第12章 简单机械
知识清单
一、杠杆
1.定义： 叫杠杆。杠杆可直可曲，形状任意。
(
O
F
1
l
1
l
2
F
2
)2.五要素——组成杠杆示意图。
（1）支点： 。用字母O 表示。
（2）动力： 。用字母 F1 表示。
（3）阻力：阻碍杠杆转动的力。用字母 F2 表示。
说明：动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在 上。
动力、阻力的方向 相反（一定/不一定），但它们使杠杆的转动的方向 （相同/相反）。
（4）动力臂： 。用字母l1表示。
（5）阻力臂： 。用字母l2表示。
画力臂方法：一找点、二画线、三连距离、四标签
⑴ 找支点O；
⑵ 画力的作用线（虚线）；
⑶ 画力臂（虚线，过支点垂直力的作用线作垂线）；
⑷ 标力臂（大括号）。
3.研究杠杆的平衡条件：
（1）杠杆平衡是指： 。
（2）实验前：应调节 ，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是： 。
（3）结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是： 。写成公式F1l1=F2l2 也可写成：。
解题指导：分析解决有关杠杆平衡条件问题，必须要画出杠杆示意图；弄清受力与方向和力臂大小；然后根据具体的情况具体分析，确定如何使用平衡条件解决有关问题。（如：杠杆转动时施加的动力如何变化，沿什么方向施力最小等。）
4.解决杠杆平衡时动力最小问题：此类问题中阻力×阻力臂为一定值，要使动力最小， ，要使动力臂最大需要做到：
①在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；
②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。
5.应用：
名称 结 构 特 征 特 点 应用举例
省力 杠杆 动力臂>阻力臂 省力、 费距离 撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车、花枝剪刀
费力 杠杆 动力臂<阻力臂 费力、 省距离 缝纫机踏板、起重臂 人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆
等臂 杠杆 动力臂=阻力臂 不省力 不费力 天平，定滑轮
说明：应根据实际来选择杠杆，当需要较大的力才能解决问题时，应选择 ，当为了使用方便，省距离时，应选 。
二、滑轮
1.定滑轮：
（1）定义： 。
（2）实质：定滑轮的实质是：
（3）特点：使用定滑轮 。
（4）对理想的定滑轮( ）F=G绳子自由端移动距离SF(或速度vF) = 重物移动的距离SG(或速度vG)
(
l
1
l
2
F
2
F
1
)
2.动滑轮：
（1）定义： 。（可上下移动，也可左右移动）
（2）实质：动滑轮的实质是： 。
（3）特点：使用动滑轮能 。
（4）理想的动滑轮（ ）则：，只忽略轮轴间的摩擦则拉力，绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)。
(
F
1
l
1
F
2
l
2
)
3.滑轮组
（1）定义： ；
（2）特点： ；
（3）理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力 。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)；
（4）装滑轮组方法：首先根据公式求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。
三、机械效率
１．有用功：对人们有用的功。
公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总
2. 额外功：并非我们需要但又不得不做的功
公式：W额= W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）
3. 总功：有用功加额外功或动力所做的功
公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η
4.机械效率： 。
（1）公式：
（2）有用功 总功，所以机械效率总小于1 ，通常用百分数表示。
（3）提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。[来源:
5、机械效率的测量
（1） 原 理：[来
（2）应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
（3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线、还需 。
（4）步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的： 。
（5）结论—影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：
①动滑轮重力大小和个数多少：
提升同一物体用的动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多而有用功不变，机械效率就越低。
②物体的重力大小：
用同一滑能组所提升得重物越重，做的有用功相对就多而额外功不变，机械效率就越高。
③摩擦：若各种摩擦越大做的额外功就多，机械效率相对就低。
④ 和 不影响滑轮机械效率。
四、简单机械的机械效率
1.斜面：（1）W有用=G·h
（2）W额外=f·S
（3）W总=F·S=G·h＋fS
（4）
（5）增大η的方法：
①斜面尽量光滑（f小）
②斜面尽量陡（s小）
2.杠杆
（1）W有用=G物·h
（2）W额外 由于杠杆自重和轴的摩擦产生
（3）W总=F·S
（4）（l为力臂）
（5）增大η的方法
①减小杠杆自重 ②减小摩擦
3.定滑轮竖直方向提升重物（a）
（1）W有用=Gh
（2）W额外：摩擦及绳重
（3）W总=F·S=F·h
（4）
（5）增大η的方法：减小摩擦
4.定滑轮水平方向拉动物体（b）
（1）W有用=f·S物
（2）W额外：滑轮转动摩擦
（3）W总=F·SF=F·S物
（4）
（5）增大η的方法：减小滑轮转动摩擦
5.动滑轮（a）及竖直方向滑轮组
（1）W有用=G物·h
（2）W额外由摩擦和绳重决定，忽略摩擦的情况下，W额外=G动·h。
（3）W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h （n为连接动滑轮绳子段数）
（4）不计绳重和摩擦时：（η与G物、G动有关，与s、h、n无关）
（5）增大η的方法：
①减小摩擦；
②减小G动（G物一定时）；
③增大G物（G动一定时）。
6.动滑轮（b）及水平方向滑轮组
（1）W有用=fS物
（2）W额外：绳重及滑轮转动摩擦
（3）W总=F·SF=F·nS物 （n为连接动滑轮绳子段数）
（4）
（5）增大η的方法：减小绳重及滑轮转动摩擦
7.注意：
（1）所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分，故对机械进行润滑一般都可以提高机械效率．
（2）所有的有用功均等于不使用机械时所做的功
（3）对于所有机械均有：
