第12章 简单机械（高频考点精讲）-最新中考物理一轮复习高频考点精讲与易错题精练（全国通用）

这是一份第12章 简单机械（高频考点精讲）-最新中考物理一轮复习高频考点精讲与易错题精练（全国通用），文件包含第12章简单机械高频考点精讲原卷版-2023年中考物理一轮复习高频考点精讲与易错题精选全国通用docx、第12章简单机械高频考点精讲解析版-2023年中考物理一轮复习高频考点精讲与易错题精选全国通用docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共44页， 欢迎下载使用。
1.“网络式”复习法：即采用章、节、标题、要点四个层次对教材进行梳理；
2.提高“回头率”：为了防止遗忘，就要采用提高“回头率”的`方法，即看完一节、一章、一部分之后，再回头扫视一遍，这样知识得到了系统的巩固，效果很好；
3.“空想法”：所谓空想法就是不看课本回想看过的内容;或看课本的大纲填充细节；
4.树形图：选出一本较有代表性的参考书，通读全书后，理出该领域研究的主要线索。
5.梳理错题法：把综合复习阶段做过的所有习题重新浏览一遍；
6.“齐头并进”法：在复习过程中，由于要复习的学科多，所以必须合理安排时间。
第12章 简单机械（高频考点精讲）
考点01 杠杆
【高频考点精讲】
一、杠杆
1、定义：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点O转动，这根硬棒就是杠杆。说明：杠杆可直可曲，形状任意。
2、杠杆五要素
（1）支点：杠杆可以绕其转动的点，用字母O表示。
（2）动力：使杠杆转动的力，用字母表示。
（3）阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母表示。
（4）动力臂：从支点O到动力作用线的距离，用字母表示。
（5）阻力臂：从支点O到阻力作用线的距离，用字母表示。
二、杠杆的平衡条件
1、杠杆平衡：杠杆静止不动或匀速转动都叫做杠杆的平衡状态。
注意：实验室中探究杠杆平衡条件是杠杆在水平位置平衡，但在实际生活中，水平位置平衡不多，在许多情况下，杠杆受到平衡力作用时倾斜静止，所以杠杆不论处于什么状态下的静止，都可以理解成平衡状态。
2、平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，。
二、杠杆的分类及实际应用
1、省力杠杆：动力臂大于阻力臂，省力费距离。实际应用：羊角锤撬钉子、剪树枝的剪刀、瓶起子、核桃夹等。
2、费力杠杆：动力臂小于阻力臂，费力省距离。实际应用：人的前臂、钓鱼竿、食品夹、筷子、镊子等。
3、等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，不省力不费力，不省距离不费距离。实际应用：天平等。
【热点题型精练】
1．“垃圾分类，人人有责。”如图所示，带盖的垃圾桶能有效防止易腐垃圾的异味散出，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中垃圾桶盖ABC为一个费力杠杆
B．图甲中脚踏部分DEF为一个费力杠杆
C．图乙中垃圾桶盖费力但省距离
D．图丙中垃圾桶盖省力且省距离
解：
A、图甲中垃圾桶盖ABC，在掀起时支点为C，阻力作用在盖中心，动力作用在B，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故A正确；
B、图甲中脚踏部分DEF，在脚踏时支点为E，阻力作用在D，动力作用在F，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B错误；
C、图乙中的垃圾桶盖，在使用时，支点在中间，阻力、动力作用在两边的中间，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，不省力也不省距离，故C错误；
D、图丙中垃圾桶盖，在掀起时，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，省力但费距离，故D错误。
答案：A。
2．如图所示，小明在按压式订书机的N点施加压力，将订书针钉入M点下方的纸张中，下列图能正确表示他使用该订书机时的杠杆示意图是（ ）
A． B． C． D．
解：
据图可知，当按压订书机时，其会绕着订书机左边的固定点O转动，即O为支点；
所按压的N点为动力F1作用点，F1的方向向下，支点O到动力F1作用线的距离为L1；而装订的物体对订书机有一个向上的阻力F2，M点就是阻力F2作用点，支点O到阻力作用线F2的距离为阻力臂L2。
综上所述，A图正确。
答案：A。
3．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＜F乙，因为乙方法的动力臂长
C．F甲＞F乙，因为乙方法的阻力臂短
D．F甲＝F乙，因为动力臂都是阻力臂的2倍
解：两次抬起玻璃板时的情况如图所示：
在上述两种情况下，动力克服的都是玻璃板的重力，对于形状规则质地均匀的物体，其重心都在其几何中心上，所以两图中动力臂都是阻力臂的2倍。
因为FL动＝GL阻，所以，F=GL阻L动=12G，
