所示）：

（1）根据题意先确定支点O；

（2）确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长；

（3）从支点向力的作用线画垂线，并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂；

第一步：先确定支点，即杠杆绕着某点转动，用字母“O”表示。

第二步：确定动力和阻力。人的愿望是将石头翘起，则人应向下用力，画出此力即为动力用“F1”表示。这个力F1作用效果是使杠杆逆时针转动。而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反，在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动，则阻力是石头施加给杠杆的，方向向下,用“F2”表示如图乙所示。

第三步：画出动力臂和阻力臂，将力的作用线正向或反向延长，由支点向力的作用线作垂线，并标明相应的“l1”“l2”， “l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂，如图丙所示。

图（3）杠杆的示意图

4.杠杆的平衡条件

（1）杠杆的平衡：当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。

（2）杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，或F1l1=F2l2。

5.杠杆的应用

（1）省力杠杆：动力臂l1＞阻力臂l2，则平衡时F1＜F2，这种杠杆使用时可省力（即用较小的动力就可以克服较大的阻力），但却费了距离。

（2）费力杠杆：动力臂l1＜阻力臂l2，则平衡时F1＞F2，这种杠杆叫做费力杠杆。使用费力杠杆时虽然费了力（动力大于阻力），但却省距离。

（3）等臂杠杆：动力臂l1=阻力臂l2，则平衡时F1=F2，这种杠杆叫做等臂杠杆。使用这种杠杆既不省力，也不费力，即不省距离也不费距离。

既省力又省距离的杠杆时不存在的。

二、滑轮

1.滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。如图（1）所示。根据使用情况不同，滑轮可分为定滑轮和动滑轮。

2.定滑轮

（1）定义：工作时，中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。如图（2）所示。

（2）实质：是个等臂杠杆。（如图（3）所示）。

轴心O点固定不动为支点，其动力臂和阻力臂都等于圆的半径r，根据杠杆的平衡条件可知，因为重物匀速上升时不省力。

（3）特点：不省力，但可改变力的方向。

所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力（图中（3）中F1方向向下）能得到一个与该力方向不同的力（图中得到使重物G上升的力）。

（4）动力移动的距离与重物移动的距离相等。（如图（4）所示）

3.动滑轮

（1）定义：工作时，轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。（如图（5）所示）

（2）实质：是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。如图（6）所示，图中O可看作是一个能运动的支点，其动力臂l1=2r ，阻力臂l2=r，根据杠杆平衡条件：F1l1=F2l2，即F1·2r=F2·r，得出，当重物竖直匀速向上时，F2=G，则。

（3）特点：省一半力，但不能改变力的方向。

（4）动力移动的距离是重物移动距离的2倍，如图（7）所示。

4.滑轮组

（1）定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。

（2）特点：可以省力，也可以改变力的方向。使用滑轮组时，有几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即（条件：不计动滑轮、绳重和摩擦）。

注意：如果不忽略动滑轮的重量则：。

（3）动力移动的距离S和重物移动的距离h的关系是：使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子吊着物体，提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍，即S=nh。如下图（8）所示。（n表示承担物重绳子的段数）

（4）绳子端的速度与物体上升的速度关系：。

图（8）滑轮组

(4)滑轮组的组装：1）根据的关系，求出动滑轮上绳子的段数n；2）确定动滑轮的个数；3）根据施力方向的要求，确定定滑轮个数。确定定滑轮个数的原则是：一个动滑轮应配置一个定滑轮，当动滑轮上为偶数段绳子时，可减少一个定滑轮，但若要求改变力的作用方向时，则应在增加一个定滑轮。在确定了动、定滑轮个数后，绳子的连接应遵循“奇拴动、偶拴定”的规则，由内向外缠绕滑轮。