参考答案
一、1.在力的作用下绕着固定点转动的硬棒；2.（1）杠杆绕着转动的点 （2）使杠杆转动的力 （3）杠杆 不一定 相反 （4）从支点到动力作用线的距离 （5）从支点到阻力作用线的距离 3.（1）杠杆静止或匀速转动 （2）杠杆两端的螺母 可以方便的从杠杆上量出力臂 （3）动力×动力臂＝阻力×阻力臂 4.必须使动力臂最大 5.省力杠杆 费力杠杆
二、1.（1）中间的轴固定不动的滑轮 （2）等臂杠杆 （3）不能省力但是能改变动力的方向 （4）不计轮轴间摩擦 2.（1）和重物一起移动的滑轮 （2）动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆 （3）省一半的力，但不能改变动力的方向 （4）不计轴间摩擦和动滑轮重力 3.（1）定滑轮、动滑轮组合成滑轮组 （2）使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向
三、4.有用功跟总功的比值 （2）小于 5.（3）刻度尺、弹簧测力计 （4）保证测力计示数大小不变 （5）④绕线方法 重物提升高度
专题突破
专题一.杠杆平衡条件及其应用
（一）解读：
杠杆的平衡条件是动力×动力臂＝阻力×阻力臂，公式表示为F1l1＝F2l2。
影响杠杆平衡的不是力的大小,而是力与力臂的乘积的大小。只有Fll1等于F2l2时,杠杆才能平衡，即杠杆静止或绕支点匀速转动，一般情况下我们所说的杠杆平衡是指杠杆静止。如果F1l1＞F2l2,则沿动力方向转动；如果F1l1使用杠杆时，应根据需要选择。如果要省力(如园林工人修剪花草的剪刀),则需使动力臂大于阻力臂,此时较费距离；如果要省距离(如镊子),则需使动力臂小于阻力臂,此时较费力；等臂杠杆(如天平)既不费力也不省力。
（二）典例突破
例1.（2022·内蒙古包头·统考中考真题）如图所示，轻质杠杆OB可绕O点转动，OA=AB，在A点悬挂物体，在B点竖直向上拉动杠杆使其始终保持水平平衡，拉力为F。下列说法正确的是（ ）
A．F的大小为物重的2倍 B．物重增加5N，F的大小也增加5N
C．物体悬挂点右移，拉力F会增大 D．将F改为沿图中虚线方向，拉力F会减小
【答案】C
【解析】A．由图可知，OA=AB，阻力的力臂为动力力臂的一半，根据杠杆的平衡条件可知
由于 ，拉力F的大小为物重的二分之一，故A错误；
B．若物重增加5N，根据杠杆的平衡条件可知，F的变化量为，根据杠杆平衡条件可知
解得
故B错误:
C．当悬挂点右移时，阻力不变，阻力臂变大，动力臂不变，则动力F将变大，故C正确；
D．保持杠杆在水平位置平衡，将拉力F转至虚线位置时，拉力的力臂变小，因为阻力与阻力臂不变，由杠杆的平衡条件可知，拉力变大，故D错误。
故选C。
例2.（2022·四川遂宁·统考中考真题）码头上的工作人员，利用如图所示的杠杆将一桶淡水从地面转移到船上（杠杆始终保持水平）。挂在A端的的桶重100N，内部底面积为，桶内装有800N的水，水深1m。重600N的工作人员用绳子竖直拉住B端，工作人员的脚与地面的接触面积，。下列计算结果错误的是（ ）（，g取）
A．水对桶底的压强为 B．水对桶底的压力为600N
C．人对地面的压力为375N D．人对地面的压强为
【答案】C
【解析】A．水对桶底的压强为
故A正确，不符合题意；
B．水对桶底的压力为
故B正确，不符合题意；
C．根据杠杆平衡原理，可得人对绳子的拉力为
所以人对地面的压力为
故C错误，符合题意；
D．人对地面的压强为
故D正确，不符合题意。
故选C。
例3.（2022·江苏镇江·统考中考真题）如图1所示，轻质杠杆可绕O转动，A点悬挂一重为12N的物体M，B点受到电子测力计竖直向上的拉力F，杠杆水平静止，已知OA=AB=BC，则F为 ___________N。保持杠杆水平静止，将F作用点从B移至C，此过程中F方向保持不变，F的力臂记为l，则F的大小变 ___________，F与（）的关系图线为图2中的①；将M从A移至B，再重复上述步骤，F与（）的关系图线为图2中的 ___________（选填数字序号）。
【答案】 6 小 ②
【解析】[1]由图1可知，O为杠杆的支点，B点拉力F的力臂
A点作用力的力臂为OA，由杠杆平衡条件可得：F×OB=G×OA，
解得
[2]由题意可知，保持杠杆水平静止，将F作用点从B移至C，此过程中F方向保持不变，根据杠杆平衡条件可得F×l=G×OA，
解得
……Ⅰ
由题意可知，此过程中物体M的重力G和力臂OA不变，拉力F的力臂l变大，则拉力F变小。
[3]将M从A移至B，由杠杆平衡条件可得F×l=G×OB，解得
……Ⅱ
由数学知识可知，Ⅰ、Ⅱ两式中拉力F与的关系图线均为正比例函数，由图1可知，OB>OA，则Ⅱ式的斜率大于Ⅰ式的斜率，因此将M从A移至B，F与的关系图线为过原点且斜率比图线①大的图线②。
专题二、与杠杆相关的作图
（一）专题解读：
杠杆作图题可分为以下三种:①已知作用力画出力臂;②已知力臂画出作用力;③根据杠杆平衡条件画出最小作用力。
已知作用力画力臂的一般顺序:①确定支点;②根据作用力的情况或题设条件明确是画动力作用线还是阻力作用线;③从支点向力的作用线作垂线。
需要画出最小作用力的题目的作图步骤:①确定支点;②确定最长力臂,一般情况下,最长力臂就是支点到杠杆末端的距离;③以杠杆末端为垂足作最长力臂的垂线,即为最小作用力的作用线;④最后根据题目要求标出力的方向即可。
（二）典例突破：
例4.（2022·辽宁本溪·统考中考真题）图甲是小奇用食品夹夹肉饼时的情景，食品夹看作可以绕O点转动的两个杠杆，其中OAB是上方杠杆，图乙是OAB的简化图，F2为作用在点B的阻力。请在图乙中画出：（1）在A点施加的最小动力F1及动力臂；（2）阻力臂。
【答案】
【解析】由杠杆平衡条件知道，动力最小时，必须使动力臂最长，即连接杠杆支点和动力作用点这两点所得到的线段最长，由图知道，连接支点O与A点，过A点作OA的垂线就得到在A点施加的最小动力F1，OA即为动力臂l1；过B点竖直向上做饼的垂线并延长，即阻力F2，过O点作阻力F2的垂线，即为阻力F2对支点O的力臂l2（如下图）
例5.（2022·贵州遵义·统考中考真题）人体中的某些部位具有杠杆的功能，图甲所示为人握住哑铃锻炼的情景，其简图如图乙所示。肱二头肌收缩对手臂产生一个拉力F，使手臂绕肘关节“O”转动，请在图乙中作出哑铃所受重力的示意图和拉力F的力臂L。
【答案】
【解析】解：重力的方向是竖直向下的，从哑铃的重心画一条带箭头的竖直向下的有向线段，用G表示，即为其所受重力示意图；图中杠杆O为支点，从O作F作用线的垂线，垂线段为F的力臂，如图所示：
例6.（2022·山西·统考中考真题）如图甲所示，清明假期，亮亮同学回到老家，看到工程队正施工埋电线杆，进行电网改造。亮亮发现他们挖的坑形很特别，如图乙所示。工程师告诉亮亮这种坑不仅省力，还能缩短移动的距离。要把图乙中的电线杆竖立到坑内，请你画出作用在杆上A点最小力的示意图。
【答案】
【解析】由图可知，O为支点，要使作用在A的力最小，需力臂最大，当OA作为力臂时，拉力的力臂最大，力最小，作图如下：
专题三.滑轮组的设计与组装
（一）专题解读：
滑轮组的设计和组装需注意以下两个方面:
(1)确定承担物重的绳子的段数。在不计动滑
轮重、绳重以及摩擦时，或,若n为小数,则无论大小都进 1,取整数。
(2)确定绳子固定端位置。滑轮组绕绳，遵循“奇动偶定”的原则。当n为奇数时,绳子的固定端在动滑轮上;当n为偶数时,绳子的固定端在定滑轮上。