所以，前后两次所用的力相同，即F甲＝F乙，故ABC都错误，D正确；
答案：D。
4．一均匀木板AB，B端固定在墙壁的转轴上，木板可在竖直面内转动，木板下垫了块C，恰好使木板水平放置，如图所示，现在水平力F将C由A向B匀速推动过程中，推力F将（ ）
A．大小不变B．逐渐增大
C．先增大后减小D．先减小后增大
解：杆受重力G和C对它的支持力FN，由力矩平衡条件知G•12l＝FN•L．在C逐渐向右推移的过程中，支持力FN对轴B的力臂L逐渐减小，则FN逐渐增大。由此可知，C和木板间、C和地面间的摩擦力逐渐增大，由平衡条件知，水平推力F也逐渐增大。
答案：B。
5．如图，甲为厦漳跨海大桥的实景图，该桥可逐步抽象成乙、丙、丁所示的模型。下列说法正确的是（ ）
A．桥上无车时，桥塔增高，钢索承受的拉力不变
B．桥上无车时，桥塔增高，钢索承受的拉力变小
C．桥上有车时，车靠近桥塔，钢索受到的拉力不变
D．桥上有车时，车靠近桥塔，钢索受到的拉力变大
解：（1）由图可知，桥上无车时，若增加塔桥的高度，增加了支点到钢索的垂直距离，即增大了动力臂，由F1=F2L2L1可知，在阻力和阻力臂不变的情况下，动力臂越大，动力越小，桥对钢索的拉力就越小，即钢索承受的拉力变小，故A错误、B正确；
（2）桥上有车时，位置越靠近桥塔，阻力臂越小，由杠杆平衡条件可知，当阻力和动力臂不变的情况下，钢索受到的拉力越小，故CD错误。
答案：B。
6．如图所示，将同种材料制成的实心物体甲、乙用细绳分别挂在轻质杠杆AB的两端，杠杆在水平位置平衡。已知：G甲＝150N，G乙＝30N，AO：OB＝1：3，甲物体与水平地面的接触面积为0.2m2，不计绳重。下列说法正确的是（ ）
A．乙物体对杠杆的拉力为10N
B．甲、乙两物体质量之比为4：1
C．水平地面对甲物体的支持力为60N
D．甲物体对水平地面的压强为750Pa
解：A、假设甲物体对杠杆A端绳子向下的拉力为FA，力臂是AO，而乙物体对杠杆B端向下的拉力FB＝G乙＝30N，故A错误；
B、根据ρ=mV可知，用同种材料制成的实心物体甲、乙，它们的体积与质量成正比，即V甲：V乙＝m甲：m乙＝G甲：G乙＝150N：30N＝5：1，故B错误；
C、根据杠杆的平衡条件可知，FA•AO＝G乙•OB，则有：FA=OBAOG乙=31×30N＝90N，则绳子对甲物体的拉力FA′＝FA＝90N，对甲物体受力分析可知，甲物体受到三个力的作用，分别是：重力G甲＝150N，地面对甲物体的支持力F支，甲物体在三个力的作用下保持平衡，即：F支+FA′＝G甲；
则有F支＝G甲﹣FA′＝150N﹣90N＝60N，故C正确；
D、甲物体对地面的压力与地面对甲物体的支持力是一对相互作用力，所以甲物体对地面的压力F压＝F支＝60N；
甲物体对地面的压强：p=F压S=60N0.2m2=300Pa，故D错误。
答案：C。
7．如图甲是分流人群的伸缩隔离柱，圆盘形底座质量分布均匀，直径30cm，正中有一立柱杆身，顶端伸缩头中有可收缩的布带，内部有弹性装置固定，松手后布带会自动收回伸缩头中。其模型结构如图乙，A为伸缩头固定装置，B为杆身和底座连接处（杆身直径、布带宽度、底座厚度均不计，除底座外其余部件的质量都不计），AB长75cm，底座标配质量为4.5kg，图甲中布带向右拉出时，可将隔离柱整体看作 杠杆 （选填简单机械名称），隔离柱受到拉力的力臂l＝ 75 cm，在使用“标配底座”时，布带可承受的最大拉力为 9 N（g取10N/kg）。
解：隔离柱整体看成是一根杠杆，则底座的右端是支点，过支点作拉力作用线的垂线段，即拉力的力臂L，如下图所示：
由图知，以底盘右侧点为支点，则：l＝AB＝75cm
在使用“标配底座”时，隔离柱整体的重力：G＝mg＝4.5kg×10N/kg＝45N；
圆盘的半径为12×30cm＝15cm，所以重力力臂l′＝15cm；
根据杠杆平衡条件可得：Fl＝Gl′，
所以，F=Gl′l=45N×15cm75cm=9N。
答案：杠杆；75；9。
8．如图，AB为能绕B点转动的轻质杠杆，中点C处用细线悬挂一重物，在A端施加一个竖直向上的拉力F，使杠杆在水平位置保持平衡，若保持拉力方向与AB垂直，将A端缓慢向上提升一小段距离，在提升的过程中，拉力F的大小将会 变小 。（选填“变大”“不变”或“变小”）
解：
将A端缓慢向上提升一小段距离，示意图如图所示：
由题知，拉力F的方向始终与AB垂直，所以拉力的力臂等于杠杆长AB，即动力臂保持不变，
重物对杠杆的拉力（阻力）大小保持不变，
杠杆提起前，阻力臂为BC，提起后，阻力臂为BE，所以提起的过程中阻力臂减小，
根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2可知，阻力和动力臂不变时，阻力臂减小，所以动力F也减小。
答案：变小。
9．如图所示，用固定在墙上的三角支架ABC放置空调室外机。如果A处螺钉松脱，则支架会绕 C 点倾翻。已知AB长40cm，AC长30cm。室外机的重力为300N，正好处在AB中点处，则A处螺钉的水平拉力为 200 N（支架重力不计）。为了安全，室外机的位置应尽量 靠近 （选填“靠近”或“远离”）墙壁。
解：
（1）用固定在墙上的三角支架ABC放置空调室外机。如果A处螺钉松脱，则支架会绕C点倾翻；
