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2025年中考物理一轮复习讲练测课件专题13 简单机械(含答案)
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二、考情分析《简单机械》是力学的重点内容,也是必考内容。本单元考题在中考试卷中所占分值一般在2-6分之间。对本单元的考查,从出现概率看,主要有:杠杆及其应用、杠杆作图、探究杠杆的平衡条件、滑轮组的应用与计算、滑轮与滑轮组、斜面等。
二、对杠杆五要素的理解
(2)画杠杆的力臂时需要注意的事项①力臂是支点到力的作用线的距离,是支点到力的作用线的垂线段,不能把力的作用点到支点的距离作为力臂,不要出现如图所示的错误。
(2)画杠杆的力臂时需要注意的事项②如图所示,当表示力的线段比较短时,过支点无法直接作出垂线段,可将力的作用线延长,然后过支点作延长线的垂线段,即为力臂。注意延长部分要用虚线表示,相当于数学作图中的辅助线。
1.实验探究:杠杆的平衡条件
【实验目的】(1)知道什么是杠杆的平衡;(2)通过实验得出杠杆的平衡条件;(3)体验利用归纳法得出杠杆平衡条件的过程
【提出问题】在学习二力平衡时,如果作用在物体上的几个力相互平衡,物体就处于平衡状态。因为杠杆会转动,所以杠杆在动力和阻力作用下静止时,与二力平衡的情况是不同的,杠杆平衡不仅与力的大小有关,还可能与力的作用位置有关
【猜想与假设】一般情况下,当杠杆静止或匀速转动时,我们就说此时杠杆处于平衡状态,对杠杆处于平衡状态时,动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在的关系,我们可作出如下猜想:A.动力+动力臂=阻力+阻力臂 B.动力-动力臂=阻力-阻力臂
C. D.动力×动力臂=阻力×阻力臂
【设计实验】杠杆是否平衡是由动力、阻力、动力僻和阻力臂共同决定的。为了探究其平衡条件,可以在杠杆处于静止状态时,分别测出动力F₁、阻力F₂、动力臂l1和阻力臂l₂,然后经过大量数据的对比、分析、归纳得出杠杆的平衡条件
【实验步骤】(1)调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时,在水平位置保持平衡;(2)在支点两侧挂上不同数量的钩码,移动钩码的位置,使杠杆再一次在水平位置平衡,如图所示。这时杠杆两侧受到的作用力分别等于两侧钩码所受的重力,力臂为悬挂点到支点的距离;(3)设右侧钩码对杠杆施加的力为动力F₁,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力F₂,测出杠杆平衡时的动力臂l₁和阻力臂l₂,把F₁、F₂、l₁、l₂的数值填入表格中。
(4)改变钩码个数和位置,多做几次实验(避免偶然性),将实验得到的数据填入表格中
【实验结论】分析实验数据,发现每次杠杆平衡时,动力与动力臂的乘积总是等于阻力与阻力臂的乘积,即动力×动力臂=阻力×阻力臂,或F₁l₁=F₂l₂
动力×动力臂=阻力×阻力臂。用字母表示:F₁l₁=F₂l₂;变形式:
杠杆的分类:根据动力臂与阻力臂的关系,可将杠杆分为三类——省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆。不同的杠杆可以满足人们不同的需求。
3.杠杆平衡条件的应用
考向01 杠杆、杠杆五要素与杠杆作图
(1)支点是杠杆绕固定点转动的点,所以判断支点位置关键是看杠杆绕着哪个点转动;(2)力臂作图(画力臂的方法):1)找到支点,确定力的作用点和方向;2)作出力的作用线;3)从支点向力的作用线作垂线段;4)标出力臂。(3)最小力作图:找最长动力臂的方法:根据杠杆平衡条件画出最小力的实质是寻找最长力臂。1)如果动力作用点已经给出,则支点到动力作用点的距离就是可作出的最长的动力臂;2)如果动力作用点没有确定,则选择杠杆上离支点最远的点作为动力作用点,支点到动力作用点的距离即为可作出的最长的动力臂。
【例1】如图所示,开瓶器开启瓶盖时,可看作是( )。A.以A为支点的费力杠杆B.以A为支点的省力杠杆C.以B为支点的费力杠杆D.以B为支点的省力杠杆
