中考物理一輪復習單元復習講練考專題34 簡單機械 單元知識點講解與典型題解析（解析版）

第十二單元簡單機械專題34簡單機械單元知識點講解與典型題解析新課標對單元考點要求1.知道簡單機械。探究并了解杠桿的平衡條件。2.知道機械效率。了解提高機械效率的意義和途徑。3.能說出人類使用的一些機械。了解機械的使用對社會發(fā)展的作用。單元知識思維導圖單元考點知識講解考點1：杠桿1.定義：一根在力的作用下能繞固定點轉動的硬棒。一根硬棒能成為杠桿要具備兩個條件：有力的作用；能繞某固定點轉動。兩個條件缺一不可，杠桿的形狀可以是直的，也可以是彎的，但必須是硬的，支點可以在杠桿的一端，也可以在杠桿上的其它位置處。2.杠桿的五要素（1）支點：杠桿繞著固定轉動的點，用字母“O”表示。（2）動力：促使杠桿轉動的力，常用字母“F1”表示。（3）阻力：阻礙杠桿轉動的力，常用字母“F2”表示。（4）動力臂：支點到動力作用線的距離，常用字母“L1”表示。（5）阻力臂：支點到阻力作用線的距離，常用字母“L2”表示?？键c2：杠桿分類物理量杠桿力臂力特點應用舉例省力杠桿L1＞L2F1＜F2省力費距離撬棒費力杠桿L1＜L2F1＞F2費力省距離船槳等臂杠桿L1=L2F1=F2不省力也不費距離天平考點3：杠桿的平衡條件1.杠桿的平衡條件是指杠桿靜止不動或勻速轉動。2.杠桿的平衡條件又稱杠桿原理，其表達式為：動力×動力臂=阻力×阻力臂（F1L1=F2L2）或SKIPIF1<03.從杠桿的平衡可知，力和力臂的大小成反比，即力臂越長，力就越小，計算時，單位要統(tǒng)一，即動力和阻力的單位要統(tǒng)一，動力臂和阻力臂的單位也要統(tǒng)一?？键c4：滑輪和滑輪組1.定滑輪與動滑輪2.滑輪組（1）定義：由若干個定滑輪和動滑輪匹配而成的叫滑輪組。（2）特點：既能省力又能改變力的方向，但是要費距離。（3）省力特點:使用滑輪組時，有幾段（股）繩子吊著物體，提起重物所用的力就是物重的幾分之一，即F=SKIPIF1<0G，F(xiàn)為提起重物所用的力，G為物重，n為承受物重的繩子段（股）數，即繞在動滑輪上的繩子段（股）數?？键c5：滑輪組機械效率1.有用功(W有）：人們?yōu)榱诉_到工作目的的必須要做的功。2.額外功(W額）：利用機械時不想需要但不得不做的功。3.總功(W總）：外力所做的功，即有用功和額外功的總和。即W總=W有+W額。4.定義：機械效率是有用功與總功的比值，分析判定一個機械的機械效率高低要分析兩個因素：有用功與總功。任何機械的機械效率都小于1.5.計算公式:η=SKIPIF1<0×100％。6.提高機械效率的途徑：盡可能增加提升物體的重力；減輕機械的自身重量；合理地減少部件間的有害摩擦。7.特點：機械效率總是小于1.單元考點解題規(guī)律總結一、杠桿作圖題技巧學習杠桿的關鍵點是知道杠桿的五要素。五要素包括支點、動力、動力臂、阻力和阻力臂。組成杠桿的示意圖如下。（1）支點用字母O表示，是杠桿繞著轉動的點，同一根杠桿使用方法不同，支點的位置可能不同，要能根據具體情況區(qū)分支點。（2）畫動力（用字母F1表示）或阻力（用字母F2表示）時應注意力的作用點和方向。動力和阻力都是杠桿受到的力，其作用點都在杠桿上。有同學認為同一根杠桿上動力和阻力的方向一定相同，有同學認為一定不同，這都是錯誤的。正確的認識是：動力和阻力能使杠桿轉動的方向一定是相反的。即一個力能使杠桿向順時針方向轉動，則另一個力一定是能使杠桿向逆時針方向轉動。（3）動力臂用字母l1表示，阻力臂用字母l2表示。力臂不是支點到力的作用點的距離，而是支點到力的作用線的距離。借用幾何用語，力臂不是點到點的距離，而是點到直線的距離。（4）畫力臂方法：一找支點、二畫線、三連距離、四標簽.即找支點O；畫力的作用線（虛線）；畫力臂（虛線，過支點垂直力的作用線作垂線）；標力臂（大括號）。3.與動滑輪連接的繩子能分擔物體的重力，所以與動滑輪相連的繩子的股數越多越省力，但還要注意對拉力方向的要求。要根據題中要求確定開始是從定滑輪還是動滑輪掛鉤系線。