（2）C点是支点，空调受到重力而作用在支架上的力是阻力，由杠杆平衡条件可知：F×AC＝G×12AB；
A处螺钉的水平拉力为：
F=AB2AC×G﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①。
代入已知量得：
F=40cm2×30cm×300N＝200N；
为了安全，即减小水平拉力F；由①知，在AC、G不变的前提下，要减小AB，故室外机的位置应尽量靠近墙壁。
答案：C；200；靠近。
10．轻质杠杆OABC能够绕O点转动，已知OA＝BC＝20cm，AB＝30cm，在B点用细线悬挂重为100N的物体G，为了使杠杆在如图所示的位置平衡，请在杠杆上作出所施加最小动力示意图，并标出力的大小。（不要求写出计算过程）。
解：根据杠杆的平衡条件，要使力最小，则动力臂应最长，即连接OC为最长的力臂，力的方向与OC垂直且向上，
根据勾股定理和全等三角形定理可得，动力臂OC＝50cm，
故根据杠杆平衡条件可得：F1×OC＝G×OA，
代入数值可得：F1×50cm＝100N×20cm，
解得F1＝40N，
过C点作出最小动力，如图所示：
11．如图甲为小明家一搬花神器，用它抬起花盆，相当于一个绕O点转动的杠杆，简化示意图如图乙，神器自身质量约为7kg，O到其自身重力作用线距离约为55cm。使用时，在把手A处施加力F1，O到F1作用线距离约为110cm。（g＝10N/kg）
（1）不放花盆，抬起神器至少需要多大力？
（2）某次搬花，花与盆总质量为80kg，重心在B点，花盆对神器的压力为F2，O到F2作用线距离约为33cm，花盆被抬起高度约为10cm。
①克服花与盆重力做了多少功？
②放入这盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加多少力？
解：（1）神器的重力：G＝mg＝7kg×10N/kg＝70N，
由杠杆平衡条件可知F1L1＝GL2，则不放花盆，抬起神器至少需要F1=GL1L2=70N×55cm110cm=35N；
（2）花与盆的总重力：G′＝m′g＝80kg×10N/kg＝800N，
①克服花与盆重力做功：W＝G′h＝800N×10×10﹣2m＝80J；
②花盆对神器的压力为F2等于花与盆的总重力，由杠杆平衡条件可知F1′L1＝F2L2′+GL2，则抬起神器至少需要：F1′=F2L2′+GL2L2=800N×33cm+70N×55cm110cm=275N，
放入这盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加：ΔF＝F1′﹣F1＝275N﹣35N＝240N。
答：（1）不放花盆，抬起神器至少需要35N的力；
（2）①克服花与盆重力做功80J；
②放入这盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加240N的力。
考点02 滑轮
【高频考点精讲】
一、定滑轮和动滑轮
（一）定滑轮
1、定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变。
2、特点
（1）如图1所示，定滑轮可以改变力的方向，但不省力。
（2）若物体移动的距离为h，则绳子自由端移动的距离s=h。
3、原理：等臂杠杆。如图2所示，动力臂=阻力臂= r，由杠杆平衡条件可知，。
（二）动滑轮
1、动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动。
2、特点
（1）省力，但不能改变力的方向。
（2）费距离，若物体移动的距离为h，则绳子自由端移动的距离s=2h。
3、原理：省力杠杆。如图3所示，=2，由杠杆平衡条件可知，。
二、滑轮组
1、定义：由定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组。
2、使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向。
3、规律总结
（1）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F＝，
若忽略滑轮重，则有F＝，其中n为承担物重的绳子段数。
（3）用滑轮组时，虽然省力，但是费距离，滑轮组用几段绳子吊着物体，绳子自由端移动的距离就是物体移动距离的几倍。设物体上升的高度为h，则绳子自由端移动的距离s＝n h，其中n为承担物重的绳子段数。
三、斜面
1、斜面是简单机械的一种，能够将物体以相对较小的力从低处提升至高处，但是提升物体的路径长度也会增加。
2、用F表示力，l表示斜面长，h表示斜面高，物重为G，不计阻力，根据功的原理可得Fl＝Gh，斜面倾角越小，斜面越长，则越省力，但费距离，例如盘山公路、螺丝钉上的螺纹等。
四、轮轴
1、定义：由轮和轴组成，能绕共同轴线旋转的简单机械叫做轮轴，例如汽车方向盘、旋转门把手等。
2、实质：轮轴相当于一个杠杆，轮和轴的中心O是支点，作用在轮上的力是动力F1，作用在轴上的力是阻力F2，轮的半径OA就是杠杆的动力臂l1，轴的半径OB就是杠杆的阻力臂l2。
