專題19　簡單機械（原卷版）

專題19簡單機械【思維導(dǎo)圖】【知識點回顧】一、杠桿考點1指認(rèn)杠桿的支點、動力、阻力、動力臂和阻力臂1．杠桿的定義：在力的作用下，能繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒叫做杠桿。杠桿可以是直的、也可以是彎的。2．杠桿的五要素：________、動力、阻力、動力臂、阻力臂。3．動力和阻力的方向不一定相反，但作用效果一定相反。eq\a\vs4\al(考點2繪制杠桿的動力臂和阻力臂圖示)1．力臂是________的距離，而不是支點到力的作用點的距離。2．作力臂的步驟a．找出支點O的位置；b．畫出動力作用線和阻力作用線；c．從支點分別作動力作用線和阻力作用線的垂線段即為________和________。eq\a\vs4\al(考點3概述杠桿的平衡條件)1．杠桿保持________或________狀態(tài)，稱為杠桿平衡。2．杠桿平衡的條件動力×動力臂＝阻力×阻力臂，即________。eq\a\vs4\al(考點4應(yīng)用杠桿的平衡條件解決簡單的問題c)杠桿類型力臂關(guān)系平衡時力的關(guān)系優(yōu)缺點應(yīng)用省力杠桿l1>l2________省力，費距離撬棒、瓶蓋起子等費力杠桿l1<l2F1>F2________，省距離鑷子、火鉗等等臂杠桿l1＝l2F1＝F2不省力，不省距離天平、定滑輪等eq\a\vs4\al(考點5指認(rèn)人體中的杠桿)1．人的頭顱——等臂杠桿抬頭時，可以在頸部找到杠桿，杠桿的支點在脊柱之頂，支點后的肌肉收縮提供動力，頭顱的重量是阻力。這個杠桿幾乎是個________杠桿。2．人的手臂——費力杠桿肘關(guān)節(jié)是支點，肱二頭肌肉所用的力是________力，手拿的重物的重力是________力，顯然我們的前臂是一種________力杠桿。雖然費力，但是可以省距離(少移動距離)，提高工作效率。3．走路時的腳——省力杠桿腳掌前部是支點，人體的重力就是________力，腿肚肌肉產(chǎn)生的拉力就是________力。這種杠桿可以克服較大的體重。二、滑輪eq\a\vs4\al(考點6辨認(rèn)定滑輪、動滑輪和滑輪組)1．定滑輪：工作時軸固定不動的滑輪，如圖甲。2．動滑輪：工作時軸發(fā)生移動的滑輪，如圖乙。eq\a\vs4\al(考點7知道定滑輪和動滑輪的特點)實質(zhì)力的關(guān)系(F，G)距離的關(guān)系(s，h)作用定滑輪等臂杠桿F＝Gs＝h改變力的方向動滑輪動力臂是阻力臂兩倍的杠桿F＝eq\f(1,2)Gs＝________省力滑輪組F＝________s＝nh既可以省力，也可以改變力的方向eq\a\vs4\al(考點8知道滑輪組的特點（限于兩個滑輪的滑輪組）)1．滑輪組：由定滑輪跟動滑輪組成的滑輪組。2．特點：既能改變用力的________，也能________?？键c9使用滑輪組(限于兩個滑輪的滑輪組)解決簡單的問題使用滑輪組時，滑輪組用n段繩子拉物體，拉物體所用的力F就是物重的n分之一，即F＝________，n表示拉物體繩子數(shù)?！纠}精析】（2022?紹興）小敏在做“研究杠桿平衡條件”的實驗時，先后出現(xiàn)杠桿右端下降的現(xiàn)象。為使杠桿水平平衡，下列操作正確的是（）A．圖甲中平衡螺母向左調(diào)節(jié)；圖乙中右側(cè)鉤碼向左移動 B．圖甲中平衡螺母向左調(diào)節(jié)；圖乙中右側(cè)鉤碼向右移動 C．圖甲中平衡螺母向右調(diào)節(jié)；圖乙中左側(cè)鉤碼向左移動 D．圖甲中平衡螺母向右調(diào)節(jié)；圖乙中左側(cè)鉤碼向右移動（2022?麗水）如圖是某興趣小組用輕質(zhì)桿制作的桿秤，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)量程偏小。下列操作能使桿秤量程變大的是（）A．將a點向左移 B．將b點向右移 C．換一個質(zhì)量較小的秤砣 D．