第12章簡單機械（高頻考點精講）-最新中考物理一輪復(fù)習(xí)高頻考點精講與易錯題精練（全國通用）-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

1.“網(wǎng)絡(luò)式”復(fù)習(xí)法：即采用章、節(jié)、標題、要點四個層次對教材進行梳理；
2.提高“回頭率”：為了防止遺忘，就要采用提高“回頭率”的`方法，即看完一節(jié)、一章、一部分之后，再回頭掃視一遍，這樣知識得到了系統(tǒng)的鞏固，效果很好；
3.“空想法”：所謂空想法就是不看課本回想看過的內(nèi)容;或看課本的大綱填充細節(jié)；
4.樹形圖：選出一本較有代表性的參考書，通讀全書后，理出該領(lǐng)域研究的主要線索。
5.梳理錯題法：把綜合復(fù)習(xí)階段做過的所有習(xí)題重新瀏覽一遍；
6.“齊頭并進”法：在復(fù)習(xí)過程中，由于要復(fù)習(xí)的學(xué)科多，所以必須合理安排時間。
第12章簡單機械（高頻考點精講）
考點01 杠桿
【高頻考點精講】
一、杠桿
1、定義：一根硬棒，在力的作用下能繞著固定點O轉(zhuǎn)動，這根硬棒就是杠桿。說明：杠桿可直可曲，形狀任意。
2、杠桿五要素
（1）支點：杠桿可以繞其轉(zhuǎn)動的點，用字母O表示。
（2）動力：使杠桿轉(zhuǎn)動的力，用字母表示。
（3）阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力，用字母表示。
（4）動力臂：從支點O到動力作用線的距離，用字母表示。
（5）阻力臂：從支點O到阻力作用線的距離，用字母表示。
二、杠桿的平衡條件
1、杠桿平衡：杠桿靜止不動或勻速轉(zhuǎn)動都叫做杠桿的平衡狀態(tài)。
注意：實驗室中探究杠桿平衡條件是杠桿在水平位置平衡，但在實際生活中，水平位置平衡不多，在許多情況下，杠桿受到平衡力作用時傾斜靜止，所以杠桿不論處于什么狀態(tài)下的靜止，都可以理解成平衡狀態(tài)。
2、平衡條件：動力×動力臂＝阻力×阻力臂，。
二、杠桿的分類及實際應(yīng)用
1、省力杠桿：動力臂大于阻力臂，省力費距離。實際應(yīng)用：羊角錘撬釘子、剪樹枝的剪刀、瓶起子、核桃夾等。
2、費力杠桿：動力臂小于阻力臂，費力省距離。實際應(yīng)用：人的前臂、釣魚竿、食品夾、筷子、鑷子等。
3、等臂杠桿：動力臂等于阻力臂，不省力不費力，不省距離不費距離。實際應(yīng)用：天平等。
【熱點題型精練】
1．“垃圾分類，人人有責(zé)?！比鐖D所示，帶蓋的垃圾桶能有效防止易腐垃圾的異味散出，下列說法正確的是（）
A．圖甲中垃圾桶蓋ABC為一個費力杠桿
B．圖甲中腳踏部分DEF為一個費力杠桿
C．圖乙中垃圾桶蓋費力但省距離
D．圖丙中垃圾桶蓋省力且省距離
解：
A、圖甲中垃圾桶蓋ABC，在掀起時支點為C，阻力作用在蓋中心，動力作用在B，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿，故A正確；
B、圖甲中腳踏部分DEF，在腳踏時支點為E，阻力作用在D，動力作用在F，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故B錯誤；
C、圖乙中的垃圾桶蓋，在使用時，支點在中間，阻力、動力作用在兩邊的中間，動力臂等于阻力臂，是等臂杠桿，不省力也不省距離，故C錯誤；
D、圖丙中垃圾桶蓋，在掀起時，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，省力但費距離，故D錯誤。
答案：A。
2．如圖所示，小明在按壓式訂書機的N點施加壓力，將訂書針釘入M點下方的紙張中，下列圖能正確表示他使用該訂書機時的杠桿示意圖是（）
A． B． C． D．
解：
據(jù)圖可知，當(dāng)按壓訂書機時，其會繞著訂書機左邊的固定點O轉(zhuǎn)動，即O為支點；
所按壓的N點為動力F1作用點，F(xiàn)1的方向向下，支點O到動力F1作用線的距離為L1；而裝訂的物體對訂書機有一個向上的阻力F2，M點就是阻力F2作用點，支點O到阻力作用線F2的距離為阻力臂L2。
綜上所述，A圖正確。
答案：A。
3．如圖所示，一塊厚度、密度均勻的長方形玻璃板平放在水平地面上，分別用豎直向上的拉力F甲、F乙拉在長短不同的兩端的中央位置，使該端抬離地面，下列說法正確的是（）
A．F甲＞F乙，因為甲方法的動力臂短
B．F甲＜F乙，因為乙方法的動力臂長
C．F甲＞F乙，因為乙方法的阻力臂短
D．F甲＝F乙，因為動力臂都是阻力臂的2倍
解：兩次抬起玻璃板時的情況如圖所示：
在上述兩種情況下，動力克服的都是玻璃板的重力，對于形狀規(guī)則質(zhì)地均勻的物體，其重心都在其幾何中心上，所以兩圖中動力臂都是阻力臂的2倍。
因為FL動＝GL阻，所以，F(xiàn)=GL阻L動=12G，
所以，前后兩次所用的力相同，即F甲＝F乙，故ABC都錯誤，D正確；
答案：D。
4．一均勻木板AB，B端固定在墻壁的轉(zhuǎn)軸上，木板可在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動，木板下墊了塊C，恰好使木板水平放置，如圖所示，現(xiàn)在水平力F將C由A向B勻速推動過程中，推力F將（）