5.如图（9）所示，斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。

图（9）斜面

6.当斜面高度h一定时，斜面L越长，越省力（即F越小）；当斜面长L相同时，斜面高h越小，越省力（即F越小）；当斜面L越长，斜面高h越小时，越省力（即F越小）。

三、机械效率

１.有用功：对机械、活动有用的功。

公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总；斜面：W有用= Gh。

2.额外功：并非需要但又不得不做的功。

公式：W额= W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）；斜面： W额=fL。

3.总功：有用功加额外功或动力所做的功。

公式： W总=W有用＋W额=FS= W有用／η；斜面：W总= fL+Gh=FL。

4.机械效率：有用功跟总功的比值。机械效率计算公式：。 

5.滑轮组的机械效率（不计滑轮重以及摩擦时）

（1）滑轮组（竖直方向提升物体）：（G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离）。 

（2）滑轮组（水平方向拉动物体）：（f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自由端走的距离）。 

6.斜面的机械效率：(h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力)。

命题点一：力臂作图

例1.根据要求作图：如图所示，轻杆OB以O点为轴静止，请画出动力臂l1。

【答案】解：如图所示：

【方法点拨】先确定支点，画力的作用线（虚线），过支点作力的作用线的垂线段（虚线），最后标力臂。

命题点二：杠杆平衡条件的计算

例2.如图所示，小明正在做俯卧撑，把他的身体看作一个杠杆，O为支点，A为重心，他的体重为500N。地面对手的支持力F的力臂是　     　m，大小为　     　N。

【答案】1.5；300

【解析】力臂是支点到力的作用线的距离，由图得，地面对手的支持力F的力臂是

由杠杆平衡条件得 ，所以

例3.如图所示一轻质硬棒，AB=BC=CD，在 A点悬挂一个 60N的重物 G，C点在 F1作用下处于水平平衡，则硬棒的支点可能在杠杆上　     　（选填“A”、“B”、“C”或“D”）点，F1的大小为　     　N。若将重物拿走，在A点施加一个与F1平行且大小等于100N的力F2（图中虚线所示），使杠杆处于水平平衡，则F1大小为　     　N。

【答案】D；360；300

【解析】动力与阻力使杠杆的转动方向相反，一个是顺时针，则另一个为逆时针，若AC为支点，则杠杆无动力臂或阻力臂；若B为支点，则F1和G使杠杆转动的方向相同，若D为支点，F1和G使杠杆转动的方向相反，故硬棒的支点可能在杠杆上的D点。

根据数学关系可知，F1的力臂为CD的一半，即l1=0.5CD，根据杠杆平衡条件可得G×AD=F1×0.5CD，所以F1的大小为

若将重物拿走，在A点施加一个与F1平行且大小等于100N的力F2，此时F2的力臂为l2=0.5AD，杠杆处于水平平衡，根据杠杆平衡条件可得F2×0.5AD=F1×0.5CD，所以F1的大小为

命题点三：最小动力问题

例4.如图所示，分别用力F1、F2、F3使杠杆在同一位置保持平衡。已知F1竖直向上，F2与杠杆垂直，F3水平向右，关于这三个力的大小，下列说法中正确的是（　　）

A．沿F1方向的力最小 B．沿F2方向的力最小

C．沿F3方向的力最小 D．三个力的大小相等

【答案】B

【解析】如图所示：

阻力和阻力臂的乘积不变，三个方向施力，F2的力臂lOA最长，根据杠杆的平衡条件可知，F2用力最小。ACD不符合题意，B符合题意。

故答案为：B。

例5.如图所示，设作用在A端的力F始终与杆垂直，把挂有重物的杠杆从图示位置慢慢转动到水平位置的过程中，力F的大小将（　　） 

A．逐渐变小 B．先变小，后变大

C．逐渐变大 D．先变大，后变小

【答案】C

【解析】由题知，当慢慢提升重物时，重力（阻力）不变，阻力臂增大（水平时最大），动力臂不变，即：G不变、l1不变，l2增大，根据杠杆的平衡条件 可知，力F逐渐变大，ABD不符合题意，C符合题意。

故答案为：C。

【方法点拨】当F2l2为定值时，动力臂最大时，动力最小。即当杠杆为直杠杆时，动力垂直杠杆时力臂最大；当杠杆是弯曲的，支点与杠杆的端点连线力臂最大，只要动力与连线垂直，动力最小。