將a、b點都向左移等長距離（2021?溫州）停放自行車時，若要從如圖四點中選擇一點施加豎直向上的力，將后輪略微提起。其中最省力的點是（）A．A點 B．B點 C．C點 D．D點（2022?金華）項目學(xué)習(xí)小組在使用密度計時發(fā)現(xiàn)由于刻度不均勻，估讀時誤差較大，由此準(zhǔn)備制作一個刻度均勻的密度計。【小組討論】液體密度計是根據(jù)排開液體的體積變化判斷密度大?。桓鶕?jù)密度公式ρ=m【查閱資料】桿秤是我國古老的質(zhì)量稱量工具（如圖甲），刻度是均勻的。使用時先把被測物體掛在秤鉤處，提起秤紐，移動秤砣，當(dāng)秤桿在水平位置平衡時，秤砣懸掛點對應(yīng)的數(shù)值即為物體的質(zhì)量。（1）桿秤的工作原理是；【產(chǎn)品制作】器材：木棒、塑料杯、細線、刻度尺、金屬塊（代替秤砣）。步驟：①模仿桿秤結(jié)構(gòu)，用杯子代替秤鉤，先自制一根無刻度“密度秤”；②杯中不加液體，提起秤紐，移動秤砣，當(dāng)秤桿在水平位置平衡時（如圖乙），將此時秤砣的懸掛點A標(biāo)記為“0”刻度；③杯中加水至a處，提起秤紐，移動秤砣，當(dāng)秤桿在水平位置平衡時，將此時秤砣的懸掛點B標(biāo)記為“”刻度（單位g/cm3）；④以AB兩點之間長度的110（2）在制作過程中，秤桿出現(xiàn)左低右高現(xiàn)象（如圖丙），要調(diào)至水平位置平衡，秤砣應(yīng)往側(cè)移動；（3）步驟③中，秤砣懸掛點B標(biāo)記的刻度值應(yīng)為；【產(chǎn)品檢驗】用多種密度已知的液體對“密度秤”刻度準(zhǔn)確度進行檢驗?！井a(chǎn)品升級】（4）為了制作出精確度更高的“密度秤”，下列改進措施可行的是。A.把秤紐位置往遠離秤鉤一側(cè)移動B.減小秤砣的質(zhì)量C.減少加入杯中的液體體積D.換用更細的秤桿（2021?湖州）下列是某科學(xué)研究小組探究杠桿平衡條件的實驗過程：（本實驗均使用輕質(zhì)杠桿）實驗1：在直杠桿水平平衡時（如圖甲所示）進行實驗，記錄多組數(shù)據(jù)。得出：F1×s1＝F2×s2（注：s1和s2分別表示支點O到F1和F2的作用點的距離）。在直杠桿傾斜平衡時（如圖乙所示）進行實驗，也得到了同樣的結(jié)論。該結(jié)論適用于所有平衡時的杠桿嗎？實驗2：科學(xué)研究小組用一側(cè)彎曲的杠桿進行如圖丙所示的實驗，移動鉤碼，改變鉤碼數(shù)量，記錄數(shù)據(jù)如表，分析表格數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)上述結(jié)論并不成立，但發(fā)現(xiàn)一個新的等量關(guān)系，即：。實驗次數(shù)F1/Ns1/cmF2/Ns2/cml2/cm11.010.00.521.320.121.520.01.031.729.832.030.02.525.524.0s和l（支點到力的作用線的距離）這兩個量在研究杠桿平衡條件時，哪個量才是有價值的呢？研究小組的同學(xué)觀察到：支點到F1的作用點的距離（s1）與支點到F1的作用線的距離（l1）是相等的。研究小組的同學(xué)又進行了實驗。實驗3：①移動鉤碼，使杠桿，并使杠桿處于平衡狀態(tài)。②記錄F1、s1、l1和F2、s2、l2。③改變鉤碼數(shù)量，移動鉤碼，記錄杠桿處于平衡時的多組F1、s1、l1和F2、s2、l2。④分析實驗數(shù)據(jù)，得出彎杠桿的平衡條件。最后，通過科學(xué)思維，得出所有杠桿的平衡條件都是：F1×l1＝F2×l2。杠桿的平衡條件可用于解釋許多杠桿應(yīng)用，如用圖1方式提升物體比用圖2方式省力，就可用杠桿的平衡條件作出合理解釋。請回答：（1）在研究一側(cè)彎曲的杠桿時，發(fā)現(xiàn)的一個新的等量關(guān)系是。（2）將實驗3中的①填寫完整。（3）“支點到力的作用線的距離”在科學(xué)上被稱為。通過探究杠桿平衡條件的實驗，使我們深深認(rèn)識到建立這一科學(xué)量的價值。