A．大小不變B．逐漸增大
C．先增大后減小D．先減小后增大
解：桿受重力G和C對它的支持力FN，由力矩平衡條件知G?12l＝FN?L．在C逐漸向右推移的過程中，支持力FN對軸B的力臂L逐漸減小，則FN逐漸增大。由此可知，C和木板間、C和地面間的摩擦力逐漸增大，由平衡條件知，水平推力F也逐漸增大。
答案：B。
5．如圖，甲為廈漳跨海大橋的實景圖，該橋可逐步抽象成乙、丙、丁所示的模型。下列說法正確的是（）
A．橋上無車時，橋塔增高，鋼索承受的拉力不變
B．橋上無車時，橋塔增高，鋼索承受的拉力變小
C．橋上有車時，車靠近橋塔，鋼索受到的拉力不變
D．橋上有車時，車靠近橋塔，鋼索受到的拉力變大
解：（1）由圖可知，橋上無車時，若增加塔橋的高度，增加了支點到鋼索的垂直距離，即增大了動力臂，由F1=F2L2L1可知，在阻力和阻力臂不變的情況下，動力臂越大，動力越小，橋?qū)︿撍鞯睦驮叫。翠撍鞒惺艿睦ψ冃?，故A錯誤、B正確；
（2）橋上有車時，位置越靠近橋塔，阻力臂越小，由杠桿平衡條件可知，當(dāng)阻力和動力臂不變的情況下，鋼索受到的拉力越小，故CD錯誤。
答案：B。
6．如圖所示，將同種材料制成的實心物體甲、乙用細繩分別掛在輕質(zhì)杠桿AB的兩端，杠桿在水平位置平衡。已知：G甲＝150N，G乙＝30N，AO：OB＝1：3，甲物體與水平地面的接觸面積為0.2m2，不計繩重。下列說法正確的是（）
A．乙物體對杠桿的拉力為10N
B．甲、乙兩物體質(zhì)量之比為4：1
C．水平地面對甲物體的支持力為60N
D．甲物體對水平地面的壓強為750Pa
解：A、假設(shè)甲物體對杠桿A端繩子向下的拉力為FA，力臂是AO，而乙物體對杠桿B端向下的拉力FB＝G乙＝30N，故A錯誤；
B、根據(jù)ρ=mV可知，用同種材料制成的實心物體甲、乙，它們的體積與質(zhì)量成正比，即V甲：V乙＝m甲：m乙＝G甲：G乙＝150N：30N＝5：1，故B錯誤；
C、根據(jù)杠桿的平衡條件可知，F(xiàn)A?AO＝G乙?OB，則有：FA=OBAOG乙=31×30N＝90N，則繩子對甲物體的拉力FA′＝FA＝90N，對甲物體受力分析可知，甲物體受到三個力的作用，分別是：重力G甲＝150N，地面對甲物體的支持力F支，甲物體在三個力的作用下保持平衡，即：F支+FA′＝G甲；
則有F支＝G甲﹣FA′＝150N﹣90N＝60N，故C正確；
D、甲物體對地面的壓力與地面對甲物體的支持力是一對相互作用力，所以甲物體對地面的壓力F壓＝F支＝60N；
甲物體對地面的壓強：p=F壓S=60N0.2m2=300Pa，故D錯誤。
答案：C。
7．如圖甲是分流人群的伸縮隔離柱，圓盤形底座質(zhì)量分布均勻，直徑30cm，正中有一立柱桿身，頂端伸縮頭中有可收縮的布帶，內(nèi)部有彈性裝置固定，松手后布帶會自動收回伸縮頭中。其模型結(jié)構(gòu)如圖乙，A為伸縮頭固定裝置，B為桿身和底座連接處（桿身直徑、布帶寬度、底座厚度均不計，除底座外其余部件的質(zhì)量都不計），AB長75cm，底座標配質(zhì)量為4.5kg，圖甲中布帶向右拉出時，可將隔離柱整體看作杠桿（選填簡單機械名稱），隔離柱受到拉力的力臂l＝ 75 cm，在使用“標配底座”時，布帶可承受的最大拉力為 9 N（g取10N/kg）。
解：隔離柱整體看成是一根杠桿，則底座的右端是支點，過支點作拉力作用線的垂線段，即拉力的力臂L，如下圖所示：
由圖知，以底盤右側(cè)點為支點，則：l＝AB＝75cm
在使用“標配底座”時，隔離柱整體的重力：G＝mg＝4.5kg×10N/kg＝45N；
圓盤的半徑為12×30cm＝15cm，所以重力力臂l′＝15cm；
根據(jù)杠桿平衡條件可得：Fl＝Gl′，
所以，F(xiàn)=Gl′l=45N×15cm75cm=9N。
答案：杠桿；75；9。
8．如圖，AB為能繞B點轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)杠桿，中點C處用細線懸掛一重物，在A端施加一個豎直向上的拉力F，使杠桿在水平位置保持平衡，若保持拉力方向與AB垂直，將A端緩慢向上提升一小段距離，在提升的過程中，拉力F的大小將會變小。（選填“變大”“不變”或“變小”）
解：
將A端緩慢向上提升一小段距離，示意圖如圖所示：
由題知，拉力F的方向始終與AB垂直，所以拉力的力臂等于杠桿長AB，即動力臂保持不變，
重物對杠桿的拉力（阻力）大小保持不變，
杠桿提起前，阻力臂為BC，提起后，阻力臂為BE，所以提起的過程中阻力臂減小，
根據(jù)杠桿平衡條件F1L1＝F2L2可知，阻力和動力臂不變時，阻力臂減小，所以動力F也減小。
答案：變小。
9．如圖所示，用固定在墻上的三角支架ABC放置空調(diào)室外機。如果A處螺釘松脫，則支架會繞 C 點傾翻。已知AB長40cm，AC長30cm。室外機的重力為300N，正好處在AB中點處，則A處螺釘?shù)乃嚼?200 N（支架重力不計）。為了安全，室外機的位置應(yīng)盡量靠近（選填“靠近”或“遠離”）墻壁。
解：
（1）用固定在墻上的三角支架ABC放置空調(diào)室外機。如果A處螺釘松脫，則支架會繞C點傾翻；
（2）C點是支點，空調(diào)受到重力而作用在支架上的力是阻力，由杠桿平衡條件可知：F×AC＝G×12AB；