【变式1-1】请在图中画出使杠杆ABC保持平衡的最小动力F1及其力臂l1的示意图。
【变式1-2】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。
最小动力也就是最长力臂
考向02 杠杆平衡条件
探究杠杆平衡条件考向:(1)试验前杠杆不平衡应如何调节:调节两端平衡螺母;(2)横梁不在水平位置,左端翘起:平衡螺母左移;(3)杠杆的支点在中间位置目的:为了消除杠杆自重影响;(4)两侧挂上钩码后判断是否平衡:根据平衡条件判断;(5)力或力臂的计算:根据杠杆平衡条件进行计算;(6)让杠杆处于静止状态:方便进行实验。
【例2】如图是小李和小王利用刻度均匀的轻质杠杆探究“杠杆的平衡条件”实验。(1)实验前没挂钩码时,杠杆静止的位置如图甲所示,此时应将螺母向_____调节,使杠杆在水平位置平衡;(2)杠杆平衡后,小李在左右两侧分别挂上钩码,如图乙所示,松手后杠杆的______端会下沉;(3)接着,小李和小王又分别设计了两种实验方案,小李的方案如图丙所示,小王的方案如图丁所示。你认为______的实验方案更好,请说明你的理由______;(4)实验中小王发现:如果在杠杆的O点用弹簧测力计施加一个向上的力,这个力在探究实验时是否影响到杠杆的平衡?请说明理由______。
图丙中弹簧测力计的力与力臂垂直,力臂在杠杆上便于测量
杠杆在O点施加一个向上的力,这个力过杠杆的支点,力臂为零,这个力在探究杠杆平衡时不会影响到杠杆的平衡
【变式2-1】在“探究杠杆平衡条件”实验中:(1)如图甲所示,应调节杠杆两端的___________,使杠杆在水平位置平衡。(2)如图乙所示,在A点悬挂4个钩码,在B点用弹簧测力计竖直向下拉杠杆,使杠杆再次水平平衡,此时测力计示数为_______N。(3)如图丙所示,在杠杆左边C点挂3个钩码,要使杠杆再次水平平衡,应在杠杆右边D点挂____个钩码。(实验中所用钩码均相同)
【变式2-2】在:“探究杠杆平衡条件”的实验中:(1)为方便测量力臂,实验前应先调节杠杆两端的平衡螺母,使之在______位置平衡;(2)如图-1,此时杠杆处于平衡状态,如果在杠杆两端各挂一个相同的钩码,杠杆将 (选填“保持平衡”“顺时针转动”或“逆时针转动”);(3)如图-2是一个加宽的杠杆装置,此时杠杆处于平衡状态。若只将左侧的钩码改挂到A点正上方的B点,力臂是线段______(选填“OA”“OB”或“AB”),此时杠杆______(选填“仍能”或“不能”)保持平衡。
考向03 杠杆平衡条件的应用
利用杠杆平衡条件解决实际问题的步骤:(1)转化:分析受力情况,找出支点,然后找出动力和阻力、动力臂和阻力臂,将实际物体转化成杠杆模型;(2)标量:画出杠杆模型示意图,在图中标明动力、阻力、动力臂、阻力臂;(3)计算:根据已知条件,利用杠杆平衡条件分析求解。
【例3】如图甲所示,AB为轻质杠杆,AC为轻质硬棒且与力传感器相连,图乙是物体M从A点开始向右匀速运动过程中力传感器读数大小与时间的关系图像,则物体M的质量大小为________g;已知OA的长度为30cm,OB足够长,AC能承受的最大弹力大小为15N,若要杆不断,物体从A点开始运动时间最长为___________s(g=10N/kg)。
【变式3-1】“节约用水,人人有责”,应养成随手关闭水龙头的好习惯。水龙头手柄可视为如图所示杠杆,O为支点,F为阻力,分别用力沿a、b、c、d方向关闭水龙头,其中用力最小的是( )。A.A B.B C.C D.d
【变式3-2】杆秤是人类发明的各种衡器中历史最悠久的一种,映射出中国古代劳动人民的聪明才智。如图是杆秤的示意图,秤钩上不挂物体,提起秤纽,当秤砣移动到C点时,杆秤刚好水平平衡,C点就是杆秤的________,杆秤上的刻度是________(选填“均匀”或“不均匀”)的。某标准杆秤的秤砣质量为1kg,秤和秤钩的总质量为0.5kg,O点为提纽悬点,OC=4cm,OD=10cm,要称量真实质量为2.0kg的物体,则秤砣离O点___________cm。如因长期使用,秤砣磨损,质量变为0.8kg,再测真实质量2.0kg的物体时,称出来的质量为___________kg。
考向04 杠杆的分类
