專題12 簡單機械（原卷版）

專題12簡單機械【思維導(dǎo)圖】【知識點回顧】知識點一.杠桿(1)杠桿：在力的作用下能繞著固定點轉(zhuǎn)動的硬棒就是杠桿。(2)杠桿的五要素：①支點：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點(O)；②動力：使杠桿轉(zhuǎn)動的力(F1)；③阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力(F2)；④動力臂：從支點到動力作用線的距離(l1)；⑤阻力臂：從支點到阻力作用線的距離(l2)。2.杠桿的平衡條件(1)杠桿的平衡：當(dāng)有兩個力或幾個力作用在杠桿上時，杠桿能保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動，則我們說杠桿平衡。(2)杠桿平衡的條件：動力×動力臂=阻力×阻力臂，即：F1l1=F2l2(3)在探究杠桿的平衡條件實驗中，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在不掛鉤碼時，保持水平并靜止，目的是為了使杠桿的自重對杠桿平衡不產(chǎn)生影響，此時杠桿自重的力臂為0；給杠桿兩端掛上不同數(shù)量的鉤碼，移動鉤碼的位置，使杠桿重新在水平位置平衡，目的是方便直接從杠桿上讀出力臂的大??；實驗中要多次試驗的目的是獲取多組實驗數(shù)據(jù)歸納出物理規(guī)律。3.杠桿的應(yīng)用(1)省力杠桿：動力臂大于阻力臂的杠桿，省力但費距離。(2)費力杠桿：動力臂小于阻力臂的杠桿，費力但省距離。(3)等臂杠桿：動力臂等于阻力臂的杠桿，既不省力也不費力。知識點二、滑輪1.定滑輪(1)實質(zhì)：是一個等臂杠桿。支點是轉(zhuǎn)動軸，動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑。(2)特點：不能省力，但可以改變動力的方向。2.動滑輪(1)實質(zhì)：是一個動力臂是阻力臂二倍的省力杠桿。支點是上端固定的那段繩子與動滑輪相切的點，動力臂是滑輪的直徑，阻力臂是滑輪的半徑。(2)特點：能省一半的力，但不能改變動力的方向，且多費一倍的距離。3.滑輪組(1)連接：兩種方式，繩子可以先從定滑輪繞起，也可以先從動滑輪繞起。(2)作用：既可以省力又可以改變動力的方向，但是費距離。(3)省力情況：由實際連接在動滑輪上的繩子段數(shù)決定。繩子段數(shù)：“動奇定偶”。拉力 ，繩子自由端移動的距離s=nh，其中n是繩子的段數(shù)，h是物體移動的高度。4.輪軸和斜面(1)輪軸：實質(zhì)是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)的杠桿，是一種省力機械。輪和軸的中心是支點，作用在軸上的力是阻力F2，作用在輪上的力是動力F1，軸半徑r，輪半徑R，則有F1R=F2r，因為R>r，所以F1<F2。(2)斜面：是一種省力機械。斜面的坡度越小，省力越多。知識點三、機械效率1、有用功——W有用：使用機械時，對人們有用的功叫有用功。也就是人們不用機械而直接用手時必須做的功。在提升物體時，W有用=Gh。2、額外功——W額外(1)使用機械時，對人們沒有用但又不得不做的功叫額外功。(2)額外功的主要來源：①提升物體時，克服機械自重、容器重、繩重等所做的功。②克服機械的摩擦所做的功。3、總功——W總：(1)人們在使用機械做功的過程中實際所做的功叫總功，它等于有用功和額外功的總和。即：W總=W有用+W額外。(2)若人對機械的動力為F，則：W總=F?s4、機械效率——η(1)定義：有用功與總功的比值叫機械效率。 (2)公式：η=W有用/W總。(3)機械效率總是小于1。(4)提高機械效率的方法：①改進結(jié)構(gòu)，使它更合理、更輕巧；②經(jīng)常保養(yǎng)，使機械處于良好的狀態(tài)。(3)功率與機械效率的區(qū)別：①二者是兩個不同的概念：功率表示物體做功的快慢；機械效率表示機械做功的效率。②它們之間的物理意義不同，也沒有直接的聯(lián)系，功率大的機械效率不一定大，機械效率高的機械，功率也不一定大?！