3、特点：因为轮半径R大于轴半径r，即杠杆的动力臂大于阻力臂，所以作用在轮上的动力F1总小于作用在轴上的阻力F2，使用轮轴可省力，但是费距离。
4、公式：。
【热点题型精练】
12．实验室里有一些相同的长方体木块，同学们用相同的滑轮按照甲、乙、丙三种方式拉着木块在相同的水平面上做匀速直线运动，如图所示，不计滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦，所用拉力分别为F1、F2和F3，则（ ）
A．F1＞F2＝F3B．F2＜F1＜F3C．F2＞F1＝F3D．F1＜F3＜F2
解：不计滑轮和绳的重力以及绳与滑轮间的摩擦，
假设甲、乙图中物块与地面的摩擦力为f，则丙图中物块与地面的摩擦力为2f，
甲图中滑轮为定滑轮，不省力，F1＝f；
乙图中滑轮为动滑轮，但F2处作用在动滑轮上，费2倍的力，所以F2＝2f；
丙图中滑轮为动滑轮，省一半的力，则F3=12f′=12×2f=f；
故：F2＞F1＝F3；
答案：C。
13．如图所示，每个滑轮的重力相等，不计绳重和摩擦力，G1＝60N，G2＝38N，甲、乙两种情况下绳子在相等拉力F作用下静止。则每个动滑轮的重力为（ ）
A．3NB．6NC．11ND．22N
解：
由图知，使用滑轮组承担物重的绳子股数分别为：n1＝3，n2＝2，
每个滑轮的重力相等，设动滑轮的重力为G动，
不计绳重和摩擦力，则拉力分别为：F1=13（G1+G动），F2=12（G2+G动），
由题知F1＝F2，
所以13（G1+G动）=12（G2+G动），
即：13（60N+G动）=12（38N+G动），
解得动滑轮的重力：
G动＝6N。
答案：B。
14．把质量相等的A、B两物体挂在如图滑轮组下面，不计绳子、滑轮的重力和摩擦，放手后（ ）
A．A上升B．A下降C．A、B均静止D．无法判断
解：B所在的滑轮为动滑轮，动滑轮省一半的力，A所在的滑轮为定滑轮，定滑轮不省力；A与B质量相等，重力相等，将B拉起只需A重力的一半即可，所以A下降，B上升。
答案：B。
15．如图是小明家阳台上的手摇晾衣架，若衣服和晾衣架的总重为100N，不计滑轮重、绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．装置中的A和B都是动滑轮
B．衣服上升0.2m，人通过摇柄将绳拉过0.8m
C．利用该装置不能省力，但能改变力的方向
D．衣服匀速上升时，人通过摇柄作用在绳上的拉力F为20N
解：A．A滑轮的轴是固定不动的，是定滑轮，B滑轮的轴与物体一起运动，是动滑轮，故A错误；
B．由图可知，晾衣架有两个动滑轮，连接动滑轮绳子的股数n＝4，晾衣架上升0.2m，摇柄端绳子要下降S＝4h＝4×0.2m＝0.8m，故B正确；
C．由图可知，晾衣架右两个动滑轮，连接动滑轮绳子的股数n＝4，人对绳的拉力F=14G，拉力方向向下，可见，利用该装置既能省力，又能改变力的方向，故C错误；
D．由图可知，连接动滑轮绳子的股数n＝4，不计滑轮重绳重及摩擦，静止时绳的拉力：F=14G总=14×100N＝25N，故D错误。
答案：B。
16．如图所示，用挂在支架上的滑轮组匀速竖直向上提升物体M。拉力F＝300N，物体M上升速度v＝0.02m/s，每个滑轮重10N，忽略绳重、滑轮与轴的摩擦。下列说法正确的是（ ）
A．物体 M 受到的合力为 0
B．物体 M 的重力为 600N
C．绳自由端移动速度为 0.01m/s
D．支架所受拉力为 900N
解：由图可知，n＝2。
A、因为物体做匀速运动，因此物体M受到的合力为零；故A正确；
B、忽略绳重和轴摩擦，F=12（G物+G轮），即300=12（G物+10N），解得：G物＝590N，故B错误；
C、自由端移动的速度v＝2v′＝2×0.2/s＝0.4/s，故C错误；
D、天花板受到的拉力F拉＝3F+G定滑轮＝3×300N+10N＝910N，故D错误。
答案：A。
17．如图所示，在一水平地面上，木箱重400N，受到的摩擦力为200N，用力F拉动木箱使它匀速直线运动了3m（不计滑轮重及绳与滑轮间的摩擦），下列说法正确的是（ ）
A．拉力F的大小为400NB．拉力F的大小为200N
C．绳自由端移动了6mD．绳自由端移动了9m
解：由图知，n＝2，
AB、不计滑轮重及绳与滑轮间的摩擦，则拉力：F=12f=12×200N＝100N，故A、B都错误；
CD、绳自由端移动的距离：s＝2s物＝2×3m＝6m，故C正确、D错误。
答案：C。
18．如图所示，用力将重为120N物体匀速提升0.2m（不计动滑轮重、绳重和摩擦），则拉力F＝ 60 N，绳子自由端移动的距离s＝ 0.4 m，若拉力F′为70N，则动滑轮重为 20 N。（不计绳重和摩擦）
解：（1）动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省12力，题目已给出不计动滑轮重、绳重和摩擦，所以拉力F=12G＝60N；
（2）动滑轮在使用的时候，多费1倍距离，所以，绳子自由端移动的距离s＝2h＝0.4m；
（3）如果要考虑动滑轮的重，则F=12（G物+G动）可以计算出G动＝20N。
答案：60；0.4；20