（4）用圖1方式提升物體比用圖2方式省力的原因是。（2021?麗水）桿秤（如圖甲）是我國古老的衡量工具，現(xiàn)今人們?nèi)匀辉谑褂?。某興趣小組在老師的指導(dǎo)下，動手制作量程為20克的桿秤（如圖乙）?！局谱鞑襟E】①做秤桿：選取一根筷子，在筷子左端選擇兩點依次標(biāo)上“A”、“B”；②掛秤盤：取一個小紙杯，剪去上部四分之三，系上細繩，固定在秤桿的“A”處；③系秤紐：在秤桿的“B”處系上繩子；④標(biāo)零線：將5克的砝碼系上細繩制成秤砣，掛到秤紐的右邊，手提秤紐，移動秤砣，使秤桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，在秤砣所掛的位置標(biāo)上“0”；⑤定刻度：……【交流評價】（1）桿秤是一種測量的工具；（2）當(dāng)在秤盤上放置物體稱量時，秤砣應(yīng)從“0”刻度向側(cè)移動；（3）步驟④標(biāo)零線的目的是；（4）根據(jù)杠桿平衡條件可知，桿秤的刻度是均勻的。定刻度時，小科和小思采用不同的方法，你認(rèn)為的方法更合理。小科：先在秤盤上放1克物體，移動秤砣，使秤桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，在秤砣所掛的位置標(biāo)上1；然后在秤盤上放2克物體……；按上述方法直到標(biāo)出所有刻度。小思：在秤盤上放20克物體，移動秤砣，使秤桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，在秤砣所掛的位置標(biāo)上20，0和20之間分為20等份，依次標(biāo)上相應(yīng)刻度。（2021?衢州）“認(rèn)真觀察和仔細分析”是科學(xué)研究的基本要求。（1）如圖甲，在靜止指向南北方向的小磁針上方平行地放一根直導(dǎo)線。閉合開關(guān)，原來靜止的小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，原來靜止的直導(dǎo)線仍然未動。①小磁針發(fā)生轉(zhuǎn)動，可以說明它一定受到力的作用，因為；②直導(dǎo)線仍然未動，此時偏轉(zhuǎn)的小磁針對直導(dǎo)線（填“有”或“沒有”）力的作用；（2）如圖乙是某飲水器水龍頭的結(jié)構(gòu)示意圖，A是固定的出水口，B是一根手柄，C是一根連接在閥門上的桿，由彈簧將它拉緊，O1是連接B、C的一根銷釘。可將手柄簡化為一根杠桿，手柄與A的接觸點O2為支點，下壓手柄，C就上升，閥門打開水流出；放手后，C自動恢復(fù)原位，水龍頭關(guān)閉。①請在丙圖中畫出動力F1的力臂l1；②正常使用手柄取水時，手柄屬于杠桿。（2022?杭州）為弘揚紅軍長征精神，鑄造廠用鐵合金制作了如圖甲所示的紅軍戰(zhàn)士雕像。為確保運輸與安裝的安全，需要測量出雕像的重力和重心所在位置。其測量方法如圖乙所示，將雕像水平放置在上端裝有壓力傳感器的支架上，測出頭部A處和腳后跟B處之間的距離為175cm。用數(shù)據(jù)線分別連接兩邊支架上的壓力傳感器，測出A處和B處受到的壓力FA和FB（可通過顯示器直接讀取壓力大?。錅y量值如表所示。壓力顯示器讀數(shù)/NFA3200FB2400（1）雕像受到的重力為多少？（2）雕像重心距腳后跟B處的距離是多少？（2022?臺州）圖甲是一種太陽能“擺葉花”，其擺動原理如圖乙所示。塑料擺葉AOB是硬質(zhì)整體，由擺桿OB和葉瓣OA組成，可視為繞固定點O自由轉(zhuǎn)動的杠桿。（1）圖乙為斷電靜止時的狀態(tài)，葉瓣OA重0.04牛，C是其重力作用點。擺桿OB質(zhì)量不計，B端固定著一塊小磁鐵，C、O、D在同一水平線上。求磁鐵受到的重力是多少牛？（2）線圈E有電流時，推動磁鐵向左上方運動，則線圈E上端的磁極是極。（3）線圈E推動磁鐵向左上方運動，使擺葉AOB順時針小幅擺動后，立即斷電，擺葉AOB會自動逆時針擺回來。請利用杠桿知識對上述現(xiàn)象作出分析。。