第十二章簡(jiǎn)單機(jī)械單元大概念素養(yǎng)目標(biāo)編號(hào)單元大概念素養(yǎng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)新課標(biāo)內(nèi)容對(duì)應(yīng)試題P8212001知道常見(jiàn)的簡(jiǎn)單機(jī)械,明確杠桿的五要素知道簡(jiǎn)單機(jī)械。知道杠桿物理模型【P15、P19】P92T1;P94T8P8212002探究杠桿的平衡條件探究并了解杠桿的平衡條件。在關(guān)于杠桿科學(xué)探究中,能制訂初步的實(shí)驗(yàn)方案;能通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的比較與分析,發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn),進(jìn)行初步的因果判斷,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論【P15、P19】P93T4;P94T9;P125T16P8212003了解杠桿的種類(lèi)及其應(yīng)用能說(shuō)出人類(lèi)使用的一些機(jī)械。了解機(jī)械的使用對(duì)社會(huì)發(fā)展的作用【P23】P94T6;P110T1;P110T3P8212004知道定滑輪和動(dòng)滑輪的本質(zhì),了解滑輪組的特點(diǎn)及其實(shí)際應(yīng)用知道簡(jiǎn)單機(jī)械。能說(shuō)出人類(lèi)使用的一些機(jī)械。了解機(jī)械的使用對(duì)社會(huì)發(fā)展的作用【P15、P23】P96T1;P96T3;P97T7;P110T2;P118T11P8212005知道機(jī)械效率,能解決常見(jiàn)簡(jiǎn)單機(jī)械在生產(chǎn)生活應(yīng)用中的有關(guān)問(wèn)題,具有節(jié)能意識(shí)知道機(jī)械效率。知道能量的利用存在效率問(wèn)題,100%的能量利用率只是一種理想情況。能從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)提高效率的重大意義,增強(qiáng)學(xué)習(xí)物理學(xué)的動(dòng)力【P23、P26】P100T3;P100T5;P102T6;P107T1P8212006測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率,了解提高其機(jī)械效率的途徑了解提高機(jī)械效率的意義和途徑。測(cè)量某種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率【P23】P101T1;P102T5;P112T16第1節(jié)杠桿基礎(chǔ)過(guò)關(guān)全練知識(shí)點(diǎn)1杠桿1.【跨學(xué)科·物理學(xué)與日常生活】(2023北京昌平期中)如圖所示是用瓶起子打開(kāi)瓶蓋的情境,開(kāi)啟過(guò)程中某時(shí)刻可將瓶起子看成一個(gè)杠桿(忽略杠桿所受重力),用“O”表示支點(diǎn)位置,手施加的力為動(dòng)力F1(方向垂直杠桿),杠桿所受阻力為F2(方向垂直杠桿),能表示此時(shí)支點(diǎn)、動(dòng)力和阻力的示意圖是(P8212001) ()2.【跨學(xué)科·物理學(xué)與工程實(shí)踐】【新獨(dú)家原創(chuàng)】如圖甲為一輛高空作業(yè)車(chē),其工作臂相等于一個(gè)如圖乙所示的杠桿AOB。請(qǐng)畫(huà)出工作臂動(dòng)力F1和阻力F2的力臂l1和l2。知識(shí)點(diǎn)2杠桿的平衡條件3.【跨學(xué)科·物理學(xué)與日常生活】(2023山西翼城一模)圖甲是一種落地式海報(bào)架,圖乙是海報(bào)架的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。若視海報(bào)架為杠桿,水平向右的風(fēng)將其吹倒的瞬間,支點(diǎn)是(選填“A”“B”或“C”),若要使海報(bào)架抵抗更大的風(fēng)力,可以采取的措施是(寫(xiě)出一條即可)。

4.(2023河南安陽(yáng)一模)小航和小萱在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)操作中,桌上擺放有鉤碼1盒(每個(gè)鉤碼50g,共10個(gè)),彈簧測(cè)力計(jì)一個(gè),杠桿尺及支架,細(xì)線。(P8212002)(1)小航將杠桿尺掛在支架上,緊接著的操作應(yīng)該是;

A.調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿平衡B.輕輕撥動(dòng)杠桿使其能夠繞支點(diǎn)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)(2)如圖甲所示,小航在已調(diào)好的杠桿左端2格處掛了3個(gè)鉤碼,要使杠桿平衡,可以在杠桿右側(cè)2處掛3個(gè)鉤碼,還可以在右側(cè)(按“×處掛×”填寫(xiě))個(gè)鉤碼來(lái)完成;經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn),并分析記錄的數(shù)據(jù)(見(jiàn)表),兩位同學(xué)得出了杠桿的平衡條件是;