A處螺釘?shù)乃嚼椋?br>F=AB2AC×G﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①。
代入已知量得：
F=40cm2×30cm×300N＝200N；
為了安全，即減小水平拉力F；由①知，在AC、G不變的前提下，要減小AB，故室外機的位置應(yīng)盡量靠近墻壁。
答案：C；200；靠近。
10．輕質(zhì)杠桿OABC能夠繞O點轉(zhuǎn)動，已知OA＝BC＝20cm，AB＝30cm，在B點用細線懸掛重為100N的物體G，為了使杠桿在如圖所示的位置平衡，請在杠桿上作出所施加最小動力示意圖，并標出力的大小。（不要求寫出計算過程）。
解：根據(jù)杠桿的平衡條件，要使力最小，則動力臂應(yīng)最長，即連接OC為最長的力臂，力的方向與OC垂直且向上，
根據(jù)勾股定理和全等三角形定理可得，動力臂OC＝50cm，
故根據(jù)杠桿平衡條件可得：F1×OC＝G×OA，
代入數(shù)值可得：F1×50cm＝100N×20cm，
解得F1＝40N，
過C點作出最小動力，如圖所示：
11．如圖甲為小明家一搬花神器，用它抬起花盆，相當(dāng)于一個繞O點轉(zhuǎn)動的杠桿，簡化示意圖如圖乙，神器自身質(zhì)量約為7kg，O到其自身重力作用線距離約為55cm。使用時，在把手A處施加力F1，O到F1作用線距離約為110cm。（g＝10N/kg）
（1）不放花盆，抬起神器至少需要多大力？
（2）某次搬花，花與盆總質(zhì)量為80kg，重心在B點，花盆對神器的壓力為F2，O到F2作用線距離約為33cm，花盆被抬起高度約為10cm。
①克服花與盆重力做了多少功？
②放入這盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加多少力？
解：（1）神器的重力：G＝mg＝7kg×10N/kg＝70N，
由杠桿平衡條件可知F1L1＝GL2，則不放花盆，抬起神器至少需要F1=GL1L2=70N×55cm110cm=35N；
（2）花與盆的總重力：G′＝m′g＝80kg×10N/kg＝800N，
①克服花與盆重力做功：W＝G′h＝800N×10×10﹣2m＝80J；
②花盆對神器的壓力為F2等于花與盆的總重力，由杠桿平衡條件可知F1′L1＝F2L2′+GL2，則抬起神器至少需要：F1′=F2L2′+GL2L2=800N×33cm+70N×55cm110cm=275N，
放入這盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加：ΔF＝F1′﹣F1＝275N﹣35N＝240N。
答：（1）不放花盆，抬起神器至少需要35N的力；
（2）①克服花與盆重力做功80J；
②放入這盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加240N的力。
考點02 滑輪
【高頻考點精講】
一、定滑輪和動滑輪
（一）定滑輪
1、定滑輪使用時，滑輪的位置固定不變。
2、特點
（1）如圖1所示，定滑輪可以改變力的方向，但不省力。
（2）若物體移動的距離為h，則繩子自由端移動的距離s=h。
3、原理：等臂杠桿。如圖2所示，動力臂=阻力臂= r，由杠桿平衡條件可知，。
（二）動滑輪
1、動滑輪使用時，滑輪隨重物一起移動。
2、特點
（1）省力，但不能改變力的方向。
（2）費距離，若物體移動的距離為h，則繩子自由端移動的距離s=2h。
3、原理：省力杠桿。如圖3所示，=2，由杠桿平衡條件可知，。
二、滑輪組
1、定義：由定滑輪和動滑輪組合在一起的裝置叫做滑輪組。
2、使用滑輪組既可以省力，又可以改變力的方向。
3、規(guī)律總結(jié)
（1）使用滑輪組時，滑輪組用幾段繩子吊著物體，提起物體所用的力就是物重的幾分之一，即動力F＝，
若忽略滑輪重，則有F＝，其中n為承擔(dān)物重的繩子段數(shù)。
（3）用滑輪組時，雖然省力，但是費距離，滑輪組用幾段繩子吊著物體，繩子自由端移動的距離就是物體移動距離的幾倍。設(shè)物體上升的高度為h，則繩子自由端移動的距離s＝n h，其中n為承擔(dān)物重的繩子段數(shù)。
三、斜面
1、斜面是簡單機械的一種，能夠?qū)⑽矬w以相對較小的力從低處提升至高處，但是提升物體的路徑長度也會增加。
2、用F表示力，l表示斜面長，h表示斜面高，物重為G，不計阻力，根據(jù)功的原理可得Fl＝Gh，斜面傾角越小，斜面越長，則越省力，但費距離，例如盤山公路、螺絲釘上的螺紋等。
四、輪軸
1、定義：由輪和軸組成，能繞共同軸線旋轉(zhuǎn)的簡單機械叫做輪軸，例如汽車方向盤、旋轉(zhuǎn)門把手等。
2、實質(zhì)：輪軸相當(dāng)于一個杠桿，輪和軸的中心O是支點，作用在輪上的力是動力F1，作用在軸上的力是阻力F2，輪的半徑OA就是杠桿的動力臂l1，軸的半徑OB就是杠桿的阻力臂l2。
3、特點：因為輪半徑R大于軸半徑r，即杠桿的動力臂大于阻力臂，所以作用在輪上的動力F1總小于作用在軸上的阻力F2，使用輪軸可省力，但是費距離。
4、公式：。
【熱點題型精練】
12．實驗室里有一些相同的長方體木塊，同學(xué)們用相同的滑輪按照甲、乙、丙三種方式拉著木塊在相同的水平面上做勻速直線運動，如圖所示，不計滑輪和繩的重力以及繩與滑輪間的摩擦，所用拉力分別為F1、F2和F3，則（）