（2021?寧波）反思是一種良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)。（1）一根輕質(zhì)硬棒AB，在力的作用下能繞固定點O轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在硬棒AB上施加兩個力F1和F2，O點到F1和F2的作用線的距離分別為d1和d2。小寧認(rèn)為，只要滿足F1×d1＝F2×d2，則硬棒AB一定保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動。你認(rèn)為小寧的想法正確嗎？請說出你的理由。（2）在“動滑輪”實驗中，小寧通過如圖所示裝置進行實驗，得到結(jié)論：使用動滑輪勻速提升物體，豎直向上的拉力F小于物重G。小寧思考后認(rèn)為，即使不計摩擦和繩重，上述結(jié)論要成立，物重G和動滑輪重G動之間也必須滿足一定條件。請你說出這一條件，并予以證明。【習(xí)題鞏固】一．選擇題（共11小題）1．（2022?甌海區(qū)一模）利用相同材質(zhì)的斜面將質(zhì)量相同的貨物通過甲、乙、丙、丁四種方式勻速推上車廂。已知乙、丁的貨箱底部裝有輕質(zhì)小輪（質(zhì)量不計），平板斜角a＞β。對比四次搬運貨物的過程，最省力的方式是（）A．甲 B．乙 C．丙 D．丁2．（2022?婺城區(qū)一模）如圖甲是一種利用杠桿原理可以單手輕易開啟酒瓶蓋的開瓶器，觀察并分析圖乙，下列關(guān)于該杠桿的說法正確的是（）A．該杠桿的支點是B點 B．該杠桿可以省距離 C．沿F3方向開瓶用力最小 D．該杠桿類型與鑷子相同3．（2022?鄞州區(qū)模擬）如圖所示，滑輪組懸掛在水平鋼架上，某工人站在水平地面上，豎直向下拉動繩子自由端，5s內(nèi)使物體A勻速上升1.5m，提升過程中拉力F的功率為180W。已知物體A重540N，該工人重700N。不計繩重和摩擦，下列關(guān)于該過程的說法正確的是（）A．繩子自由端移動的速度為0.3m/s B．動滑輪重160N C．該工人對地面的壓力為400N D．工人利用該滑輪組提升物體的最大機械效率為90%4．（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5．（2022?西湖區(qū)模擬）為便于研究，某健身器材中訓(xùn)練拉力部分的機械結(jié)構(gòu)可簡化為如圖所示的滑輪組。若不計摩擦，下列有關(guān)分析正確的是（）A．兩個滑輪在裝置中起的作用相同 B．拉力向下移動的速度與配重上升的速度大小相等 C．沿方向1與2勻速拉動配重提升相同高度，拉力所做的功相等 D．用該裝置提升更重的物體，機械效率不變6．（2022?杭州模擬）如圖所示的甲、乙兩套裝置，每個滑輪的質(zhì)量均相等且繩子重力和摩擦力不計。用它們分別將重為200N和100N的重物勻速提升相同的高度，拉力均豎直向上，則兩裝置中，說法正確的是（）A．拉力大?。篎甲＜F乙 B．有用功：W有甲＜W有乙 C．額外功：W額甲＞W(wǎng)額乙 D．機械效率：η甲＞η乙7．（2022?杭州模擬）如圖是實驗常用的試管夾，O是支點，使用時用力向下按圖示按壓處可打開試管夾。下列能正確表示使用該試管夾時的杠桿示意圖是（）A． B． C． D．8．（2022?舟山模擬）如圖所示，是我國古代《墨經(jīng)》最早記述了秤的杠桿原理（如圖所示），此時杠桿處于平衡狀態(tài)，有關(guān)它的說法錯誤的是（）A．“標(biāo)”“本”表示力臂，“權(quán)”“重”表示力 B．“權(quán)”“重”增加相同的質(zhì)量，A端會上揚 C．增大“重”時，應(yīng)把“權(quán)”向A端適當(dāng)移動 D．若將提紐O向B端移動一些，桿秤測量范圍變大9．（2022?寧波模擬）為便于研究，某健身器材中訓(xùn)練拉力部分的機械結(jié)構(gòu)可簡化為如圖所示的滑輪組。若不計摩擦，下列有關(guān)分析正確的是（）A．