19．如图所示，体重为500N的小强站在水平地面上，竖直向下用205N的拉力拉动绳子使600N的物体10s匀速上升2米，若不计绳重及摩擦，他拉绳子的速度为 0.6 m/s；动滑轮的重力为 15 N，他用此滑轮组能提升重物的最大重力为 1485 N。
解：（1）物体上升的速度：
v物=s物t=2m10s=0.2m/s，
绳子自由端移动的速度：
v＝3v物＝3×0.2m/s＝0.6m/s；
（2）由图可知，n＝3，不计摩擦和绳重，拉力F=1n（G+G动），
则动滑轮重：
G动＝nF﹣G＝3×205N﹣600N＝15N；
（3）工人施加的最大拉力等于工人的重力，F最大＝G人＝500N，
不计摩擦和绳重，拉力F最大=1n（G最大+G动），
提升物体的最大重力：
G最大＝nF最大﹣G动＝3×500N﹣15N＝1485N。
答案：0.6；15；1485。
20．如图所示的装置，重50N的重物，以0.1m/s的速度在水平面上做匀速直线运动，作用在绳子自由端的拉力F1＝4N，物体A受到的滑动摩擦力是 12 N，10s内绳子自由端通过的距离是 3 m（不计绳和滑轮的重力以及滑轮轴承和滑轮与绳子之间的摩擦力）。
解：
（1）由图知，n＝3，不计滑轮及绳重，不计绳与滑轮间的摩擦，拉力F=13f，
物体A受到的滑动摩擦力：f＝3F＝3×4N＝12N；
（2）由v=st可得物体移动距离：
s物＝v物t＝0.1m/s×10s＝1m，
10秒内绳子自由端移动的距离：
s＝3s物＝3×1m＝3m。
答案：12；3。
21．小方同学在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，装置图如图所示。
（1）小方在测量钩码重力前，除了观察弹簧测力计的量程和分度值外，还应将测力计在 竖直 方向调零。测量钩码重力时，应将钩码挂在弹簧测力计下如图甲所示，并让它处于 静止 状态，这时弹簧测力计的示数大小就等于钩码的重力大小。
（2）在探究定滑轮特点时，小方按照如图乙所示操作，觉得读数不太方便，于是把测力计倒过来，即测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，测力计的示数会 变小 （选填“变大”、“变小”或“不变”），其理由是 测力计本身受重力的作用 。
（3）在探究动滑轮特点时，小方按照如图丙所示操作，记录数据如下表。分析数据发现，测力计的示数F大于物重G的一半，其原因是 动滑轮本身有重力 ，请给出减小此差异的建议 将动滑轮的重力计算在提升物体的重力里 。小方最终得出正确的实验结论：使用动滑轮可以 省力 ，但不能改变 力的方向 ，而且费 距离 。
解：（1）测量物体重力前，由于重力是竖直向下的，所以应将弹簧测力计在竖直方向调零；
当物体静止时，物体受到的重力与弹簧测力计的拉力是一对平衡力，大小相等；所以，测量物体重力时，应将物体挂在弹簧测力计下并让它处于静止状态；
（2）测力计倒过来使用时，弹簧测力计受力情况是：受到向上绳子的拉力（大小等于钩码重），受到向下的重力和手的向下拉力。这时测力计测量的是手向下的拉力，大小等于绳子自由端的拉力与测力计的重力之差。所以在匀速拉动时，根据二力平衡条件可知实验会造成测量值会小于向上绳子的拉力即钩码重；
（3）人在提升重物时把动滑轮也提起了，所以动滑轮本身的重力是存在差异的最主要原因；由于转轴之间有摩擦，绳也有一定重量，导致拉力增大。
“使用动滑轮能省一半力”是在不考虑动滑轮和摩擦的理想情况下才成立的，在实际实验中，动滑轮的物重和摩擦是客观存在的，要减小此差异，则动滑轮的重力不能忽略，所以应该将动滑轮的重力计算在提升的物体的重力里；
使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，同时绳子拉下的长度是物体上升高度的二倍，也就是费距离。
答案：（1）竖直；静止；
（2）变小；测力计本身受重力的作用；
（3）动滑轮本身有重力；将动滑轮的重力计算在提升的物体的重力里；省力；力的方向；距离。
22．工人利用如图所示的两个滑轮组成滑轮组，向下拉动绳子来提升货物。已知货物重600N。不计绳重及摩擦。
（1）在图中画出绳子的绕法；
（2）若忽略动滑轮重，工人所用拉力多大；
（3）若不可忽略动滑轮重，工人实际所用拉力为350N，动滑轮有多重？
解：
（1）向下拉动绳子来提升货物，从拉力端开始向上绕起，绕过上面的定滑轮、下面的动滑轮，最后固定在定滑轮的下挂钩上，如图所示：
（2）由图知，n＝2，若忽略动滑轮重，不计绳重及摩擦，拉力：
F=12G=12×600N＝300N；
（3）若不可忽略动滑轮重，工人实际所用拉力F′，拉力F′=12（G+G动），则动滑轮的重力：
G动＝2F′﹣G＝2×350N﹣600N＝100N。
答案：
（1）见解答图；
（2）若忽略动滑轮重，工人所用拉力为300N；
（3）若不可忽略动滑轮重，工人实际所用拉力为350N，动滑轮有100N重。
考点03 机械效率
【高频考点精讲】
一、三种功
1、有用功：对人们有用的、必须要做的功，用表示。
2、额外功：做有用功的过程中，人们不需要但又不得不做的功，用表示。
3、总功：有用功与额外功之和，用表示。=+
二、机械效率
1、定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率，用表示。
