專題13簡單機(jī)械知識要點(diǎn)：杠桿（分類及應(yīng)用，探究杠桿平衡的條件，最小作用力，杠桿作圖），滑輪（定滑輪特點(diǎn)，動滑輪特點(diǎn)，滑輪組特點(diǎn)，斜面），機(jī)械效率（滑輪組的機(jī)械效率，斜面的機(jī)械效率）（杠桿的分類及應(yīng)用）下圖是生活中幾種常見的杠桿，其中屬于省力杠桿的是（）A．釣魚竿 B．道釘撬C．筷子 D．理發(fā)剪刀【答案】B【詳解】A．釣魚竿在使用過程中，動力臂小于阻力臂，屬于費(fèi)力杠桿，故A不符合題意；B．道釘撬在使用過程中，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿，故B符合題意；C．筷子在使用過程中，動力臂小于阻力臂，屬于費(fèi)力杠桿，故C不符合題意；D．理發(fā)剪刀在使用過程中，動力臂小于阻力臂，屬于費(fèi)力杠桿，故D不符合題意。故選B。（杠桿的分類及應(yīng)用）下列工具在正常使用中，屬于費(fèi)力杠桿的是（）【答案】C【詳解】ABD．啟瓶器、切紙鍘刀、羊角錘在使用過程中動力臂大于阻力臂，都是省力杠桿，故ABD不符合題意；C．食品夾在使用的過程中動力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿，故C符合題意。故選C。A．增加鉤碼的個數(shù)B．將鉤碼懸掛點(diǎn)的位置向左移C．保持拉力方向不變，將彈簧測力計向右移D．保持彈簧測力計懸掛點(diǎn)的位置不變，使其向左傾斜【答案】C【詳解】A．增加鉤碼的個數(shù)時，阻力變大，阻力臂、動力臂都不變，由F1L1=F2L2可知，彈簧測力計的示數(shù)變大，故A不符合題意；B．將鉤碼懸掛點(diǎn)的位置向左移時，阻力不變，阻力臂變大，動力臂不變，由F1L1=F2L2可知，彈簧測力計的示數(shù)變大，故B不符合題意；C．保持拉力方向不變，將彈簧測力計向右移時，阻力、阻力臂都不變，動力臂變大，由F1L1=F2L2可知，彈簧測力計的示數(shù)變小，故C符合題意；D．保持彈簧測力計懸掛點(diǎn)的位置不變，使其向左傾斜時，阻力、阻力臂都不變，動力臂減小，由F1L1=F2L2可知，彈簧測力計的示數(shù)變大，故D不符合題意。故選C。（最小作用力）如圖所示，為了使杠桿平衡，可以在它的端加不同方向的四個力，其中最小的力是（）A． B． C． D．【答案】A故選。（杠桿）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（）B．F甲<F乙，因?yàn)橐曳椒ǖ膭恿Ρ坶LC．F甲>F乙，因?yàn)橐曳椒ǖ淖枇Ρ鄱藾．F甲=F乙，因?yàn)閯恿Ρ鄱际亲枇Ρ鄣?倍【答案】D【詳解】兩次抬起水泥板杠桿的示意圖如下圖所示：兩種情況下，動力克服的都是水泥板的重力，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，所以阻力臂都等于動力臂的二分之一，根據(jù)杠桿的平衡條件所以前后兩次所用的力相同，故D符合題意，ABC不符合題意。故選D。如圖所示，不計滑輪重和繩子與滑輪之間的摩擦，用三種不同的方式分別拉同一物體在水平地面上做勻速直線運(yùn)動，所用拉力分別為F1、F2、F3，它們的大小關(guān)系正確的是（）A．F2<F1<F3 B．F1<F2<F3 C．F2<F3<F1 D．F3<F2<F1【答案】A【詳解】不計滑輪重和繩子與滑輪之間的摩擦，假設(shè)物塊與地面的摩擦力為f，左滑輪為定滑輪，F(xiàn)1處于繩端，所以F1=f中滑輪為動滑輪，F(xiàn)2處于繩端，則右滑輪為動滑輪，滑輪、物體勻速運(yùn)動，滑輪受到向左的力2f等于向右的拉力F3，即F3=2f所以F2<F1<F3，故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。（滑輪組特點(diǎn)）小鵬家購買了一箱重960N的裝修材料，工人用如圖所示的滑輪組將裝修材料勻速提高9m，用時3min，若滑輪組的機(jī)械效率為80%（不計箱子重、繩重和摩擦）。小鵬計算的下列物理量正確的是（

