12.4 简单机械复习总结（原卷版）

课时124 第十二章 简单机械复习总结（帮课堂）（原卷 版） 【学习目标】 1 理解：杠杆的平衡条件及其杠杆的应用；定滑轮、动滑轮和滑轮组的工作特点；什 么是有用功、额外功和总功；机械效率的概念； 2 会：认识杠杆；画杠杆的示意图（动力与动力臂、阻力与阻力臂）；认识定滑轮、 动滑轮和滑轮组；进行有关滑轮计算；进行有关机械效率的计算； 3 掌握：通过实验探究理解滑轮中力与距离特点； 4 了解：生活中常见功率值；能量和动能的概念；影响弹性势能大小的因素；机械能 守恒定律； 5 能：从常见的工具中与简单机械中识别出杠杆；利用杠杆平衡条件进行简单计算； 分析滑轮的应用实例；通过测量滑轮组机械效率加强对机械效率的理解。 【知识导图】 【专题复习】 专题一：杠杆及其分类 ※专题概述 1 杠杆 （1）定义：在物理学中，将在力的作用下可绕固定点转动的硬棒称为杠杆； （2）杠杆五要素：支点、动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2。 2 杠杆分类 （1）省力杠杆： ，如铡刀等； （2）费力杠杆： ，如镊子等； （3）等臂杠杆： ，如托盘天平。 典例一如图所示工具中，属于费力杠杆的是（ ）。 ． 镊子 B． 瓶起子 ． 天平 D． 钳子 典例二如图厨房用具中，属于省力杠杆的是（ ）。 食品夹B 碗夹 筷子 D 开瓶器 专题二：简单机械作图 ※专题概述 1 关于杠杆作图 （1）杠杆力臂作图“四步法”： （2）求最小动力的技巧 ①动力作用点要选在杠杆上距支点最远处； ②连接动力作用点和支点(用实线)； ③以动力作用点为垂足，作动力作用点与支点连线的垂线段； ④根据动力和阻力使杠杆转动的方向相反确定动力的方向。 （3）力臂作图规范 ①作图必须用直尺，所作线要直； ②在作力或力臂时，要画出垂足直角符号； ③力臂用实线，并在两端加箭头表示，旁边需标上字母。 2 关于滑轮组的绕绳方法 (1)确定承担物重的绳子的段数，在不计动滑轮重、绳重和摩擦时， ， 。 (2)确定绳子固定端位置：滑轮组绕绳，遵循“奇动偶定”原则。 ①当为奇数时，绳子的起始端应先固定在动滑轮上，然后依次绕过滑轮； ②当为偶数时，绳子的起始端应先固定在定滑轮上，然后依次绕过滑轮。 典例一 典例一如图，轻质杠杆平衡，请作出动力F1的力臂l1和杠杆所受阻力F2的示意图。 典例二 典例二用一根钢棒撬动地面上的一块大石头，如图所示，请你在图中作出最省力时的 动力方向F 并标出相应支点的位置。 典例三 典例三如图所示，一辆汽车不慎陷入泥坑难以脱困，司机找来了两个滑轮和一根足够 长的绳子，请你用笔代替绳子在图中画出最省力的绕法拉动车辆。 典例四 典例四如图所示，画出滑轮组提起重物最省力时绳子的绕法。（______） 专题三：杠杆平衡条件及应用 ※专题概述 运用杠杆的平衡条件进行计算时，要从复杂的机械装置中抽象出杠杆模型，明确五个 要素，再将题中条件代入杠杆平衡条件的数学表达式，进行求解常见的题型有三种： (1)在F₁、F₂、l₁、l₂ 这四个物理量中,已知其中的三个量，求另一个量，可以用F₁l₁ = F₂l₂ 进行求解。 (2)在F₁、F₂、l₁、l₂ 这四个物理量中,已知两个力臂的比值和其中的一个力，求另一 个力，可以用 进行求解。 (3)在F₁、F₂、l₁、l₂ 这四个物理量中,已知两个力和两个力臂之和l，求支点的位置， 可以用(l-l₁ )表示l₂,用F₁l₁ = F₂(l-l₁)进行求解。 典例一 典例一如图所示，以为转轴的轻质杠杆B，B＝4，物体重240，底面积为200m2， 在杠杆端与物体的上端中点用一根轻质硬棒连接，当在B 端用120 的动力F 竖直向上拉时， 杠杆B 在水平位置平衡，该杠杆为 杠杆（选填“省力”、“等臂”或“费力”）， 此时物体对水平地面的压强是 P。 