2020年中考物理重難點專練13 簡單機械和機械效率（專項三 力學）（含解析）

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1、專項三 力學 重難點13 簡單機械和機械效率 【知識梳理】 1.杠桿：在力的作用下能夠繞支撐點轉(zhuǎn)動的堅實物體均可以看成是杠桿。這里的“堅實”理論上是指“不發(fā)生形變”；桿桿不一定是一根硬棒。一個桿桿有且只有一個支點。 （1）杠桿的“五要素”。①動力（F1）：使杠桿轉(zhuǎn)動的力；②阻力（F2）：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力；③支點（O）：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的支撐點；④動力臂（L1）:從支點到動力作用線的距離；⑤阻力臂（L2）:從支點到阻力作用線的距離。力的作用線：通過力的作用點沿力的方向的直線。 （2）杠桿的平衡條件。動力×動力臂=阻力×阻力臂（F1L1=F2L2） （3）桿桿的分

2、類。①省力杠桿：動力臂大于阻力臂或者動力小于阻力的杠桿；①等臂杠桿：動力臂等于阻力臂或者動力等于阻力的杠桿；②費力杠桿：動力臂小于阻力臂或者動力大于阻力的杠桿。 2.滑輪：周邊右槽，并可以繞軸轉(zhuǎn)動的輪子。 （1）定滑輪：使用時，滑輪的位置固定不變的滑輪。它可以改變用力的方向，但不能省力，也不能省距離。 （2）動滑輪：滑輪的位置跟被拉的物體一起運動的滑輪。它可以省一半的力，但不能改變用力的方向，費一倍的距離。 （3）滑輪組：定滑輪與動滑輪的組合。它既可以改變用力的方向，又可以省力。F= (F-拉力；G物-用滑輪組拉起的物重；G輪-滑輪自重、繩重、滑輪與繩間的摩擦；n-繞過動滑輪的繩子的

3、股數(shù)) 3.斜面：一個與水平面成一定夾角的傾斜平面。若不考慮摩擦，斜面長是斜面高的幾倍，拉力或推力就是物體所受重力的幾分之一，即： F=。 4.輪軸：由兩個半徑不等的圓柱體固定在同一軸線上組成，大的為輪，小的為軸。實質(zhì)是一個可以連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿。F1R=F2r.功能：改變用力大小和改變物體的運動速度。 5.螺旋：特殊的斜面。作用：將旋轉(zhuǎn)運動和沿軸向的運動進行相互轉(zhuǎn)化。 6.機械效率：有用功跟總功的比值。公式：η=×100%。 【解題思路】 1. 關(guān)于杠桿和滑輪組的作圖 （1）關(guān)于杠桿“五要素”的作圖：首先找出支點、動力、阻力，然后利用力的作用線與力重

4、合，力臂的起點是支點，垂足在力的作用線上的特點作圖。在已知力臂做力的習題中，要根據(jù)力的作用效果確定力的方向：動力是使物體轉(zhuǎn)動，阻力是阻礙物體轉(zhuǎn)動，二者的作用效果是相反的，所以若果做出來的力的方向使兩個力的作用效果相同就是錯誤的，要相反；力的作用點也要做在杠桿上。 （2）滑輪組的作圖：口訣“奇動偶定，變向加定”。意思是若果需要的繩子股數(shù)為奇數(shù)，如3、5，則繩子的固定端要接在動滑輪上；若果需要的繩子股數(shù)為偶數(shù)，如2、4，則繩子的固定端要接在定滑輪上；要改變用力的方向，每變一次，就要增加一個定滑輪。在處理繩子的自由端固定在某一邊的問題時可以從需要的一端開始繞。注意：繞線必須豎直，每一個輪槽只能通過

5、一股繩子。 2. 兩個探究實驗 （1）探究桿桿的平衡條件 操作注意事項 目的 杠桿放水平臺上，并調(diào)節(jié)杠桿，使其在水平位置上平衡 使重力的方向與桿桿垂直，便于測量力臂 把支點放在杠桿的中心點 減小杠桿自身重力帶來的實驗誤差 一般左右兩邊掛一組不同數(shù)量的鉤碼，不掛幾組同時實驗 減小實驗操作的復雜程度，簡化實驗操作， 多次改變所掛鉤碼的數(shù)量，調(diào)節(jié)平衡 避免一次實驗帶來的偶然性，獲取普遍的規(guī)律 不能猜想平衡條件為“動力+動力臂=阻力+阻力臂” 力和力臂是兩個不同的物理量，不可以相加減 （2）探究影響滑輪組效率的實驗：要勻速豎直地拉動繩子。因為這樣彈簧測力計的示數(shù)才等于拉力

