专题12 简单机械及机械效率（原卷版）

主题二 力学 专题12 简单机械及机械效率 考情概览：理解课标要求，把握命题方向，总结出题角度。 真题透视：精选真题，归类设置，完整展现中考试题的考查形式。 中考新考法：从新情境、新设问、跨学科等方向设置新考法真题。 新题特训：选用最新优质题、创新题，巩固考点复习效果。 考点内容 课标要求 命题预测 杠杆 能说出人类使 用的一些机械。探 究杠杆的平衡条 件。 属于常考热点，主要考查杠杆五要素和杠杆的平衡条件及 应用。题型主要是选择题、填空题、探究实验题和计算题。主 要命题点有：杠杆五要素及作图、杠杆的平衡条件的应用、三 种杠杆的辨析及应用、探究杠杆平衡条件等。 滑轮和滑轮组 能说出人类使 用的一些机械。了 解机械的使用对社 会发展的作用。 滑轮和滑轮组是简单机械的重要内容。主要考查定滑轮、 动滑轮的特点及滑轮组的力、距离、速度等关系的计算。常见 考题类型是选择题、填空题和计算题。命题点有：定滑轮的特 点、动滑轮的特点、滑轮组的一些关系、连接滑轮组的作图 等。 机械效率 知道机械效 率。了解提高机械 效率的意义和途径 机械效率是衡量机械性能的重要指标。对机械效率相关问 题的考查题型基本上是选择题、填空题和计算题。命题点有： 机械效率的含义、滑轮及滑轮组的机械效率的计算、斜面等机 械的机械效率的相关计算、测量滑轮或斜面的机械效率等。 ►考向一 杠杆 1．（2023·巴中）如图所示，下列四种工具中，不属于省力杠杆的是（ ） ． 铁匠剪刀 B． 羊角锤 ． 筷子 D． 扳手 2．（2023·淄博）肱二头肌收缩产生的力使前臂骨骼绕肘关节转动，此时前臂骨骼可以看成一个杠 杆模型，简称前臂杠杆。如图所示，手提重物时，对前臂杠杆的分析错误的是（ ） ．前臂杠杆是省力杠杆 B．肘关节处可以视为支点 ．肱二头肌对前臂杠杆的牵引力是动力 D．前臂保持水平时，阻力臂最长 3（2023·随州）劳动育越来越重要，许多同学在劳动中获得了愉悦的体验也掌握了许多劳动技能。 小芳周末回到乡下姥姥家接过姥姥肩膀上的担子学习挑担技巧。假如一个筐子重一个筐子轻（一头重一头 轻），在不考虑手臂帮扶的情况下挑起担子让扁担处于水平平衡。请你据劳动体验结合杠杆平衡知识，判 断下列说法中正确的是（ ） ．肩膀应该靠近“轻的一头” B．肩膀应该靠近“重的一头” ．肩膀应该居于扁担正中间 D．挑着担子走路，扁担一般会上下“闪动”，“闪动”时一定是一个框子向上运动同时另一个框子 向下运动 4（2023·常州）调节平衡螺母使杠杆处于水平平衡状态。在点悬挂两个钩码，如图所示，要使杠杆 水平平衡，需在B 点悬挂 个钩码。取走悬挂在B 点的钩码，改用弹簧测力计在点竖直向上拉，使杠 杆水平平衡，测力计的示数为 。（每个钩码重 ） 5．（2023·大连）如图所示。放置花盆的支架只在，D 两点用螺钉固定在墙壁上，B 保持水平。已 知长为，D 长为 ，B 长为 ，花盆的重力为G，重力作用线恰好过B 中点。若不计支架的重力，则D 点螺钉对支架B 的水平拉力 （用已知量表示）。为了减小拉力F，花盆位置应离墙壁 一些。 6（2023·凉山）图甲是自行车的手闸，其中B 部分可视为一种杠杆，其简化示意图如图乙所示，为 支点，F2为阻力，请在图乙中画出：（1）作用在点的最小动力F1及其力臂；（2）阻力F2的力臂 。 7（2023·菏泽）用相同规格的钩码做“探究杠杆的平衡条件”实验，完成下列问题。 （1）实验前杠杆状态如图甲所示，应当向 调节平衡螺母使杠杆呈水平状态； （2）如图乙所示，在杠杆支点的左侧点悬挂若干钩码，在支点的右侧悬挂1 个钩码，发现无论怎样 调节右边钩码的位置，都不能使杠杆呈水平。