二、利用杠桿平衡條件的計算類問題解題思路1．杠桿的平衡條件：動力×動力臂＝阻力×阻力臂即F1L1＝F2L22.能根據杠桿平衡條件進行力與力臂的求解（1）利用F1L1=F2L2進行有關計算。先根據杠桿轉動的效果，找出動力和阻力；（2）再根據支點的位置，確定每個力的力臂；（3）最后根據杠桿的平衡條件，代入數據計算出結果。三、求解機械效率有關的計算題解題策略1.有用功W有用=Gh2.總功W總=Fs3.額外功W額外=W總—W有用4.機械效率公式：η＝（W有用/W總）×100％對于杠桿、滑輪組、斜面不同的簡單機械，以上公式中s、h物理意義不同。四、解決幾個簡單機械方面的實驗思路1.杠桿平衡條件的探究命題點（1）讓支點處于杠桿中央的目的：減小杠桿自重對實驗造成的影響。（2）杠桿平衡螺母的調節(jié)：左高左調、右高右調。（3）實驗時應調節(jié)鉤碼的懸掛位置使杠桿在水平位置靜止，目的是便于測量力臂。（4）本實驗多次測量的目的是避免實驗的偶然性，得出普遍規(guī)律。（5）用彈簧測力計代替杠桿一側所掛鉤碼，當測力計由豎直方向拉變成傾斜拉，要使杠桿仍保持平衡，測力計的示數會變大，是因為拉力的力臂變小。（6）實驗數據分析。（7）實驗結論：動力×動力臂＝阻力×阻力臂(F1L1＝F2L2)2.解決杠桿平衡條件的探究問題基本要領是：（1）知道杠桿平衡是指杠桿靜止或勻速轉動。實驗前應調節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡。這樣做的目的是方便從杠桿上量出力臂。（2）實驗結論：杠桿的平衡條件是動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂，寫成公式為F1l1＝F2l2。（3）還可以利用動力乘以動力臂是否等于阻力乘以阻力臂來判斷杠桿平衡與否。3.探究滑輪組的機械效率實驗（1）原理：η=W有/W總（2）應測物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S（3）器材：除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細線外還需刻度尺、彈簧測力計。（4）注意：必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高，目的是保證測力計示數大小不變。（5）結論：影響滑輪組機械效率高低的主要因素有：1）動滑輪越重，個數越多則額外功相對就多。2）提升重物越重，做的有用功相對就多。3）摩擦，若各種摩擦越大做的額外功就多。4.探究斜面的機械效率實驗（1）原理：η=W有/W總（2）應測物理量：拉力F、斜面長度L、物體重力G、斜面的高h。（3）器材：刻度尺、彈簧測力計。（4）注意：必須勻速拉動彈簧測力計使物體從斜面底端勻速到達頂端。目的是保證測力計示數大小不變。（5）結論：影響斜面機械效率高低的主要因素有：摩擦力、斜面傾斜角。單元對點例題解析考點1：杠桿作圖【例題1】（2022湖南邵陽）某天，“生物”和“物理”兩位大師在一起進行體育鍛煉。“生物”大師伸出健碩手臂對“物理”大師說：“看，我能提起很重的物體哦（如圖）！"“物理”大師豎起大拇指說：“真厲害！其實，你的前臂就是物理學中的一根杠桿。”以下對于這根杠軒在提起重物的過程中，分析合理的是（）A.前臂杠桿的支點O在肘關節(jié)處 B.肱二頭肌給橈骨的力F1是阻力C.重物給前臂的力F2是動力 D.前臂是一根省力杠桿【答案】A【解析】A．前臂將物體拿起時，肘關節(jié)處保持不動，肘關節(jié)處為前臂杠桿的支點O，故A符合題意；B．肱二頭肌給橈骨的力F1是將物體拿起的動力，故B不符合題意；C．重物給前臂的力F2是阻礙前臂上升的阻力，故C不符合題意；D．如圖所示，動力F1是力臂是肘關節(jié)到肱二頭肌拉力作用線的距離，距離較小，阻力F2的力臂是肘關節(jié)到重物對手壓力作用線的距離，距離較大，根據杠桿平衡條件SKIPIF1<0SKIPIF1<0則SKIPIF1<0是費力杠桿，故D不符合題意。