对于动滑轮个数多于1个时,线要从内往外绕。
（二）典例突破：
例7．（2022·甘肃金昌·中考真题）如图所示，某工人站在地面上使用由三个滑轮组成的滑轮组提升重物，请画出最省力的绕绳方法。
【答案】
【解析】由于图中只有一个动滑轮，承担物重的绳子段数最多为3段，此时最省力，其绕法如图所示
专题四.功、功率和机械效率的综合计算
（一）专题解读：
功、功率、机械效率的综合计算题是中考的常见题型,计算功是计算功率和机械效率的基础。由功的计算公式W＝Fs可知，计算功，首先要确定力，然后确定在相应力的方向上通过的距离,绝不能见到力和距离就将它们相乘。
计算功率时的公式为或,要注意W和t、F和v的对应性。
计算机械效率时应审清做功的环境,分析造成额外功的具体原因。
计算时所涉及的公式主要有、、、、、等及其变形公式。
1.利用滑轮组竖直做功的情况
该类问题所涉及的物理量有物体重力G物、动滑轮的重力G动、物体移动的距离h、动力F移动的距离s、机械效率η。其中有，,，滑轮组的机械效率为(不计绳重及摩擦)。
2.利用滑轮组水平做功的情况
该类问题所涉及的物理量有物体与水平面间的摩擦力Ff、物体移动的距离l、动力F、动力F移动的距离s、机械效率η。其中，，滑轮组的机械效率(n为承担动滑轮的绳子的段数)。
（二）典例突破：
例8．（2022·江苏宿迁·统考中考真题）如图小明拉着质量为30kg行李箱匀速经过一段长度、高度的斜坡路面，用时10s，若此过程拉力F方向沿斜面向上，大小为125N。行李箱放在水平地面时与地面接触面积为，（）。求：
（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小和对地面的压强；
（2）小明对行李箱做的有用功和斜面的机械效率；
（3）拉力F做功的功率。
【答案】（1）300N，7.5×105Pa；（2）300J，80%（3）37.5W
【解析】解：（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小
行李箱静止放在水平地面上时，对地面的压强
（2）小明对行李箱做的有用功
小明对行李箱做的总功
斜面的机械效率
（3）拉力F做功的功率
答：（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小300N和对地面的压强7.5×105Pa；
（2）小明对行李箱做的有用功300J和斜面的机械效率80%；
（3）拉力F做功的功率37.5W。
例9．（2022·江苏常州·统考中考真题）2022年4月，一头质量为180kg的海豚在昌江棋子湾受伤搁浅，被救援人员送至科研基地治疗。救援过程中，利用如图所示的滑轮组，在40s时间内，救援人员用500N的拉力拉动绳端，把轻质布兜内的海豚沿竖直方向匀速提升2m。g取10N/kg，问，此过程中：
（1）滑轮组对海豚做的有用功有多大？
（2）拉力做功的功率有多大？
（3）滑轮组的机械效率有多大？
【答案】（1）3.6×103J；（2）100W；（3）90%
【解析】解：（1）质量为180kg的海豚，被匀速提升2m，所以滑轮组对海豚做的有用功
（2）由滑轮组可知，动滑轮上绳子根数n=4，绳子拉的距离
s=4×2m=8m
拉力做功
拉力做功的功率
（3）滑轮组的机械效率
答：（1）滑轮组对海豚做的有用功为3.6×103J；
（2）拉力做功的功率为100W；
（3）滑轮组的机械效率为90%。
专题五.简单机械实验
（一）专题解读：
1.探究杠杆的平衡条件
完成本实验需先解决两个问题:(1)如何消除杠杆所受重力对实验结果的影响;(2)如何方便地进行力臂的测量。消除杠杆所受重力对实验结果影响的方法是让杠杆处于水平平衡状态。而杠杆平衡的调节方法是“左偏右调,右偏左调”,并且还要注意在实验过程中平衡螺母是不能再次调节的。为使结论具有普遍性，至少需测三次数据。
2.测量滑轮组的机械效率
本实验的实验原理是。影响滑轮组机械效率的因素有物体的重力(提升的物体越重,机械效率越高)、动滑轮的重力(动滑轮越重,机械效率越低)。
在实验过程中需注意,提升重物时,要使弹簧测力计在竖直方向上匀速拉动绳子。
实验中控制变量法的应用：(1)探究机械效率与物体重力的关系时,应用同一个滑轮组提升不同的重物;(2)探究机械效率与动滑轮重力的关系时,应用重力不等的动滑轮(一般是改变动滑轮的个数)提升相同的重物。
（二）典例突破：
例10．（2022·四川眉山·统考中考真题）在“探究杠杆的平衡条件”实验中，小叶同学用刻度均匀的轻质杠杆完成以下实验，已知每个钩码重0.5N。
（1）杠杆处于如图甲状态时，若要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向______（选填“左”或“右”）调节。杠杆是否处于水平位置平衡，是由杠杆与重垂线是否垂直来判断的，这是利用了重力的方向总是______。
（2）小叶同学完成一次操作后，实验现象如图乙所示。记录的数据为：动力F1=2N，动力臂=1cm；阻力F2=1N，阻力臂=2cm。他测出了这组数据后就得出了“动力+动力臂=阻力+阻力臂”的结论，你认为他的结论是______（选填“正确”或“错误”）的，理由是______。
（3）小叶与同学又将实验改装成图丙，在A处正下方悬挂一不吸水的石块，B处施加一个与竖直方向夹角为60°的拉力F=4N，杠杆恰好在水平位置平衡，此时杠杆为______（选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆。若将该石块浸没在水中且不触底，要使杠杆在水平位置再次平衡，应在B处竖直向上施加拉力为______N。（已知ρ石=2.0×103kg/m3，ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）
【答案】 右 竖直向下 错误 不同物理量相加减没有物理意义 等臂 1
【解析】（1）[1]如图甲所示，杠杆处于向左倾斜，故平衡螺母要向右调节。
[2]由于重力方向总是竖直向下，和水平线相互垂直，所以可以根据杠杆与重垂线是否垂直来判断杠杆是否处于水平位置平衡。
（2）[3][4]小叶得出了“动力+动力臂=阻力+阻力臂”的结论，这个结论是错误的，因为不同的物理量不能相加减。
（3）[5]杠杆的支点在O点，阻力为石块重力，阻力臂为OA，由第（2）可知每格是0.5cm，故OA=1cm；动力为F，动力臂为
动力臂和阻力臂相等，所以为等臂杠杆。
[6]杠杆的平衡原理可知
F×1cm=G×1cm
G=F=4N
石头的体积
当石块完全浸没水中，排开水的体积
V排=V=2×10-4m3
石块受到浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-4m3=2N
对石头进行受力分析：重力，绳子拉力和浮力。绳子拉力
F拉=G-F浮=4N-2N=2N
由杠杆的平衡条件可知
F拉×1cm=F′×2cm
F′=1N
例11．（2022秋·安徽淮南·九年级校考阶段练习）涪江大桥建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如表所示：
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 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5%