纠}精析】（2022?菏澤）如圖所示，在快遞倉庫內(nèi)工人把重為600N的貨物用滑輪組以0.2m/s的速度勻速提升，忽略摩擦及繩重，該過程中滑輪組的機械效率為80%，則（）A．工人所用的拉力為200N B．動滑輪的重力為100N C．拉力的功率為150W D．提升重力不同的貨物時，此滑輪組機械效率不變（2022?遼寧）使用如圖所示的滑輪組，沿水平方向勻速拉動質(zhì)量為300kg的物體，彈簧測力計的示數(shù)為200N，物體在10s內(nèi)移動1m。物體所受的摩擦力為物重的0.1倍。不計繩重和滑輪組內(nèi)的摩擦，下列說法正確的是（）A．滑輪組的機械效率為50% B．動滑輪重為100N C．繩子自由端拉力的功率為20W D．增大物重機械效率不變（2022?廣元）小李家在自建房屋的過程中，自制了向高處運送材料的裝置如圖所示，其中動滑輪重為100N。若某一次運送的材料重為400N，在拉力F作用下，材料在20s內(nèi)勻速上升4m，不計繩的質(zhì)量和滑輪的摩擦，下列說法中正確的是（）A．滑輪組所做的額外功為1600J B．材料上升的速度大小為0.4m/s C．拉力F做功的功率為80W D．滑輪組的機械效率為80%（2022?眉山）小廖同學(xué)家里正在修建樓房，他通過調(diào)查了解到工人利用如圖的裝置，將重力為900N的物體勻速提升了6m，工人對繩子施加的拉力F為475N。忽略繩重和機械之間的一切摩擦。下列說法中正確的是（）①拉力F做功為2850J②動滑輪的重力為50N③拉力F做的額外功為600J④如用該裝置勻速提升重力為950N的物體，則該滑輪組的機械效率為95%A．①③ B．②④ C．①② D．③④（2022?樂山）如圖所示，在50N的水平拉力F的作用下，重600N的物體沿水平地面做勻速直線運動，物體與地面間的滑動摩擦力是自身重力的0.2倍，繩子自由端向前移動的速度為0.6m/s。則（）A．拉力F的功率為3W B．1min內(nèi)物體移動的距離為36m C．1min內(nèi)所做的有用功為1440J D．該滑輪組的機械效率為85%（2022?內(nèi)江）在如圖所示的滑輪組中，每個滑輪重20N，在繩子自由端用100N的拉力把貨物勻速提高1m，不計摩擦和繩重，則貨物的重力和滑輪組的機械效率分別是（）A．20N80% B．20N90% C．180N90% D．180N80%（2022?鎮(zhèn)江）如圖1所示，輕質(zhì)杠桿可繞O轉(zhuǎn)動，A點懸掛一重為12N的物體M，B點受到電子測力計豎直向上的拉力F，杠桿水平靜止，已知OA＝AB＝BC，則F為N。保持杠桿水平靜止，將F作用點從B移至C，此過程中F方向保持不變，F(xiàn)的力臂記為l，則F的大小變，F(xiàn)與（1l）的關(guān)系圖線為圖2中的①；將M從A移至B，再重復(fù)上述步驟，F(xiàn)與（1l）的關(guān)系圖線為圖2中的（2022?寧夏）生活中有很多小妙招，如圖甲所示，用鋼勺很輕松就可以打開飲料瓶蓋，模型如圖乙，它是以為支點（選填“A”或“B”）的省力杠桿，手在（選填“C”或“D”）點向下壓時會更省力。（2022?泰州）建設(shè)中的常泰大橋為斜拉索公路、鐵路兩用大橋，如圖為小華制作的斜拉索大橋模型，她用長30cm、重5N的質(zhì)地均勻分布的木條OA做橋面，立柱GH做橋塔。OA可繞O點轉(zhuǎn)動，A端用細線與GH上的B點相連，橋面OA實質(zhì)是一種（填簡單機械名稱）。保持橋面水平，細線對OA的拉力F＝N；將細線一端的固定點由B點改至C點，拉力F的大小變化情況是，由此小華初步了解到大橋建造很高橋塔的好處。（2022?湖北）如圖是指甲剪的示意圖。請在圖中畫出杠桿ABO以O(shè)點為支點時動力F1的力臂l1和阻力F2。（忽略摩擦，保留作圖痕跡）（2022?黔東南州）如圖所示，用杠桿將物體A提起，請畫出使杠桿平衡最小力F的示意圖和物體A所受重力的示意圖。（2022?河南）在探究杠桿平衡條件的實驗中：（1）將裝置放在水平桌面上，靜止時如圖1所示。