判断杠杆种类的方法:(1)通过动力臂和阻力臂的大小关系判断:对于较复杂的杠杆,可先在图上找到动力臂和阻力臂,然后比较力臂的大小关系;(2)从应用目的上进行判断:省力杠杆一般在阻力很大的情况下使用,以达到省力的目的,而费力杠杆在阻力不大的情况下使用,目的是省距离。
【例4】如图是常用的一些工具,它给我们带来了很多便利。其中属于费力杠杆的是( )。 A.核桃夹 B.食品夹 C.园艺剪刀 D.天平
【变式4-1】学校举行升旗仪式时,旗杆上端的滑轮相当于一个杠杆,下列工具和它是同一类的是( )。 A.钓鱼竿 B.开瓶器 C.天平 D.镊子
【变式4-2】如图所示,一块厚度、密度均匀的长方形玻璃板平放在水平地面上,分别用竖直向上的拉力F甲、F乙拉在长短不同的两端的中央位置,使该端抬离地面,下列说法正确的是( )。A.F甲>F乙,因为甲方法的动力臂短B.F甲
费力杠杆是动力臂小于阻力臂
旗杆上的杠杆属于等臂杠杆
先确定两图支点,再确定动力臂和阻力臂
1.定滑轮和动滑轮的实质
2.几种常见情况中的等量关系(图中物体均做匀速直线运动,忽略绳重及摩擦)
1.滑轮组:定滑轮和动滑轮组合在一起的装置。使用滑轮组既可以省力,又可以改变力的方向,但要费距离。
2.确定承担物重绳子段数n的方法:在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线,将它们隔离开,只计算绕在动滑轮上的绳子段数,在图甲中,有两段绳子吊着动滑轮,n=2,图乙中有三段绳子吊着动滑轮,n=3。
3.省力情况:使用滑轮组时,不计绳重及摩擦,则滑轮组用几段绳子提起物体,提起物体所用的力就是物重和动滑轮重的几分之一,即动力F=(G物+G动)/n,若再忽略动滑轮重,则F=G物/n,其中n为承担物重的绳子段数。
4.费距离情况:用滑轮组提升物体时,虽然省了力,但是费距离,滑轮组用几段绳子提起物体,绳子自由端移动的距离就是物体升高距离的几倍。设物体升高的距离为h,则绳子自由端移动的距离为s=nh(n表示该担物重的绳子段数)。
5.滑轮组的组装(1)确定绳子的段数:根据省力情况,用n=G/F来求,或根据移动距离的关系,用n=s/h来求。当n不是整数时,要采用只入不舍的“进一法”处理小数位。(2)滑轮组的绕绳方法:滑轮组绕绳采用“奇动偶定”的原则.即当承重绳子的段数为奇数时,绳子的固定端在动滑轮上;当承重绳子的段数为偶数时,绳子的固定端在定滑轮上。
1.轮轴(1)轮轴:由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械。通常把大轮叫轮,小轮叫轴。使用轮轴能省力,还能改变力的方向(如图所示)。(2)轮轴的实质:轮轴相当于一个可连续转动的杠杆,支点在轮轴的轴线上,如图所示。
1.轮轴(3)轮轴的平衡公式:F₁R=F₂r 或F1/F2=r/R。即轮半径为轴半径的几倍,作用在轮上的力就为作用在轴上的力的几分之一。(4)轮轴的特点:当动力作用在轮上,阻力作用在轴上时,因l₁> l₂,故F₁< F₂,此时使用轮轴省力,费距离;当动力作用在轴上,阻力作用在轮上时,因l₁< l₂,故 F₁> F₂,此时使用轮轴费力,但省距离。注意:不要错误地认为使用轮轴一定省力,关键要看动力是施加在轮上还是施加在轴上。
2.斜面(1)如图所示,向车上装重物时常用木板搭成斜面,把重物推上车。斜面是一种可以省力的简单机械,但费距离。(2)特点:如图所示,设斜面长度为l,高为h,重物重力为G,在理想情况下,不考虑斜面摩擦,即斜面是光滑的,则沿斜面向上的推力F=Gh/l(即斜面长是斜面高的几倍,推力就是物重的几分之一),因l>h,故F
判断滑轮类型的方法判断滑轮是定滑轮还是动滑轮,关键看它的轴是否和被拉物体一起移动,若一起移动,则滑轮为动滑轮;若不一起移动,则为定滑轮。另外,定滑轮常常会固定在其他不动的物体上,我们也可依据这一特点来判断滑轮是否为定滑轮。
【例1】关于动滑轮和定滑轮的特点,下列结论正确的是( )。A.动滑轮不能改变施力方向B.定滑轮不能改变施力方向C.动滑轮不能省力D.定滑轮能省一半力
【变式1-1】如图,甲、乙实验可以得出“定滑轮不能省力”这一结论。小敏想通过一次实验既得出结论,又能直接显示出钩码的重力大小,于是在左侧加上一个相同的弹簧测力计(弹簧测力计重力不能忽略、绳和滑轮之间摩擦不计)。下列四套装置中能实现的是( )。
