浙教版科学9上 3.4 简单机械 创优同步学案（含解析）

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第4节 简单机械
1．如果一根 ____在 ___能绕着固定点_ ___，这根硬棒就叫做杠杆。
2．杠杠的五要素：__ __。
3．杠杆的平衡条件：
__ __。
公式表示：F1l1＝F2l2。
注意事项：
①实验中只测量一组数据，具有偶然性，不能得出普遍结论。
②若用弹簧测力计代替钩码，应当沿竖直方向拉测力计，便于力臂的测量。
4、杠杆的分类及应用
名称 力臂关系 力的关系 特点 应用举例
省力杠杆 _ __ _ __ 省力但__ __ 撬棒、铡刀、羊角锤、起子等
费力杠杆 _ __ _ __ 费力但__ __ 理发剪子、钓鱼竿、镊子等
等臂杠杆 _ __ _ __ 既_ __也_ _ 天平、定滑轮
5．有用功：_ __。
6．额外功或无用功：　不需要，但又不得不做的那部分功　。
7．总功：__ __的总和。W总＝W有用＋W额外，W有用8．机械效率：__ __。
η＝＝×100%。
项目 定滑轮 动滑轮 滑轮组
示意图
力的关系 定滑轮是_ __，_ __，_ __ 动滑轮是__ __的杠杆，使用动滑轮可以省__ __即_ __ 滑轮组既能__ __又能改变__ __。重物和动滑轮的总重力由__ __，提起重物所用的力就是总重力的__ __即__ __，拉力所通过的距离为物体上升_
常考1 知道杠杆的五要素，会画杠杆的示意图，并能对生活中常见的杠杆进行分类
例题1、2018春 唐河县期末）如图中的皮划艇运动员一手支撑住浆柄的末端，另一手用力划桨，此时的船桨可看作是一个杠杆。下图中的船桨模型中最合理的是（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：由题意可知，撑住浆柄的末端为支点，下面的手给浆向后的力，这时水给浆一个向前的力，所以船前进。
答案：B。
常考2 能够设计实验探究杠杆的平衡条件，并能用杠杆的平衡条件解决一
些简单的实际问题。
例题2、（2018 福建）《墨经》最早记述了秤的杠杆原理。图中“标”“本”表示力臂，“权“重”
表示力。以下说法符合杠杆平衡原理的是（　　）
A．“权”小于“重”时，A端一定上扬 B．“权”小于“重“时，“标”一定小于“本”
C．增大“重”时，应把“权”向A端移 D．增大“重”时，应换用更小的“权”
【解答】根据杠杆平衡条件知，权×标=重×本。
A、“权”小于“重”时，“本”确定，但“标”是可以改变的，所以A端不一定上扬。故A错误；
B、“权”小于“重“时，由“权×标=重×本”知，“标”一定大于“本”。故B错误；
C、增大“重”时，“权”和“本”不变，由“权×标=重×本”知，“标”会增大，所以把“权”向A端移。故C正确；
D、增大“重”时，“本”不变，由“权×标=重×本”知，可以增大“标”，或增大“权”。故D错误。
答案：C。
常考3 知道定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点和实质，理解有用功、额外功、
总功及机械效率，并能进行简单计算
例题3、（2018 呼和浩特）如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：
（1）若不计绳重，滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比；
（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为400g，动滑轮质量为100g，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。
【解答】
（1）由图知，甲图中，n1=2；乙图中，n2=3，
若不计绳重、滑轮重及摩擦，则拉力F=G，
两次拉力F1和F2之比：
F1：F2=G：G=：=3：2；
（2）重物的重力：G=mg=0.4kg×10N/kg=4N，
动滑轮的重力：G轮=m轮g=0.1kg×10N/kg=1N，
不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率η===，
由于两装置中物重和动滑轮重均相同，所以甲、乙两装置的机械效率：
η1=η2==×100%=80%。
答：（1）若不计绳重、滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比为3：2；
（2）若不计绳重及摩擦，甲、乙两装置的机械效率都是80%
1．（2018 宁波）如图所示，F1=4N，F2=3N，此时物体A相对于地面静止，物体B以0.1m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动（不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦）。下列说法错误的是（　　）