兩個滑輪在裝置中起的作用相同 B．拉力F的大小是配重G大小的二分之一 C．拉力移動的距離是配重上升距離的兩倍 D．將配重提升相同的高度，用該裝置與直接提升配重所做的功相等10．（2022?新昌縣模擬）為使杠桿平衡在圖示位置，需在A點施加一個力，在如圖所示的四個方向中，不可能使杠桿平衡的力是（）A．F1和F2 B．F1和F4 C．F2和F3 D．F3和F411．（2022?杭州模擬）有一質(zhì)量分布不均勻的木條，質(zhì)量為2.4kg，長度為AB，C為木條上的點，AC=1A．14AB B．12AB C．34AB 二．填空題（共5小題）12．（2022?拱墅區(qū)一模）小金用如圖所示裝置提升重物G，已知每一個滑輪所受重力相等均為2N，物A體G所受重力為20N，在不計摩擦的情況下，小金至少需要N的力才能拉住物體G保持不動；天花板A點受到向下拉力為N；地面B點受到向上的拉力為N。13．（2022?鎮(zhèn)海區(qū)二模）2021年7月，臺風(fēng)“煙花”過境后，鎮(zhèn)海區(qū)有不少樹木傾倒，山區(qū)的道路上也掉落下不少石塊。請回答下列問題：（1）小科用如圖甲所示的方法將被臺風(fēng)刮倒的樹拉正，A的樹干相當(dāng)于（填“動滑輪”或“定滑輪”）。（2）如圖乙，小科使用一根長為1m的硬棒AD撬動掉落在地上的大石塊，石塊垂直作用在棒上C點的力是500N，其中BC＝CD＝0.2m，若要撬動石塊，則施加在硬棒A點的力至少是N。14．（2022?嘉善縣模擬）圖甲是某簡易吊裝機，其簡化結(jié)構(gòu)如圖乙所示，（1）吊裝機在使用時，通常在一定位置壓上配重防止翻倒。將同一配重分別放在圖中D、E、F處時，能達到最佳防翻效果的是處，此時我們選擇點作為支點。（2）吊裝機自重為1000牛，其重力作用線通過A點。現(xiàn)要將質(zhì)量為200kg的物體吊起，至少加N的配重。（已知BD＝DE＝EF＝0.5m）15．（2022?臨安區(qū)一模）如圖是工人師傅搬運貨物時，在地面和卡車的車用間傾斜放置一長木板搭成斜面，將地面上的貨物沿斜面勻速推上車廂，用時為t；已知車廂底面離地面高度為h，木板長s，貨物的質(zhì)量為m，沿斜面所用的推力為F，則工人做的有用功是，工人做功功率是，此斜面的機械效率為。（以上各空用題中字母表示）16．（2022?下城區(qū)校級模擬）如圖所示，AC、BC為同一水平面上的兩個光滑斜面，AC＞BC，∠CAB＝30°，∠C＝90°。在相等時間內(nèi)把重為80N的同一物體從斜面底端分別沿AC、BC以相同的速度勻速推至C點，物體的機械能（選填“增大”“減少“不變”），若推力分別為F1、F2，斜面的機械效率分別為η1、η2，則F1F2，η1η2（選填“＞”“＜”或“＝”）。三．實驗探究題（共3小題）17．（2022?江山市一模）學(xué)習(xí)了杠桿知識后，小科利用身邊的物品來探究杠桿的平衡條件，選擇的器材有：鉛筆、橡皮若干（每塊橡皮質(zhì)量為10g）、細線、刻度尺等。（1）將細線大致系在鉛筆的中部位置，鉛筆靜止后如圖甲所示。若想調(diào)節(jié)鉛筆水平平衡，應(yīng)該將細線向（選填“左”或“右”）移動。（2）調(diào)節(jié)水平平衡后，用細線綁定數(shù)量不等的橡皮掛在杠桿支點兩側(cè)，如圖乙所示。做了幾次實驗后，將數(shù)據(jù)記錄在表中。小科得出如下結(jié)論：“動力×支點到動力作用點的距離＝阻力×支點到阻力作用點的距離”。小江認(rèn)為這個結(jié)論不能反映普遍規(guī)律，需要進一步完善實驗。小江接下來的操作是。次數(shù)動力F1/N支點到動力作用點的距離l1/m阻力F2/N支點到阻力作用點的距離l2/m10.20.040.40.0220.20.040.10.0830.30.050.30.05（3）鉛筆水平平衡后，小科不小心將前端細長的鉛筆芯弄斷了（如圖丙），她立刻將鉛筆穩(wěn)住，并將鉛筆芯放到左端細線下方固定（如圖丁），則鉛筆。A.左端下沉B.右端下沉C.仍然水平平衡18．（2022?臨平區(qū)一