A．F1＞F2＝F3B．F2＜F1＜F3C．F2＞F1＝F3D．F1＜F3＜F2
解：不計滑輪和繩的重力以及繩與滑輪間的摩擦，
假設(shè)甲、乙圖中物塊與地面的摩擦力為f，則丙圖中物塊與地面的摩擦力為2f，
甲圖中滑輪為定滑輪，不省力，F(xiàn)1＝f；
乙圖中滑輪為動滑輪，但F2處作用在動滑輪上，費2倍的力，所以F2＝2f；
丙圖中滑輪為動滑輪，省一半的力，則F3=12f′=12×2f=f；
故：F2＞F1＝F3；
答案：C。
13．如圖所示，每個滑輪的重力相等，不計繩重和摩擦力，G1＝60N，G2＝38N，甲、乙兩種情況下繩子在相等拉力F作用下靜止。則每個動滑輪的重力為（）
A．3NB．6NC．11ND．22N
解：
由圖知，使用滑輪組承擔(dān)物重的繩子股數(shù)分別為：n1＝3，n2＝2，
每個滑輪的重力相等，設(shè)動滑輪的重力為G動，
不計繩重和摩擦力，則拉力分別為：F1=13（G1+G動），F(xiàn)2=12（G2+G動），
由題知F1＝F2，
所以13（G1+G動）=12（G2+G動），
即：13（60N+G動）=12（38N+G動），
解得動滑輪的重力：
G動＝6N。
答案：B。
14．把質(zhì)量相等的A、B兩物體掛在如圖滑輪組下面，不計繩子、滑輪的重力和摩擦，放手后（）
A．A上升B．A下降C．A、B均靜止D．無法判斷
解：B所在的滑輪為動滑輪，動滑輪省一半的力，A所在的滑輪為定滑輪，定滑輪不省力；A與B質(zhì)量相等，重力相等，將B拉起只需A重力的一半即可，所以A下降，B上升。
答案：B。
15．如圖是小明家陽臺上的手搖晾衣架，若衣服和晾衣架的總重為100N，不計滑輪重、繩重及摩擦，下列說法正確的是（）
A．裝置中的A和B都是動滑輪
B．衣服上升0.2m，人通過搖柄將繩拉過0.8m
C．利用該裝置不能省力，但能改變力的方向
D．衣服勻速上升時，人通過搖柄作用在繩上的拉力F為20N
解：A．A滑輪的軸是固定不動的，是定滑輪，B滑輪的軸與物體一起運動，是動滑輪，故A錯誤；
B．由圖可知，晾衣架有兩個動滑輪，連接動滑輪繩子的股數(shù)n＝4，晾衣架上升0.2m，搖柄端繩子要下降S＝4h＝4×0.2m＝0.8m，故B正確；
C．由圖可知，晾衣架右兩個動滑輪，連接動滑輪繩子的股數(shù)n＝4，人對繩的拉力F=14G，拉力方向向下，可見，利用該裝置既能省力，又能改變力的方向，故C錯誤；
D．由圖可知，連接動滑輪繩子的股數(shù)n＝4，不計滑輪重繩重及摩擦，靜止時繩的拉力：F=14G總=14×100N＝25N，故D錯誤。
答案：B。
16．如圖所示，用掛在支架上的滑輪組勻速豎直向上提升物體M。拉力F＝300N，物體M上升速度v＝0.02m/s，每個滑輪重10N，忽略繩重、滑輪與軸的摩擦。下列說法正確的是（）
A．物體 M 受到的合力為 0
B．物體 M 的重力為 600N
C．繩自由端移動速度為 0.01m/s
D．支架所受拉力為 900N
解：由圖可知，n＝2。
A、因為物體做勻速運動，因此物體M受到的合力為零；故A正確；
B、忽略繩重和軸摩擦，F(xiàn)=12（G物+G輪），即300=12（G物+10N），解得：G物＝590N，故B錯誤；
C、自由端移動的速度v＝2v′＝2×0.2/s＝0.4/s，故C錯誤；
D、天花板受到的拉力F拉＝3F+G定滑輪＝3×300N+10N＝910N，故D錯誤。
答案：A。
17．如圖所示，在一水平地面上，木箱重400N，受到的摩擦力為200N，用力F拉動木箱使它勻速直線運動了3m（不計滑輪重及繩與滑輪間的摩擦），下列說法正確的是（）
A．拉力F的大小為400NB．拉力F的大小為200N
C．繩自由端移動了6mD．繩自由端移動了9m
解：由圖知，n＝2，
AB、不計滑輪重及繩與滑輪間的摩擦，則拉力：F=12f=12×200N＝100N，故A、B都錯誤；
CD、繩自由端移動的距離：s＝2s物＝2×3m＝6m，故C正確、D錯誤。
答案：C。
18．如圖所示，用力將重為120N物體勻速提升0.2m（不計動滑輪重、繩重和摩擦），則拉力F＝ 60 N，繩子自由端移動的距離s＝ 0.4 m，若拉力F′為70N，則動滑輪重為 20 N。（不計繩重和摩擦）
解：（1）動滑輪實質(zhì)是動力臂為阻力臂二倍的杠桿，省12力，題目已給出不計動滑輪重、繩重和摩擦，所以拉力F=12G＝60N；
（2）動滑輪在使用的時候，多費1倍距離，所以，繩子自由端移動的距離s＝2h＝0.4m；
（3）如果要考慮動滑輪的重，則F=12（G物+G動）可以計算出G動＝20N。
答案：60；0.4；20
19．如圖所示，體重為500N的小強站在水平地面上，豎直向下用205N的拉力拉動繩子使600N的物體10s勻速上升2米，若不計繩重及摩擦，他拉繩子的速度為 0.6 m/s；動滑輪的重力為 15 N，他用此滑輪組能提升重物的最大重力為 1485 N。
解：（1）物體上升的速度：
v物=s物t=2m10s=0.2m/s，
繩子自由端移動的速度：
v＝3v物＝3×0.2m/s＝0.6m/s；
（2）由圖可知，n＝3，不計摩擦和繩重，拉力F=1n（G+G動），
則動滑輪重：
G動＝nF﹣G＝3×205N﹣600N＝15N；
