中考物理冲刺复习第13讲 简单机械.docx
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中考物理冲刺复习第13讲简单机械
【2020中考物理】冲刺复习:
第13讲 简单机械
杠杆
1.杠杆的五要素和平衡条件
(1)杠杆的定义:
在力的作用下绕着__固定点O__转动的硬棒叫做杠杆.
(2)杠杆五要素
①支点:
杠杆绕着转动的点,用字母__O__表示.
②动力:
使杠杆转动的力,用字母__F1__表示.
③阻力:
阻碍杠杆转动的力,用字母__F2__表示.
④动力臂:
从支点到__动力作用线__的距离,用字母l1表示.
⑤阻力臂:
从支点到__阻力作用线__的距离,用字母l2表示.
(3)杠杆平衡条件:
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__费__距离
羊角锤、起子、撬棒等
费力杠杆
l1④__<__l2
F1⑤__>__F2
⑥__费__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,不费力
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.
【图片解读】
1.如图1所示,用杠杆撬石头的过程中,该杠杆属于__省力__(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆.在力的方向不变的情况下,该人想用更小的力撬起石头,那么他的手应该向__远离__(填“远离”或“靠近”)支点的方向移动.
图1
2.如图2所示,划船时船桨的轴是不动的,所以,轴的位置是__支点__.手加在桨上的动力比水对桨的阻力大,但手只要移动__较小__的距离,就能使桨在水中移动较大的距离.
图2
3.各式各样的剪刀都是一对对的杠杆.如图3所示,要剪开铁皮,用__乙__最合适;剪纸或布时,用__丙__最合适.
图3
4.如图4所示的杠杆中,钢丝钳属于__省力__杠杆,车闸属于__省力__杠杆,指甲刀有__3__个杠杆,其中__2__个费力,__1__个省力.
图4
滑轮
定滑轮
动滑轮
滑轮组
示意图
定义
中间的轴①__固定不动__的滑轮
和重物一起②__移动__的滑轮
定滑轮、动滑轮组合成滑轮组
实质
③__等臂__杠杆
动力臂为阻力臂④__2__倍的⑤__省力__杠杆
特点
不能⑥__省力__,但是能改变⑦__动力的方向__
能省⑧__一半__的力,但不能改变⑨__动力的方向__
在不考虑绳子重、滑轮重和摩擦力的情况下,F=⑩__
G__
距离关系
__s=h__
__s=2h__
__s=nh__
【图片解读】
1.如图所示,图甲旗杆顶的定滑轮不省力,但可以__改变力的方向__;图乙起重机的动滑轮可以省力,但__不能__改变力的方向.
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__轮__和②__轴__组成,能绕共同轴线转动的简单机械叫做轮轴;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__杠杆__,支点就在④__轴线__,轮轴在转动时轮与轴有相同的⑤__转速__
应用
楼梯、盘山公路等
方向盘、水龙头、扳手等
【提示】 轮轴是否为省力机械,主要取决于动力作用在轮还是轴.
【图片解读】
1.如图所示的盘山公路相当于简单机械中的__斜面__,在上面行驶时可以__省力__.
机械效率
1.有用功、额外功、总功
有用功
我们需要的、必须要做的功叫做有用功,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做额外功,用W额表示
总功
有用功与额外功之和是总共做的功,叫做总功,用W总表示.用公式表达为__W总=W有+W额__
2.机械效率
(1)定义:
物理学中,将__有用功__跟__总功__的比值叫做机械效率,用__η__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__小于__总功,故机械效率总__小于__1;机械效率的高低与使用机械是省力还是费力__无关__.
3.测量滑轮组的机械效率
(1)原理:
η=
=
.
(2)过程:
沿__竖直__方向__匀速__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__高__;提升相同重物,动滑轮越多,机械效率越__低__,但越__省__力.
(4)提高机械效率的方法:
__减小__动滑轮的重;加润滑油,减小__摩擦__;__增加__物重.
重难点1 杠杆作图
(2019·曲靖麒麟区模拟)如图所示,请画出物体所受重力G以及力F对支点O的力臂,并用l表示.
解:
如图所示,将一根轻质直角棒,一端用绞链固定在墙上,使其能绕O点转动,若要保持此棒在图示位置平衡,请在图中画出棒受到的阻力与在A点施加的最小动力的示意图.
解:
【变式训练1】 如上图所示,OB=40cm,OC=20cm,AB=30cm,物体重力G=50N,则例2中最小力F1为__20__N(杠杆自重、摩擦不计).