为使杠杆水平，可以通过 （只填一种可行的操作即可） 来实现； （3）调整后继续实验，从支点处缓慢向右移动钩码，直到杠杆再次呈水平，同时记录左、右两侧悬 挂的钩码 和 的大小。 （4）杆秤是利用杠杆平衡原理制成的测量物体质量的工具。如图丙所示某杆秤的0 刻度距离提纽 1m，秤钩到提纽的水平距离为5m，秤砣的质量为 。则提纽右侧距离提纽5m 处的刻度值应为 kg。 解题技巧 （1）从支点到力的作用线的距离叫力臂，不能把从动力作用点到支点的距离作为动力臂，或把从 阻力作用点到支点的距离作为阻力臂；力臂有时在杠杆上，有时不在杠杆上。如果力的作用线恰好通过 支点，则力臂为零。 （2）杠杆力臂的画法—一找点、二画线、三作垂线段 ①首先在杠杆的示意图上，确定支点。 ②画好动力作用线及阻力作用线，画的时候要用虚线将力的作用线延长。 ③从支点向力的作用线引垂线，画出垂足，则从支点到垂足的距离就是力臂，力臂用虚线(或实线) 表示并用大括号标明，在旁边标上字母 或 ，分别表示动力臂或阻力臂。 （3）利用杠杆平衡条件来分析和计算有关问题，一般遵循以下步骤： ①确定杠杆支点的位置； ②分清杠杆受到的动力和阻力，明确其大小和方向，并尽可能地作出力的示意图； ③确定每个力的力臂； ④根据杠杆平衡条件列出关系式并分析求解。 （4）判断省力、费力杠杆的方法：根据杠杆平衡条件，要判断一杠杆是否省力，关键在于判断动 力臂和阻力臂的长短关系，所以首先应找准支点，并明确动力和阻力，然后过支点作动力臂和阻力臂， 最后再根据动力臂和阻力臂的长短关系判断是省力杠杆还是费力杠杆。动力臂比阻力臂长的杠杆省力， 动力臂比阻力臂短的杠杆费力。 ►考向二 滑轮和滑轮组 8（2023·海南）用下列简单机械提升同一重物，忽略机械自重和摩擦，最省力的是（ ） ． B． ． D． 9（2023·常德）如图所示小明组装了甲、乙两种滑轮，用来提升同一物体，G 物=200（不计绳重、 轮重和摩擦），要使物体竖直匀速提升2m。下列说法中正确的是（ ） ．F 甲=200，并向上移动4m B．F 甲=100，并向上移动2m ．F 乙=200，并向上移动1m D．F 乙=400，并向上移动lm 10（2023·菏泽）用动滑轮在水平地面上沿直线匀速拉动重为G 的物体，如图所示。已知水平拉力 为F，物体受到地面的摩擦力为f，物体移动的距离为s。下列说法正确的是（ ） ．重力做功数值为Gs B．拉力做功数值为Fs ．摩擦力做功数值为fs D．使用此滑轮既省力又省功 11（2023·金昌）如图所示，小亮用滑轮组将装修材料运到楼上，请用笔画线帮他组装最省力的滑 轮组。 解题技巧： （1）定滑轮的轴固定不动，使用定滑轮不省力，但是能改变力的方向。定滑轮实质是个等臂杠 杆，动力作用点移动的距离等于重物移动的距离 （2）动力作用在绳上，阻力作用在轴上时，动滑轮实质是个动力臂为阻力臂2 倍的省力杠杆，此 时使用动滑轮能省一半力，但不能改变力的方向，动力作用点移动的距离是重物移动距离的2 倍 （3）若滑轮组用段绳子吊着物体，拉力为F，物重为G，动滑轮的重力为G 动，动力作用点移动的 距离为s，重物上升的高度为，则有： , 。 （4）“奇动偶定”：组装滑轮组时，要会确定绳头固定端，一般情况下，若为奇数，固足端位于 动滑轮的框架上，若为偶数，固定端位于定滑轮的框架上。 ►考向三 机械效率 12（2023·兴安盟）如图所示，工人用滑轮组将重为200 的货物10s 内匀速提升6m，拉力为 150。忽略绳重及摩擦，下列说法正确的是（ ） ．