6、。 3.杠桿的再平衡問題 對已經(jīng)平衡的杠桿的再操作情形 操作后的情況 兩邊同時向支點移動相等的距離 不再平衡，力臂長的一端下沉 兩邊同時遠離支點移動相等的距離 不再平衡，力臂短的一端下沉 兩邊同時減少相同的力 不再平衡，力大的一端下沉 兩邊同時增加相同的力 不再平衡，力小的一端下沉 3. 滑輪組的機械效率計算主要公式 所求物理量 滑輪組豎直提升重物 滑輪組水平拖動重物 有用功（W有） W有=G物h（G物-物體的重力；h-物體上升的高度） W有=fs(f-物體與地面的摩擦力；S-物體移動的距離) 總功（W總） W總=Fs(F-拉力；S-拉力移動的距離)

7、W總= Fs拉(F-拉力；S拉-拉力移動的距離) S與h的關(guān)系 S=nh（n-繩子的股數(shù)） S=ns拉 F與G物的關(guān)系 F=(忽略繩重及摩擦) F= V物與v拉的關(guān)系 V物=nV拉 功率P P=FV(V-速度，單位：m/s) 機械效率 η=×100% η=×100% η=×100% η=×100% 【真題再現(xiàn)】 1.（2019天津市）如圖是用撬棒撬石頭的情景，下圖中關(guān)于該撬棒使用時的杠桿示意圖正確的是（　?。? A. B. C. D. 【答案】A 【簡析】用撬棒撬石頭時，動力為人對撬棒施加的豎直向下的作用力F1，從支點O向動力F1的作用線

8、作垂線段，即為動力臂L1； 阻力是石頭對撬棒的作用力F2，方向豎直向下，反向延長F2，從支點O向阻力F2的作用線作垂線段，即為阻力臂L2，A正確。 2.（2019山東東營）如圖所示，下列簡單機械中，忽略杠桿、滑輪的自重、繩重及摩擦，當提起同一重物時， 最省力的是（ ） 【答案】A 【簡析】在忽略杠桿、滑輪的自重、繩重及摩擦時，當提起同一重物時，A中動力臂是阻力臂的4倍，所以可省力4倍，即F1=G/4。B中是動滑輪，可省力一半，即F2=G/2 。C中斜面與水平面成30度角，所以斜面高是長的一半，F(xiàn)3=G/2。D中繩子的股

9、數(shù)n=3，所以F4=G/3。因此A中情形最省力。 3.（2019山東聊城）如圖所示，用滑輪組提升重100N的物體時，在10s內(nèi)繩子自由端被勻速拉下6m。已知拉繩子的力F為60N，不計繩重和摩擦，則在此過程中（　?。? A．物體被提升了2m B．所做的有用功是300J C．拉力F的功率是30W D．滑輪組的機械效率是55.6% 【答案】B 【簡析】由圖可知n＝2，由s＝nh可得，物體被提升的高度h＝s＝×6m＝3m，A錯； W有用＝G物h＝100N×3m＝300J，B正確；拉力做的總功：W總＝Fs＝60N×6m＝360J；拉力做功的功率為總功率：P＝＝

10、＝36W，C錯；滑輪組的機械效率：η＝＝×100%≈83.3%，D錯。 4.（2019浙江寧波）如圖所示，物體A的重力為180N，物體B的重力為15N．物體A受到一個水平向右的拉力F，拉力F的功率為3W，在拉力F的作用下，物體B在2s內(nèi)勻速上升0.3m。不計滑輪、繩子的自重及它們之間的摩擦，下列說法錯誤的是（　?。? A．拉力F大小為40N B．2s內(nèi)，物體B克服重力做功4.5J C．拉力F做的功等于物體B克服重力做的功 D．物體A向右做勻速直線運動的速度為0.075m/s 【答案】C 【簡析】物體上升速度v物＝＝＝0.15m/s，由圖知，n＝2，拉力F端移動