重难点2 简单机械的综合计算
如图甲所示,用2N的拉力匀速竖直向上拉绳子自由端,在2s内将重为3.5N物体提升0.1m,不计绳重与摩擦,求:
(1)动滑轮的重为__0.5__N.
(2)绳子自由端移动速度为__0.1__m/s.
(3)克服重物重力做的有用功为__0.35__J.
(4)拉力F做的总功为__0.4__J.
(5)拉力F的功率为__0.2__W.
(6)动滑轮的机械效率为__87.5%__.
【变式训练2】 如图乙所示,某人通过滑轮组提升重物.已知物体在10s内被匀速提升了2m,物体所受重力为400N,动滑轮的重力为80N,不计绳重与摩擦,求:
(1)物体上升的速度为__0.2__m/s.
(2)人拉绳子移动的距离为__6__m.
(3)绳子自由端的拉力为__160__N.
(4)克服重物重力做的有用功为__800__J.
(5)克服动滑轮重做的额外功为__160__J.
(6)拉力F做的总功为__960__J.
(7)拉力F的功率为__96__W.
(8)滑轮组机械效率为__83.3%__.
【变式训练3】 若只改变图乙中滑轮组的绕线方式,如图丙所示,继续将该重物重复上述操作,不计绳重与摩擦,求:
(1)绳子自由端移动速度为__0.4__m/s.
(2)绳子自由端的拉力为__240__N.
(3)拉力F做的总功为__960__J.
(4)滑轮组机械效率为__83.3%__.
实验1 探究杠杆的平衡条件
(2019·昆明模拟)利用如图所示的装置来探究“杠杆的平衡条件”.
(1)实验前,杠杆如图甲所示,可将杠杆两端的平衡螺母向__右__(填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡,这样做的好处是__避免杠杆自重对实验造成的影响__.
(2)杠杆平衡后,如图乙所示,在杠杆B点挂3个相同的钩码,可在杠杆的D点挂__4__个相同的钩码,就可使杠杆重新在水平位置平衡.
(3)有的同学认为,杠杆平衡条件是:
动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离,你认为他的看法是__错误__的,验证你的观点的简单做法是__将一侧的钩码拿掉,改用弹簧测力计来拉,保持拉力作用点到支点的距离不变,改变拉力的方向,仍使杠杆在水平位置平衡时,比较拉力的大小__.
(4)保持B点钩码数量和力臂不变,杠杆在水平位置平衡时,测出多组动力臂l1和动力F1的数据,绘制了l1-F1的关系图象,如图丙所示,请根据图象推算,当l1为0.6m时,F1为__0.5__N.
(5)如图丁所示,若不在D点挂钩码,改用弹簧测力计在D点向下拉杠杆,使杠杆仍在水平位置平衡,当测力计从a位置转动到b位置时,其示数大小将__变大__(填“变大”“变小”或“不变”),原因是__动力臂变短__.
(6)如果在杠杆的O点用弹簧测力计施加一个向上的力,这个力在探究实验中__不__(填“是”或“不”)影响杠杆的平衡,理由:
__因为杠杆O点的力的力臂为0,所以不影响__.
(7)改变钩码数量和位置获取三次测量数据(如表),目的是__使实验结论具有普遍性__,根据表中数据你得出杠杆的平衡条件是__F1l1=F2l2__,并完成表中的空格.
实验测量数据记录表
实验
次序
动力
F1/N
动力臂
l1/cm
阻力
F2/N
阻力臂
l2/cm
1
2.0
5.00
1.0
10.00
2
2.0
10.00
2.0
10.00
3
3.0
10.00
2.0
15.00
实验2 测量滑轮组的机械效率
(2019·绥化)如图是智慧小组“测滑轮组的机械效率”的实验装置.测得的实验数据如表.
实验
次数
物重
G/N
物体上升
高度h/m
拉力
F/N
绳端移动
距离s/m
机械
效率η
1
1
0.1
0.6
0.3
55.6%
2
2
0.1
1.0
0.3
66.7%
3
4
0.1
1.8
0.3
(1)实验过程中,应竖直向上__匀速__拉动弹簧测力计.
(2)第三次实验中滑轮组的机械效率是__74.1%__.
(3)分析表中实验数据可知,同一滑轮组,物重__越大__,滑轮组的机械效率越高.
(4)若在第三次实验中,物体上升的速度为0.1m/s,则拉力F的功率为__0.54__W.