實(shí)驗(yàn)次序動(dòng)力F1/N動(dòng)力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm12.051.01022.0102.01033.0102.015(3)如圖乙所示,小航將彈簧測(cè)力計(jì)掛在杠桿右端第4格處豎直向下方拉使杠桿平衡,當(dāng)拉杠桿的力由豎直向下逐漸變?yōu)橄蛴蚁路降倪^(guò)程中,小航觀察到彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變化情況是以下選項(xiàng)中的(填選項(xiàng)符號(hào)),原因是;

A.逐漸變大B.逐漸變小C.先變大后變小D.先變小后變大(4)小萱進(jìn)行了如圖丙所示的探究,但發(fā)現(xiàn)測(cè)出的拉力與杠桿的平衡條件不符,原因是。

知識(shí)點(diǎn)3生活中的杠桿5.如圖是搬運(yùn)泥土的獨(dú)輪車(chē),獨(dú)輪車(chē)屬于杠桿(選填“省力”或“費(fèi)力”)。設(shè)車(chē)箱和泥土的總重G=1200N,運(yùn)泥土?xí)r從A點(diǎn)提起獨(dú)輪車(chē)把手的力是F,F的力臂是m,F的大小是N。

能力提升全練6.【勞動(dòng)教育】(2023湖北恩施中考,3,★☆☆)我們用掃把掃地,左手握住柄的末端,右手向前推掃柄時(shí),掃把是(P8212003) ()A.省力杠桿B.費(fèi)力杠桿C.等臂杠桿D.都不正確7.(2023遼寧大連中考,21,★☆☆)如圖所示,放置花盆的支架只在A、D兩點(diǎn)用螺釘固定在墻壁上,BC保持水平。已知AC長(zhǎng)為l1,CD長(zhǎng)為l2,BC長(zhǎng)為l3,花盆的重力為G,重力作用線恰好過(guò)BC中點(diǎn)。若不計(jì)支架的重力,則D點(diǎn)螺釘對(duì)支架的水平拉力F=(用已知量表示)。為了減小拉力F,花盆位置應(yīng)離墻壁一些。

8.【學(xué)科素養(yǎng)·物理觀念】(2023四川成都高新區(qū)一模,25,★☆☆)品學(xué)兼優(yōu)的小天同學(xué),周末在家喜歡主動(dòng)承擔(dān)一些家務(wù),如圖甲是她在廚房幫忙時(shí)使用的一個(gè)菜餡擠水器,其上部手柄在使用時(shí)相當(dāng)于一個(gè)杠桿,圖乙是其簡(jiǎn)化的示意圖,O為支點(diǎn),F2是使用菜餡擠水器時(shí)B點(diǎn)受到的阻力。請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫(huà)出作用在A點(diǎn)的最小動(dòng)力F1的示意圖及其力臂l1。(P8212001)9.【學(xué)科素養(yǎng)·科學(xué)探究】(2023河北邯鄲一模,15,★★☆)小明探究杠桿平衡條件時(shí),選定的實(shí)驗(yàn)器材有:鐵架臺(tái)與兩端帶有平衡螺母的直尺組成的杠桿裝置、彈簧測(cè)力計(jì)一個(gè)、細(xì)線和完全相同的鉤碼若干。(P8212002)(1)將杠桿裝置放在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,靜止時(shí)如圖甲所示,為了探究杠桿的平衡條件,接下來(lái)的操作:,使杠桿在水平位置平衡;

(2)實(shí)驗(yàn)中,在杠桿兩側(cè)掛上不同數(shù)量的鉤碼,第1次、第2次杠桿平衡時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已填寫(xiě)在表中,圖乙是第3次杠桿平衡時(shí)的情景,這次杠桿右側(cè)的阻力為N,阻力臂為m;

實(shí)驗(yàn)次數(shù)動(dòng)力F1/N動(dòng)力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m12.50.220.25220.151.50.2310.2①②(3)分析表中數(shù)據(jù),可以得出杠桿的平衡條件為:;

(4)為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有普遍性,他做了圖丙所示的實(shí)驗(yàn),用彈簧測(cè)力計(jì)斜拉使杠桿在水平位置平衡(忽略杠桿自重)。若圖中∠α=30°,則拉力F=N;