绳子自由端移动的速度是18m/s B．该滑轮组的机械效率为80% ．拉力做功的功率是90 D．该滑轮组的动滑轮重为100 13（2023·通辽）如图所示，用滑轮组帮助汽车脱困，汽车被水平匀速拉动12m 时，作用在绳子自 由端的拉力F 为1000，绳子自由端移动的速度为06m/s，滑轮组的机械效率为80%，则下列说法正确 的是（ ） ．汽车移动的速度为04m/s B．拉力F 做的功为1200 ．汽车受到的摩擦力大小为2000 D．拉力F 所做的有用功的功率为480 14（2023·广州）用滑轮组进行“一瓶水提升一个人”活动，如图，水瓶匀速直线下降10m，使人 匀速升高05m，水瓶对绳的拉力为 ，绳b 对人的拉力为 。此过程（ ） ．有用功为300 B． 做的功等于 做的功 ． 做的功小于 做的功 D．滑轮组的机械效率为80% 15（2023·深圳）如图甲，、B 是两个完全相同的物体，琴琴同学分别将、B 两物体拉到斜面顶端， 对物体做功情况如图乙所示，请问对物体做的有用功是 ，对物体B 做的额外功是 。 16（2023·德州）利用如图所示的滑轮组将重 的重物竖直匀速提升 ，若滑轮组的机械效率 为80%，不计绳重和摩擦，则绳子自由端移动的距离为 ，拉力 。增大重物的重力，滑轮组 的机械效率将会 （选填“提高”、“降低”或“不变”）。 17（2023·陕西）如图，小明用沿斜面向上150 的推力，将总重为500 的小车匀速推到斜面顶端， 用时20s。已知斜面高12m，长5m。此过程中小车移动的速度为 m/s，小明推小车的功率为 ， 他做的有用功为 ，该斜面的机械效率为 。 18（2023·湘潭）用图所示装置测量滑轮组的机械效率，部分实验数据如下表： 实验 次数 钩码重 力 G/ 钩码上升高度 /m 拉 力 F/ 绳子自由端移动距离 s/m 机械效 率η 1 20 5 10 15 667% 2 40 5 18 15 741% 3 40 10 18 30 741% 4 60 5 25 15 （1）实验过程中，缓慢竖直拉动弹簧测力计，使钩码向上做 运动。第 1 次实验时，钩码上升的 时间为 3s，此过程中，绳子自由端上升的速度为 m/s； （2）第4 次实验时所做的有用功为 ， 滑轮组的机械效率是 %； （3）分析 1、2、4 次实验的数据可知，使用同一滑轮组提升重物时，重物重力越 （选填“大” 或“小”），滑轮组的机械效率越高； 分析 2、3 次实验的数据可知，滑轮组的机械效率与钩码上升的高 度 （选填“有关”或“无关”）； （4）用滑轮组提升重物时，下列选项中也可提高机械效率的是 。 ． 换用更轻的动滑轮B． 加快提升物体的速度 解题技巧 （1）额外功的产生主要有两种原因： ①提升物体时，克服机械自重、容器重等所做的功，如用滑轮组提一桶水时，克服动滑轮重和桶重 所做的功都是额外功， ； ②克服机械的摩擦所做的功是额外功，如使用滑轮组时，克服轮与轴之间的摩擦以及绳与轮之间的 摩擦所做的功都是额外功。 （2）机械效率的高低并不决定使用机械是省力还是费力，效率高只说明有用功在总功中所占的比 例大；省力还是费力是指做一定的有用功时，所用动力的大小比阻力小还是大。机械效率高不一定省 力。 （3）影响滑轮组机械效率的因素：动滑轮的重力、绳的重力、滑轮与绳间的摩擦力、滑轮与轴间 的摩擦力、物体的重力。动滑轮和绳的重力越小、滑轮与绳间的摩擦力越小、滑轮与轴间的摩擦力越 小、物重越大，机械效率越高。 （4）若用滑轮组拉着重为G 的物体沿水平方向做匀速直线运动，则此时克服物体与水平面间的摩 擦力f 做的功为有用功，则 ，总功 ，此时的机械效率 。 