A．F2的功率为0.6W B．弹簧测力计读数为9N
C．物体A和地面之间有摩擦力 D．如果增大F2，物体A可能向左运动
2．（2018 长宁区二模）如图所示的杠杆，作用在杠杆上的力F所对应的力臂最长的是（　　）
B． C． D．
3．（2018 湘西州）如图所示，大熊和小熊坐跷跷板。如果它们脚不着地，跷跷板在水平位置保持平衡时，下列说法正确的是（　　）
A．大熊和小熊的重力相等 B．大熊和小熊到支点的距离相等
C．他们各自的重力与各自的力臂的乘积相等 D．以上说法都正确
4．（2018 沂水县二模）重为G的均匀木棒竖直悬于O点，在其下端施一水平拉力F，让棒缓慢转到图中虚线所示位置。在转动的过程中（　　）
A．动力臂逐渐变大 B．阻力臂逐渐变小
C．动力F逐渐变大 D．动力F保持不变
5．（2018 东平县二模）如图是一种切甘蔗用的铡刀示意图。下列有关说法正确的是（　　）
①刀刃很薄可以增大压力
②铡刀实质上是一种省力杠杆
③甘蔗放在a点比b点更易被切断
④手沿F1方向用力比沿F2方向更省力
A．只有②④正确 B．只有②③正确
C．只有③④正确 D．只有①③正确
6．（2018 下城区模拟）如图所示，斜面光滑，推力分别为F1、F2，把物体从斜面底端推至斜面顶端，所做的功分别为W1、W2，那么（　　）
A．F1大于F2，W1等于W2 B．F1小于F2，W1小于W2
C．F1大于F2，W1大于W2 D．F1小于F2，W1等于W2
7．（2012秋 淮安校级期中）如图所示，只用一个动滑轮把重物举高5米，所用的动力是60牛顿，动力所做的功是（不考虑动滑轮受到的重力和摩擦）（　　）
A．300焦耳 B．150焦耳 C．900焦耳 D．600焦耳
8．（2017 临沂模拟）假日期间，刘明同学参加了勤工俭学的活动，他的工作是用如图所示的装置提升物体。刘明在10s内将物体匀速向上提升了5m，已知刘明用的力为100N，物体所受的重力为160N，下列说法中正确的是（不计绳重及摩擦）（　　）
A．动滑轮所受的重力为20N
B．刘明拉力做的功为500J
C．该滑轮组的机械效率为80%
D．若用该滑轮组提升所受重力更小的物体，则该装置的机械效率会增大
9．（2017 平房区一模）用如图所示滑轮组竖直向上匀速提升重物，下列说法错误的是（　　）
A．提升重物时，重物的机械能增加
B．物重相同时，减轻动滑轮的重力，可以提高滑轮组机械效率
C．将同一重物提升不同高度时，绳子拉力所做功相同
D．用相同的拉力以不同速度提升同一重物时，拉力做功功率不同
10．（2018 新泰市一模）如图所示，在“探究杠杆的平衡条件”实验中，已知杠杆上每个小格长度为2cm，当弹簧测力计在A点斜向上拉（与水平方向成30°角）杠杆，使杠杆在水平位置平衡时，下列说法正确的只有（　　）
①动力臂为8cm
②此时为费力杠杆
③钩码总重为2N
④钩码总重为4N
A．①②③ B．①②④ C．①④ D．②③
11．（2018 六盘水）开瓶时使用的开瓶器（图a），可以简化成不计重力的省力杠杆（图b），O为支点。若动力F1和阻力F2．都与杠杆垂直，且AO=6cm，BO=1cm，F1=25N，则F2=　 　N。
12．（2018 安徽）如图所示，当工人师傅用400N的拉力向下拉绳时，可使重680N的重物匀速上升，此过程中滑轮组的机械效率为　 　。
13．（2018 昆明）如图所示，轻质杠杆OA可绕O点无摩擦转动，A点处挂一个重为20N的物体，B点处加一个竖直向上的力F，杠杆在水平位置平衡，且OB：AB=2：1．则F=　 　N，它是　 　杠杆。
14．（2018 徐州）如图所示，工人师傅用动滑轮匀速提升重物。使用动滑轮的好处是　 　。若物体重450N，工人所用拉力为250N，则动滑轮的机械效率为　 　；用该滑轮匀速提升重600N的物体，若不计绳重和摩擦，则工人所用的拉力为　 　N。
15．（2018 天津）利用图甲中的撬棒撬石块时，撬林相当于　 　（选填“省力”或“费力”）杠杆：利用图乙中的滑轮组匀速提升900N的重物时，若忽略滑轮自重、绳重及摩擦，人对绳的最小拉力为　 　N。
16．（2018 凉山州）在“探究杠杆的平衡条件”的实验中。
（1）在杠杆上挂钩码前，杠杆静止在甲图中的位置，为使杠杆水平平衡，应将右端的平衡螺母向
　 　（选填“左”或“右”）调节。将杠杆调节水平平衡的目的是避免　 　对实验的影响和便于　 　。
（2）乙图中杠杆恰好处于水平平衡，若在A处下方再挂一个相同钩码，为使杠杆保持水平平衡，则需将挂在B处的钩码向右移动　 　格。
（3）若取掉乙图中挂在B处的钩码，改用弹簧测力计钩在C处对杠杆施拉力，为使杠杆保持水平平衡，且弹簧测力计示数最小，则弹簧测力计对杠杆的拉力方向是　 　。
（4）此实验多次改变挂在支点O两边钩码的质量和悬挂位置，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　 　（选填“减小误差”或“寻找普遍规律”）