）A．繩子自由端移動的速度為0.05m/s B．做的有用功為8640JC．拉力為240N D．拉力的功率為48W【答案】B【詳解】由圖可知，滑輪組的動滑輪繞4段繩。A．裝修材料上升的速度繩子自由端移動的速度為v繩=4v=4×0.05m/s=0.2m/s故A錯誤；B．做的有用功為W有=Gh=960N×9m=8640J故B正確；C．滑輪組的機(jī)械效率為拉力大小故C錯誤；D．拉力的功率為故D錯誤。故選B。（斜面）如圖所示，斜面長10m，高4m，用沿斜面方向的推力F，將一個質(zhì)量為50kg的貨物由斜面底端勻速推到頂端，運(yùn)動過程中摩擦力做功500J，下列說法正確的是（）A．機(jī)械效率為75% B．F=300NC．摩擦力為50N D．推力做的總功為3000J【答案】C【詳解】AD．推力做的有用功W有用=Gh=mgh=50kg×10N/kg×4m=2000J推力做的總功W總=W有用+W額=2000J+500J=2500J該斜面的機(jī)械效率故AD錯誤；B．由W總=Fs知道，推力大小故B錯誤；C．由W額=fs知道，摩擦力大小故C正確。故選C。（定滑輪和動滑輪）為探究動滑輪和定滑輪的特點(diǎn)，設(shè)計了如圖所示的兩種方式拉升重物，在相同時間內(nèi)將同一物體勻速提升相同高度，拉力分別為F1和F2（不計繩重和摩擦），下列說法正確的是（）B．使用動滑輪拉力更小，且做功更少C．用動滑輪提升重物上升h高度，測力計也上升h高度D．使用動滑輪拉力做功的功率大于使用定滑輪拉力做功的功率【答案】D【詳解】A．定滑輪的實(shí)質(zhì)是一個等臂杠桿，不計繩重和摩擦?xí)r，用定滑輪拉重物，各個方向的拉力都等于物重，故A錯誤；B．不計繩重與摩擦，使用定滑輪拉力做的功等于克服物體重力做的功，即W1=Gh；使用動滑輪，不計繩重與摩擦，拉力做的功等于克服物體重力和動滑輪重力做的功，即W2=(G+G動)h所以，使用動滑輪所做的功大于使用定滑輪所做的功，故B錯誤；C．動滑輪繩子的有效段數(shù)為2，用動滑輪提升重物上升h高度，測力計移動的距離為2h，故C錯誤；故選D。某實(shí)驗(yàn)小組分別用如圖所示的甲、乙兩個滑輪組．勻速提起相同的重物，并上升相同的高度，不計繩重及摩擦，下列說法正確的是A．甲圖省力，甲圖所做的總功大 B．甲圖省力，甲、乙所的總功一樣的C．乙圖省力，甲、乙所做的總功一樣大 D．乙圖省力乙圖做的總功大【答案】C【詳解】AB．由圖知道，甲乙承擔(dān)物重是繩子的段數(shù)分別是：n甲=2，n乙=3，不計繩重及摩擦?xí)r，繩端的拉力是：所以，繩子受的拉力是：所以，F(xiàn)甲＞F乙，即乙圖省力，故AB不符合題意；CD．又因?yàn)閯踊喼叵嗤?，提升的物體重和高度均相同，且W額=G輪h，W有用=G物h，所以，利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同，總功相同，故C符合題意，D不符合題意．（杠桿平衡條件）如圖是搬運(yùn)泥土的獨(dú)輪車，設(shè)車和泥士的總重G=900N，運(yùn)泥土?xí)r從A點(diǎn)提起獨(dú)輪車把手的力是F，F(xiàn)的力臂是___________m，F(xiàn)的大小至少是___________N?！敬鸢浮?/p>