1．（新情境）（2023·益阳）早在3000 年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从 井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。某次取水时 井绳拉着质量为10kg 的水缓慢上升了4m，水桶的质量为1kg，在这一过程中，人做的总功为500，g 取10/kg。求此次取水的过程中 （1）人做的有用功为多少？ （2）辘轳的机械效率多大？ （3）人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？ 2．（跨学科）（2023·攀枝花）图甲是脚踏式翻盖垃圾桶的实物图，翻盖的原理是由两个杠杆组合 而成，图乙为两水平杠杆1B、D2组合的示意图。已知桶盖重5，重心位于D 中点的正上方， ， ，桶盖和连接杆的尺寸如图乙所示，脚踏杆1B 和竖直连接杆 的质量不计。 （1）杠杆1B 是 （选填“省力”或“费力”）杠杆； （2）若要把桶盖翻开，脚对踏板处的压力至少为 。 3．（新考法）（2023·河北）在均匀直尺的中央挖一小凹槽，把一个薄金属片一端插入橡皮中，另 一端支在直尺的凹槽内制成一个简易“天平”。静止时直尺水平平衡。在直尺的两侧各放一个相同的小盘， 在小盘中倒入质量不等的大米和小米，调整小盘在直尺上的位置，使直尺再次水平平衡。如图所示。由图 可知，大米的质量 （选填“大于”或“小于”）小米的质量。F 是左盘对直尺施加的力，请在图中画 出F 的力臂 。现向左盘中再加入少量大米，写出一种能够使直尺恢复平衡的方法： 。 1．（2023·深圳）下列属于费力杠杆的是（ ） ． 汽车方向盘 B． 门把手 ． 小白同学家的水龙头 D． 雨刮器 2．（2023·泰州）如图所示，是仿照人的手臂设计的我国天宫空间站的机械臂。下列工具使用时与 机械臂属于同类型杠杆的是（ ） ．夹起食物的筷子 B．拔钉子的羊角锤 ．剪铁丝的钢丝钳 D．起瓶盖的开瓶扳手 3．（2023·威海）如图所示，将若干重物放在4 个自制天平的秤盘上，放入重物前天平在水平位置 平衡，放入重物后天平都向右倾斜，秤盘最终落在桌面上，若不改变秤盘的悬挂位置，仅将重物左右互换， 互换后可能重新在水平位置平衡的天平是（ ） ．甲 B．乙 ．丙 D．丁 4．（2023·济南）图甲所示的秤是生活中测量质量的常用工具，与各1 个标有 “05kg”“1kg”“5kg”和2 个标有“2kg”的增砣配套使用。如果把图乙所示的标有“2kg”的增砣放在秤 盘中称量它的质量，测量结果应该（ ） ．大于2kg B．等于2kg ．小于2kg D．无法判断 5．（2023·无锡）如图所示，是《天工开物》中记载的我国传统提水工具“桔槔”，用绳子系住一 根直的硬棒的点作为支点，端挂有重为40 的石块，B 端挂有重为20 的空桶，长为12m，B 长为06m。 使用时，人向下拉绳放下空桶，装满重为100 的水后向上拉绳缓慢将桶提起。硬棒质量忽略不计，下列说 法中正确的是（ ） ．向下拉绳放下空桶时桔槔为省力杠杆 B．向下拉绳放下空桶时拉力为 ．向上拉绳提起装满水的桶时桔槔为费力杠杆 D．向上拉绳提起装满水的桶时拉力为 6．（2023·宜昌）如图为我国古人运送巨木的劳动情境示意图，他们通过横杆、支架、石块等，将 巨木的一端抬起。当巨木太重无法抬起时，下列改进方法可行的是（ ） ．减少横杆右端的人数 B．将支架向右移动 ．横杆右端的人向支架靠近 D．减小横杆上悬绳与支架间的距离 7．