【拓展】杠桿在我國(guó)古代就有了許多應(yīng)用。距今約三千多年前,就有了用來(lái)?yè)v米的舂?，F(xiàn)在一些資料中見(jiàn)到的舂結(jié)構(gòu)大致有圖中的丁、戊兩種。工作時(shí),以O(shè)為固定轉(zhuǎn)軸,在A端連著石球,腳踏B端可以使石球升高,抬起腳,石球會(huì)落下?lián)舸虻竟?。你認(rèn)為比較符合生活實(shí)際的“舂”是(選填“丁”或“戊”),它的主要特點(diǎn)是。

10.【學(xué)科素養(yǎng)·科學(xué)思維】(2023廣東茂名電白期中,22,★★☆)一輕質(zhì)杠桿AB水平放置,在杠桿上懸掛一個(gè)西瓜,杠桿長(zhǎng)1m,O為杠桿的支點(diǎn),AO長(zhǎng)0.2m。在B點(diǎn)用彈簧測(cè)力計(jì)豎直提起杠桿,其裝置如圖所示。(P8212003)(1)若西瓜懸掛點(diǎn)距O點(diǎn)0.4m,彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為8N,求該西瓜的重力;(2)若彈簧測(cè)力計(jì)的量程為0~10N,要使輕質(zhì)杠桿AB始終水平平衡,求西瓜懸掛點(diǎn)與O點(diǎn)之間的距離d的范圍。素養(yǎng)探究全練11.【科學(xué)探究】某同學(xué)在河邊玩耍時(shí)撿到一塊石頭?；丶液?他用彈簧測(cè)力計(jì)、玻璃杯、細(xì)線和足量的水等器材測(cè)量石頭的密度。估測(cè)這塊石頭的重力已超出了彈簧測(cè)力計(jì)的量程,通過(guò)思考,該同學(xué)利用一根質(zhì)量分布均勻的細(xì)木桿和上述實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)了如圖所示實(shí)驗(yàn):(1)將木桿的中點(diǎn)O懸掛于線的下端,使木桿在水平位置平衡,這樣做的好處是可以消除對(duì)平衡的影響。這時(shí)木桿重力的力臂為。

(2)將左端A與彈簧測(cè)力計(jì)相連,用細(xì)線把石頭掛于OA的中點(diǎn)C,彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上提起A端,使木桿保持水平,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)如圖所示,則拉力大小為N;將石頭浸沒(méi)于裝有水的玻璃杯中且不與杯子接觸,保持木桿水平,記下彈簧測(cè)力計(jì)此時(shí)的示數(shù)為2.7N。

(3)通過(guò)計(jì)算,浸沒(méi)后石頭受到的浮力大小為N,石頭的密度為kg/m3。(ρ水=1×103kg/m3,g取10N/kg)

(4)若上述(2)步驟中,只是木桿未保持水平,則測(cè)量結(jié)果(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