典例二 典例二如图所示，将质量为6kg，边长为01m 的正方体合金块，用细线挂在轻质杠 杆点处，在B 点施加与杠杆垂直的力F1时，杠杆在水平位置平衡，其中B＝3（g 取10/ kg）求： （1）合金块的重力； （2）合金块的密度； （3）拉力F1的大小。 专题四：简单机械综合考查 ※专题概述 杠杆与滑轮是常见的简单机械，使用杠杆时，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力 的几分之一。 使用定滑轮不省力，使用一个动滑轮可以省一半的力；使用滑轮组时，滑轮组用几段 绳子承担物重，提起物体所用的力就是物体重力的几分之一。 典例一 典例一某建设工地，有一“塔吊”正在准备起吊一底面积为08m2、质量为2400kg 的圆柱形重物；如图所示，为塔吊的配重，B 为塔吊的起重臂，为能在起重臂上移动的载 重小车，载重小车下挂有滑轮组，B＝25m。当载重小车在B 点时，能安全起吊重物的最 大质量是1200kg。现在载重小车从距离点为10m 的载重臂上，准备起吊该圆柱形重物 （不计挂钩、滑轮组和钢丝绳重及摩擦．g＝10/kg）问： （1）起吊后，当重物匀速上升时，载重小车下每段钢丝绳的拉力为多大？ （2）如果将重物匀速提升20m，则拉力做功多少？ （3）塔吊将重物从起吊点提升20m 后，载重小车最多能向B 点方向再平移多少米， 才能保证安全工作？ 典例二 典例二学校旁老旧小区正在改造施工。工人用如图所示的装置将质量为120 的建筑 材料匀速提升了6m，用时10s。在此过程中，电动机对绳子的拉力为F，滑轮组的机械 效率为80%，g 取10 ，求： （1）滑轮组做的有用功；（________） （2）拉力F 的大小；（________） （3）根据已知条件，以下物理量：①滑轮组做的额外功，②拉力F 的功率，③动滑 轮的重力，能求出的有___________（填写番号）。 典例三 典例三如图所示，一卡车车厢车底底板距地面15m 高，小张把一块3m 长的钢板B 搭在车厢底板上，构成一个斜面。他通过这个斜面，用F=600 的力，把一个大木厢从B 处推到处的车上，已知木箱重为1000。求： （1）小张推木箱做了多少功? （2）这个过程中，斜面的机械效率是多少?（结果保留一位小数） 专题五：实验专题 ※专题概述 1 探究杠杆的平衡条件 关于探究杠杆平衡条件的实验，应注意以下几点： (1)调节杠杆使其在水平位置平衡，可以使杠杆的重心与支点重合，避免杠杆的重力对 平衡产生影响，同时也便于直接从杠杆上测出力臂的大小； (2)调节杠杆使其在水平位置平衡的原则是“左低右调、右低左调”，如杠杆右端下沉， 应向左调节平衡螺母； (3)调节平衡后，实验过程中不能再通过调节平衡螺母使杠杆再次平衡； (4)探究时，要改变钩码的数量或改变悬挂钩码的位置进行多次实验，以避免实验数据 的偶然性，从而得出具有普遍性的结论。 2 测量滑轮组的机械效率 实验原理 操作要点 弹簧测力计竖直向上匀速缓慢拉动。探究机械效率与物重的关系时，用同一滑轮组提起 重力不同的重物；探究机械效率与动滑轮重的关系时，用重力不同的动滑轮提起相同的 重物 影响因素 物体重力、动滑轮的重力（不计摩擦和绳重）。提起的重物越重，动滑轮越轻（动滑轮 个数越少），滑轮组的机械效率越高 注意 (1)同一滑轮组的机械效率是变化的； (2)提(拉)起重物时,要使弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳子； (3)运用控制变量法分析数据,找出相同的量和不同的量，相同的量在表述结论时作为条 件，不同的量在表述结论时作为探究的因素。 