故選A?！纠}2】（2022蘇州）在圖中畫出杠桿的阻力臂l，并在A點畫出使杠桿靜止在圖示位置的最小力F；【答案】如圖所示【解析】由圖可知，O為支點，重物向下拉杠桿的力為阻力，則過支點做阻力作用線的垂線段即為阻力臂l；；由杠桿平衡條件可知，在阻力、阻力臂一定時，動力臂越大，動力越小。最小力F作用在A點，當OA為F的力臂時，力臂最長，此時力F最小，且F的方向垂直杠桿向上，從A點垂直O(jiān)A向上畫出F的示意圖，如圖所示?！纠}3】（2021內蒙古通遼）如圖所示是一種抽水馬桶水箱自動上水裝置的示意圖。當水箱內的水達到一定高度時，浮標帶動杠桿AOB壓住入水口，停止上水。請在圖中畫出動力F1、阻力F2和動力臂L1。【答案】如圖所示： 【解析】根據杠桿原理分析出杠桿所示動力的作用點和方向；力臂是支點到力的作用線的距離，支點為點O，分別作出支點到力的作用線的垂線段即可。由圖和題意可知，O為支點，水對浮標的向上作用力為動力，入水口對B端的向上作用力為阻力；過杠桿B點作豎直向上的力即為阻力F2；過浮標重心作豎直向上的力即為動力F1，過支點O作動力F1作用線的垂線段即為動力臂L1．考點2：杠桿分類【例題4】（2022江蘇連云港）下圖是生活中幾種常見的杠桿，其中屬于省力杠桿的是（）A.釣魚竿 B.道釘撬C.筷子 D.理發(fā)剪刀【答案】B【解析】A．釣魚竿在使用過程中，動力臂小于阻力臂，屬于費力杠桿，故A不符合題意；B．道釘撬在使用過程中，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿，故B符合題意；C．筷子在使用過程中，動力臂小于阻力臂，屬于費力杠桿，故C不符合題意；D．理發(fā)剪刀在使用過程中，動力臂小于阻力臂，屬于費力杠桿，故D不符合題意。故選B。【例題5】（2022河北?。┰趧趧诱n上，小明利用鉗子反復彎折鐵絲，彎折處鐵絲的溫度升高，這是通過____的方式改變鐵絲內能的，如圖所示，在剪斷鐵絲的過程中，鉗子是一個____（選填“省力”或“費力”）杠桿。【答案】做功省力【解析】彎折鐵絲時，人對鐵絲做功，機械能轉化為內能，物體內能增大，溫度升高，分子熱運動更加劇烈，這是通過做功的方式改變鐵絲的內能。在剪斷鐵絲的過程中，鉗子的動力臂大于阻力臂，根據杠桿平衡條件，動力小于阻力，所以鉗子是一個省力杠桿?？键c3：杠桿的平衡條件【例題6】（2022廣西玉林）如圖所示，杠桿處于水平平衡狀態(tài)，若在杠桿兩側掛鉤碼處各增加一個質量相同的鉤碼，則杠桿（）A.仍然平衡 B.右端下降 C.左端下降 D.勻速轉動【答案】C【解析】設杠桿上每一格的長度為l，每個鉤碼的重力為G，原來杠桿水平平衡時，有2G×3l=3G×2l在杠桿兩側掛鉤碼處各增加一個質量相同的鉤碼時，左側動力與動力臂的乘積為3G×3l=9Gl右側阻力與阻力臂的乘積為4G×2l=8Gl因為9Gl>8Gl根據杠桿平條件可知，杠桿左端會下降，ABD不符合題意，C符合題意【例題7】（2022湖南益陽）在探究“杠桿的平衡條件”的實驗中：（1）沒有掛鉤碼時，杠桿靜止時的狀態(tài)如圖所示，為了使杠桿在水平位置平衡，平衡螺母應向_____移動；（2）杠桿在水平位置平衡后，在杠桿兩側掛上不同數量的鉤碼，移動鉤碼的位置，使杠桿重新在水平位置平衡。然后改變動力和動力臂，相應調節(jié)阻力和阻力臂，再做幾次實驗。再做幾次實驗的目的是___________（填序號）；A．多次測量求平均值，減小誤差B．尋找規(guī)律的普遍性（3）當貨車所載貨物重心太靠后時，貨車會翹起來，如圖所示，這樣容易造成交通安全事故。若以后輪為支點，貨物對貨車壓力F的力臂用SKIPIF1<0表示，貨車重力G的力臂用SKIPIF1<0表示，貨車之所以會翹起來，是因為SKIPIF1<0___________SKIPIF1<0（選填“>”、“=”或“<”）?！敬鸢浮坑褺>【解析】（1）杠桿的右端上翹，左端下沉，說明重心偏左，要使杠桿在水平位置平衡，平衡螺母應向上翹的右端移動。