2、公式：
说明：使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1。
3、影响因素
（1）动滑轮的重力、绳重和各部分间的摩擦。
（2）提升物体的重力。
注意：机械效率与提升高度、滑轮的绕线方式、做功多少等无关。
4、提高机械效率的方法
（1）有用功一定时，尽量减少额外功，可以减轻机械自重和添加润滑油减小摩擦。
（2）额外功一定时，增大有用功，在机械能够承受的范围内尽可能增加每次提起物体的重力。
三、机械效率的计算
（一）滑轮组
1、滑轮组竖直放置
（1）
（2）不计绳重和绳子与滑轮之间的摩擦
说明：G为物重；为动滑轮的重力；h为重物上升高度；s为绳自由端移动距离；n为承担物重的绳子段数。
2、滑轮组水平放置
说明：为物体与水平面之间的摩擦力；F为拉力；为物体移动的距离；为绳子自由端移动的距离；n为承担摩擦力的绳子段数。
（二）斜面
1、
2、
说明：G为物重；h为斜面高度；s为斜面长度；F为拉力；为摩擦力。
【热点题型精练】
23．如图所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合下列图中的（ ）
A． B． C． D．
解：动滑轮的重力不可忽略，则克服动滑轮的重所做的功为额外功，η=W有用W总=GℎGℎ+G轮ℎ=GG+G轮=11+G轮G，
可见，当物重增大时，机械效率增大，但机械效率η与物体重力G的关系并不成正比，故B正确符合题意。
答案：B。
24．如图所示，固定斜面长5m、高2.5m，木箱重150N。小明用100N的推力沿斜面向上推木箱，使木箱沿斜面匀速从底端运动到顶端的过程中，下列判断正确的是（ ）
A．使用斜面既可以省力也可以省功
B．小明克服木箱重力做的功为250J
C．斜面的机械效率为50%
D．小明克服斜面摩擦力做的功为125J
解：A、使用斜面时可以省力，由于要克服摩擦力做额外功，要多做功，所以不能省功，故A错误；
B、小明克服木箱重力做的有用功：
W有用＝Gh＝150N×2.5m＝375J，故B错误；
C、推力做的总功：
W总＝Fs＝100N×5m＝500J，
斜面的机械效率：
η=W有用W总×100%=375J500J×100%＝75%，故C错误；
D、小明克服斜面摩擦力做的额外功：
W额＝W总﹣W有用＝500J﹣375J＝125J，故D正确。
答案：D。
25．利用如图所示装置将重为100N的物体匀速从斜面的底端拉到顶端。已知斜面的长是5m，高是2m，拉力为F＝50N，则该装置的机械效率为（ ）
A．40%B．50%C．80%D．100%
解：有用功W有用＝Gh＝100N×2m＝200J；
总功W总＝FS＝50N×2×5m＝500J；
机械效率η=W有用W总=200J500J=40%。
答案：A。
26．用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆A点下面的钩码缓缓上升，实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数F为0.5N．若杠杆的本身的重力不计，则下列说法正确的是（ ）
A．拉力对杠杆做的额外功为0.1J
B．匀速竖直拉动过程中弹簧测力计示数先变小后变大
C．若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m，则机械效率降低
D．若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m，则机械效率升高
解：（1）由图可知，OC为钩码G的力臂，OD为弹簧测力计拉力的力臂，
由△OCA∽△ODE可得：OCOD=OAOE，
由杠杆的平衡条件可得：G×OC＝F×OD，
则FG=OCOD=OAOE，
由OAOE和G不变可知，F不变，即匀速竖直拉动过程中弹簧测力计示数不变，故B错误；
拉力做的总功：
W总＝Fs＝0.5N×0.3m＝0.15J，
拉力做的有用功：
W有＝Gh＝1.0N×0.1m＝0.1J，
拉力对杠杆做的额外功：
W额＝W总﹣W有＝0.15J﹣0.1J＝0.05J，故A错误；
（2）若将钩码从A点移到B点，用同样的方式将钩码提升0.1m时，有用功不变，
此时杠杆上旋的角度减小，杠杆升高的距离变小，克服杆与O点的摩擦力做功变小，则额外功变小，
由η=W有W有+W额×100%可知，机械效率升高，故C错误、D正确。
答案：D。
27．如图所示，甲、乙分别为同一滑轮组的不同绕法，忽略绳重及一切阻力。用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时，机械效率为90%。下列判断正确的是（ ）
A．拉力F1的大小为450N
B．用图乙绕法匀速提升400N重物时，机械效率为80%
C．分别用两种绕法匀速提升相同重物时，图乙绕法机械效率大
D．分别用两种绕法匀速提升相同重物升高相同高度，F2做功少
解：
A、忽略绳重及一切阻力，用图甲绕法匀速提升重为900N的物体时，机械效率为90%，
图甲中n＝2，由η=W有用W总=GℎFs=GℎFnℎ=GnF可得拉力F1的大小：
