2024年中考物理一轮复习 考点精讲 学案 第14章 简单机械（含答案）

第14章 简单机械
【考情聚焦】
考试 命题 年份 重要考点 分值 题型 热度
2014~2023 杠杆分类、画力臂、探究杠杆平衡 条件、有关杠杆平衡条件的计算 2~6 选择题、填空题、 实验探究题、 计算应用题
探究斜面省力情况及影响因素、 斜面机械效率的计算
有关滑轮组的省力情况、功、 功率、机械效率的计算和比较
课标 要求 1.知道简单机械,通过实验探究了解杠杆的平衡条件。 2.了解人类使用机械的历程,了解机械的使用对社会发展的作用。 3.知道机械效率,了解提高机械效率的途径和意义 (2022版课标与2011版课标要求基本相同)
【回归教材】
教材链接 人教:八下第十二章P75~P88　教科:八下第十一章P72~P81　北师大:八下第九章P92~P119
知识清单
考点1 杠杆
1.杠杆的五要素和平衡条件
(1)杠杆的定义:在力的作用下能绕着 转动的硬棒叫作杠杆。
(2)杠杆五要素:
①支点:杠杆绕着转动的点,用字母 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:从支点到 的距离,用字母l1表示。
⑤阻力臂:从支点到 的距离,用字母l2表示。
(3)杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂。(F1l1=F2l2)
【提示】画力臂:①先在杠杆示意图上确定支点;②画出动力作用线和阻力作用线;③最后从支点向力的作用线引垂线。
2.杠杆的分类
杠杆分类 力臂关系 力的关系 特点 实例
省力杠杆 l1① l2 F1② F2 省力,③ 距离 羊角锤、起子、撬棒等
费力杠杆 l1④ l2 F1⑤ F2 ⑥ 力,省距离 钓鱼竿、起重机 的吊臂、镊子等
等臂杠杆 l1⑦ l2 F1⑧ F2 不省力,不省距离 天平、定滑轮等
【提示】省力杠杆必费距离,费力杠杆必省距离,既省力又省距离的杠杆是不存在的。
【答案】考点1:1.(1)固定点O　(2)①O　②F1　③F2　④动力作用线　⑤阻力作用线
2.①>　②<　③费　④<　⑤>　⑥费　⑦=　⑧=
考点2 滑轮
定滑轮 动滑轮 滑轮组
示意图
定义 中间的轴 ① 的滑轮 和重物一起 ② 的滑轮 定滑轮、动滑轮组合成滑轮组
实质 ③ 杠杆 动力臂为阻力臂④ 倍的 ⑤ 杠杆 \
特点 不能⑥ ,但是能改变 ⑦ 能省⑧ 的力, 但不能改变⑨ 在不考虑绳子重、滑轮重和 摩擦力的情况下,F=⑩　　　
距离关系
【答案】考点2:①固定不动　②移动　③等臂　④2　⑤省力
⑥省力　⑦动力的方向　⑧一半　⑨动力的方向　⑩G　s=h　s=2h　s=nh
考点3 斜面与轮轴
名称 斜面 轮轴
示意图
定义 一个与水平面成一定夹角的倾斜平面 由① 和② 组成,能绕共同轴线转动的简单机械叫作轮轴;半径较大的是轮,半径较小的是轴
特点 省力机械 能够连续旋转的③ ,支点就在④ ,轮轴在转动时轮与轴有相同的⑤
应用 楼梯、盘山公路等 方向盘、水龙头、扳手
【答案】考点3:①轮　②轴　③杠杆　④轴线　⑤转速
考点4 机械效率
1.有用功、额外功、总功
有用功 我们需要的、必须要做的功叫作有用功,用W有表示
额外功 我们在做有用功的同时,还不得不多做的功叫作额外功,用W额表示
总功 有用功与额外功之和是总共做的功,叫作总功,用W总表示。用公式表达为
2.机械效率
(1)定义:物理学中,将 跟 的比值叫作机械效率,用 表示。
(2)表达式:η=。
(3)说明:机械效率是一个比值,通常用百分数表示,由于有用功总 总功,故机械效率总 1;机械效率的高低与使用机械是省力还是费力 。
3.测量滑轮组的机械效率
(1)原理:η==。