17．（2018 兰山区模拟）为了将放置在水平地面上重G=100N的重物提升到高处，小明同学设计了图（甲）所示的滑轮组装置。当小明用图（乙）所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，重物的速度v和高度随时间t变化的关系图象如图（丙）（丁）所示。绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。（不计绳重和摩擦）求：
（1）在2～3s内，拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η。
（2）在1～2s内，拉力F做的功W。
（3）若绳子能承受的最大拉力是1500N，小李体重500N，他站在地面向下拉绳子使物体匀速上升，最大能提升多重的物体？
　
参考答案
知识聚焦
1、硬棒 _力的作用下 转动
2、支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂
3、动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂
4、L1＞L2 F1＜F2 费距离
L1＜L2 F1＞F2 省距离
L1＝L2 F1＝F2 不省力不费力
5、必须要做的这部分功
7、有用功与额外功
8、有用功跟总功的比值 等臂杠杆 ， 不省力 ， 但可以改变力的方向 动力臂等于阻力臂二倍 一半的力 F＝ 省力 力的方向 几段绳子承担 几分之一 F＝G 距离的几倍
知能提升突破
1．【解答】解：
A、由图知，水平使用滑轮组，n=2，拉力端移动速度v=2v物=2×0.1m/s=0.2m/s，拉力做功功率P2=F2v=3N×0.2m/s=0.6W，故A正确；
B、不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦，弹簧测力计的示数F=3F2=3×3N=9N，故B正确；
C、对于物体A，受到的力：
B向左的摩擦力fB=2F2=2×3N=6N、
向右的拉力F1=4N、
因为A静止，所以地面向右的摩擦力f地=fB﹣F1=6N﹣4N=2N，所以物体A与地面之间有摩擦力，故C正确；
D、如果增大F2，B将做加速运动，B对A的压力和接触面的粗糙程度不变，B与A之间的摩擦力不变，A受力不变，还是处于静止状态，故D错。
答案：D。
2．【解答】解：
设每一小格长度为L，A中F所对应的力臂3L；B中F所对应的力臂0；C中F所对应的力臂4L；D中F所对应的力臂4L×sin45°=4L×=2L．故CF所对应的力臂最长。
答案：C。
　
3．【解答】解：
A、由图可知，大熊重力应大于小熊的重力，故A错误；
BCD、由题知，它们脚不着地，跷跷板在水平位置保持平衡，由杠杆的平衡条件知，它们各自的重力与各自的力臂的乘积相等，故C正确；
熊对跷跷板压力大小等于各自的重力，所以大熊的力臂小于小熊的力臂，即它们到支点的距离不相等，故B错误；
综上所述D错误。
答案：C。　
4．【解答】解：（1）杠杆在转动的过程中符合杠杆平衡的条件，即阻力为硬棒的重力，大小不变，硬棒在竖直位置时，重力的力臂为0，转过θ角后，重力力臂（阻力臂）逐渐增大，故B错；
（2）当硬棒在竖直位置时，F的力臂是杠杆的长度，且力臂最长，当杠杆转过θ后，力与杠杆不再垂直，所以动力臂变小，故A错；
根据杠杆平衡的条件可得，阻力与阻力臂的乘积增大，而动力臂减小，所以动力逐渐增大，故D错误，C正确；
答案：C。　
5．【解答】解：
①刀刃很薄，是通过减小受力面积来增大压强的，故①错误；
②铡刀在使用时动力臂大于阻力臂，实质上是一种省力杠杆，故②正确；
③由图知，甘蔗放在a点比b点时的阻力臂更小，而甘蔗对铡刀的阻力一定，根据杠杆的平衡条件可知，动力会越小，更易被切断，故③正确；
④由图知，手沿F1方向用力比沿F2方向用力时的动力臂要小，根据杠杆平衡条件可知，动力越大（即费力），故④错误。
综合分析可知，只有②③正确。
答案：B。
6．【解答】解：①∵斜面光滑说明摩擦力为0，即使用光滑的斜面没有额外功，
∴把同一物体沿斜面BA和CA分别拉到顶端A，h相同，由W=Gh可知两次做的功相同，即W1=W2，
②从图可知，LBA＞LCA，
而W1=W2，
∴F1＜F2，
答案：D。　
7．【解答】解：s=2h=2×5m=10m，
动力所做的功：
W=Fs=60N×10m=600J。
答案：D。　
8．【解答】解：
A、由图知，通过动滑轮绳子的段数n=2，
不计绳重及摩擦，由F=（G物+G滑）可得动滑轮所受的重力：
G动=2F﹣G物=2×100N﹣160N=40N，故A错误；
B、刘明拉力做的功：
W总=Fs=Fnh=100N×2×5m=1000J，故B错误；
C、有用功：W有=Gh=160N×5m=800J，