1

270【詳解】[1]獨(dú)輪車的輪軸處是支點(diǎn)O，F(xiàn)是動力，支點(diǎn)到力F作用線的距離是F的力臂（動力臂），則F的力臂是1m。[2]重力G是阻力，支點(diǎn)到重力作用線的距離是阻力臂，故阻力臂是0.3m；由杠桿的平衡條件可得Fl1=Gl2則動力大小至少為（杠桿平衡條件）如圖所示為家庭電路常用的兩種墻壁開關(guān)，其按鈕可繞面板內(nèi)某軸轉(zhuǎn)動。根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)，你認(rèn)為______較易損壞，理由是______?！敬鸢浮?/p>

甲

甲力臂小【詳解】[1][2]甲乙兩種開關(guān)均可在力的作用下繞軸轉(zhuǎn)動，符合杠桿原理，一般開關(guān)損壞的原因是由于受力過大造成的；甲開關(guān)按鈕較小，甲力臂小，根據(jù)杠桿原理可知力臂越小作用力越大，因此損壞的越快，所以甲較易損壞。（杠桿平衡條件）（1）圖甲為“探究二力平衡條件”的實(shí)驗(yàn)裝置。①實(shí)驗(yàn)時，把小車放在較為________（選填“光滑”或“粗糙”）的水平桌面上。在探究力的大小對二力平衡的影響時，利用了定滑輪能夠_______的特點(diǎn)，并通過調(diào)整砝碼的質(zhì)量來改變F1和F2的大??；②使兩盤中砝碼的質(zhì)量__________（選填“相等”或“不相等”），把小車在水平桌面上扭轉(zhuǎn)一個角度，放開手，觀察到小車發(fā)生轉(zhuǎn)動，說明作用在同一小車上的彼此平衡的兩個力一定作用在________上；（2）為了探究動力F1、動力臂l1、阻力F2和阻力臂l2這4個量滿足怎樣的關(guān)系時杠桿平衡，小明利用輕質(zhì)細(xì)桿（桿上相鄰刻度線之間的距離相等）和質(zhì)量相等的鉤碼等器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。①如圖乙所示，為使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將平衡螺母向___________側(cè)調(diào)節(jié)（選填“左”或“右”），使杠桿在水平位置平衡，便于測量___________；②如圖丙所示，杠桿在水平位置平衡后，在杠桿上的A點(diǎn)懸掛了2個鉤碼，為使杠桿在此位置保持平衡，可以在___________點(diǎn)懸掛一個鉤碼；（選填“B”或“C”）③如圖丁所示是小明利用核桃夾開核桃的情形，核桃夾屬于___________杠桿（選填“省力”、“費(fèi)力”或“等臂”）。【答案】

光滑

改變力的方向

相等

同一直線

左

力臂大小

B

省力【詳解】（1）①[1]在做實(shí)驗(yàn)時，為了防止摩擦力對實(shí)驗(yàn)造成影響，所以實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)將小車放在光滑的水平面上。[2]定滑輪雖然不省力，但是可以改變力的方向，因此利用這一特性，在探究力的大小對二力平衡的影響時，可通過調(diào)整砝碼的質(zhì)量從而改變砝碼的總重力來改變F1和F2的大小。②[3][4]保持兩盤砝碼的質(zhì)量相等，將小車在水平桌面上轉(zhuǎn)動一個小角度，此時作用在小車的兩個拉力不在同一直線上，這時松手后小車會發(fā)生轉(zhuǎn)動。當(dāng)小車重新恢復(fù)到原來的靜止?fàn)顟B(tài)時，此時二力平衡，則它們作用在同一直線上。（2）①[5]如圖乙所示，杠桿左高右低，為使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)將平衡螺母往高的地方調(diào)，也就是向左側(cè)調(diào)節(jié)。[6]為了探究杠桿平衡條件，需要測量力臂的大小，因此當(dāng)杠桿平衡時，就更方便測量力臂的大小。②[7]杠桿平衡時，動力和阻力的方向如果相同，則二力作用在支點(diǎn)的兩側(cè)；如果相反，則二力作用在支點(diǎn)的同側(cè)。當(dāng)在杠桿上的A點(diǎn)懸掛了2個鉤碼，同時在另一點(diǎn)也懸掛鉤碼使杠桿保持平衡，那么動力和阻力的方向都是豎直向下的，二力作用在支點(diǎn)兩側(cè)，故應(yīng)該在B點(diǎn)懸掛鉤碼。③[8]從圖丁可以看出，核桃夾的動力臂大于阻力臂，故為省力杠桿。（杠桿平衡條件）在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：杠桿（杠桿上每小格長為2cm）、支架、彈簧測力計、刻度尺、細(xì)線和質(zhì)量相同的鉤碼若干個（每個鉤碼重1N）。（1）如圖甲，實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿在______位置平衡，他首先把杠桿右端的平衡螺母調(diào)到最右邊，但是發(fā)現(xiàn)杠桿仍然不能水平平衡，接下來他應(yīng)該_______；（3）在探究過程中，我們需要測量和記錄動力、動力臂，阻力、阻力臂四個物理量，在進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的過程中，我們______（可以/不可以）同時改變多個量進(jìn)行探究測量；（4）接著，小明提出新的探究問題：“若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)時，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小明利用如圖丙所示裝置進(jìn)行探究，在杠桿D點(diǎn)處掛上2個鉤碼，用彈簧測力計在C點(diǎn)處豎直向上拉，使杠桿在水平位置處于平衡狀態(tài)，以彈簧測力計的拉力為動力F1，鉤碼拉力為阻力F2，多次調(diào)整力和力臂的大小進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)：總是_______（“>”、“<”、“=”），其原因主要是______?！敬鸢浮?/p>