(2)过程:沿 方向 拉动弹簧测力计使钩码升高,测出钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s。
(3)结论:同一滑轮组,提升重物越重,机械效率越 ;提升相同重物,动滑轮越多,机械效率越 ,但越 力。
(4)提高机械效率的方法: 动滑轮的重;加润滑油减小 ; 物重。
【答案】考点4:1.W总=W有+W额
2.(1)有用功　总功　η　(3)小于　小于　无关
3.(2)竖直　匀速　(3)高　低　省　(4)减小　摩擦 增加
教材深挖
图说物理
教材图片 考查内容 教材图片 考查内容
如图,这是搬运砖头的独轮车,车箱和砖头所受的总重力G=800 N,推车时,独轮车属于① 杠杆,人手施加的竖直向上的力F应为② N 如图所示,划船时船桨的轴是不动的,所以,轴的位置是③ 。手加在桨上的动力比水对桨的阻力④ ,但手只要移动⑤ 的距离,就能使桨在水中移动较大的距离
如图,这是自行车手闸示意图,手捏手闸刹车时它相当于⑥ ,当手对图中手闸的作用力F=10 N时,刹车拉线受到力的大小为⑦ N 各式各样的剪刀都应用了杠杆的原理。如图所示,要剪开铁皮,用⑧ 最合适;剪纸或布时,用⑨ 最合适
【答案】①省力　②240　③支点　④大　⑤较小　⑥省力杠杆　⑦40　⑧乙　⑨丙
课堂延伸
1.(RJ教材八下P83“科学世界”变式)如图所示,小轿车的方向盘相当于一个轮轴,若F1=20 N,盘的半径为20 cm,轴的直径为4 cm,不计摩擦阻力,则F2= N。门锁的把手相当于一个 (选填“省力”或“费力”)轮轴。
2.(JKB教材八下P91配图改编)据《物原》记载:“史佚始作辘牯”。人们借助辘铲从井中汲水,如图。转动摇把,使绳子在轴筒上不断叠绕,从而将水桶从井中提出,以下做法可以提高辘牯机械效率的是 ( )
A.增大桶内的水量 B.增大水桶的重力
C.增大转动的速度 D.增大轴筒的直径
3.(JKB教材八下P81“我的设计”改编)小伟家住在二楼,要将一只体积较大的木箱搬回家,过楼道时遇到了困难,刚好小伟在学校学习了“滑轮”的知识,就准备用如图所示的滑轮组将木箱从地面吊上二楼阳台。已知这只木箱重400 N,二楼阳台离地的高度为3 m,不计绳重和摩擦。
(1)小伟要站在地面将木箱吊上去,请帮助小伟完成该滑轮组的绕线。
(2)若小伟所用的拉力为250 N,将木箱以0.2 m/s的速度吊到阳台上,则小伟做功的功率为多少
(3)此时滑轮组的机械效率是多少
(4)若要将两个这样的木箱同时提到二楼,此时滑轮组的机械效率变为多少 (结果精确到0.1%)
【答案】课堂延伸1.200　省力
2.A　
3.(1)如图所示:
(2)100 W　(3)80%　(4)88.9%
核心突破
一、杠杆平衡分析
例题1 独竹漂是一项民间绝技,表演者站在一根楠竹上,手执一根细竹竿为“桨”,左右点水、破浪前进。如图所示,表演者左手撑住竹竿的A点,右手在B点用力摆动竹竿使楠竹在水面滑行。若将竹竿看作杠杆,下列有关说法不正确的是 ( )
A.A点为杠杆的支点
B.B点越靠近水面,表演者施加的动力越小
C.竹竿是一个费力杠杆
D.若B点位于A点与竹竿下端所受力的作用点的中点,则竹竿为等臂杠杆
思维破冰　先判断竹竿在使用过程中,动力臂和阻力臂的关系,然后再判断是哪种类型的杠杆,根据杠杆平衡的条件来解决,阻力和阻力臂不变时,动力臂越大,动力越 。
变式训练
变情境 用独轮车搬运砖头,车箱和砖头所受的总重力G为1000 N(车架所受重力忽略不计),工人用竖直向上的力F使独轮车缓慢抬起。有关数据如图所示,独轮车是 (选填“省力”或“费力”)杠杆,力F的大小为 N。为了更省力,可把车厢里的砖头尽量 (选填“靠近”或“远离”)工人。