(5)创新小组也利用重为1N、2N、4N的物体进行了三次实验,每次测得的机械效率均大于智慧小组的测量值,则创新小组测量值偏大的原因可能是__C__.(填字母)
A.测拉力时,弹簧测力计未调零,指针指在零刻度线下方
B.弹簧测力计每次拉动物体时均加速上升
C.所使用的动滑轮的重力小于智慧小组
(6)实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计示数不稳定,有小组同学认为应静止时读数.你认为他的想法__不正确__(填“正确”或“不正确”),因为他没有考虑到__摩擦力__对滑轮组机械效率的影响.
(7)小组同学分析表中数据,发现第2次拉力做的额外功与第1次相比__增大__(填“增大”“减小”或“不变”),由此可见机械效率提高的原因是有用功增加比额外功增加多得多,从而使__有用功__占总功的比值增大.
1.(2019·陕西)工人用如图所示的装置运送砂石,下列说法正确的是(B)
A.滑轮组中的定滑轮能改变拉力的大小
B.图中动滑轮相当于一个省力杠杆
C.绳子自由端下拉1m,桶上升2m
D.质量为65kg的工人利用该滑轮组能提起150kg的砂石
2.(2019·红河州蒙自市模拟)在电视剧《三国演义》中,有这样一个情景:
一群士兵用力拉动一辆抛石车,会将石块抛向敌方阵营.其简单结构如图所示,由图可知它是一个__费力__(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆.要把石块抛出去,图中作用在A点的力沿__c__(填“a”“b”或“c”)方向最小.
3.(2019·黑龙江)如图所示,小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500N的物体A,使它匀速前进2m,地面对它的摩擦力为150N,小聪施加的拉力F=100N(忽略绳重和滑轮重),则滑轮组做的有用功为__300__J,滑轮组的机械效率为__75%__.
4.如图所示,把重力为600N的物体匀速推到斜面顶端,斜面长为2m,高为1m,实际推力为400N,所花时间为5s.那么,将物体从底部推到顶部所做有用功是__600__J,推力做的总功是__800__J,推力的功率是__160__W,物体与斜面间的摩擦力是__100__N,整个装置的机械效率是__75%__.
5.(2019·红河弥勒一模)请在图中画出力F对支点O的力臂,并用l表示.
解:
第13讲 简单机械
命题点1 杠杆
1.(2019·云南)如图所示的简单机械,属于省力杠杆的是(B)
A.吊车吊臂B.撬棒C.筷子D.钓鱼竿
2.(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=__30__N,它是__费力__杠杆.
3.(2017·曲靖)如图所示,小轿车的方向盘相当于一个轮轴,若F1=20N,盘的半径为20cm,轴的直径为4cm,不计摩擦阻力,则F2=__200__N.门锁的把手相当于__省力__(填“省力”或“费力”)轮轴.
4.(2019·昆明)请画出图中力F的力臂,并以“l”表示.
解:
5.(2018·曲靖)在图中,l1是动力臂,作出动力F1.
解:
6.(2019·曲靖)某兴趣小组在“探究杠杆的平衡条件”实验中遇到以下几种情况:
(1)将杠杆调节到水平位置平衡后开始实验.杠杆两侧挂上钩码后,发现杠杆倾斜,为使杠杆重新在水平位置平衡,小明采用调节平衡螺母的方法,这种做法是__错误__(填“正确”或“错误”)的.
(2)图甲是实验中杠杆在水平位置平衡时的一个情景,此时若将两侧的钩码同时向内移动一格,杠杆的__左__(填“左”或“右”)端将会下沉.
(3)如图乙所示,保持杠杆在水平位置平衡,测力计从a位置转到b位置,其示数将__变大__(填“变大”“变小”或“不变”).
(4)图乙中,若将测力计作用在杠杆右侧C点,要使杠杆在水平位置平衡且最省力,测力计拉力的方向应__竖直向上__.
命题点2 滑轮
7.(2017·云南)某工人用如图所示的装置,将重150N的木块在10s内竖直向上匀速提升4m,此装置是__动__(填“定”或“动”)滑轮,该工人拉力的功率为__60__W(滑轮和绳的重力、摩擦均不计).
8.(2017·昆明)图中物体的重力为200N,不计绳和动滑轮的重力及摩擦,则匀速提起重物时拉力F=__100__N.
9.(2018·曲靖)如图所示,体重为500N的小强站在水平地面上,竖直向下拉动绳子使600N的物体匀速上升2m,绳端向下移动的距离为__4__m;若不计绳重、滑轮重及摩擦,小强对地面的压力是__200__N.