水平

把左邊的平衡螺母向右調(diào)節(jié)

僅憑一次實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，不具普遍性

可以

大于

杠桿的重力【詳解】（1）[1][2]實(shí)驗(yàn)時，杠桿向左端傾斜，左端重，需要將調(diào)節(jié)平衡螺母，使它在水平位置平衡，便于測量力臂；右邊的平衡螺母已經(jīng)到了最右端，我們可以調(diào)節(jié)左端的平衡螺母，將左端的平衡螺母向右調(diào)節(jié)。（2）[3]就測量一次得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，不具普遍性，具有偶然性。（3）[4]實(shí)驗(yàn)過程中，為了使結(jié)論更具有普遍性，應(yīng)該同時改變多個量進(jìn)行探究測量，故可以同時改變多個量進(jìn)行探究測量。（4）[5][6]如圖所示，杠桿的重心在D點(diǎn)，那么由于杠桿自身的重力對實(shí)驗(yàn)有影響，杠桿自重與F2的合力是阻力，根據(jù)杠桿平衡原理可知故在“探究影響滑輪組機(jī)械效率的因素”實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的同一滑綸組提升不同的鉤碼，分別做了三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下表中。實(shí)驗(yàn)次數(shù)鉤碼所受重力G/N提升高度h/m拉力F/N繩端移動的距離s/m機(jī)械效率η120.11.00.366.7%240.11.70.378.4%360.12.40.3（1）在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)沿豎直方向______拉動彈簧測力計；（2）在第3次測量中，滑輪組做的有用功是______J，總功是______J，機(jī)械效率為______；（3）分析表中數(shù)據(jù)可得出：同一滑輪組，提升鉤碼越重，機(jī)械效率越______（選填“高”或“低”）；（4）若將此滑輪組換一種繞繩方法，不計摩擦及繩重，提升相同的物體時，滑輪組的機(jī)械效率______（填“變大”“變小”或“不變”）?！敬鸢浮?/p>