【变式1-2】如图所示,小明在“探究动滑轮工作特点”的实验中,滑轮第一次受到F1的作用,第二次受到竖直向上F2的作用,物体都被匀速向上提起。已知物体重力为G物。若不计摩擦和绳重,则下列说法正确的是( )。A.该实验中,需要测量的物理量只有物重G物和测力计示数F;B.F2=(1/2)G物;C.F1的力臂为OA;D.F1
1.应考虑弹簧测力计的准确使用;
2.应考虑实验验证的目的
根据图中标注及杠杆平衡条件即可求得
考向02 滑轮组及其绕绳方式
【例2】如图所示,要求通过滑轮组用最小的力提升重物,请用笔画线组装滑轮组。
【变式2-1】如图所示,小宝同学想把被台风刮倒的甲树拉正,他把绳子的一端系在乙树上,然后绕过甲树用力拉绳子,这样做有______段绳子拉甲树。如果不计绳重和摩擦,甲树受到300牛拉力,则小宝对绳子的拉力为______牛,乙树受到的拉力为______牛。
【变式2-2】用如图所示的滑轮组匀速提起重1000N的物体,每个滑轮重100N,拉力F为______N;如果要用275N的拉力提升同一个重物,滑轮组承担重物的绳子的段数应为______段。(不计摩擦和绳重)
作用在甲树上的绳子有两根
考向03 滑轮组的计算
(1)理想状态下滑轮组的计算:在理想状态下滑轮组的计算中,不需要考虑绳重、动滑轮重及摩擦,可以直接使用F=G/n,s=nh,v绳=nv物进行相关计算。(2)非理想状态下滑轮组的计算:在非理想状态下,需要考虑动滑轮自重,计算拉力的大小时要使用F=(G物+G动)/n,但s=nh,v绳=nv物进行还可以继续使用。(3)水平方向滑轮组的计算:使用滑轮组水平拉动物体时,理想状态下滑轮组用几段绳子拉着动滑轮,拉力就是物体所受摩擦力的几分之一,即F拉=(1/n)f。物体移动的距离与绳子自由端移动距离的关系为s绳=ns物,速度关系为v绳=nv物。(4)反向滑轮组的受力分析:较复杂的滑轮组,常常不能直接用滑轮组公式进行分析、求解,故需要用受力分析法求解滑轮组中力的大小。此时,一般以滑轮或物体为研究对象,沿竖直方向或水平方向进行受力分析,根据物体受力平衡的条件进行求解,如图所示。
【例3】如图所示,质量为960kg、底面积为0.5m2的石材A放在水平地面上,利用滑轮组水平拉动A,使其在20s的时间内匀速向墙靠近了4m,水平拉力F=500N,不计绳、滑轮组的质量以及绳与滑轮组之间的摩擦,g取10N/kg。求:(1)物体A的重力;(2)物体A的移动速度;(3)物体A对水平地面的压强。
【变式3-1】如图所示,物体A重90N,沿水平方向匀速拉动物体前进时,若物体A与地面间摩擦力f=30N,不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦。则绳子端的拉力F是______N,当绳子自由端向左移动3米时,物体A向左移动______m。如果增大拉力F使物体加速运动,则物体A与地面间摩擦力_______(变大、变小、不变)。
【变式3-2】用如图所示滑轮组匀速提升重为500N的物体,对绳的拉力为300N,不计绳重和摩擦,求:(1)动滑轮重力;(2)已知人的体重为 600N,拉动过程中绳始终未断裂,他用此滑轮组能提升的最大物重是多少。
考向04 斜面与轮轴
【例4】用不同的机械将重量相同的物体提升到相同的高度处,力F最小的是(机械自重及摩擦均不计)( )。
【变式4-1】如图,重为G的物体在不同简单机械中均处于平衡状态(不计机械自重和摩擦),拉力F1、F2、F3的的大小关系是( )。A.F3<F1<F2 B.F2=F3<F1C.F2<F3=F1 D.F2<F1<F3
【变式4-2】如图所示,在斜面上将一个物块匀速拉到高处,斜面长1.2m,高0.3m。(1)沿斜面向上的拉力为10N,物块沿着斜面以10cm/s的速度向上匀速运动,若斜面的机械效率是60%,则物块的重力为___________N; 拉力的功率是___________W;(2)如果人手直接把该物块沿斜面的高提升0.3m,则人手做的功是___________J,假设该斜面绝对光滑,则拉力F应为___________N。
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