11、速度v＝v物＝×0.15m/s＝0.075m/s；由P＝Fv可得拉力F＝＝＝40N，AD正確；物體B克服重力做功W有用＝G物h＝15N×0.3m＝4.5J，C正確；拉力做的總功W總＝Pt＝3W×2s＝6J，所以拉力F做的功大于物體B克服重力做的功，C錯。 5.（2019山東煙臺）在探究“影響滑輪組機械效率高低的因素”時，同學們提出了下列猜想 （1）滑輪組機械效率高低可能與動滑輪重有關(guān)； （2）滑輪組機械效率高低可能與被提升的物重有關(guān)； （3）滑輪組機械效率高低可能與物體提升高度有關(guān)； （4）滑輪組機械效率高低可能與承重繩子股數(shù)有關(guān)。 小明同學設(shè)計了如圖所示的

12、兩個滑輪組，進行對比實驗來驗證提出的猜想，則該實驗驗證的猜想是（ ） A.（1） B.（2） C.（3） D.（4） 【答案】B 【簡析】由圖可知：兩個滑輪組相同，只是所提升的重物的大小不同，根據(jù)控制變量法研究問題，不同的因素即為探究的因素，所以是探究的滑輪組機械效率高低可能與被提升的物重有關(guān)，B正確。 6.（2019寧夏）如圖所示，拉力F為5N，物體A以0.1m/s的速度在物體B表面向左做勻速直線運動(B表面足夠長)；物體B靜止在地面上，受到水平向左4N的摩擦力，彈簧測力計示數(shù)為12N。下列說法正確的是（ ） A. 物體A受到的摩擦力為

13、10N B. 拉力F的功率為1.5W C. 滑輪組的機械效率為80％ D. 拉力F增大到15N時，物體B開始向左運動 【答案】C 【簡析】物體B靜止，受力平衡，分析其受力，可知受到向右的彈簧拉力，向左的地面給予的摩擦力、物體A對B的摩擦力，所以兩個摩擦力的和為12N，即FAB+4N=12N，所以FAB=8N。根據(jù)作用力和反作用力，物體A受到的摩擦力FBA=8N，A錯；有兩股繩拉動動滑輪，所以拉力作用的繩端運動速度為動滑輪運動速度的2倍，即v=2V物=2×0.1m/s=0.2m/s，拉力F的功率為P=Fv=5N×0.2m/s=1W，B錯；物體A勻速運動，所以受到的拉力與摩擦力大小相等，

14、F拉=FBA=8N，P有=F拉v=8N×0.1m/s=0.8W，η===80%，C正確；拉力F增大，AB之間的摩擦力大小與F大小無關(guān)，始終等于其滑動摩擦力大小，所以物體B的狀態(tài)不會改變，D錯。 7.（2019上海市，改編）杠桿平衡時，動力臂l1為0.6米，阻力臂l2為0.2米，若阻力F2的大小為60牛，動力F1為 N。 【答案】20 【簡析】由杠桿平衡條件可知：F1l1＝F2l2，則動力F1＝＝＝20N。 8.（2019山東棗莊）用一個動滑輪在5s內(nèi)將一重為300N的物體勻速向上提升3m，動滑輪的機械效率是75%，則拉力大小為　 　N，若忽略繩重與摩擦，動滑輪的重力為

15、　 　N。 【答案】200 100 【簡析】繩子股數(shù)n＝2。拉力端移動距離s＝2h，動滑輪的機械效率η75%，拉力大小：F200N；若忽略繩重與摩擦，拉力F（G+G動），動滑輪重力G動＝2F﹣G＝2×200N﹣300N＝100N。 9.（2019吉林）如圖所示，用滑輪組把300N的重物勻速提升3m，人所做的有用功是________?J；如果用該滑輪組提升400N的重物，它的機械效率將________。 【答案】 900 增大 【簡析】有用功W有=G物h=300N×3m=900J；根據(jù)公式可知，物重越大，滑輪組的機械效率越高；因為400