命题点四：杠杆的分类

例6.如图所示的工具中，在使用时与其它三种不是同一种类型的是（　　） 

A．取碗夹子 B．核桃夹子

C．羊角锤 D．修枝剪刀

【答案】A

【解析】】取碗夹子使用时，动力臂小于阻力臂，为费力杠杆；而羊角锤、核桃夹子、修枝剪刀使用时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故在使用时与其它三种不是同一种类型的是取碗夹子，A符合题意，BCD不符合题意。

故答案为：A。

命题点五：定滑轮、动滑轮和滑轮组

例7.如下图所示，一滑轮重10N，提起重物G=50N，当按（a）图使用时拉力F=　     　N；当按（b）图使用时拉力F=　     　N；当按（c）图使用时拉力F=　     　N。

【答案】50；30；20

【解析】a图为定滑轮，定滑轮不省力也不费力，所以拉力F为50N。

b图为用动滑轮提升重物，动滑轮可以省一半的力，因为在提升重物的同时好要考虑滑轮自身的重力，所以拉力F为30N。

c图为用滑轮组提升重物，由图可知，动滑轮上承受重物的绳子段数为n=3

根据公式

可得拉力为

例8.如图所示，滑轮组悬挂在水平钢架上，某工人站在水平地面上，竖直向下拉动绳子自由端，通过滑轮A和滑轮B使物体C匀速上升，关于人拉动绳子时的过程，下列分析正确的是（　　）

A．滑轮A相对子物体C在运动，所以A是动滑轮

B．滑轮B相对于物体C静止不动，B是定滑轮

C．滑轮A起到了改变人所施加的拉力方向的作用

D．滑轮B起到了改变人所施加的拉力方向的作用

【答案】C

【解析】AB．由图可知，滑轮A位置固定不变，滑轮B随重物一起移动，所以滑轮A为定滑轮，滑轮B为动滑轮，AB不符合题意；

CD．定滑轮使用时可以改变人所施加的拉力方向的作用，C符合题意，D不符合题意。

故答案为：C。

命题点六：机械效率

例9.利用如图所示的斜面移动物体可以省力。斜面长1m，高0.2m，现用平行于斜面的拉力，将重为10N的物体从斜面底端匀速拉上斜面顶端，此时斜面的机械效率为80%，则拉力大小为　     　N，在此过程中，物体受到的摩擦力为　     　N。

【答案】2.5；0.5

【解析】拉力做的有用功

由 得，拉力做的总功

根据 可得，拉力大小

由 得，所以拉力做的额外功

由 得摩擦力

例10.如图，小明用100N的拉力将重为180N的物体匀速提升2m，此过程中有用功为　     　J，额外功为　     　J，滑轮组的机械效率为　     　。

【答案】360；40；90%

【解析】滑轮组提升重物时所做的有用功

由图知有2段绳子拉着物体，绳子自由端移动的距离

拉力所做的总功

则额外功

滑轮组的机械效率

例11.如图所示，在拉力F=100N的作用下，把一个重物体以0.1m/s的速度沿水平地面向右匀速直线运动10s，已知水平面对重物的支持力为2000N，滑轮组的机械效率为80%，则水平面对重物的支持力做功为　     　J；拉力F做功的功率为　     　W，重物与地面间的滑动摩擦力为　     　N。

【答案】0；30；240

【解析】物体在水平面上，支持力的方向竖直向上，物体沿水平方向前进，所以，在支持力的方向上没有移动距离，故支持力不做功，即

由 知道，物体移动的距离 ，由图知道，n=3，绳子自由端移动的距离s=nh=3×1m=3m，拉力做的总功W总=Fs=100N×3m=300J，由 知道，拉力F做功的功率