（3）工人施加的最大拉力等于工人的重力，F(xiàn)最大＝G人＝500N，
不計摩擦和繩重，拉力F最大=1n（G最大+G動），
提升物體的最大重力：
G最大＝nF最大﹣G動＝3×500N﹣15N＝1485N。
答案：0.6；15；1485。
20．如圖所示的裝置，重50N的重物，以0.1m/s的速度在水平面上做勻速直線運動，作用在繩子自由端的拉力F1＝4N，物體A受到的滑動摩擦力是 12 N，10s內(nèi)繩子自由端通過的距離是 3 m（不計繩和滑輪的重力以及滑輪軸承和滑輪與繩子之間的摩擦力）。
解：
（1）由圖知，n＝3，不計滑輪及繩重，不計繩與滑輪間的摩擦，拉力F=13f，
物體A受到的滑動摩擦力：f＝3F＝3×4N＝12N；
（2）由v=st可得物體移動距離：
s物＝v物t＝0.1m/s×10s＝1m，
10秒內(nèi)繩子自由端移動的距離：
s＝3s物＝3×1m＝3m。
答案：12；3。
21．小方同學(xué)在“探究定滑輪和動滑輪特點”的實驗中，裝置圖如圖所示。
（1）小方在測量鉤碼重力前，除了觀察彈簧測力計的量程和分度值外，還應(yīng)將測力計在豎直方向調(diào)零。測量鉤碼重力時，應(yīng)將鉤碼掛在彈簧測力計下如圖甲所示，并讓它處于靜止狀態(tài)，這時彈簧測力計的示數(shù)大小就等于鉤碼的重力大小。
（2）在探究定滑輪特點時，小方按照如圖乙所示操作，覺得讀數(shù)不太方便，于是把測力計倒過來，即測力計吊環(huán)系在拉繩上，用手拉掛鉤，測力計的示數(shù)會變小（選填“變大”、“變小”或“不變”），其理由是測力計本身受重力的作用。
（3）在探究動滑輪特點時，小方按照如圖丙所示操作，記錄數(shù)據(jù)如下表。分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測力計的示數(shù)F大于物重G的一半，其原因是動滑輪本身有重力，請給出減小此差異的建議將動滑輪的重力計算在提升物體的重力里。小方最終得出正確的實驗結(jié)論：使用動滑輪可以省力，但不能改變力的方向，而且費距離。
解：（1）測量物體重力前，由于重力是豎直向下的，所以應(yīng)將彈簧測力計在豎直方向調(diào)零；
當(dāng)物體靜止時，物體受到的重力與彈簧測力計的拉力是一對平衡力，大小相等；所以，測量物體重力時，應(yīng)將物體掛在彈簧測力計下并讓它處于靜止狀態(tài)；
（2）測力計倒過來使用時，彈簧測力計受力情況是：受到向上繩子的拉力（大小等于鉤碼重），受到向下的重力和手的向下拉力。這時測力計測量的是手向下的拉力，大小等于繩子自由端的拉力與測力計的重力之差。所以在勻速拉動時，根據(jù)二力平衡條件可知實驗會造成測量值會小于向上繩子的拉力即鉤碼重；
（3）人在提升重物時把動滑輪也提起了，所以動滑輪本身的重力是存在差異的最主要原因；由于轉(zhuǎn)軸之間有摩擦，繩也有一定重量，導(dǎo)致拉力增大。
“使用動滑輪能省一半力”是在不考慮動滑輪和摩擦的理想情況下才成立的，在實際實驗中，動滑輪的物重和摩擦是客觀存在的，要減小此差異，則動滑輪的重力不能忽略，所以應(yīng)該將動滑輪的重力計算在提升的物體的重力里；
使用動滑輪可以省力，但不能改變力的方向，同時繩子拉下的長度是物體上升高度的二倍，也就是費距離。
答案：（1）豎直；靜止；
（2）變??；測力計本身受重力的作用；
（3）動滑輪本身有重力；將動滑輪的重力計算在提升的物體的重力里；省力；力的方向；距離。
22．工人利用如圖所示的兩個滑輪組成滑輪組，向下拉動繩子來提升貨物。已知貨物重600N。不計繩重及摩擦。
（1）在圖中畫出繩子的繞法；
（2）若忽略動滑輪重，工人所用拉力多大；
（3）若不可忽略動滑輪重，工人實際所用拉力為350N，動滑輪有多重？
解：
（1）向下拉動繩子來提升貨物，從拉力端開始向上繞起，繞過上面的定滑輪、下面的動滑輪，最后固定在定滑輪的下掛鉤上，如圖所示：
（2）由圖知，n＝2，若忽略動滑輪重，不計繩重及摩擦，拉力：
F=12G=12×600N＝300N；
（3）若不可忽略動滑輪重，工人實際所用拉力F′，拉力F′=12（G+G動），則動滑輪的重力：
G動＝2F′﹣G＝2×350N﹣600N＝100N。
答案：
（1）見解答圖；
（2）若忽略動滑輪重，工人所用拉力為300N；
（3）若不可忽略動滑輪重，工人實際所用拉力為350N，動滑輪有100N重。
考點03 機械效率
【高頻考點精講】
一、三種功
1、有用功：對人們有用的、必須要做的功，用表示。
2、額外功：做有用功的過程中，人們不需要但又不得不做的功，用表示。
3、總功：有用功與額外功之和，用表示。=+
二、機械效率
1、定義：物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫做機械效率，用表示。
2、公式：
說明：使用任何機械都不可避免地要做額外功，有用功總是小于總功，所以機械效率總是小于1。
3、影響因素
（1）動滑輪的重力、繩重和各部分間的摩擦。
（2）提升物體的重力。
注意：機械效率與提升高度、滑輪的繞線方式、做功多少等無關(guān)。
4、提高機械效率的方法
（1）有用功一定時，盡量減少額外功，可以減輕機械自重和添加潤滑油減小摩擦。
（2）額外功一定時，增大有用功，在機械能夠承受的范圍內(nèi)盡可能增加每次提起物體的重力。