（1）实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；
（2）分析表中数据可知：第4次实验是用______图所示装置来完成的；
（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与______无关；
（4）通过比较______两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）；
（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率越______。
【答案】 匀速 丙 重物上升高度 1、3 低
【解析】（1）[1]为了准确测出滑轮组的机械效率，应使弹簧测力计沿竖直方向做匀速直线运动。
（2）[2]在第四次实验中，s=0.5m，h=0.1m，由s=nh可得n=5，即承担物重的绳子股数n=5，所以，第4次实验是用丙图所示装置来完成的。
（3）[3]通过比较1、2两次实验数据知，滑轮组和提升物体的重力相同，绳子段数相同，重物上升高度不同，而机械效率相同，所以得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与重物上升高度无关。
（4）[4]1、3两次实验，s=0.3m，h=0.1m，由s=nh可得n=3，使用同样的滑轮组，即采用的甲、乙两图实验装置，通过得出的实验数据可知，提升的物体重力越大，滑轮组的机械效率越高，得出结论：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高。
（5）[5]通过比较3、4两次实验数据知，提升物体的重力相同，而乙中动滑轮的重力小于丙中动滑轮的重力和，乙的机械效率较大，所以可得出的结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组机械效率越低。
例12.（2022秋·江苏徐州·九年级校考阶段练习）小明同学用如图所示的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，他首先测出木块重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动木块，调节斜面倾斜角度的大小多次测量，得到下表所示的数据：
实验次数 斜面倾角θ 木块重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η/%
1 15° 10 0.1 0.4 3.6
2 30° 10 0.2 0.4
3 15° 20 0.1 0.4 7.2
（1）实验中，小明的拉力方向应与斜面平行，拉着木块做_____运动；
（2）当斜面倾斜角为30°时，弹簧测力计的示数如图所示，则此时拉力F=______N；
（3）当斜面倾角为30°时，小明做的有用功为 _____J；
（4）通过对比实验数据______（选填实验次数），可以得出的探究结论是：其他条件相同时，斜面倾斜角度越大，斜面的机械效率越 _____（选填“高”或“低”）。
【答案】 匀速直线 6 2 1和2 高
【解析】（1）[1]实验中，小明的拉力方向应与斜面平行，拉着木块做匀速直线运动，系统稳定，便于从弹簧测力计读出拉力的大小。
（2）[2]如图弹簧测力计分度值是0.2N，弹簧测力计的读数应为6N。
（3）[3]当斜面倾角为30°时，木块的重力，上升的高低，所以小明做的有用功
（4）[4][5]根据控制变量法可知，应选择实验1和2进行对比；第1次实验，当倾角为15°时，已知木块的重力，上升的高度，有用功
拉力，移动的距离，总功
则第1次机械效率
第2次实验，当倾角为30°时，已知木块的重力，上升的高度，有用功
拉力，移动的距离，总功
则第2次机械效率
由计算可知，.，因此通过对比实验数据1和2，可知：其他条件相同时，斜面倾斜角度越大，斜面的机械效率越高。
当堂检测：
1．下列工具中，使用时费力但省距离的是（ ）
A．动滑轮 B．订书机
C．羊角锤 D．镊子
【答案】D
【解析】A．动滑轮在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力的，故A不符合题意；
B．订书机在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B不符合题意；
C．羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C不符合题意；
D．镊子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故D符合题意。
故选D。
2．如图所示，三个滑轮拉同一物体在同一水平面做匀速直线运动，所用拉力分别为F1、F2、F3，那么这三个力的关系是（ ）
A．F1＞F2＞F3 B．F1＜F2＜F3 C．F2＞F1＞F3 D．F2＜F1＜F3
【答案】D
【解析】三幅图物体重力与接触面粗糙程度相同，则与地面摩擦力相同，第一幅图为定滑轮，只改变力的方向，则拉力为
F1=f
第二三幅图为动滑轮，根据绳子段数关系可知，拉力分别为
综合可得
故选D。
3．如图所示，物体B的重力为40N，此时A正沿着水平桌面以0.4m/s的速度向右做匀速直线运动；若对A施加一个水平向左的力F，物体B以原速度匀速上升。则下列选项正确的是（不计绳重、滑轮重及绳与滑轮间摩擦）（ ）
A．物体B匀速下降的速度是0.4m/s
B．物体A向左做匀速直线运动时与桌面间的摩擦力为20N
C．物体B匀速上升时，作用在物体B上绳子的拉力的功率为16W
D．对A施加的水平向左的力F大小为160N
【答案】D
【解析】解：
A.由图可知，有两段绳子拉着动滑轮，则绳子自由端物体B的移动速度为物体A移动速度的2倍，即
vB＝2vA＝2×0.4m/s＝0.8m/s
故A错误；
B.物体B的重力为40N，则绳子自由端的拉力为FB＝GB＝40N，不计摩擦、绳重及滑轮重，且物体A做匀速直线运动，可知物体A受到的摩擦力
f＝nFB＝2×40N＝80N
故B错误；
C.物体B匀速上升时，绳子的拉力与B的重力是一对平衡力，大小相等，则拉力的大小FB＝GB＝40N，所以作用在物体B上绳子的拉力的功率
PB＝FBvB＝40N×0.8m/s＝32W
故C错误；
D.物体B以原速度匀速上升时，物体A向左做匀速运动，由于物体A与地面之间的压力和粗糙程度不变，则物体A受到的摩擦力大小不变（仍然为80N）；当对物体A施加水平向左的力F使B以原速度匀速上升时，物体A受到向左的拉力、向右的摩擦力和滑轮组向右的拉力，且A受到滑轮组向右的拉力
FA＝2FB＝2×40N＝80N
由于物体A做匀速直线运动
F＝FA+f＝80N+80N＝160N
故D正确。
故选：D。
4．如图所示是学校里面常用的一种移动指示牌，结构示意图如图所示，其中 AB 为指示牌牌面，CD 和 BE 为支架（支架重力不计）。指示牌被风吹倒时可看做杠杆，根据图示风向，则支点是_________点（填图中字母），若增大 BE 的长度，则指示牌更_____（填“容易”或“不容易”）被风吹倒。
【答案】 C 容易
【解析】[1][2]指示牌被风吹倒时可看做杠杆，支点是指杠杆围绕转动的固定点，根据图示风向，则支点是C点，把风力看成动力，那阻力是指示牌受到的重力，若增大BE的长度，相当于增大动力臂，根据杠杆的平衡条件，它更容易被风吹倒。