由 知道，拉力做的有用功 ，由W有=fs物知道，物体与地面间的滑动摩擦力

一、选择题

1．同学们在劳动课上修剪树枝，应选用以下的哪种剪刀最合适（　　）

A． B．

C． D．

2．下列关于机械效率的说法错误的是（　　） 

A．总功一定，有用功越多，机械效率越高

B．相同的时间内，机械效率高的机械做的功多

C．当额外功一定时，有用功越多，机械效率越高

D．当有用功一定时，额外功越少，机械效率越高

3．人在做俯卧撑时可视为一个杠杆。如图所示，人在用力起身时，下列能正确表示该杠杆的支点、动力和阻力的示意图的是（　　）

A． B．

C． D．

4．用如图所示的简单机械，使重量同为G的物体都处于静止状态，图中滑轮相同、轻质杠杆也相同且都不计摩擦，A点为杠杆的正中点，这四种情况下用力最小的是（　　）

A．F1 B．F2 C．F3 D．F4

5．如图所示，重力G=700N的水平木板在滑轮组的作用下保持静止．三个滑轮等大、光滑，质量均忽略不计．所有细绳的重力均不计，天花板间的固定点分别叫做A、B、C，与木板间的固定点分别叫做D、E；各条细绳中不与滑轮接触的部分均竖直．则B点处的细绳对天花板的拉力大小为（　　）

A．100N B．140N C．300N D．350N

6．如图所示，当物体A、B的重分别为20N、10N时，物体A恰好在水平面上向右做匀速直线运动，滑轮和绳子的重忽略不计。则绳子对物体A的拉力是（　　）

A．5N B．10N C．20N D．30N

7．工人用大小为400N的拉力F 提升重为600N的物体，如图所示，在12s内绳子自由端被匀速直线拉下6m。下列说法正确的是（　　）

①所做的有用功是1200J

②滑轮组的机械效率为75%

③拉力 F 的功率是200W

④若提升物体的重力变大，滑轮组的机械效率不变

A．只有①和④ B．只有②和③ C．只有①和② D．只有③和④

二、填空题

8．如图是一段盘山公路，之所以要把上山的公路修成这般模样，是因为盘山公路相当于简单机械中的　     　，使用它可以　     　，它　     　（能、不能）省功。

9．如图所示，人的前臂可以看成是以肘关节为支点的杠杆，当手托物件曲肘时，胳膊上的肱二头肌会对前臂施加一个动力，物件对前臂施加一个阻力。

（1）前臂属于　     　杠杆，这种结构的好处是　     　；

（2）假设阻力臂L2的长度为 25cm，铅球的重力为 30N，动力臂的长为 5cm，则肱二头肌对前臂拉力为　     　N。

10．如图所示的杠杆（自重和摩擦不计），O为支点，A处挂一重为200N的物体G，为保证杠杆在水平位置平衡，在中点B处沿　     　（选填“F1”“F2”或“F3”）方向施加一个最小的力为　     　N。

11．如图是使用手机和自拍杆自拍时的示意图，自拍杆可以看作是一个　     　（选填“省力”或“费力”）杠杆（O为支点）。已知自拍杆长1m（质量忽略不计），手机对杆竖直向下的作用力F2 = 3N，图中L1 = 10cm，L2 = 80cm，则手垂直于杆的动力F1 = 　     　N。拍摄需要伸长自拍杆时，若保持F1的作用点、方向及支点位置不变，则F1大小将　     　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

12．用如图所示的两种方式匀速提起同一重物A（不计滑轮重及摩擦），则用力的大小F1　     　F2（选填“大于”“等于”或“小于”）；图（b）的滑轮可以看作是　     　（“省力”“等臂”或“费力”）杠杆。

13．如图所示，某人利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为600N的物体，拉力F的大小为75N。若物体与地面之间的摩擦力为90N，则滑轮组的机械效率为　     　。

14．如图所示，小军沿着斜面用500N的拉力，将重为800N的物体从底端匀速拉上斜面顶端，物体沿斜面方向移动的距离s为3m，上升的高度h为1.5m，在这一过程中，拉力做的功是　     　J，斜面的机械效率是　     　，物体受到的摩擦力为　     　N。

三、计算题

15．在九年级物理拓展课上，小梅同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料，若她用150N的拉力将360N的物体匀速提升了10m（不计绳重和摩擦）。求：

（1）拉力所做的功；

（2）提升360N的物体时，此滑轮组的机械效率是多少；

（3）若提升的物体重力为510N，求出此时的拉力。

16．如图所示，动滑轮重10N，在50N的拉力F作用下，滑轮组拉着重100N的物体A在水平面上以0.1m/s的速度运动10s（忽略绳重和滑轮间的摩擦），求：

（1）拉力F对物体A做的有用功；

（2）拉力F做功的总功率；

（3）该滑轮组的机械效率。