為了使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將螺母向（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)。（2）實驗中，在杠桿兩側(cè)掛上不同數(shù)量的鉤碼，第1、2次杠桿平衡時的數(shù)據(jù)已填入表格。圖2是第3次杠桿平衡時的情景，此次杠桿右側(cè)的阻力和阻力臂的數(shù)據(jù)①為，②為。實驗次數(shù)動力F1/N動力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m12.50.220.25220.151.50.231.50.1①②（3）分析實驗數(shù)據(jù)，可歸納出杠桿的平衡條件：。（4）某小組對實驗過程交流、討論后，按圖3所示又進行了實驗。老師肯定了他們的做法，并指出，用彈簧測力計斜拉可使結(jié)論更具普遍性，因為這樣做改變了。在測量拉力F的力臂時，小組內(nèi)有不同的意見，你認為拉力的力臂應(yīng)為（選填“OA”“OB”或“AB”）。（2022?威海）為了建設(shè)精致城市，每到春天園林工人要在過街天橋上放置花草，為城市增添一抹綠色。如圖所示，工人用長木棒、滑輪、輕繩組裝提升裝置。木棒放置在天橋欄桿上始終保持水平，與欄桿M接觸點為O；用沙袋將木棒B端壓在欄桿N上，在木棒A端吊裝滑輪組。OA：OB＝1：2，每個沙袋重300N，每個滑輪重24N。（木棒和繩的重力、滑輪與軸的摩擦均忽略不計）（1）若A點受到豎直向下的拉力為1000N，為了保持木棒水平平衡，在B端至少需要放置幾個沙袋？（2）若某次工人利用滑輪組豎直向下拉繩子，將重為376N的花架勻速提升5m。求：①滑輪組的機械效率。②滑輪組對繩AC的拉力。（2022?荊州）美的樓宇科技荊州產(chǎn)業(yè)園項目是美的集團繼冰箱和洗衣機項目后，第三個落地荊州的生產(chǎn)基地，將成為美的樓宇科技在全國最大的集研發(fā)、生產(chǎn)于一體的標(biāo)桿工廠。項目建設(shè)中，工人用如圖所示的裝置將質(zhì)量為70kg的建筑材料勻速提升了6m，用時10s。電動機的輸出功率恒定為600W，不計繩重和摩擦，g＝10N/kg。求：（1）建筑材料上升的速度；（2）10s內(nèi)電動機輸出的總功；（3）動滑輪所受的重力；（4）若用此滑輪組勻速提升另一批建筑材料時，機械效率是90%，則該建筑材料上升的速度。（2022?畢節(jié)市）如圖，一輛貨車勻速從山底A開到山頂B。貨車重為5.0×104N，發(fā)動機的功率50kW保持不變，山坡AB長2000m，高h為300m，牽引力保持2.5×104N不變，不計空氣阻力。求：（1）汽車從山底開到山頂所做的有用功。（2）山坡的機械效率。（3）汽車在山坡上行駛時的摩擦力?！玖?xí)題鞏固】一．選擇題（共12小題）1．（2022?泰山區(qū)三模）如圖所示是一種鍘刀切甘蔗的示意圖，下列說法正確的是（）A．鍘刀的刀刃比較薄是為了減小甘蔗和刀刃間的摩擦 B．鍘刀實質(zhì)上是一種費力杠桿 C．把甘蔗放在b點比放在a點更容易切斷 D．手沿F2方向用力比沿F1方向時更省力2．（2022?牡丹江一模）關(guān)于生產(chǎn)生活中簡單機械的使用，下列說法正確的是（）A．用瓶起子起瓶蓋可以省力 B．用滑輪組提升重物一定省功，但會費距離 C．鉗子的手柄有條紋，是通過增大壓力的方法來增大摩擦力 D．傳送帶將貨物由高處勻速傳到低處，貨物的重力勢能減小，動能增大3．（2022?蓮湖區(qū)二模）某實驗小組利用圖示裝置研究杠桿的機械效率。保持O點位置不變，豎直向上拉動彈簧測力計使重為G的鉤碼緩慢勻速上升，在此過程中彈簧測力計的讀數(shù)為F，利用刻度尺分別測出C、B兩點上升的高度為h1、h2，忽略杠桿自重，則下列說法不正確的是（）A．杠桿機械效率的表達式為Gh1B．在如圖水平位置拉升時F×OB＝G×OC C．若只將鉤碼的懸掛點由A移至C，O、B位置不變，仍將鉤碼提升相同的高度，則杠桿的機械效率將變大 D．若彈簧測力計始終豎直向上拉，則測力計示數(shù)不斷變化4．（2022?