5．如图所示，分别用甲、乙两个滑轮将同一个物体G匀速提升相同的高度h，已知两次拉力之比F甲∶F乙＝5∶3，则这两个过程中有用功之比W甲∶W乙＝______，两个滑轮的机械效率之比η甲∶η乙＝______。
【答案】 1∶1 6∶5
【解析】[1]物重相同，物体升高高度相同，由可知
W甲∶W乙=1∶1
[2]由
可得
6．小红家住三楼，正装修房子，小红站在地面上，用如图所示的器材，请帮她设计一较省力的方法，把材料送到三楼窗口去．
【答案】如图所示
【解析】题目要求小红站在地面上，故设计组装滑轮组的时候，要首先保证改变用力方向，再考虑如何最省力．
7．在“探究杠杆平衡条件的实验”中：
（1）如图甲所示，实验前，杠杆左端下沉，则应将左端的平衡螺母向_____调节（选填“左”或“右”），直到杠杆在水平位置平衡，目的是便于测量__________。
（2）如图乙所示，杠杆上的刻度均匀，在A点挂4个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂___个相同的钩码；当杠杆平衡后，将A、B两点下方所挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，则杠杆_____（选填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡。
（3）如图丙所示，若不在B点挂钩码，改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，使杠杆仍在水平位置，当测力计从a位置转到b位置时，其示数大小将_____________。
（4）如图丁所示，已知每个钩码重0.5N，杠杆上每个小格长度为2cm，当弹簧测力计在C点斜向上拉（与水平方向成30o角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，拉力F的力臂大小为________cm，弹簧测力计示数大小为__________N。
【答案】 右 力臂 6 不能 变大 4 3
【解析】（1）[1][2]调节杠杆在水平位置平衡，杠杆右端偏高，左端的平衡螺母应向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂大小，同时消除杠杆自重对杠杆平衡的影响。
（2）[3]设杠杆每个格的长度为L，每个钩码的重力为G，根据杠杆的平衡条件：FALA =FBLB，即
4G×3L=FB×2L
解得FB =6G，需挂6个钩码。
[4]若A、B两点的钩码同时向远离支点的方向移动一个格，则左侧
4G×4L=16GL
右侧6G×3L=18GL，因为16GL＜18GL 杠杆不能平衡。
（3）[5]保持B点不变，若拉力F向右倾斜时，此时F的力臂变短，根据杠杆的平衡条件，力变大。
（4）[6]当弹簧测力计在C点斜向上拉（与水平方向成30°角）杠杆，此时动力臂等于
=4cm
[7]根据杠杆的平衡条件F1L1 =F2 L2得
F1 ==3N
8．在“探究滑轮组机械效率”的实验中，某实验小组采用A、B两种绕绳方式不同的滑轮组进行实验，如图所示，发现了一些实际问题．
（1）下表是实验中的几组数据，请在空白处填上相应的计算结果． ( )
实验次数 滑轮组 物块重G／N 物块上升的高度h／m 有用功W有／J 拉力F／N 弹簧测力计移动的距离s／m 总功W总／J 机械效率
1 A 0.50 0.2 0.10 0.20 0.4 0.08 125％
2 A 1.90 0.2 0.38 0.95 0.4 0.38 100％
3 B 0.50 0.2 0.10 0.25 0.6
4 B 1.90 0.2 0.38 0.75 0.6 0.45 84.4％
（2）实验中机械效率应 _____ 1（选填“＞”“＝”或“＜”），而表格中1、2两次实验的机械效率分别为125％和100％．这是什么原因？通过观察图甲图和乙图，手持弹簧测力计在竖直方向时，发现指针的位置不同，甲图中指针在零刻度线的下方．
（3）经过分析，找到了机械效率为125％和100％的原因：用滑轮组A进行实验时，弹簧测力计的示数比细绳实际的拉力要 _____ ，用测量值计算出的总功比细绳实际拉力做的功要 _____ ，因此测得的机械效率比实际效率要高．
（4）实验总结：在测量滑轮组机械效率的实验中，考虑弹簧测力计对读数的影响，测拉力时，弹簧测力计一般要竖直向 _____ 移动；若弹簧测力计倒置时测拉力，要先将指针调至零刻度线处．
【答案】 0.15 66.7％ ＜ 小 小（或少） 上
【解析】（1）W总＝F·s＝0.25N×0.6m＝0.15J
（2）在实际使用机械时不可避免地要对机械本身做功，从而W有＜W总，所以η要小于1．
（3）从图中看出图甲的测力计指针在零刻度线下方，会使测量值偏小．
（4）为避免测力计自身重力对实验的影响，一般要向上移动测力计．
9．用滑轮组与电动机结合使用可节省人力，提高工作效率。如图所示，是一业余打捞队打捞某密封箱子的示意图，已知电动机工作时拉绳子的功率为1100W保持不变，箱子质量300kg、体积0.1m3，每个滑轮重200N，水深6m，水面离地面4m，将箱子从水底提到地面时，用时间24s。求：（不计绳重、摩擦和水的阻力，取g=10N/kg）
（1）箱子在水底时下表面受到水的压强；
（2）电动机把箱子提升到地面做的总功；
（3）整个打捞过程中，滑轮组机械效率的最大值。
【答案】 6×104Pa 2.64×104J 93.75％
【解析】（1）[1]根据题意知道，箱子在水底时下表面的深度h=6m，由p=ρgh可得，此处水产生的压强是：
p=ρgh=1×103 kg/m3 ×10N/kg×6m=6×104 Pa；
（2）[2]因为电动机工作时拉绳子的功率为P=1100W，且保持不变，又因为将箱子从水底提到地面用的时间是：t=24s，所以由P=W/t知道，电动机所做的总功是：
W总=Pt=1100W×24s=2.64×104 J；
（3）[3]在提升箱子过程中，不计绳重、摩擦和水的阻力，有用功是动滑轮对箱子的拉力所做的功，额外功是克服动滑轮重所做的功；由η== =知道，动滑轮对箱子的拉力越大，滑轮组的机械效率越大，所以出水后滑轮组的机械效率最大，箱子的重力是：
G=mg=300kg×10N/kg=3000N；
出水后，最大机械效率是：
η最大 =×100%=×100%=93.75%第12章 简单机械
知识清单
一、杠杆
1.定义： 叫杠杆。杠杆可直可曲，形状任意。
(
O
F
1
l
1
l
2
F
2
)2.五要素——组成杠杆示意图。
（1）支点： 。用字母O 表示。
（2）动力： 。用字母 F1 表示。
（3）阻力：阻碍杠杆转动的力。用字母 F2 表示。
说明：动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在 上。
动力、阻力的方向 相反（一定/不一定），但它们使杠杆的转动的方向 （相同/相反）。
（4）动力臂： 。用字母l1表示。
（5）阻力臂： 。用字母l2表示。
画力臂方法：一找点、二画线、三连距离、四标签
⑴ 找支点O；
⑵ 画力的作用线（虚线）；
⑶ 画力臂（虚线，过支点垂直力的作用线作垂线）；
⑷ 标力臂（大括号）。
3.研究杠杆的平衡条件：
（1）杠杆平衡是指： 。
（2）实验前：应调节 ，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是： 。