勻速

0.6

0.72

83.3%

高

不變【詳解】（1）[1]實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)緩慢勻速拉動彈簧測力計，使鉤碼向上做勻速直線運(yùn)動，這樣能使整個滑輪組處于平衡狀態(tài)，且彈簧測力計的示數(shù)穩(wěn)定，便于讀數(shù)。（2）[2][3][4]由圖表中第3次實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)可知，滑輪組做的有用功是W有=Gh=6N×0.1m=0.6J總功是W總=Fs=2.4N×0.3m=0.72J機(jī)械效率是（3）[5]由圖表中數(shù)據(jù)可知，1、2、3次實(shí)驗(yàn)提升鉤碼的重力逐漸變大，機(jī)械效率逐漸變大。因此分析表中數(shù)據(jù)可得出：同一滑輪組，提升鉤碼越重，機(jī)械效率越高。（4）[6]若將此滑輪組換一種繞繩方法，不計摩擦及繩重，則額外功為克服動滑輪自重做的功，即W額外=G動h提升相同的物體時，有用功W有用=Gh總功W總=W有用+W額外=Gh+G動h滑輪組的機(jī)械效率因G、G動均不變，故滑輪組的機(jī)械效率不變。（杠桿的分類及應(yīng)用）圖為指甲剪的示意圖，它有幾個杠桿？分別是省力杠桿，還是費(fèi)力杠桿？【答案】見解析【詳解】由下圖可知，指甲剪可以看成是由一個撬棒和一個鑷子組成，它是由AOB、O'A'B和O'CB'三個杠桿組成的。撬棒是AOB，以O(shè)為支點(diǎn)，動力作用在A上，阻力作用在B上，使用時動力臂大于阻力臂，是省力杠桿；鑷子是由O'A'B和O'CB'兩個杠桿組成，杠桿O'CB'的支點(diǎn)為O'點(diǎn)，動力作用在C點(diǎn)，阻力作用在B′點(diǎn)，使用時動力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿；杠桿O'A'B的支點(diǎn)在O'點(diǎn)，動力作用在A'點(diǎn)，阻力作用在B點(diǎn)，使用時動力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿。（力臂）如圖，輕質(zhì)杠桿平衡，請作出動力F1的力臂l1和杠桿所受阻力F2的示意圖；【答案】【詳解】力臂為支點(diǎn)到力作用線的距離，由支點(diǎn)向F1的方向做垂線，垂線段的長度為力臂l1，該杠桿的阻力為物塊與杠桿之間繩子對杠桿向下的拉力，如圖所示：（最小作用力）如圖，畫出使輕質(zhì)杠桿保持平衡的最小力F的示意圖．【詳解】連接OA，然后過A點(diǎn)作垂直于OA、方向斜向上的最小作用力F．如圖所示：（最小作用力）如圖，輕質(zhì)杠桿AB可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動，請在圖中畫出使杠桿保持平衡的最小力F的示意圖并畫出該力的力臂l?！敬鸢浮俊驹斀狻坑筛軛U平衡條件可知，在阻力跟阻力臂的乘積一定時，動力臂越長，動力越?。粓D中支點(diǎn)在O點(diǎn)，因此以O(shè)A作為動力臂時最長，由圖知動力的方向應(yīng)該向上，據(jù)此從A點(diǎn)作OA的垂線，表示最小力F，如圖所示：（滑輪組特點(diǎn)）用如圖所示的滑輪組將水桶勻速提升，請畫出連接滑輪組最省力的繞法?！敬鸢浮俊驹斀狻扛鶕?jù)滑輪組省力特點(diǎn)，承擔(dān)物體重力的繩子股數(shù)最多，滑輪組最省力，圖中滑輪組承擔(dān)物體重力的繩子股數(shù)最多是3，故畫出滑輪組最省力的繩子繞法如下圖所示：（滑輪組特點(diǎn)）一根繩子能承受的最大拉力為500牛，一個人站在地上，想用這根繩子提起1800牛的重物，求出繩子的股數(shù)n并畫出這個滑輪組的裝置圖。【答案】n=4；【詳解】根據(jù)題意，繩子最大承重是500N，而要提起的物體的物重是1800N，根據(jù)滑輪組自由端的拉力和物重的關(guān)系（滑輪組特點(diǎn)）如圖所示，艾依鐘用滑輪組將童為600N的木箱，從地面勻速提到4m高的陽臺上，用時40s，已知動滑輪的重力為60N，不計繩重和摩擦。求：（1）木箱勻速上升的速度；（2）木箱克服重力所做的功；（3）拉力做功的功率?！敬鸢浮浚?）0.1m/s；（2）2400J；（3）66W【詳解】解：（1）木箱上升的高度h=4m，用時t=40s，則木箱上升的速度（2）木箱重力G=600N，克服木箱重力做功拉動繩子的速度拉力做功的功率答：（1）木箱上升的速度為0.1m/s；（2）木箱克服重力做功2400J；（3）拉力的功率為66W。（杠桿平衡條件）夾磚器，是建筑工地上常用的一種人工手動的