变情境 停车场入口常用横杆来控制车辆的进出,如图甲,我们可以把该装置简化成如图乙的杠杆,该杠杆为 (选填“省力”或“费力”)杠杆,若横杆AB粗细相同、质量分布均匀,其重力G=120 N,OB=2.5 m,AO=0.3 m,该杠杆的阻力臂为 m。要使横杆AB保持水平平衡,需在A端施加竖直向下的力F= N。
【答案】例1　D
思维破冰　小
变情境　省力　300　远离
变情境　费力　1.1　440
二、机械效率的相关计算
方法归纳
简单机械 机械效率
η=×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100%
例题2 如图所示,这是甲、乙两机械的参数,关于这两个机械的说法正确的是 ( )
A.甲做的有用功较多
B.甲的总功大于乙的总功
C.甲的机械效率较高
D.甲、乙做的额外功之比为5∶6
思维破冰　有用功在总功中所占的百分比越大,机械效率越高 ,据此结合图示判断两机械的机械效率高低;从图示中获取信息,根据W有+W额=W总和η=分析即可。
变式训练
3.(多选)两个滑轮按图示方式组合,用6 N的拉力F拉动绳端,使物体在5 s内水平向左匀速滑动1 m,物体与地面间的摩擦力为9 N。下列选项正确的是 ( )
A.A是定滑轮,B是动滑轮
B.拉力F做的功为12 J
C.拉力F的功率为2 W
D.滑轮组的机械效率为75%
4.为了方便残疾人上下台阶,很多公共场所设计了如图所示的专用通道。沿专用通道至入口和直接上台阶相比较,可以 (选填“省力”、“省功”或“省距离”)。若将重600 N的小车沿8 m长的斜面推至2 m高的入口处,沿斜面所用的推力为300 N,在此过程中所受斜面摩擦力大小为 N,斜面的机械效率为 。
【答案】例2　C
3.BD　
4.省力　150　 50%
【实验探究】
实验导航
实验1　探究杠杆平衡的条件
【实验装置】
【实验器材】
杠杆、钩码、弹簧测力计等。
(1)弹簧测力计的使用和读数。
(2)平衡螺母的作用(实验前调节杠杆在水平位置平衡)。
【实验操作】
(1)实验前让支点处于杠杆中央,调节杠杆在水平位置平衡的目的:避免杠杆① 对实验造成的影响。
(2)实验中调节杠杆在水平位置平衡的目的:便于直接读取② 。
(3)杠杆的调节:实验前平衡螺母左高③ 调,右高④ 调,杠杆平衡后,实验过程中不能再调节平衡螺母。
【实验结论】
杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即⑤ 。
【答案】实验导航　实验1　(1)①自身重力　(2)②力臂
(3)③左　④右
⑤F1l1=F2l2
实验母题串考点
1.某实验小组的同学利用如图所示装置进行杠杆平衡条件的探究,实验用的每个钩码均重0.5 N。
☆设计实验与制订计划
(1)在杠杆上挂钩码前,杠杆静止在甲图中的位置,此时杠杆 (选填 “平衡”或“不平衡”)。
(2)实验中首先要调节杠杆两端的平衡螺母,其作用是使杠杆在 位置平衡,在该位置平衡的目的是 。
☆进行实验与收集证据
(3)在调节杠杆平衡时发现如图甲所示的情况,那么要将右端的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节。
(4)请你设计记录实验数据的表格
(5)某同学根据表格记录的数据得出杠杆平衡的条件为“动力+动力臂=阻力+阻力臂”,该结论违背了物理量间不能 (选填“加减”或“乘除”)的原则。
☆分析论证
(6)如图乙,有同学用弹簧测力计在B处竖直向上拉杠杆到水平位置平衡,此时测力计的示数为 N。如果他将测力计沿图中虚线方向拉,仍使杠杆在水平位置平衡,测力计的示数将 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
☆评估
(7)此实验多次改变钩码的数量和悬挂位置以及弹簧测力计的位置,收集杠杆平衡时多组动力、动力臂、阻力和阻力臂的数据,其目的是 。