（3）结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是： 。写成公式F1l1=F2l2 也可写成：。
解题指导：分析解决有关杠杆平衡条件问题，必须要画出杠杆示意图；弄清受力与方向和力臂大小；然后根据具体的情况具体分析，确定如何使用平衡条件解决有关问题。（如：杠杆转动时施加的动力如何变化，沿什么方向施力最小等。）
4.解决杠杆平衡时动力最小问题：此类问题中阻力×阻力臂为一定值，要使动力最小， ，要使动力臂最大需要做到：
①在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；
②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。
5.应用：
名称 结 构 特 征 特 点 应用举例
省力 杠杆 动力臂>阻力臂 省力、 费距离 撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车、花枝剪刀
费力 杠杆 动力臂<阻力臂 费力、 省距离 缝纫机踏板、起重臂 人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆
等臂 杠杆 动力臂=阻力臂 不省力 不费力 天平，定滑轮
说明：应根据实际来选择杠杆，当需要较大的力才能解决问题时，应选择 ，当为了使用方便，省距离时，应选 。
二、滑轮
1.定滑轮：
（1）定义： 。
（2）实质：定滑轮的实质是：
（3）特点：使用定滑轮 。
（4）对理想的定滑轮( ）F=G绳子自由端移动距离SF(或速度vF) = 重物移动的距离SG(或速度vG)
(
l
1
l
2
F
2
F
1
)
2.动滑轮：
（1）定义： 。（可上下移动，也可左右移动）
（2）实质：动滑轮的实质是： 。
（3）特点：使用动滑轮能 。
（4）理想的动滑轮（ ）则：，只忽略轮轴间的摩擦则拉力，绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)。
(
F
1
l
1
F
2
l
2
)
3.滑轮组
（1）定义： ；
（2）特点： ；
（3）理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力 。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)；
（4）装滑轮组方法：首先根据公式求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。
三、机械效率
１．有用功：对人们有用的功。
公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总
2. 额外功：并非我们需要但又不得不做的功
公式：W额= W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）
3. 总功：有用功加额外功或动力所做的功
公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η
4.机械效率： 。
（1）公式：
（2）有用功 总功，所以机械效率总小于1 ，通常用百分数表示。
（3）提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。[
5、机械效率的测量
（1） 原 理：[来
（2）应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
（3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线、还需 。
（4）步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的： 。
（5）结论—影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：
①动滑轮重力大小和个数多少：
提升同一物体用的动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多而有用功不变，机械效率就越低。
②物体的重力大小：
用同一滑能组所提升得重物越重，做的有用功相对就多而额外功不变，机械效率就越高。
③摩擦：若各种摩擦越大做的额外功就多，机械效率相对就低。
④ 和 不影响滑轮机械效率。
四、简单机械的机械效率
1.斜面：（1）W有用=G·h
（2）W额外=f·S
（3）W总=F·S=G·h＋fS
（4）
（5）增大η的方法：
①斜面尽量光滑（f小）
②斜面尽量陡（s小）
2.杠杆
（1）W有用=G物·h
（2）W额外 由于杠杆自重和轴的摩擦产生
（3）W总=F·S
（4）（l为力臂）
（5）增大η的方法
①减小杠杆自重 ②减小摩擦
3.定滑轮竖直方向提升重物（a）
（1）W有用=Gh
（2）W额外：摩擦及绳重
（3）W总=F·S=F·h
（4）
（5）增大η的方法：减小摩擦
4.定滑轮水平方向拉动物体（b）
（1）W有用=f·S物
（2）W额外：滑轮转动摩擦
（3）W总=F·SF=F·S物
（4）
（5）增大η的方法：减小滑轮转动摩擦
5.动滑轮（a）及竖直方向滑轮组
（1）W有用=G物·h
（2）W额外由摩擦和绳重决定，忽略摩擦的情况下，W额外=G动·h。
（3）W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h （n为连接动滑轮绳子段数）
（4）不计绳重和摩擦时：（η与G物、G动有关，与s、h、n无关）
（5）增大η的方法：
①减小摩擦；
②减小G动（G物一定时）；
③增大G物（G动一定时）。
6.动滑轮（b）及水平方向滑轮组
（1）W有用=fS物
（2）W额外：绳重及滑轮转动摩擦
（3）W总=F·SF=F·nS物 （n为连接动滑轮绳子段数）
（4）
（5）增大η的方法：减小绳重及滑轮转动摩擦
7.注意：
（1）所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分，故对机械进行润滑一般都可以提高机械效率．
（2）所有的有用功均等于不使用机械时所做的功
（3）对于所有机械均有：
专题突破
专题一.杠杆平衡条件及其应用
（一）解读：
杠杆的平衡条件是动力×动力臂＝阻力×阻力臂，公式表示为F1l1＝F2l2。
影响杠杆平衡的不是力的大小,而是力与力臂的乘积的大小。只有Fll1等于F2l2时,杠杆才能平衡，即杠杆静止或绕支点匀速转动，一般情况下我们所说的杠杆平衡是指杠杆静止。如果F1l1＞F2l2,则沿动力方向转动；如果F1l1使用杠杆时，应根据需要选择。如果要省力(如园林工人修剪花草的剪刀),则需使动力臂大于阻力臂,此时较费距离；如果要省距离(如镊子),则需使动力臂小于阻力臂,此时较费力；等臂杠杆(如天平)既不费力也不省力。
（二）典例突破
例1.（2022·内蒙古包头·统考中考真题）如图所示，轻质杠杆OB可绕O点转动，OA=AB，在A点悬挂物体，在B点竖直向上拉动杠杆使其始终保持水平平衡，拉力为F。下列说法正确的是（ ）
A．F的大小为物重的2倍 B．物重增加5N，F的大小也增加5N
C．物体悬挂点右移，拉力F会增大 D．将F改为沿图中虚线方向，拉力F会减小