鼓樓區(qū)校級一模）如圖所示，輕質(zhì)杠桿MON及支架是一個固連在一起的整體，且能繞O點轉(zhuǎn)動，MO：NO＝3：2，圖中正方體D通過細線與N點相連且與水平地面的接觸面積S為400cm2，當(dāng)物體A的質(zhì)量為8kg時，杠桿在水平位置上平衡，物體D對水平地面的壓強p1為4000Pa；當(dāng)把物體A換成質(zhì)量為12kg的物體B，支點移至O'，使MO'：NO'＝4：3時，杠桿仍在水平位置上平衡，此時繩對物體D的拉力為F，物體D對水平地面的壓強為p2（杠桿、支架和托盤的重力不計），則下列結(jié)論正確的是（）A．物體D的質(zhì)量為16kg B．物體D的密度為2.5×103kg/m3 C．繩對物體D的拉力F為160N D．物體D對水平地面的壓強p2為400Pa5．（2022?碑林區(qū)校級模擬）滑輪是提升重物時經(jīng)常用到的一種機械，工人師傅用500N的拉力F，利用如圖所示的滑輪將重800N的重物在30s內(nèi)勻速提高了6m。下列判斷正確的是（）A．繩端移動的速度為0.2m/s B．提升重物所做的有用功為3000J C．工人師傅拉繩子的功率為200W D．該滑輪的機械效率為62.5%6．（2022?越秀區(qū)校級二模）如圖分別使用甲、乙、丙三種方式把同一物體M勻速豎直提升，繩長不變，測得各拉力F大小如圖，已知拉力F的作用點移動距離相等，則以下說法正確的是（）A．F乙和F丙兩個力所做的功不同 B．機械乙的有用功比機械丙的有用功大 C．機械丙的滑輪重一定為12N D．機械乙的機械效率小于機械丙的機械效率7．（2022?雁塔區(qū)校級模擬）如圖所示是一種車載起重機，由汽車的發(fā)動機帶動電動機拉動滑輪組吊起重物，汽車和設(shè)備的總質(zhì)量約為30t，與地面的總接觸面積約為0.8m2，其中由A、B組成滑輪組（結(jié)構(gòu)如左側(cè)的放大示意圖），通過C桿伸縮可以改變吊臂的長短，D桿伸縮可以改變吊臂與水平面的夾角大小，O為吊臂的轉(zhuǎn)動軸；裝在E里的電動機牽引鋼絲繩，利用滑輪組提升重物。H為在車身外側(cè)增加的支柱，F(xiàn)為吊臂頂端受到豎直向下的力。現(xiàn)用該起重機在30s內(nèi)將20t重的物體勻速提升4m的高度，電動機的額定功率為3kW，汽車發(fā)動機的耗油量為0.5L/min（ρ油＝0.8×103kg/m3，q油＝3.0×107J/kg，取g＝10N/kg）。下列有關(guān)說法中正確的是（）A．當(dāng)C桿伸長時起吊重物更省力 B．當(dāng)D桿伸長時力F的力臂將變長 C．該裝置在上述勻速起重的過程中對水平地面的壓強約為3.75×104Pa D．該汽車起重機的工作效率約為13%8．（2022?武漢模擬）在杭州動物園內(nèi)，一位物理老師僅用小小的彈簧測力計（量程0﹣200N）就測出了一頭大象的質(zhì)量，測量時利用了一根長度約為10m的槽鋼作為杠桿（不計槽鋼和鐵籠的質(zhì)量）。當(dāng)槽鋼水平靜止時，彈簧測力計的讀數(shù)為200N，測得吊車吊鉤的懸點O距彈簧測力計一端（B）點9m，距系鐵籠處（A）點10cm。當(dāng)他拉著彈簧測力計勻速豎直向下拉動了100s，使裝有大象的鐵籠向上運動了0.1m。有關(guān)此次活動的說法正確的是（）A．該大象的質(zhì)量為1.8×104kg B．拉力做的功為1.8×103J C．拉力的功率是0.2W D．他若想稱量更重的大象，可以將彈簧測力計的懸掛點向O點靠近9．（2022?天津模擬）如圖所示，杠桿左端掛有質(zhì)量為m1的貨物，其所對應(yīng)力臂為L1，杠桿右端掛有質(zhì)量為m2的貨物，其所對應(yīng)的力臂為L2，現(xiàn)將杠桿的支點向左移動ΔL，則為使杠桿重新達到平衡，需向左端補充的貨物質(zhì)量為（）A．(m1+m2C．(m2-m10．（2022?黃山模擬）如圖所示，當(dāng)水平拉力F＝25N時，恰好可以使物體A沿水平地面向右做勻速直線運動。已知物體A重為100N，所受地面的摩擦力為40N，假如在5s時間內(nèi)，物體水平移動了0.6m，不計繩和滑輪的自重，則在此過程中（）A．拉力F做功為15J B．物體重力做功為60J C．拉力F做功的功率為6W D．該裝置的機械效率約為60%11．