答案全解全析基礎(chǔ)過(guò)關(guān)全練1.D由圖可知,用瓶起子打開(kāi)瓶蓋時(shí),是繞著瓶起子最前端的一點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的,故該點(diǎn)為支點(diǎn);由力的作用效果可知,手對(duì)瓶起子的力是動(dòng)力,方向向上;瓶蓋對(duì)瓶起子的力為阻力,方向向下。2.如圖所示解析該高空作業(yè)車(chē)的工作臂的支點(diǎn)為O點(diǎn),過(guò)O點(diǎn)作動(dòng)力F1作用線延長(zhǎng)線的垂線段,即l1;過(guò)O點(diǎn)作阻力F2作用線延長(zhǎng)線的垂線段,即l2。3.C增大∠BAC角度解析由圖可知,水平向右的風(fēng)將其吹倒的瞬間,只有C點(diǎn)不動(dòng),故支點(diǎn)為C點(diǎn);重力G的力臂l2如圖,由圖可知,∠BAC角度越大,重力G的力臂l2越長(zhǎng),重力G大小不變,根據(jù)杠桿平衡條件可知,可承受阻力越大,故若要使海報(bào)架抵抗更大的風(fēng)力,可以增大∠BAC角度。4.(1)A(2)見(jiàn)解析(3)見(jiàn)解析(4)杠桿自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響,相當(dāng)于增加了一個(gè)阻力解析(1)將杠桿尺掛在支架上,緊接著的操作應(yīng)該是調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母使杠桿在水平位置平衡,故選A;(2)因?yàn)橹挥?0個(gè)鉤碼,且杠桿最多只有5格,則3G×2L=3G×2L=2G×3L=6G×L,所以可以在右側(cè)2處掛3個(gè)鉤碼或3處掛2個(gè)鉤碼或1處掛6個(gè)鉤碼來(lái)使杠桿平衡;先將數(shù)據(jù)中的各自的力與力臂相乘,然后分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出關(guān)系式為F1l1=F2l2(或動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂);(3)當(dāng)拉力逐漸變?yōu)橄蛴蚁路降倪^(guò)程中,力臂逐漸變小,杠桿左邊力與力臂的乘積不變,根據(jù)杠桿平衡條件可知拉力逐漸變大,故選A;(4)如圖丙所示,使彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉,結(jié)果發(fā)現(xiàn)測(cè)出的拉力大小與杠桿的平衡條件不相符,是因?yàn)楦軛U自身有重力,方向豎直向下,相當(dāng)于增加了一個(gè)阻力。5.省力1.2300解析獨(dú)輪車(chē)在使用過(guò)程中,動(dòng)力臂大于阻力臂,是省力杠桿。由圖可知獨(dú)輪車(chē)的支點(diǎn)在輪軸處,力F豎直向上,因此F的力臂是l1=1.2m,重力的力臂l2=0.3m;由F×l1=G×l2得,F=Gl2l能力提升全練6.B用掃把掃地時(shí),左手握住柄的末端,右手向前推掃柄,掃把的動(dòng)力臂比阻力臂短,是費(fèi)力杠桿。7.Gl解析花盆對(duì)支架壓力(阻力)F2=G;D處螺釘對(duì)支架的水平拉力(動(dòng)力)的力臂為l1+l2,由杠桿平衡條件可得F(l1+l2)=F2×l32,D處螺釘?shù)乃嚼Φ拇笮=Gl32(l1+l2)8.如圖所示解析根據(jù)杠桿的平衡條件,要想找到最小力就要找到最長(zhǎng)的力臂,連接支點(diǎn)O與作用點(diǎn)A,OA即最長(zhǎng)力臂l1,力臂始終與力的作用線垂直,從而找到最小力,方向向下。解題技巧找最大動(dòng)力臂的方法:(1)當(dāng)動(dòng)力作用點(diǎn)確定時(shí),支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的線段長(zhǎng)即最大動(dòng)力臂;(2)當(dāng)動(dòng)力作用點(diǎn)沒(méi)有確定時(shí),應(yīng)看杠桿上哪一點(diǎn)離支點(diǎn)最遠(yuǎn),則這一點(diǎn)到支點(diǎn)的距離即最大動(dòng)力臂。9.(1)向右調(diào)節(jié)平衡螺母(2)20.1(3)F1l1=F2l2(4)4【拓展】見(jiàn)解析解析(1)如圖甲所示,杠桿左低右高,說(shuō)明左邊重,故應(yīng)向右調(diào)節(jié)平衡螺母,使杠桿在水平位置平衡;(2)圖乙中,左側(cè)掛兩個(gè)鉤碼,F1=1N,則一個(gè)鉤碼的重力為0.5N,所以右側(cè)阻力為F2=4×0.5N=2N,左側(cè)鉤碼懸掛位置到支點(diǎn)4個(gè)格,力臂為0.2m,則每個(gè)格的長(zhǎng)度為0.05m,所以右側(cè)力臂為l2=2×0.05m=0.1m;(3)由表中數(shù)據(jù)可知,動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積等于阻力與阻力臂的乘積,即F1l1=F2l2;(4)圖丙中F1=4×0.5N=2N,l1=4×0.05m=0.2m,拉力F的力臂l2=12×4×0.05m=0.1m,由F1l1=F2l2,可得F=F1l1l2=2N×0.2m0.1m=4N;【拓展】比較符合生活實(shí)際的“10.解析(1)由杠桿平衡條件可得G×l=F×(AB-AO),即G×0.4m=8N×(1m-0.2m),解得西瓜的重力G=16N。(2)由題知,彈簧測(cè)力計(jì)的量程為0~10N,當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為0時(shí),d=0m,當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為10N時(shí),根據(jù)杠桿平衡條件知,G×d=F最大×(AB-AO),則16N×d=10N×(1m-0.2m),解得d=0.5m。西瓜懸掛點(diǎn)與O點(diǎn)之間的距離d的取值范圍為0≤d≤0.5m。素養(yǎng)探究全練11.(1)木桿自重0(2)4.2(3)32.8×103(4)不變解析(1)將木桿的中點(diǎn)O懸掛于線的下端,木桿的重力作用線過(guò)支點(diǎn),重力的力臂為零,可以消除木桿的重力對(duì)平衡的影響;(2)如圖,彈簧測(cè)力計(jì)的拉