（2）通過實驗總結歸納出物理規(guī)律時，一般要進行多次實驗，獲取多組實驗數據，避免實驗結論的偶然性，歸納出的物理規(guī)律才具有普遍性，所以在探究杠桿平衡的條件時，多次改變力和力臂的大小主要是為了尋找規(guī)律的普遍性。（3）貨車可以看成杠桿，若以后輪為支點，當SKIPIF1<0時，貨車便不能平衡，貨車車頭會翹起來?！纠}8】（2022湖北孝感）由我國自主研制、體現(xiàn)中國力量與中國速度的大國重器，世界首臺千噸級運、架一體機“昆侖號”，可為高鐵、道路橋梁的建設高效鋪設箱梁。某次架橋時，要將一段重為1.0×107N的箱梁運到鋪設位置。（1）當箱梁靜止在水平橋面時，箱梁與橋面的接觸面積為200m2，求箱梁對橋面的壓強；（2）工作時，“昆侖號”將箱梁自橋面豎直向上提升0.6m，固定好后，載著箱梁水平向前運動了30m。求此過程中克服箱梁所受重力做的功；（3）如圖所示，“昆侖號”將箱梁運到橋墩A、B之間的正上方時水平靜止。圖中l(wèi)1表示MN的水平距離，l2表示ON的水平距離，G表示“昆侖號”與箱梁受到的總重力（不包括輪車A受到的重力）、其重心在O點，F(xiàn)表示橋墩B上的支腿對“昆侖號”豎直向上的支持力。請推導支持力F的表達式（用字母表示）?！敬鸢浮浚?）5×104pa；（2）6×106J；（3）SKIPIF1<0【解析】（1）根據公式SKIPIF1<0可得。箱梁對地面的壓強為SKIPIF1<0（2）根據重力做功的公式W=Gh可得，克服重力做的功為W=Gh=1.0×107N×10N/kg=6×106J（3）根據杠桿平衡原理可知Fl1＝G（l1－l2）SKIPIF1<0答：（1）箱梁對橋面的壓強為5×104pa；（2）此過程中克服箱梁所受重力做的功為6×106J；（3）支持力F的表達式SKIPIF1<0?？键c4：滑輪和滑輪組【例題9】（2022廣東）分別使用圖中四種裝置勻速提升同一重物，不計滑輪重、繩重和摩擦，最省力的是（）A.B.C.D.【答案】A【解析】A．不計滑輪重、繩重和摩擦，承重繩子的段數n=3，則拉力SKIPIF1<0B．不計滑輪重、繩重和摩擦，承重繩子段數n=2，則拉力SKIPIF1<0C．定滑輪相當于等臂杠桿，不計滑輪重、繩重和摩擦，則拉力SKIPIF1<0D．動滑輪相當于省力杠桿，不計滑輪重、繩重和摩擦，則拉力SKIPIF1<0綜上，四種裝置勻速提升同一重物，則最省力的是A中的裝置。故選A?！纠}10】（2022甘肅金昌）如圖所示，某工人站在地面上使用由三個滑輪組成的滑輪組提升重物，請畫出最省力的繞繩方法?！敬鸢浮咳鐖D所示?！窘馕觥坑捎趫D中只有一個動滑輪，承擔物重的繩子段數最多為3段，此時最省力，其繞法?？键c5：滑輪組機械效率【例題11】（2022哈爾濱）如圖所示，用一個動滑輪把重100N的沙袋從地面勻速提到6m高的樓上，所用拉力60N（繩重和摩擦不計），下列說法正確的是（）A.動滑輪重40NB.繩子自由端通過的距離為12mC.拉力做的有用功為720JD.動滑輪機械效率為8.3%【答案】B【解析】A．由圖知，n=2，因為不計繩重和摩擦時SKIPIF1<0，所以動滑輪的重力G動=2F-G=2×60N-100N=20N故A錯誤；B．繩子自由端移動的距離s=nh=2×6m=12m故B正確；C．拉力做的有用功W有用=Gh=100N×6m=600J故C錯誤；D．拉力做的總功W總=Fs=60N×12m=720J滑輪組的機械效率SKIPIF1<0故D錯誤。故選B?！纠}12】（2022安徽）用圖示的滑輪組將重為SKIPIF1<0的物體豎直向上勻速提升SKIPIF1<0，拉力F的大小為SKIPIF1<0，則該滑輪組的機械效率為______?！敬鸢浮?0%【解析】由圖可知，滑輪組承擔重物的繩子股數為n=3，則由SKIPIF1<0可知，該滑輪組的機械效率為SKIPIF1<0【例題13】（2022梧州）如圖所示，工人師傅用250N的拉力，使重為2000N的物體以0.2m/s的速度在水平地面上做勻速