命题点3 机械效率
10.(2016·云南)如图所示,使用滑轮组提升重物时,能提高机械效率的是(忽略绳重和摩擦)(B)
A.改变绕绳方式
B.减小动滑轮重
C.减小提升重物的高度
D.减小被提升物的质量
11.(2019·云南)如图,工人用滑轮组将重为600N的建筑材料以0.3m/s的速度匀速竖直提升.人对绳子自由端的拉力F=375N,滑轮组的机械效率为__80%__,拉力F的功率为__225__W.
12.(2018·云南)如图所示,用滑轮组把质量为80kg的物体匀速提升3m,若拉力F=500N,则滑轮组的机械效率为__80%__,若不计绳重和摩擦,则动滑轮受到的重力为__200__N.(g取10N/kg)
13.(2015·曲靖)如图所示,用一个长为1.2m的斜面将重为45N的物体沿斜面匀速拉到0.4m高的高台上,斜面的机械效率为60%,则把重物拉上高台时做的有用功是__18__J,物体与斜面间的摩擦力是__10__N.
14.(2014·昆明)用如图所示的滑轮,使一个铁块以0.2m/s的速度匀速上升了1m,已知铁块的体积为10-3m3,(其中ρ铁=7.9×103kg/m3,g取10N/kg)求:
(1)铁块的重力;
(2)若不计滑轮、绳子的重和摩擦,绳子受到的拉力F;
(3)拉力F的功率;
(4)若实际作用于绳子的拉力为50N,这个滑轮的机械效率.
解:
(1)铁块的重力:
G=mg=ρ铁Vg=7.9×103kg/m3×10-3m3×10N/kg=79N
(2)不计滑轮、绳子的重和摩擦,绳子拉力:
F=
G=
×79N=39.5N
(3)绳子自由端的移动速度:
v=2v物=2×0.2m/s=0.4m/s
拉力的功率:
P=
=
=Fv=39.5N×0.4m/s=15.8W
(4)滑轮的机械效率:
η=
=
=
=
=79%
1.如图所示的杠杆中,属于费力杠杆的是(D)
A.钢丝钳B.扳手C.核桃夹D.食品夹
2.(2019·河南)如图开瓶器开启瓶盖时可抽象为一个杠杆.不计自重,下图能正确表示它工作示意图的是(B)
A)
B)
C)
D)
3.(2018·潍坊)如图所示,杠杆处于平衡状态.如果杠杆两侧的钩码各减少一个,杠杆将(B)
A.左端下降B.右端下降
C.仍然平衡D.无法判断
4.如图所示,用机械使物体G分别在拉力F1、F2、F3作用下保持静止,不计摩擦,下列说法错误的是(D)
A.这个机械可以改变力的方向
B.F1、F2、F3一样大
C.这个机械的实质是一个等臂杠杆
D.使用这个机械可以省功
5.用同一滑轮按如图所示甲、乙两种方式匀速提升重均为10N的A、B两物体,在相同时间内提升相同的高度;已知滑轮重1N,绳重和滑轮摩擦力不计,则下列说法中正确的是(C)
甲 乙
A.手的拉力F乙=10N
B.利用乙种方式做的有用功比较多
C.甲种方式的机械效率大于乙种方式
D.手的拉力F甲做功的功率比F乙做功的功率大
6.(2019·衡阳)如图所示,用滑轮组提升重900N的物体,使它在10s内匀速上升1m.已知所用的拉力F为400N.则在提升重物的过程中(不计绳重和摩擦),下列说法正确的是(C)
A.拉力做功的功率为90W
B.拉力在这10s内做的功为400J
C.动滑轮的重力为300N
D.若用该滑轮组匀速提升更重的物体时,则绳子拉力会变大,但机械效率不变
7.(2019·昆明五华区一模)如图所示,某人用一根长120cm的轻质硬棒去撬动A端一块重150N的石块,已知支点O到A端长30cm,则此杠杆是__省力__(填“省力”或“费力”)杠杆;在B端至少要加__50__N的力才能撬动石块.
8.(2019·成都)如图是三种类型的剪刀的示意图,请你为铁匠师傅选择一把剪铁皮的剪刀,你会选择__C__(填“A”“B”或“C”)剪刀,这样选择的目的是__省__力.
9.(2018·益阳)如图所示,轻质杠杆在中点处悬挂重物,在杠杆的最右端施加一个竖直向上的力F,杠杆保持平衡.保持力F方向不变,当将重物向右移动时,要使杠杆保持平衡,力F将__变大__;将杠杆顺时针方向缓慢转动,力F将__不变__.(填“变大”“变小”或“不变”)
10.(2019·红河蒙自模拟)利用如图所示的滑轮组匀速向上提升900N的重物.已知物体被提升2m,人的拉力F为500N,此过程中拉力F做的总功为__3__000__J,滑轮组的机械效率为__60%__.