16、N>300N，所以它的機械效率將增大。 10.（2019吉林）請在下圖中畫出動力F1的力臂l1。 【答案】 【簡析】做力臂先要找到支點，然后做出力的作用線：從力的作用點沿力的方向做出的一條輔助線，即為力的作用線，然后，從支點向力的作用線做垂線，垂足在力的作用線上，最后，用大括號表示起點和終點，如上圖。 11.（2019山東威海）小明利用杠桿做了以下實驗，實驗時使用的每個鉤碼的質(zhì)量均相等，杠桿上相鄰刻線間的距離相等，請回答下列問題： （1）如圖甲所示，將杠桿中點置于支架上，當杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)杠桿的左端下沉，若想使

17、杠桿在水平位置平衡，應將杠桿的平衡螺母向　　調(diào)節(jié)。杠桿在水平位置平衡后，在A點懸掛2個鉤碼，要使杠桿在水平位置再次平衡，需在B點懸掛　　個鉤碼；之后在A、B兩點再各增加1個鉤碼，杠桿將　 ?。ㄟx填“不動”、“順時針旋轉(zhuǎn)”或“逆時針旋轉(zhuǎn)”）。 （2）如圖乙所示，小明在A、C兩點分別懸掛等重的載物盤，制作了一個天平，左盤盛放物體，右盤加減砝碼，此天平是利用了哪一類杠桿制作面成的？　 　。 （3）小明正確使用自制天平稱量物體質(zhì)量時： ①假如支點O因某種原因向右偏移，則測量值 　真實值（選填“大于”“等于”或“小于”）； ②假如砝碼因生銹等原因質(zhì)量增大，則測量值 　真實值

18、（選填“大于”“等于”或“小于”）。 【答案】（1）右 4 逆時針旋轉(zhuǎn) （2）等臂杠桿 （3）①大于②小于 【簡析】（1）杠桿靜止時，左端下沉，說明右端偏高，平衡螺母需向右調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)方法與調(diào)節(jié)托盤天平橫梁平衡相似。設(shè)杠桿每個格的長度為L，每個鉤碼的重力為G，根據(jù)杠桿的平衡條件：FALA＝FBLB，即2G×4L＝FB×2L，F(xiàn)B＝4G，需掛4個鉤碼；在A、B兩點下方所掛的鉤碼下同時再加掛一個鉤碼，則左側(cè)3G×4L＝12GL，右側(cè)5G×2L＝10GL，因為12GL≠10GL，杠桿不能平衡，左端下降，A端將下沉，杠桿逆時針旋轉(zhuǎn)。（2）如圖乙所示，小明在A、C兩點分別懸掛等重的載

19、物盤，制作了一個天平，左盤盛放物體，右盤加減砝碼，此天平是利用了等臂杠桿的原理。（3）小明正確使用自制天平稱量物體質(zhì)量時：①假如支點O因某種原因向右偏移，砝碼的力臂減小，故測量值大于實際值；②假如砝碼因生銹等原因質(zhì)量增大，用比實際更少的砝碼放在右盤，就可使橫梁平衡。而讀數(shù)時仍按上面標的數(shù)值來讀數(shù)，使用這時計算物體質(zhì)量就比實際少了，測量值 小于真實值。 12.（2019湖南邵陽）某物理興趣小組在測量滑輪組的機械效率，實驗過程如下： ①用彈簧測力計測量沙和袋所受總重力G并填入表格。 ②按圖安裝滑輪組，分別記下沙袋和繩端的位置。 ③勻速拉動彈簧測力計，使沙袋升高，讀出拉力F的值，用刻度尺測出

20、沙袋上升的高度h和繩端移動的距離s，將這三個量填入表格。 ④算出有用功W有，總功W總，機械效率η。 ⑤改變沙袋中沙子的重量，重復上面的實驗。 次數(shù) 沙和袋所受的總重力G/N 提升高度h/m 有用功W有/J 拉力F/N 繩端移動的距離s/m 總功W總/J 機械效率η 1 0.6 0.2 0.12 0.3 0.18 66.7% 2 0.9 0.2 0.18 0.4 0.6 0.24 3 1.2 0.2 0.24 0.5 0.6 0.30 80% 請根據(jù)實驗過程和實驗記錄，思考并回答： （1）在第一次實驗中，粗心的小冬同學