拓展设问
(8)完成上述实验后,有同学利用杠杆平衡条件来测量杠杆自身的质量:
①如图丙,将杠杆的C点挂在支架上,在C点的右侧挂质量为m的钩码,左右移动钩码的位置,使杠杆在水平位置平衡;
②用刻度尺测出此时钩码悬挂位置D点到C点的距离l1和 点到C点的距离l2;
③根据杠杆平衡条件,可以计算出杠杆的质量m杠杆=　　　　(用题目中所给物理量符号表示)。
【答案】实验母题串考点
1.(1)平衡　(2)水平　便于测量力臂　(3)右
(4)如表所示:
次数 动力 F1/N 动力臂 l1/cm 阻力 F2/N 阻力臂 l2/cm
1
2
3
(5)加减　(6)1.5　变大　(7)求得普遍规律,避免偶然性
(8)O　m
实验导航
实验2　测量滑轮组的机械效率
【实验装置】
【实验操作】
(1)实验中竖直匀速拉动弹簧测力计的目的:保证拉力 弹簧测力计的示数。
(2)绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系:s= (n为作用在动滑轮上绳子的股数)。
(3)计算滑轮组的有用功:W有= 。
(4)计算滑轮组的总功:W总= 。
(5)计算滑轮组的机械效率)η===。
实验方法:控制变量法。
a.探究滑轮组的机械效率与物重的关系时,使用相同的滑轮组,改变所挂钩码的数量。
b.探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时,控制所挂钩码的数量相同,改变滑轮组中动滑轮的重力。
【实验结论】
在其他条件相同时,动滑轮越重,机械效率越 ;在绳子所能承受的范围内,所吊物体越重,机械效率越 。
【答案】实验导航　实验2　【实验操作】(1)等于　(2)nh　(3)Gh
(4)Fs
【实验结论】低　高
实验母题串考点
2.小明在“测量滑轮组的机械效率”实验中,实验装置如图所示。
☆设计实验与制订计划
(1)该实验的原理是　　　　。
(2)需要的测量工具有 、 、细绳、动滑轮、定滑轮、钩码若干。
☆进行实验与收集证据
(3)实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计。某同学认为可以当弹簧测力计静止的时候读数,该想法是 (选填“正确”或“错误”)的。
(4)实验记录的数据如下
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 3.1 0.3 86%
4 8 0.1 2.5 0.4 　　
☆分析论证
(5)通过比较 (填实验次数的序号)两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子的股数无关。
(6)通过比较 (填实验次数的序号)两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。
(7)通过比较3、4两次实验数据可得出结论: 。
☆评估
(8)在测拉力时,某同学使弹簧测力计做加速直线运动,该同学测得的机械效率与正确操作相比 (选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
拓展设问
(9)有同学认为,在这个实验中去掉一个测量工具反而能够减小实验误差,你认为可以去掉 ,去掉该测量工具后,机械效率可写为　　　　。
【答案】实验母题串考点
2.(1)η=　(2)弹簧测力计　刻度尺　(3)匀速　错误
(4)80%　(5)1、2　(6)2、3　(7)不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低)
(8)偏小　(9)刻度尺　η=×100%
【真题精粹】