11.如图所示,杠杆处于平衡状态,l1为F1的力臂.请作出F2的力臂l2及力F1.
解:
12.要用滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来,试在图中画出最省力的绕绳方法.
解:
13.(2019·曲靖二模)“探究杠杆的平衡条件”实验.
(1)实验过程中应将杠杆调节到水平位置平衡,这样做是为了消除杠杆自重对实验的影响和__便于测量力臂__.若杠杆右端低左端高,为使其在水平位置上静止,应将左端的平衡螺母向__左__(填“左”或“右”)端调节.
(2)在实验中,改变力和力臂的大小得到多组数据的目的是__C__(填序号).
A.使测量数据更准确
B.多次测量取平均值减小误差
C.避免偶然性,使实验结论具有普遍性
(3)用相同的钩码,在已经平衡的杠杆的左侧钩码下加挂一个钩码,如图所示,为了使杠杆平衡,下列做法正确的是__A__.
A.只把右侧钩码向右移
B.只把左侧钩码向左移
C.把左右两侧钩码同时向左移动
14.(2019·德州)小强用如图所示装置在10s内将重为450N的货物匀速提升2m,此过程中拉力F的功率为120W.求:
(1)提升装置所做的有用功;
(2)拉力F做的功;
(3)该滑轮组的机械效率.
解:
(1)提升装置所做的有用功:
W有=Gh=450N×2m=900J
(2)拉力F做的功:
W总=Pt=120W×10s=1200J
(3)滑轮组的机械效率:
η=
=
=75%
15.(2019·泸州)如图所示,在“探究杠杆平衡条件”的实验中,轻质杠杆上每个小格长度均为2cm,在B点竖直悬挂4个重均为0.5N的钩码,在A点用与水平方向成30°角的动力F拉杠杆,使杠杆在水平位置平衡.对该杠杆此状态的判断,下列说法中正确的是(B)
A.杠杆的动力臂为8cm
B.该杠杆为费力杠杆
C.该杠杆的阻力大小为0.5N
D.动力F的大小为1.5N
16.(2019·南充)如图,用一个始终水平向右的力F,把杠杆OA从图示位置缓慢拉至水平的过程中,力F的大小将(A)
A.变大B.不变
C.变小D.不能确定
17.(2019·济宁)两个滑轮按如图所示的方式组合,用5N的拉力F拉动绳端,使物体在5s内水平向左匀速滑动1m,物体与地面间的摩擦力为9N.下列选项正确的是(D)
A.A是定滑轮,B是动滑轮
B.拉力F做的功为5J
C拉力F的功率为1.8W
D.滑轮组的机械效率为90%
18.(2019·昆明官渡区二模)如图所示的轻质杆秤,当被测物体及秤砣到提纽的距离分别为0.05m和0.25m,秤砣的质量为0.1kg时,秤杆恰好在水平位置静止,则被测物体的质量是__0.5__kg;若被测物体质量增加,要使杆秤仍在水平位置平衡,秤砣应该向__右__(填“左”或“右”)移动;若秤砣有磨损,则杆秤所测出的质量比真实值偏__大__.
19.(2019·曲靖罗平县二模)如图所示,重为80N的物体M,在30N的拉力F作用下,以0.2m/s的速度在水平面上做匀速直线运动,此时弹簧秤的示数为__15__N,拉力F在5s内做的功W为__15__J.(不计滑轮重、绳重及绳与滑轮之间的摩擦)
20.(2019·曲靖二模)斜面是一种__省力__(填“省力”或“费力”)机械.用100N的拉力,沿斜面向上匀速拉物体,物重400N,若斜面的机械效率为80%.则此斜面的高和长之比是__1∶5__.
21.(2019·昆明官渡区一模)用如图甲所示的滑轮组运货物上楼,图乙记录了整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图象,当货物的重力为400N时,绳子的拉力为__250__N;此时滑轮组的机械效率为__80%__(不计绳重和摩擦).
22.为保障人们的出行安全,铁路工人每时每刻都在确保铁路安全.如图所示是工人用道钉撬撬起枕木上的道钉的示意图,请在图中作出作用在A点的最小动力F1的示意图和阻力F2的力臂.
解:
23.(2019·黄石)探究小组为探究影响滑轮
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