21、忘記在表格中填寫繩端移動的距離s，你認為s應該為　 　m。 （2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可計算得出第二次實驗的機械效率為　 　。 （3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，分析得出所用動滑輪的重為　 　N．（繩重和摩擦忽略不計） （4）分析三次實驗中的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)用同一個滑輪組提升重物，物重越大，滑輪組的機械效率　 　。（選填“越大”、“越小”或“不變”） 【答案】（1）0.6 （2）75% （3）0.3 （4）越大 【簡析】（1）由圖可知n=3，根據(jù)s＝nh，在第一次實驗中，繩端移動的距離s＝3×0.2m＝0.6m。 （2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可計算得

22、出第二次實驗的機械效率為：η2=×100%=×100%=75%。 （3）不計繩重和摩擦，結(jié)合第一次實驗的數(shù)據(jù)可得，所用動滑輪的重：G動＝3F﹣G＝3×0.3N﹣0.6N＝0.3N。（4）縱向分析三次實驗中的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)用同一個滑輪組提升重物，物重越大，滑輪組的機械效率越大。 13.（2019徐州）工人用杠桿將重為180 N的物體勻速提升0.5 m，做了100 J的功．求： （1）提升物體做的有用功；（2）杠桿的機械效率． 【答案】（1）提升物體做的有用功為90J （2）杠桿的機械效率90% 【簡析】（1） 14.（2019天津）用如圖

23、所示的滑輪組，將一重為450N的物體以0.1m/s的速度勻速向上提起2m，拉力F為200N．求：（1）滑輪組的機械效率（2）拉力F的功率。 【答案】（1）滑輪組的機械效率為75% （2）拉力F的功率為60W 【簡析】（1）工人做的有用功W有=G物h=450N×2m=900J，由圖可知， n=3，拉力端移動距離s=nh=3h=3×2m=6m，拉力做的總功W總=Fs=200N×6m=1200J，滑輪組的機械效率：η=×100%=×100%=75%；（2）V拉=nV物=3V物=3×0.1m/s=0.3m/s;P=FV=200N×0.3m/S=60W. 15.（2019

24、山東威海）如圖所示，某考古隊用滑輪組將重4.8×103N，體積為100dm3的文物打撈出水，定滑輪重100N．滑輪組上共有三根繩子a，b和c，其中a是懸掛定滑輪，b繞在定滑輪和動滑輪上，c懸掛文物，整個打撈過程始終緩慢勻速提升文物，文物完全浸沒在水中時，滑輪組的機械效率為95%（ρ水＝1×103kg/m3，g＝10N/kg，繩重、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均忽略不計）。請解答下列問題： （1）文物浸沒在水中時受到的浮力是多大？ （2）動滑輪的重力是多大？ （3）在整個打撈過程中，a、b、c三根繩中哪根繩承受的拉力最大？該繩至少要承受多大的拉力？ 【答案】（1）文物浸沒在

25、水中時受到的浮力是1×103N （2）動滑輪的重力是200N （3）在整個打撈過程中，a、b、c三根繩中a繩承受的拉力最大，該繩至少要承受4.1×103N的拉力。 【簡析】（1）文物浸沒在水中時排開水的體積：V排＝V＝100dm3＝0.1m3，文物受到的浮力 F?。溅阉甮V排＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m3＝1×103N。（2）因繩重、滑輪與軸的摩擦以及水的阻力均忽略不計，所以文物完全浸沒在水中時，滑輪組的機械效率：η＝＝＝＝95%，即：＝95%，解得G動＝200N；（3）由圖知，n＝2，文物完全浸沒在水中時，繩子自由端的拉力F＝（G﹣F浮+G動）＝（4.8×103N﹣1×103N+200N）＝2×103N，即b繩承受的拉力Fb＝F＝2×103N；a繩承受的拉力Fa＝2F+G定＝2×2×103N+100N＝4.1×103N；c繩承受的拉力Fc＝G﹣F?。?.8×103N﹣1×103N＝3.8×103N；所以a、b、c三根繩中a繩承受的拉力最大，該繩至少要承受4.1×103N的拉力。