命题点1 简单机械的使用和机械效率(10年4考)
1.(2022·河北)在老旧小区改造中,工人利用滑轮组将重380 N的建筑材料提升到楼顶,如图所示。已知工人对绳子的拉力为200 N,建筑材料在5 s内匀速上升5 m,不计绳重及摩擦。此过程中,下列说法正确的是( )
A.动滑轮所受重力为10 N
B.滑轮组所做的有用功为2000 J
C.工人所用拉力的功率为380 W
D.滑轮组的机械效率为95%
2.(2019·河北)(多选)如图所示,重为G的物体在拉力F的作用下,以v的速度匀速运动了s。已知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是 ( )
A.使用该滑轮组一定省力
B.拉力的功率为2Fv
C.额外功为(2nF-G)s
D.滑轮组的机械效率为
3.(2021·河北)图甲是一辆起重车的图片,起重车的质量为9.6 t,有四个支撑脚,每个支撑脚的面积为0.3 m2,起重时汽车轮胎离开地面。图乙是起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为1200 kg的货物匀速提升的场景,滑轮组上钢丝绳的拉力F为5000 N。图丙是货物上升过程中高度和时间的关系图像。(不考虑绳重,g取10 N/kg)求:
(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压强。
(2)拉力F的功率。
(3)提升货物过程中滑轮组的机械效率。
命题点2 杠杆平衡条件的应用(10年4考)
4.(2023·河北)在均匀直尺的中央挖一小凹槽,把一个薄金属片一端插入橡皮中,另一端支在直尺的凹槽内制成一个简易“天平”。静止时直尺水平平衡。在直尺的两侧各放一个相同的小盘,在小盘中倒入质量不等的大米和小米,调整小盘在直尺上的位置,使直尺再次水平平衡。如图所示。由图可知,大米的质量 (选填“大于”或“小于”)小米的质量。F是左盘对直尺施加的力,请在图中画出F的力臂。现向左盘中再加入少量大米,写出一种能够使直尺恢复平衡的方法: 。
5.(2018·河北)探究杠杆的平衡条件。
(1)杠杆两端的螺母的作用是 。
(2)小明用如图甲所示的装置进行实验并收集了下表中的数据,分析数据可知,杠杆的平衡条件是 。
实验 次数 动力/N 动力 臂/m 阻力 /N 阻力臂 /m
1 0.5 0.2 1.0 0.1
2 1.0 0.15 1.5 0.1
3 3.0 0.1 2.0 0.15
(3)小明又用如图乙所示的装置进行实验。请在图中画出拉力F的力臂L,弹簧测力计的读数应是 N。(一个钩码重0.5 N)
(4)如图丙所示,小红实验时在一平衡杠杆的两端放上不同数量的相同硬币,杠杆仍在水平位置平衡。她用刻度尺测出L1和L2的长度,则2L1 (选填“>”、“<” 或“=”)3L2。
【拓展】探究了杠杆的平衡条件后,小红对天平上游码的质量进行了计算。她用刻度尺测出L1和L2的长度 (如图丁所示),则游码的质量为　　　　g。
6.(2015·河北)如图所示,将边长为10 cm的正方体合金块,用细绳挂在轻质杠杆的A点处,在B点施加力F1=30 N时,杠杆在水平位置平衡,合金块对水平地面的压强恰好为0。撤去F1,在B点施加力F2时,合金块对地面的压强为1.2×103 Pa。(OB=3OA,g取10 N/kg)
(1)画出F2的力臂L2。
(2)求合金块的质量。
(3)求F2的大小。
【答案】1.D　2.BC
3.(1)9×104 Pa　(2)3.75×103 W　(3)80%
4. 小于　向右盘中加入小米
5.(1)调节杠杆在水平位置平衡　(2)动力×动力臂=阻力×阻力臂　(3)2　(4)>
【拓展】
6.(1)如图所示:
(2)9 kg　(3)52 N
2