例2.（2022·四川遂宁·统考中考真题）码头上的工作人员，利用如图所示的杠杆将一桶淡水从地面转移到船上（杠杆始终保持水平）。挂在A端的的桶重100N，内部底面积为，桶内装有800N的水，水深1m。重600N的工作人员用绳子竖直拉住B端，工作人员的脚与地面的接触面积，。下列计算结果错误的是（ ）（，g取）
A．水对桶底的压强为 B．水对桶底的压力为600N
C．人对地面的压力为375N D．人对地面的压强为
例3.（2022·江苏镇江·统考中考真题）如图1所示，轻质杠杆可绕O转动，A点悬挂一重为12N的物体M，B点受到电子测力计竖直向上的拉力F，杠杆水平静止，已知OA=AB=BC，则F为 ___________N。保持杠杆水平静止，将F作用点从B移至C，此过程中F方向保持不变，F的力臂记为l，则F的大小变 ___________，F与（）的关系图线为图2中的①；将M从A移至B，再重复上述步骤，F与（）的关系图线为图2中的 ___________（选填数字序号）。
专题二、与杠杆相关的作图
（一）专题解读：
杠杆作图题可分为以下三种:①已知作用力画出力臂;②已知力臂画出作用力;③根据杠杆平衡条件画出最小作用力。
已知作用力画力臂的一般顺序:①确定支点;②根据作用力的情况或题设条件明确是画动力作用线还是阻力作用线;③从支点向力的作用线作垂线。
需要画出最小作用力的题目的作图步骤:①确定支点;②确定最长力臂,一般情况下,最长力臂就是支点到杠杆末端的距离;③以杠杆末端为垂足作最长力臂的垂线,即为最小作用力的作用线;④最后根据题目要求标出力的方向即可。
（二）典例突破：
例4.（2022·辽宁本溪·统考中考真题）图甲是小奇用食品夹夹肉饼时的情景，食品夹看作可以绕O点转动的两个杠杆，其中OAB是上方杠杆，图乙是OAB的简化图，F2为作用在点B的阻力。请在图乙中画出：（1）在A点施加的最小动力F1及动力臂；（2）阻力臂。
例5.（2022·贵州遵义·统考中考真题）人体中的某些部位具有杠杆的功能，图甲所示为人握住哑铃锻炼的情景，其简图如图乙所示。肱二头肌收缩对手臂产生一个拉力F，使手臂绕肘关节“O”转动，请在图乙中作出哑铃所受重力的示意图和拉力F的力臂L。
例6.（2022·山西·统考中考真题）如图甲所示，清明假期，亮亮同学回到老家，看到工程队正施工埋电线杆，进行电网改造。亮亮发现他们挖的坑形很特别，如图乙所示。工程师告诉亮亮这种坑不仅省力，还能缩短移动的距离。要把图乙中的电线杆竖立到坑内，请你画出作用在杆上A点最小力的示意图。
专题三.滑轮组的设计与组装
（一）专题解读：
滑轮组的设计和组装需注意以下两个方面:
(1)确定承担物重的绳子的段数。在不计动滑
轮重、绳重以及摩擦时，或,若n为小数,则无论大小都进 1,取整数。
(2)确定绳子固定端位置。滑轮组绕绳，遵循“奇动偶定”的原则。当n为奇数时,绳子的固定端在动滑轮上;当n为偶数时,绳子的固定端在定滑轮上。
对于动滑轮个数多于1个时,线要从内往外绕。
（二）典例突破：
例7．（2022·甘肃金昌·中考真题）如图所示，某工人站在地面上使用由三个滑轮组成的滑轮组提升重物，请画出最省力的绕绳方法。
专题四.功、功率和机械效率的综合计算
（一）专题解读：
功、功率、机械效率的综合计算题是中考的常见题型,计算功是计算功率和机械效率的基础。由功的计算公式W＝Fs可知，计算功，首先要确定力，然后确定在相应力的方向上通过的距离,绝不能见到力和距离就将它们相乘。
计算功率时的公式为或,要注意W和t、F和v的对应性。
计算机械效率时应审清做功的环境,分析造成额外功的具体原因。
计算时所涉及的公式主要有、、、、、等及其变形公式。
1.利用滑轮组竖直做功的情况
该类问题所涉及的物理量有物体重力G物、动滑轮的重力G动、物体移动的距离h、动力F移动的距离s、机械效率η。其中有，,，滑轮组的机械效率为(不计绳重及摩擦)。
2.利用滑轮组水平做功的情况
该类问题所涉及的物理量有物体与水平面间的摩擦力Ff、物体移动的距离l、动力F、动力F移动的距离s、机械效率η。其中，，滑轮组的机械效率(n为承担动滑轮的绳子的段数)。
（二）典例突破：
例8．（2022·江苏宿迁·统考中考真题）如图小明拉着质量为30kg行李箱匀速经过一段长度、高度的斜坡路面，用时10s，若此过程拉力F方向沿斜面向上，大小为125N。行李箱放在水平地面时与地面接触面积为，（）。求：
（1）行李箱静止放在水平地面上时受到的重力大小和对地面的压强；
（2）小明对行李箱做的有用功和斜面的机械效率；
（3）拉力F做功的功率。
例9．（2022·江苏常州·统考中考真题）2022年4月，一头质量为180kg的海豚在昌江棋子湾受伤搁浅，被救援人员送至科研基地治疗。救援过程中，利用如图所示的滑轮组，在40s时间内，救援人员用500N的拉力拉动绳端，把轻质布兜内的海豚沿竖直方向匀速提升2m。g取10N/kg，问，此过程中：
（1）滑轮组对海豚做的有用功有多大？
（2）拉力做功的功率有多大？
（3）滑轮组的机械效率有多大？
专题五.简单机械实验
（一）专题解读：
1.探究杠杆的平衡条件
完成本实验需先解决两个问题:(1)如何消除杠杆所受重力对实验结果的影响;(2)如何方便地进行力臂的测量。消除杠杆所受重力对实验结果影响的方法是让杠杆处于水平平衡状态。而杠杆平衡的调节方法是“左偏右调,右偏左调”,并且还要注意在实验过程中平衡螺母是不能再次调节的。为使结论具有普遍性，至少需测三次数据。
2.测量滑轮组的机械效率
本实验的实验原理是。影响滑轮组机械效率的因素有物体的重力(提升的物体越重,机械效率越高)、动滑轮的重力(动滑轮越重,机械效率越低)。
在实验过程中需注意,提升重物时,要使弹簧测力计在竖直方向上匀速拉动绳子。
实验中控制变量法的应用：(1)探究机械效率与物体重力的关系时,应用同一个滑轮组提升不同的重物;(2)探究机械效率与动滑轮重力的关系时,应用重力不等的动滑轮(一般是改变动滑轮的个数)提升相同的重物。
（二）典例突破：
例10．（2022·四川眉山·统考中考真题）在“探究杠杆的平衡条件”实验中，小叶同学用刻度均匀的轻质杠杆完成以下实验，已知每个钩码重0.5N。
（1）杠杆处于如图甲状态时，若要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向______（选填“左”或“右”）调节。杠杆是否处于水平位置平衡，是由杠杆与重垂线是否垂直来判断的，这是利用了重力的方向总是______。
（2）小叶同学完成一次操作后，实验现象如图乙所示。记录的数据为：动力F1=2N，动力臂=1cm；阻力F2=1N，阻力臂=2cm。他测出了这组数据后就得出了“动力+动力臂=阻力+阻力臂”的结论，你认为他的结论是______（选填“正确”或“错误”）的，理由是______。
（3）小叶与同学又将实验改装成图丙，在A处正下方悬挂一不吸水的石块，B处施加一个与竖直方向夹角为60°的拉力F=4N，杠杆恰好在水平位置平衡，此时杠杆为______（选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆。若将该石块浸没在水中且不触底，要使杠杆在水平位置再次平衡，应在B处竖直向上施加拉力为______N。（已知ρ石=2.0×103kg/m3，ρ水=1.0×103kg/m3，g=10N/kg）