三、機械效率的計算
（一）滑輪組
1、滑輪組豎直放置
（1）
（2）不計繩重和繩子與滑輪之間的摩擦
說明：G為物重；為動滑輪的重力；h為重物上升高度；s為繩自由端移動距離；n為承擔(dān)物重的繩子段數(shù)。
2、滑輪組水平放置
說明：為物體與水平面之間的摩擦力；F為拉力；為物體移動的距離；為繩子自由端移動的距離；n為承擔(dān)摩擦力的繩子段數(shù)。
（二）斜面
1、
2、
說明：G為物重；h為斜面高度；s為斜面長度；F為拉力；為摩擦力。
【熱點題型精練】
23．如圖所示，用手沿豎直方向勻速拉一個動滑輪，使掛在下面重為G的物體緩慢上升，動滑輪的重力不可忽略，現(xiàn)改變物體的重力G，不計繩重與摩擦，則動滑輪的機械效率η與物體重力G的關(guān)系可能符合下列圖中的（）
A． B． C． D．
解：動滑輪的重力不可忽略，則克服動滑輪的重所做的功為額外功，η=W有用W總=G?G?+G輪?=GG+G輪=11+G輪G，
可見，當(dāng)物重增大時，機械效率增大，但機械效率η與物體重力G的關(guān)系并不成正比，故B正確符合題意。
答案：B。
24．如圖所示，固定斜面長5m、高2.5m，木箱重150N。小明用100N的推力沿斜面向上推木箱，使木箱沿斜面勻速從底端運動到頂端的過程中，下列判斷正確的是（）
A．使用斜面既可以省力也可以省功
B．小明克服木箱重力做的功為250J
C．斜面的機械效率為50%
D．小明克服斜面摩擦力做的功為125J
解：A、使用斜面時可以省力，由于要克服摩擦力做額外功，要多做功，所以不能省功，故A錯誤；
B、小明克服木箱重力做的有用功：
W有用＝Gh＝150N×2.5m＝375J，故B錯誤；
C、推力做的總功：
W總＝Fs＝100N×5m＝500J，
斜面的機械效率：
η=W有用W總×100%=375J500J×100%＝75%，故C錯誤；
D、小明克服斜面摩擦力做的額外功：
W額＝W總﹣W有用＝500J﹣375J＝125J，故D正確。
答案：D。
25．利用如圖所示裝置將重為100N的物體勻速從斜面的底端拉到頂端。已知斜面的長是5m，高是2m，拉力為F＝50N，則該裝置的機械效率為（）
A．40%B．50%C．80%D．100%
解：有用功W有用＝Gh＝100N×2m＝200J；
總功W總＝FS＝50N×2×5m＝500J；
機械效率η=W有用W總=200J500J=40%。
答案：A。
26．用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率，鉤碼總重G為1.0N，鉤碼上升高度h為0.1m，測力計移動距離s為0.3m，實驗時，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，使掛在較長杠桿A點下面的鉤碼緩緩上升，實驗中，將杠桿拉至圖中虛線位置，測力計的示數(shù)F為0.5N．若杠桿的本身的重力不計，則下列說法正確的是（）
A．拉力對杠桿做的額外功為0.1J
B．勻速豎直拉動過程中彈簧測力計示數(shù)先變小后變大
C．若將鉤碼從A點移到B點，用同樣的方式將鉤碼提升0.1m，則機械效率降低
D．若將鉤碼從A點移到B點，用同樣的方式將鉤碼提升0.1m，則機械效率升高
解：（1）由圖可知，OC為鉤碼G的力臂，OD為彈簧測力計拉力的力臂，
由△OCA∽△ODE可得：OCOD=OAOE，
由杠桿的平衡條件可得：G×OC＝F×OD，
則FG=OCOD=OAOE，
由OAOE和G不變可知，F(xiàn)不變，即勻速豎直拉動過程中彈簧測力計示數(shù)不變，故B錯誤；
拉力做的總功：
W總＝Fs＝0.5N×0.3m＝0.15J，
拉力做的有用功：
W有＝Gh＝1.0N×0.1m＝0.1J，
拉力對杠桿做的額外功：
W額＝W總﹣W有＝0.15J﹣0.1J＝0.05J，故A錯誤；
（2）若將鉤碼從A點移到B點，用同樣的方式將鉤碼提升0.1m時，有用功不變，
此時杠桿上旋的角度減小，杠桿升高的距離變小，克服桿與O點的摩擦力做功變小，則額外功變小，
由η=W有W有+W額×100%可知，機械效率升高，故C錯誤、D正確。
答案：D。
27．如圖所示，甲、乙分別為同一滑輪組的不同繞法，忽略繩重及一切阻力。用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時，機械效率為90%。下列判斷正確的是（）
A．拉力F1的大小為450N
B．用圖乙繞法勻速提升400N重物時，機械效率為80%
C．分別用兩種繞法勻速提升相同重物時，圖乙繞法機械效率大
D．分別用兩種繞法勻速提升相同重物升高相同高度，F(xiàn)2做功少
解：
A、忽略繩重及一切阻力，用圖甲繞法勻速提升重為900N的物體時，機械效率為90%，
圖甲中n＝2，由η=W有用W總=G?Fs=G?Fn?=GnF可得拉力F1的大?。?br>F1=Gnη=900N2×90%=500N，故A錯誤；
B、圖甲中，根據(jù)F1=12（G+G動）可得動滑輪的重力：
G動＝2F1﹣G＝2×500N﹣900N＝100N；
忽略繩重及一切阻力，滑輪組的機械效率η=W有用W總=G?G?+G動?=GG+G動，則用圖乙繞法勻速提升400N重物時，其機械效率為：
η′=G′G′+G動=400N400N+100N×100%＝80%，故B正確；