F1=Gnη=900N2×90%=500N，故A错误；
B、图甲中，根据F1=12（G+G动）可得动滑轮的重力：
G动＝2F1﹣G＝2×500N﹣900N＝100N；
忽略绳重及一切阻力，滑轮组的机械效率η=W有用W总=GℎGℎ+G动ℎ=GG+G动，则用图乙绕法匀速提升400N重物时，其机械效率为：
η′=G′G′+G动=400N400N+100N×100%＝80%，故B正确；
CD、分别用两种绕法匀速提升相同重物时，有用功相同，忽略绳重及一切阻力，克服动滑轮做的功是额外功，因同一滑轮组中动滑轮的重不变、提升高度相同，额外功相同，总功相同（即F1和F2做功相同），机械效率也相同，故CD错误；
答案：B。
28．用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（ ）
A．同一滑轮组机械效率η随G物的增大而增大，最终将超过100%
B．G物不变，改变图甲中的绕绳方式，滑轮组机械效率将改变
C．此滑轮组动滑轮的重力为2N
D．当G物＝6N时，机械效率η＝66.7%
解：A、使用滑轮组时，克服物重的同时，不可避免地要克服动滑轮重、摩擦和绳子重做额外功，所以总功一定大于有用功；由公式η=W有用W总知：机械效率一定小于1，即同一滑轮组机械效率η随G物的增大而增大，但最终不能超过100%，故A错误；
B、G物不变，改变图甲中的绕绳方式，如图所示，
因为此图与题干中甲图将同一物体匀速提高相同的高度，所以所做的有用功相同，
忽略绳重及摩擦时，额外功：W额＝G轮h，即额外功W额相同，
又因为W总＝W有+W额，所以总功相同，
由η=W有用W总可知，两装置的机械效率相同，即η1＝η2．故B错误；
C、由图可知，G＝12N，此时η＝80%，
则η=W有用W总=W有用W总=GℎFs=Gℎ13(G+G动)×3ℎ=GG+G动，即80%=12N12N+G动，
解得G动＝3N，故C错误；
D、G物＝6N时，机械效率η=W有用W总×100%=W有用W总×100%=G′G′+G动×100%=6N6N+3N×100%≈66.7%．故D正确。
答案：D。
29．小周用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率，实验时竖直向上拉动拉动杠杆，使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升（支点和杠杆的摩擦不计），问：重为5N的钩码挂在A点时，人的拉力F为4N，钩码上升0.3m，动力作用点C上升0.5m，此时的机械效率η为 75% 。
解：有用功：W有用＝Gh＝5N×0.3m＝1.5J；
总功：W总＝Fs＝4N×0.5m＝2J，
机械效率：η=W有用W总×100%=1.5J2J×100%＝75%。
答案：75%。
30．如图所示，用平行于斜面的拉力F，将重为8N的物体沿斜面从底端匀速拉至顶端。若不考虑物体与斜面间的摩擦，则拉力F为 4 N；若斜面的机械效率为80%，则此时拉力F为 5 N．若另一斜面的高度h与长度s之比为3：5，将重25N的物体匀速拉至顶端的拉力为18N，则该物体所受摩擦力为 3 N。
解：
（1）不考虑物体与斜面间的摩擦，由于使用任何机械都不省功，即W手＝W机，即：Fs＝Gh，
则拉力F=Gℎs=8N×；
（2）用手做的有用功W有用＝Gh＝8N×0.2m＝1.6J，
已知机械效率η＝80%，由η=W有用W总得，
总功W总=W有用η=1.6J80%=2J，
则由W＝Fs得：拉力F=W总s=2J0.4m=5N。
（3）使用另一斜面，若不考虑物体与斜面间的摩擦，由Gh＝Fs可得：
拉力F′=G′ℎ′s′=25N×35=15N，
由于该物体受到摩擦力的作用，则实际拉力F″＝18N，
所以摩擦力f＝F″﹣F′＝18N﹣15N＝3N。
答案：4；5；3。
31．在建筑工地上，小明同学利用如图所示的装置，用25N的拉力使重为300N的物体A沿着水平地面匀速运动。A在运动时受到地面的摩擦力为其所受重力的0.2倍，不计绳重及滑轮组的摩擦。则动滑轮所受重力为 15 N，该装置的机械效率为 80% 。若增加物体A的重力，仍使物体A匀速运动，则该装置的机械效率将 增大 （选填“增大”、“减小”或“不变”）。
解：
（1）因为物体A在运动时受到地面的摩擦力为其所受重力的0.2倍，
所以物体受到的摩擦力：f＝0.2G＝0.2×300N＝60N；
因物体A匀速运动，绳子对物体的拉力和物体受到的摩擦力是一对平衡力，
所以滑轮组对物体的拉力F拉＝f＝60N，
由图知n＝3，不计绳重与摩擦，由F=1n（G动+F拉）可得动滑轮受到的重力：
G动＝nF﹣F拉＝3×25N﹣60N＝15N；
（2）滑轮组的机械效率：
η=W有W总=fsFs拉=fsFns=fnF=60N3×25N×100%＝80%；
（3）若增加物体A的重力，仍使物体A匀速运动，因物体对地面的压力增大，则摩擦力增大，克服物体与地面间摩擦力做的有用功增大，在额外功不变的情况下，有用功在总功中所占的比例增大，则机械效率将增大。
答案：15；80%；增大。
32．某兴趣小组的同学在探究“影响滑轮组机械效率的因素”时，提出了如下猜想：
猜想一：滑轮组的机械效率与绕绳方式有关；
猜想二：滑轮组的机械效率与物重有关；