（2022?惠城區(qū)一模）用如圖甲所示的裝置提升重物，空吊籃A重25N，將A提升到高處，施加的拉力F隨時間變化關(guān)系如圖乙所示，空吊籃A的上升速度隨時間變化關(guān)系如圖丙所示，忽略繩重、摩擦、空氣阻力，下列說法不正確的是（）A．動滑輪所受的重力為15N B．第2秒內(nèi)拉力做的功為80J C．當(dāng)貨物的重是160N時，勻速提升時，所需拉力是100N D．當(dāng)貨物的重是160N時，勻速提升時，機械效率為92.5%12．（2022?臨平區(qū)一模）如圖所示，拉力F為10N，物體A以0.2m/s的速度在物體B表面向左做勻速直線運動（B表面足夠長）；物體B靜止在地面上，受到地面水平向左6N的摩擦力，彈簧測力計示數(shù)為20N。下列說法正確的是（）A．物體A受到物體B的摩擦力為20N B．此時拉力F的功率為2W C．此時滑輪組的機械效率為70% D．當(dāng)拉力F增大到20N時，物體B將向左運動二．實驗探究題（共3小題）13．（2022?立山區(qū)一模）某小組同學(xué)在用杠桿測定機械效率的實驗中。（一）小敏用如圖1所示的實驗裝置測定杠桿的機械效率。實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在杠桿下面的鉤碼緩緩上升。（1）實驗中，測力計的示數(shù)F為N，鉤碼總重G為1.0N，鉤碼上升高度h為0.1m時，C點上升了30cm，則杠桿的機械效率為%。（2）實驗中若提升的鉤碼重一定，則影響杠桿機械效率的主要因素是。（3）若只將鉤碼的懸掛點由A移至B，仍將鉤碼提升相同的高度，則杠桿的機械效率將（選填“變大”、“變小”或“不變”）。（二）小王用如圖2所示的另一實驗裝置測量杠桿的機械效率。O為杠桿的轉(zhuǎn)軸，不計摩擦。實驗時，給B端施加豎直向下的力，使掛在杠桿A端的鉤碼緩緩上升。（圖中杠桿為質(zhì)量分布均勻的直棒）下表是提升物體時采集到的數(shù)據(jù)：實驗序號物重G（N）拉力（N）A端上升的高度h/mB端下降的高度s/m杠桿的效率1250.040.0280%2490.040.0289%3250.060.0380%46150.040.0.292%（1）由三組實驗，可以初步得出的結(jié)論：相同的杠桿，提升的物體越重效率越高。（2）該實驗中杠桿的效率總小于100%的原因是杠桿有自重，分析實驗數(shù)據(jù)可知道杠桿的自重為N。14．（2022?漣水縣模擬）小張做“探究杠桿平衡條件的實驗”：（1）實驗前，杠桿靜止在如圖甲所示位置，此時杠桿（選填“是”或“不是”）平衡狀態(tài)。（2）實驗前小張調(diào)節(jié)平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡；而實驗過程中，也總是使杠桿在水平位置平衡，這樣做目的是便于測量。（3）如圖乙所示，若每個鉤碼重0.5N，則彈簧測力計示數(shù)為N。（4）如圖丙所示，當(dāng)彈簧測力計由M位置傾斜至N位置時，要使拉力大小不變，杠桿繼續(xù)在水平位置處于平衡，則應(yīng)（選填“增大”或“減小”）懸掛的鉤碼總質(zhì)量。15．（2022?渾南區(qū)二模）在“測量滑輪組的機械效率”的實驗中，小王和小李選用的器材有滑輪組、重物、彈簧測力計和刻度尺，測得實驗數(shù)據(jù)如表所示。序號物體重力G/N物體上升高度h/cm拉力F/N繩端移動距離s/cm機械效率η12100.83083.3%24101.53036102.23090.9%46152.24590.9%（1）請你根據(jù)他們的實驗數(shù)據(jù)畫出滑輪組的繞線方式；（2）測量拉力時，為了使彈簧測力計示數(shù)更穩(wěn)定，小王在測力計靜止時讀數(shù)，同組的小李指出他這樣測出的數(shù)據(jù)對實驗的結(jié)果有影響，原因是他忽略了對實驗的影響；（3）第2次實驗測得滑輪組的機械效率是；（4）如果小王沒找到刻度尺，他（選填“能”或“不能”）計算出滑輪組的機械效率；（5）結(jié)合表中數(shù)據(jù)和生活實際可知，用滑輪組提升重物時，可提高機械效率