CD、分別用兩種繞法勻速提升相同重物時，有用功相同，忽略繩重及一切阻力，克服動滑輪做的功是額外功，因同一滑輪組中動滑輪的重不變、提升高度相同，額外功相同，總功相同（即F1和F2做功相同），機械效率也相同，故CD錯誤；
答案：B。
28．用如圖甲所示的裝置來探究滑輪組的機械效率η與物重G物的關(guān)系，改變G物，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，計算并繪出η與G物關(guān)系如圖乙所示，若不計繩重和摩擦，則下列說法正確的是（）
A．同一滑輪組機械效率η隨G物的增大而增大，最終將超過100%
B．G物不變，改變圖甲中的繞繩方式，滑輪組機械效率將改變
C．此滑輪組動滑輪的重力為2N
D．當(dāng)G物＝6N時，機械效率η＝66.7%
解：A、使用滑輪組時，克服物重的同時，不可避免地要克服動滑輪重、摩擦和繩子重做額外功，所以總功一定大于有用功；由公式η=W有用W總知：機械效率一定小于1，即同一滑輪組機械效率η隨G物的增大而增大，但最終不能超過100%，故A錯誤；
B、G物不變，改變圖甲中的繞繩方式，如圖所示，
因為此圖與題干中甲圖將同一物體勻速提高相同的高度，所以所做的有用功相同，
忽略繩重及摩擦?xí)r，額外功：W額＝G輪h，即額外功W額相同，
又因為W總＝W有+W額，所以總功相同，
由η=W有用W總可知，兩裝置的機械效率相同，即η1＝η2．故B錯誤；
C、由圖可知，G＝12N，此時η＝80%，
則η=W有用W總=W有用W總=G?Fs=G?13(G+G動)×3?=GG+G動，即80%=12N12N+G動，
解得G動＝3N，故C錯誤；
D、G物＝6N時，機械效率η=W有用W總×100%=W有用W總×100%=G′G′+G動×100%=6N6N+3N×100%≈66.7%．故D正確。
答案：D。
29．小周用如圖所示的實驗裝置測量杠桿的機械效率，實驗時豎直向上拉動拉動杠桿，使掛在杠桿下面的鉤碼緩緩上升（支點和杠桿的摩擦不計），問：重為5N的鉤碼掛在A點時，人的拉力F為4N，鉤碼上升0.3m，動力作用點C上升0.5m，此時的機械效率η為 75% 。
解：有用功：W有用＝Gh＝5N×0.3m＝1.5J；
總功：W總＝Fs＝4N×0.5m＝2J，
機械效率：η=W有用W總×100%=1.5J2J×100%＝75%。
答案：75%。
30．如圖所示，用平行于斜面的拉力F，將重為8N的物體沿斜面從底端勻速拉至頂端。若不考慮物體與斜面間的摩擦，則拉力F為 4 N；若斜面的機械效率為80%，則此時拉力F為 5 N．若另一斜面的高度h與長度s之比為3：5，將重25N的物體勻速拉至頂端的拉力為18N，則該物體所受摩擦力為 3 N。
解：
（1）不考慮物體與斜面間的摩擦，由于使用任何機械都不省功，即W手＝W機，即：Fs＝Gh，
則拉力F=G?s=8N×；
（2）用手做的有用功W有用＝Gh＝8N×0.2m＝1.6J，
已知機械效率η＝80%，由η=W有用W總得，
總功W總=W有用η=1.6J80%=2J，
則由W＝Fs得：拉力F=W總s=2J0.4m=5N。
（3）使用另一斜面，若不考慮物體與斜面間的摩擦，由Gh＝Fs可得：
拉力F′=G′?′s′=25N×35=15N，
由于該物體受到摩擦力的作用，則實際拉力F″＝18N，
所以摩擦力f＝F″﹣F′＝18N﹣15N＝3N。
答案：4；5；3。
31．在建筑工地上，小明同學(xué)利用如圖所示的裝置，用25N的拉力使重為300N的物體A沿著水平地面勻速運動。A在運動時受到地面的摩擦力為其所受重力的0.2倍，不計繩重及滑輪組的摩擦。則動滑輪所受重力為 15 N，該裝置的機械效率為 80% 。若增加物體A的重力，仍使物體A勻速運動，則該裝置的機械效率將增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）。
解：
（1）因為物體A在運動時受到地面的摩擦力為其所受重力的0.2倍，
所以物體受到的摩擦力：f＝0.2G＝0.2×300N＝60N；
因物體A勻速運動，繩子對物體的拉力和物體受到的摩擦力是一對平衡力，
所以滑輪組對物體的拉力F拉＝f＝60N，
由圖知n＝3，不計繩重與摩擦，由F=1n（G動+F拉）可得動滑輪受到的重力：
G動＝nF﹣F拉＝3×25N﹣60N＝15N；
（2）滑輪組的機械效率：
η=W有W總=fsFs拉=fsFns=fnF=60N3×25N×100%＝80%；
（3）若增加物體A的重力，仍使物體A勻速運動，因物體對地面的壓力增大，則摩擦力增大，克服物體與地面間摩擦力做的有用功增大，在額外功不變的情況下，有用功在總功中所占的比例增大，則機械效率將增大。
答案：15；80%；增大。
32．某興趣小組的同學(xué)在探究“影響滑輪組機械效率的因素”時，提出了如下猜想：
猜想一：滑輪組的機械效率與繞繩方式有關(guān)；
猜想二：滑輪組的機械效率與物重有關(guān)；
猜想三：滑輪組的機械效率與動滑輪的重力有關(guān)。
為了驗證上述猜想，興趣小組的同學(xué)進行了如下實驗，實驗裝置如圖所示。
（1）興趣小組的小明同學(xué)發(fā)現(xiàn)實驗過程中邊拉動邊讀數(shù)，彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定，應(yīng)該靜止讀數(shù)，你認為他的想法錯誤（選填“正確”或“錯誤”）。