例11．（2022秋·安徽淮南·九年级校考阶段练习）涪江大桥建筑工地上矗立的塔吊，是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备。如何提高滑轮组机械效率，节约电能呢？为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究，用到的装置如图，实验数据记录如表所示：
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 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5%
（1）实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；
（2）分析表中数据可知：第4次实验是用______图所示装置来完成的；
（3）通过比较1、2两次实验数据可得出：使用同一滑轮组提升相同重物，滑轮组的机械效率与______无关；
（4）通过比较______两次实验数据可得出：同一滑轮组提升的物体越重，滑轮组机械效率越高（填实验次数的序号）；
（5）通过比较3、4两次实验数据可得出：不同滑轮组提升相同重物，动滑轮越重机械效率越______。
例12.（2022秋·江苏徐州·九年级校考阶段练习）小明同学用如图所示的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，他首先测出木块重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动木块，调节斜面倾斜角度的大小多次测量，得到下表所示的数据：
实验次数 斜面倾角θ 木块重G/N 斜面高h/m 斜面长s/m 拉力F/N 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η/%
1 15° 10 0.1 0.4 3.6
2 30° 10 0.2 0.4
3 15° 20 0.1 0.4 7.2
（1）实验中，小明的拉力方向应与斜面平行，拉着木块做_____运动；
（2）当斜面倾斜角为30°时，弹簧测力计的示数如图所示，则此时拉力F=______N；
（3）当斜面倾角为30°时，小明做的有用功为 _____J；
（4）通过对比实验数据______（选填实验次数），可以得出的探究结论是：其他条件相同时，斜面倾斜角度越大，斜面的机械效率越 _____（选填“高”或“低”）。
当堂检测：
1．下列工具中，使用时费力但省距离的是（ ）
A．动滑轮 B．订书机
C．羊角锤 D．镊子
2．如图所示，三个滑轮拉同一物体在同一水平面做匀速直线运动，所用拉力分别为F1、F2、F3，那么这三个力的关系是（ ）
A．F1＞F2＞F3 B．F1＜F2＜F3 C．F2＞F1＞F3 D．F2＜F1＜F3
3．如图所示，物体B的重力为40N，此时A正沿着水平桌面以0.4m/s的速度向右做匀速直线运动；若对A施加一个水平向左的力F，物体B以原速度匀速上升。则下列选项正确的是（不计绳重、滑轮重及绳与滑轮间摩擦）（ ）
A．物体B匀速下降的速度是0.4m/s
B．物体A向左做匀速直线运动时与桌面间的摩擦力为20N
C．物体B匀速上升时，作用在物体B上绳子的拉力的功率为16W
D．对A施加的水平向左的力F大小为160N
4．如图所示是学校里面常用的一种移动指示牌，结构示意图如图所示，其中 AB 为指示牌牌面，CD 和 BE 为支架（支架重力不计）。指示牌被风吹倒时可看做杠杆，根据图示风向，则支点是_________点（填图中字母），若增大 BE 的长度，则指示牌更_____（填“容易”或“不容易”）被风吹倒。
5．如图所示，分别用甲、乙两个滑轮将同一个物体G匀速提升相同的高度h，已知两次拉力之比F甲∶F乙＝5∶3，则这两个过程中有用功之比W甲∶W乙＝______，两个滑轮的机械效率之比η甲∶η乙＝______。
6．小红家住三楼，正装修房子，小红站在地面上，用如图所示的器材，请帮她设计一较省力的方法，把材料送到三楼窗口去．
7．在“探究杠杆平衡条件的实验”中：
（1）如图甲所示，实验前，杠杆左端下沉，则应将左端的平衡螺母向_____调节（选填“左”或“右”），直到杠杆在水平位置平衡，目的是便于测量__________。
（2）如图乙所示，杠杆上的刻度均匀，在A点挂4个钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在B点挂___个相同的钩码；当杠杆平衡后，将A、B两点下方所挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，则杠杆_____（选填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡。
（3）如图丙所示，若不在B点挂钩码，改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，使杠杆仍在水平位置，当测力计从a位置转到b位置时，其示数大小将_____________。
（4）如图丁所示，已知每个钩码重0.5N，杠杆上每个小格长度为2cm，当弹簧测力计在C点斜向上拉（与水平方向成30o角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，拉力F的力臂大小为________cm，弹簧测力计示数大小为__________N。
8．在“探究滑轮组机械效率”的实验中，某实验小组采用A、B两种绕绳方式不同的滑轮组进行实验，如图所示，发现了一些实际问题．
（1）下表是实验中的几组数据，请在空白处填上相应的计算结果． ( )
实验次数 滑轮组 物块重G／N 物块上升的高度h／m 有用功W有／J 拉力F／N 弹簧测力计移动的距离s／m 总功W总／J 机械效率
1 A 0.50 0.2 0.10 0.20 0.4 0.08 125％
2 A 1.90 0.2 0.38 0.95 0.4 0.38 100％
3 B 0.50 0.2 0.10 0.25 0.6
4 B 1.90 0.2 0.38 0.75 0.6 0.45 84.4％
（2）实验中机械效率应 _____ 1（选填“＞”“＝”或“＜”），而表格中1、2两次实验的机械效率分别为125％和100％．这是什么原因？通过观察图甲图和乙图，手持弹簧测力计在竖直方向时，发现指针的位置不同，甲图中指针在零刻度线的下方．
（3）经过分析，找到了机械效率为125％和100％的原因：用滑轮组A进行实验时，弹簧测力计的示数比细绳实际的拉力要 _____ ，用测量值计算出的总功比细绳实际拉力做的功要 _____ ，因此测得的机械效率比实际效率要高．
（4）实验总结：在测量滑轮组机械效率的实验中，考虑弹簧测力计对读数的影响，测拉力时，弹簧测力计一般要竖直向 _____ 移动；若弹簧测力计倒置时测拉力，要先将指针调至零刻度线处．
9．用滑轮组与电动机结合使用可节省人力，提高工作效率。如图所示，是一业余打捞队打捞某密封箱子的示意图，已知电动机工作时拉绳子的功率为1100W保持不变，箱子质量300kg、体积0.1m3，每个滑轮重200N，水深6m，水面离地面4m，将箱子从水底提到地面时，用时间24s。求：（不计绳重、摩擦和水的阻力，取g=10N/kg）
（1）箱子在水底时下表面受到水的压强；
（2）电动机把箱子提升到地面做的总功；
（3）整个打捞过程中，滑轮组机械效率的最大值。