（2023·鄂州）小刚用如图所示的滑轮组，将重为10 的物体匀速提升05m，已知动滑轮重2， 不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ） ．拉力F 为5 B．有用功为10 ．绳子自由端移动的距离为15m D．该滑轮组的机械效率为833% 8．（2023·河南）如图所示，在 的拉力F 作用下，用滑轮组将重为 的货物匀速提升，在 内货物竖直上升了 ，不计绳重及滑轮上的摩擦。下列说法正确的是（ ） ．滑轮组做的有用功为 B．拉力 做功的功率为 ．滑轮组的机械效率为 D．此滑轮组提升的货物越轻、机械效率越大 9．（2023·荆州）一位同学用如图所示的滑轮组拉着重500 的物体，使物体以01m/s 的速度沿水 平地面向右匀速直线运动10s，已知物体与地面间的滑动摩擦力为150，滑轮组的机械效率为60%，在 此过程中下列选项正确的是（ ） ．绳子自由端移动的距离为3m B．拉力做的有用功为500 ．拉力做的额外功为150 D．拉力做功的功率为25 10．（2023·贵州）工具的发明制造为生产、生活提供便利，如图所示的工具在使用中都是为了 （选填“省力”或“省距离”）。 11．（2023·武威）如图所示是三种类型的剪刀，请为铁匠师傅选择一把剪铁皮的剪刀，你会选择 （选填“”“B”或“”）剪刀，这样选择的目的是为了 （选填“省力”“省距离”或“省功”）。 12．（2023·达州）将物体、B 置于如图所示的装置中，物体B 恰好匀速下降，已知重30，B 重 5，则所受地面的摩擦力为 ；若对施加一个水平向左的拉力F，刚好使匀速向左运动，则拉力F= 。（不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮间的摩擦） 13．（2023·聊城）如图所示，是为了搬运建筑材料而使用的简单机械。此滑轮组在1m 内将一批 建材匀速提升了12m，此过程中滑轮组的机械效率是75%，钢丝绳拉力F 所做的功是 。则这批 建材所受的重力是 ，拉力F 的功率是 。 14．（2023·锦州）如图所示，重100 的物体在水平拉力F 的作用下以01m/s 的速度匀速运动 10s，弹簧测力计的示数为20，滑轮组的机械效率为80%。则拉力F 所做的功是 ，拉力F 的功率 是 ，物体受到的摩擦力是 。（不计绳重和滑轮重） 15．（2023·泰州）如图所示，供轮椅上下的斜坡长L=4m，高=2m。小明用120 的拉力平行于 斜坡向上将重为200 的木箱从底端匀速拉到顶端。他所做的有用功为 ，斜坡的机械效率为 （精确到01%），木箱所受摩擦力的大小为 。 16．（2023·哈尔滨）小丽学习了滑轮的知识后，想利用滑轮组设计一个升降装置，自己把物体吊 上楼来，请你画出最省力的绕线方式和物体所受重力的示意图。 17．（2023·雅安）如图所示，开启瓶盖时开瓶器以为支点，手在点施加竖直向上的力F 打开瓶盖， 请在图中画出力F 的力臂l。 18．（2023·锦州）如图所示是中医用切刀切药材的示意图，请你在图中画出施加在手柄上点的最 小力F 及其力臂L。 19．（2023·本溪）如图甲晾晒架，挂衣服时可以把它看成杠杆，图乙为其简化示意图。请在乙图 中作出： （1）当挂较重的衣物时，为了使晾晒架点受到的支持力最小，请在B、、D 三点中选择一点，作出 该点所受到的拉力F2； （2）晾晒架点受到的支持力F1及其力臂l1。 20．（2023·通辽）如图所示是某实验小组探究“杠杆平衡条件”的实验装置（杠杆刻度均匀，每 个钩码重0 5）。