（2）組員通過更換滑輪組，改變鉤碼質(zhì)量，測得數(shù)據(jù)如表所示：
①請將表中的數(shù)據(jù)填寫完整；
②分析數(shù)據(jù)可知第3次實驗是用丙（選填“丙”或“丁”）圖所示裝置做的實驗；
③不計摩擦及繩重，分析1、2兩次實驗數(shù)據(jù)可知猜想一錯誤（選填“正確”或“錯誤”）；
④通過比較 2、3 兩次實驗數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：使用相同滑輪組提升物體時，物體越重，滑輪組機械效率越高。
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析可知：隨著物重的增大，額外功變大（選填“變小”、“變大”或“不變”）。
（4）如果用圖乙中滑輪組裝置提升7N的重物，則它的機械效率可能是 B 。
A.73% B.81% C.88%
解：（1）測滑輪組的機械效率，需要勻速拉動繩子，并且要在拉動中讀彈簧測力計的示數(shù)，如果靜止讀數(shù)，繩子與滑輪之間的摩擦力就不能測量，額外功就會減小，在有用功一定時，會導(dǎo)致機械效率變大，故該做法錯誤；
（2）①第四次實驗時滑輪組的機械效率η=G?Fs×100%=8N××0.4m×100%＝80%；
②第3次實驗時，吊著動滑輪繩子段數(shù)n=s?=；故選丙；
③在比較滑輪組的機械效率與繩子段數(shù)的關(guān)系時，應(yīng)保持滑輪組相同、物重相同，只改變繩子繞法，據(jù)此分析第1、2兩次實驗可知機械效率都為74%；故猜想一錯誤；
④研究同一滑輪組提升重物時，滑輪組機械效率與提升物體的重力的關(guān)系時，要控制滑輪組相同、繞繩方式也相同；只改變提升物體的重力，故通過比較2、3可得出同一滑輪組提升物重越大滑輪組機械效率越大；
（3）第2次實驗時，額外功W1＝Fs﹣Gh＝1.8N×0.3m﹣4N×0.1m＝0.14J；同理可求出第3次實驗時的額外功W2＝0.16J；故可知隨著提升物重的增大，額外功增大；
（4）同一滑輪組提升物重越大滑輪組機械效率越大，故物重7N時的機械效率小于物重8N但大于物重4N的，答案：B；
答案：（1）錯誤；（2）①80%；②丙；③錯誤；④2、3；高；（3）變大；（4）B。
33．如圖是工人將重160N的物體勻速放下的過程，已知物體下降的距離為3m，用時3s，工人的拉力為50N，工人質(zhì)量為50kg。（物體未浸入水中，且不計繩重及摩擦）
（1）求工人放繩的速度。
（2）求滑輪組的效率η1
（3）如果物體完全浸沒水中后滑輪的機械效率為η2，已知η1：η2＝4：3（物體在水中仍勻速下降，動滑輪不會浸入水中且不計繩重及摩擦，g＝10N/kg）。求當(dāng)物體完全浸沒水中后，工人對地面的壓力。
解：
（1）物體下降速度為：v=?t=3m3s=1m/s；
因為有4段繩子，所以繩子上升的速度為：v繩＝4v物＝4×1m/s＝4m/s；
（2）因為有4段繩子，所以繩子運動距離s＝4h＝4×3m＝12m；
放繩子的有用功：W有用＝Gh＝160N×3m＝480J；
放繩子的總功：W總＝Fs＝50N×12m＝600J；
滑輪組的效率：η1=W有用W總×100%=480J600J×100%＝80%；
（3）物體未浸入水中時，不計繩重及摩擦，動滑輪受到重物對它的拉力、本身的重力、繩子的拉力，
由F=1n（G動+G）可得，動滑輪重力：G動＝4F﹣G＝4×50N﹣160N＝40N；
已知η1：η2＝4：3，
則物體完全浸沒水中后滑輪組的機械效率為：η2=34η1=34×80%＝60%；
物體完全浸沒水中后，滑輪組對物體的拉力做的功為有用功，不計繩重及摩擦，克服動滑輪重力做的功為額外功，
則此時滑輪組的機械效率：η2=W′有用W′總=F拉物?F拉物?+G動?=F拉物F拉物+40N=60%，
解得F拉物＝60N；
完全入水后，動滑輪受到重物對它向下的拉力、本身向下的重力、4段繩子向上的拉力，
由力的平衡條件可得：4F繩＝F拉物+G動，
則人對繩子的拉力：F繩=14（F拉物+G動）=14（60N+40N）＝25N，
因為物體間力的作用是相互的，所以繩子對人的拉力也為25N；
人的重力為：G人＝m人g＝50kg×10N/kg＝500N，
對人進行受力分析可知，人受豎直向下的重力、豎直向下的拉力、豎直向上的支持力，
則人受到豎直向上的支持力：F支＝G人+F繩＝500N+25N＝525N。
因為物體間力的作用是相互的，則人對地面的壓力為525N。
答：（1）工人放繩的速度為4m/s。
（2）滑輪組的效率η1為80%；
（3）求當(dāng)物體完全浸沒水中后，工入對地面的壓力為525N。
實驗次數(shù)
物重G/N
測力計的示數(shù)F/N
1
1.00
0.65
2
1.50
0.90
3
2.00
1.15
實驗次數(shù)
鉤碼重G/N
鉤碼上升高度h/m
繩端拉力F/N
繩端移動距離s/m
機械效率η
1
4
0.1
2.7
0.2
74%
2
4
0.1
1.8
0.3
74%
3
8
0.1
3.2
0.3
83%
4
8
0.1
2.5
0.4
80%

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