所以滑轮组的机械效率为：η=×100%=×100%=80%，故C正确；
D、若仅减小提升物体的重力，额外功不变，有用功减小，有用功在总功中所占的比例减小，机械效率减小，故D错误。
答案：C。　
9．【解答】解：
A、匀速提升物体时，动能不变，高度增加，重力势能增加，故重物的机械能增加，故A正确；
B、减轻动滑轮的重力，在提升物体重力不变的情况下，即有用功不变的情况下，额外功减小了，所以机械效率就提高了，故B正确；
C、将同一重物提升不同高度时，拉力相同，增加提升高度时，绳端移动的距离也变长了，根据W=Fs知绳子拉力所做功不相同，故C错误；
D、用相同的拉力以不同速度提升同一重物时，根据P=Fv知，拉力做功功率不同，故D正确。
答案：C。
　
10．【解答】解：
如图：
①当弹簧测力计在A点斜向上拉（与水平方向成30°角）杠杆，此时动力臂为OB，根据直角三角形的知识可知，此时的力臂OB=OA=×4×2cm=4cm，故①错误；
②阻力臂的大小：L2=3×2cm=6cm＞L1，杠杆为费力杠杆，故②正确；
③④由图中弹簧测力计指针在3N，弹簧测力计的示数为3N；根据杠杆的平衡条件F1L1=GL2得G===2N，故③正确，④错误。
答案：D。　
11．【解答】解：由杠杆的平衡条件得：F1L1=F2L2
F1×AO=F2×BO
25N×6cm=F2×1cm
F2=150N
答案 150。
12．【解答】解：
由图可知，滑轮组承担物重的绳子段数：n=2，
由η====得，滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=85%。
答案：85%。　
13．【解答】解：因为OB：AB=2：1，
所以OB：OA=OB：（OB+AB）=2：（2+1）=2：3
由杠杆平衡的条件F得：F OB=G OA可得：
即：F===30N；
因为F＞G，
所以此杠杆为费力杠杆。
答案：30；费力。　
14．【解答】解：（1）动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍个杠杆，使用动滑轮的好处是省一半力，但不能改变动力的方向；
（2）不考虑绳重和摩擦，
因为F=（G物+G轮），即：250N=（450N+G轮），
所以动滑轮重：
G轮=50N，
η======90%；
（3）F═（G物+G轮）=（600N+50N）=325N。
答案：省力；90%；325。　
15．【解答】解：（1）用撬棒撬石头时，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；
（2）由乙图可知绳子的有效股数n=3，
拉力F=G物=×900N=300N。
答案：省力；300。
16．【解答】解：（1）调节杠杆在水平位置平衡，杠杆右端偏高，右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）设一个钩码重为G，一格的长度为L；
根据杠杆的平衡条件可得：4G×2L=2G×nL，
解得：n=4，
故应该将B处所挂钩码须向右移动4﹣3=1格；
（3）阻力与阻力臂一定时，由杠杆平衡条件可知，当动力臂最大时，动力最小，力的作用点与支点一定，最大力臂为支点到力的作用点的距离，力应与杠杆垂直，为使拉力最小，应竖直向上拉弹簧测力计；
（4）探究杠杆平衡的条件时进行多次实验，多次改变挂在支点O两边钩码的质量和悬挂位置，收集杠杆平衡时多组动力，动力臂、阻力和阻力臂的数据，其目的是通过实验数据总结实验结论，使实验结论具有普遍性，避免偶然性。
答案：（1）右；杠杆自重；测量力臂；（2）1；（3）竖直向上；（4）寻找普遍规律。
17．【解答】解：（1）由图象可知，在2～3s内，重物做匀速运动，v1=2.50 m/s，拉力F1=40N，
因为连接动滑轮的绳子有三根，所以拉力F的作用点下降的距离是重物上升高度h1的3倍。
拉力F的功率P=F1v2=40N×7.5m/s=300W；
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=×100%=×100%≈83.3%。
（2）在1～2s内，拉力F2=50N，重物上升高度h=1.25m，拉力通过的距离s=3h=3×1.25m=3.75m，
拉力F所做的功W=F2s=50N×3.75m=187.5J；
（3）不计绳重和摩擦，拉力F1=（G+G动），则G动=3F﹣G=3×40N﹣100N=20N，
绳子能承受的最大拉力是1500N，所以物体的最大重力为G大=3F大﹣G动=3×500N﹣20N=1480N。
答案：（1）在2～3s内，拉力F的功率P为300W，滑轮组的机械效率为83.3%；
（2）在1～2s内，拉力F所做的功W为187.5J；
（3）最大能提升1480N的物体。
　
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