猜想三：滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关。
为了验证上述猜想，兴趣小组的同学进行了如下实验，实验装置如图所示。
（1）兴趣小组的小明同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法 错误 （选填“正确”或“错误”）。
（2）组员通过更换滑轮组，改变钩码质量，测得数据如表所示：
①请将表中的数据填写完整；
②分析数据可知第3次实验是用 丙 （选填“丙”或“丁”）图所示装置做的实验；
③不计摩擦及绳重，分析1、2两次实验数据可知猜想一 错误 （选填“正确”或“错误”）；
④通过比较 2、3 两次实验数据可得出结论：使用相同滑轮组提升物体时，物体越重，滑轮组机械效率越 高 。
（3）根据表格中的数据分析可知：随着物重的增大，额外功 变大 （选填“变小”、“变大”或“不变”）。
（4）如果用图乙中滑轮组装置提升7N的重物，则它的机械效率可能是 B 。
A.73% B.81% C.88%
解：（1）测滑轮组的机械效率，需要匀速拉动绳子，并且要在拉动中读弹簧测力计的示数，如果静止读数，绳子与滑轮之间的摩擦力就不能测量，额外功就会减小，在有用功一定时，会导致机械效率变大，故该做法错误；
（2）①第四次实验时滑轮组的机械效率η=GℎFs×100%=8N××0.4m×100%＝80%；
②第3次实验时，吊着动滑轮绳子段数n=sℎ=；故选丙；
③在比较滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时，应保持滑轮组相同、物重相同，只改变绳子绕法，据此分析第1、2两次实验可知机械效率都为74%；故猜想一错误；
④研究同一滑轮组提升重物时，滑轮组机械效率与提升物体的重力的关系时，要控制滑轮组相同、绕绳方式也相同；只改变提升物体的重力，故通过比较2、3可得出同一滑轮组提升物重越大滑轮组机械效率越大；
（3）第2次实验时，额外功W1＝Fs﹣Gh＝1.8N×0.3m﹣4N×0.1m＝0.14J；同理可求出第3次实验时的额外功W2＝0.16J；故可知随着提升物重的增大，额外功增大；
（4）同一滑轮组提升物重越大滑轮组机械效率越大，故物重7N时的机械效率小于物重8N但大于物重4N的，答案：B；
答案：（1）错误；（2）①80%；②丙；③错误；④2、3；高；（3）变大；（4）B。
33．如图是工人将重160N的物体匀速放下的过程，已知物体下降的距离为3m，用时3s，工人的拉力为50N，工人质量为50kg。（物体未浸入水中，且不计绳重及摩擦）
（1）求工人放绳的速度。
（2）求滑轮组的效率η1
（3）如果物体完全浸没水中后滑轮的机械效率为η2，已知η1：η2＝4：3（物体在水中仍匀速下降，动滑轮不会浸入水中且不计绳重及摩擦，g＝10N/kg）。求当物体完全浸没水中后，工人对地面的压力。
解：
（1）物体下降速度为：v=ℎt=3m3s=1m/s；
因为有4段绳子，所以绳子上升的速度为：v绳＝4v物＝4×1m/s＝4m/s；
（2）因为有4段绳子，所以绳子运动距离s＝4h＝4×3m＝12m；
放绳子的有用功：W有用＝Gh＝160N×3m＝480J；
放绳子的总功：W总＝Fs＝50N×12m＝600J；
滑轮组的效率：η1=W有用W总×100%=480J600J×100%＝80%；
（3）物体未浸入水中时，不计绳重及摩擦，动滑轮受到重物对它的拉力、本身的重力、绳子的拉力，
由F=1n（G动+G）可得，动滑轮重力：G动＝4F﹣G＝4×50N﹣160N＝40N；
已知η1：η2＝4：3，
则物体完全浸没水中后滑轮组的机械效率为：η2=34η1=34×80%＝60%；
物体完全浸没水中后，滑轮组对物体的拉力做的功为有用功，不计绳重及摩擦，克服动滑轮重力做的功为额外功，
则此时滑轮组的机械效率：η2=W′有用W′总=F拉物ℎF拉物ℎ+G动ℎ=F拉物F拉物+40N=60%，
解得F拉物＝60N；
完全入水后，动滑轮受到重物对它向下的拉力、本身向下的重力、4段绳子向上的拉力，
由力的平衡条件可得：4F绳＝F拉物+G动，
则人对绳子的拉力：F绳=14（F拉物+G动）=14（60N+40N）＝25N，
因为物体间力的作用是相互的，所以绳子对人的拉力也为25N；
人的重力为：G人＝m人g＝50kg×10N/kg＝500N，
对人进行受力分析可知，人受竖直向下的重力、竖直向下的拉力、竖直向上的支持力，
则人受到竖直向上的支持力：F支＝G人+F绳＝500N+25N＝525N。
因为物体间力的作用是相互的，则人对地面的压力为525N。
答：（1）工人放绳的速度为4m/s。
（2）滑轮组的效率η1为80%；
（3）求当物体完全浸没水中后，工入对地面的压力为525N。
实验次数
物重G/N
测力计的示数F/N
1
1.00
0.65
2
1.50
0.90
3
2.00
1.15
实验次数
钩码重G/N
钩码上升高度h/m
绳端拉力F/N
绳端移动距离s/m
机械效率η
1
4
0.1
2.7
0.2
74%
2
4
0.1
1.8
0.3
74%
3
8
0.1
3.2
0.3
83%
4
8
0.1
2.5
0.4
80%