典例一 典例一在“探究杠杆的平衡条件”实验中，每个钩码质量都相等。 （1）如图甲所示，杠杆在此位置静止，这时杠杆 （选填“平衡”或“不平 衡”）。 （2）调节杠杆的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，是为了便于测量 。 （3）如图乙所示，若在位置挂两个钩码，现有三个钩码，需挂在杠杆点右侧第 格的位置，使杠杆再次在水平位置平衡。 （4）实验时，多次换用不同数量的钩码，并改变钩码在杠杆上的位置，重复实验。 这样做的目的是 。 （5）如图丙所示，用弹簧测力计在B 位置向下拉杠杆，保持杠杆在水平位置平衡， 弹簧测力计由图中位置移至b 位置时，其示数 （选填“变大”“不变”或“变 小”）。 典例二 典例二生活和生产中，提高机械效率有着重要的意义。 （1）为了探究影响机械效率的因素，小辉选取了大小相同的滑轮，利用图甲和图乙 装置进行实验，并把数据记录在下表中。 ①比较1 和2 两次实验发现：在所用滑轮组一定时，提升的钩码___________，机械 效率越高。 ②比较___________两次实验发现：在所用滑轮组一定时，机械效率与提升钩码的高 度无关。 ③第5 次实验是利用图___________的装置完成的。 ④利用图甲的装置，把重6 的物体用25 的拉力匀速拉起，滑轮组的机械效率为_____ ______。可见如果没有刻度尺，只有测力计，也可以测量出滑轮组的机械效率。 实验 次数 滑轮材 质 钩码重 G/ 提升的高 度/m 有用功 有用/ 拉力 F/ 绳端移动 的距离 s/m 总功总/ 机械效率η 1 铝 1 01 01 06 03 018 56% 2 铝 2 01 02 10 03 03 67% 3 铝 2 02 04 10 06 06 67% 4 塑料 2 02 04 08 06 048 83% 5 塑料 2 02 04 21 02 042 95% （2）实验表明：额外功越小，总功越接近有用功：进一步推理得出：假如没有额外 功，总功等于有用功；可见使用任何机械都不省功。你所学物理知识中运用了这种研究方 法得出的物理规律是___________。 专题六：功、功率、机械效率的综合计算 ※专题概述 典例一 典例一汽车通过如图所示装置将物体从10 m 深的井底匀速拉至井口用了40 s。已知 物重为28×103，其底面积为400m2，汽车重2×104，若绳重以及绳和滑轮间的摩擦不 计，汽车与地面间的阻力为车重的005 倍且不变，匀速提升物体时汽车对绳子的拉力为 16×103。求： （1）提升物体过程中滑轮组的机械效率。 （2）提升物体过程中汽车的牵引力。 （3）当汽车对绳子的拉力为800 时，物体对地面的压强。 典例二 典例二如图所示，工人沿斜面用一定大小的力F 把一重为1000 的物体从斜面底部匀 速推到顶部（不计物体本身大小）。已知斜面长L=5m，高=2m。 （1）若该过程中斜面的效率为80%，求此时物体受到的摩擦力； （2）若斜面光滑没有摩擦，请分析推理说明随着斜面倾斜角度的增大，推力F 的变 化情况。 典例三 典例三如图甲所示，是某打捞船所用起重装置的示意图。在某次打捞作业中，物体在 不可伸长的轻绳作用下，从水底以05m/s 的速度竖直向上匀速运动至离开水面高度3m 的 位置，此打捞过程中物体受到轻绳的拉力F 随时间变化的图象如图乙所示，物体离开水面 后匀速上升3m 的过程中，与电动机连接的绳子所受的拉力为 ．已知水的密 度为 ，取g＝10/kg。不计水和空气的阻力。求： 甲： 乙： （1）物体的体积及浸没在水中所受的浮力。 （2）物体的质量和密度。 （3）水底的深度及水对水底的压强。 （4）物体离开水面后匀速上升3m 的过程中，滑轮组的机械效率（结果保留一位小 数）。 典例四 典例四如图所示，工人用斜面向上、大小为500 的推力，将重800 的货物从点匀速 推至B 点；再用100 的水平推力使其沿水平台面匀速运动5s，到达点。已知B 长3m，B 长12m，距地面高15m。试问： （1）利用斜面搬运货物主要是为了 ； （2）货物在水平面上运动的速度为多少？ （3）水平推力做功的功率为多少？ （4）斜面的机械效率为多少？ 【真题演练】 一、选择题 1 （2022·株洲）如图为运动员手持铅球（图中未画出）时的情景。此时，手臂受力 时可简化为桡骨在肱二头肌的牵引下绕肘关节转动的模型。关于这个物理模型，下列选项 正确的是（ ）。 l1、l2分别表示F1和F2的力臂； B l1、l2分别表示F1和F2的力臂； 手臂是个省力杠杆； D 手臂是个费力杠杆 2 （2022·湘潭）如图所示，一均匀杠杆可以绕中点自由转动，杠杆上垂直粘有、B 两根粗细相同的蜡烛且刚好在水平位置平衡，两蜡烛所处位置到点的水平距离l＝2lB，现 同时点燃蜡烛，经时间t，它们减少了相等的质量，下列说法正确的是（ ）。 点燃前、B 蜡烛重力之比 1 2 ∶； B 经时间t，杠杆右端下沉； 经时间t，杠杆左端下沉； D 经时间t，杠杆继续保持水平平衡 3 （2022·抚顺、葫芦岛）使用如图所示的滑轮组，沿水平方向匀速拉动质量为 300kg 的物体，弹簧测力计的示数为200，物体在10s 内移动1m。物体所受的摩擦力为 物重的01 倍。不计绳重和滑轮组内的摩擦，下列说法正确的是（ ）。 滑轮组的机械效率为50%； B 动滑轮重为100； 绳子自由端拉力的功率为20； D 增大物重机械效率不变 4 （2022·济南）小强开启饮料时，瓶起子可视为一个杠杆，如图所示。下列各图能 正确表示其工作原理的是（ ）。 为 B D 5 （2022·菏泽）如图所示，在快递仓库内工人把重为600 的货物用滑轮组以 02m/s 的速度匀速提升，忽略摩擦及绳重，该过程中滑轮组的机械效率为80%，则（ ）。 工人所用的拉力为200； B 动滑轮的重力为100； 拉力的功率为150； D 提升重力不同的货物时，此滑轮组机械效率不变 6 （2022·潍坊）图甲所示为工人师傅乘坐吊篮在高空粉刷楼体外墙的情景，吊篮可 在电动机的作用下实现升降，其简化结构原理如图乙所示。吊篮的质量为 ，两名工 人及工具的总质量为 ，某次吊升过程中，吊篮在 内匀速上升了 。不计滑轮 重、绳重和摩擦，关于该过程的分析正确的是（ ）。 吊篮的动能不变 B 吊篮的机械能守恒 电动机对绳子的拉力为 D 电动机拉动绳子的功率为 7 （2022·烟台）如图所示的杠杆在使用过程中，属于费力杠杆的是（ ）。 用羊角锤起钉子 B 用钳子夹 导线 用起子起瓶盖 D 用镊子夹取砝码 8 （2022·威海）如图所示，为了把两件相同货物搬运到汽车上，工人用相同材质的 木板搭建了B、D 两个斜面，用沿斜面向上的力将其中一件货物从斜面 的底端匀速推 到顶端，另一件货物用同样的方法沿斜面 搬运。下列说法正确的是（ ）。 沿斜面 推动更省力； B 沿斜面 推动，工人克服货物重力做的功更多； 无论利用哪个斜面，工人克服货物重力做功的功率一定相同； D 沿斜面推动货物的过程中，货物的机械能增大 9 （2022·抚顺、葫芦岛）使用如图所示的滑轮组，沿水平方向匀速拉动质量为 300kg 的物体，弹簧测力计的示数为200，物体在10s 内移动1m。物体所受的摩擦力为 物重的01 倍。不计绳重和滑轮组内的摩擦，下列说法正确的是（ ）。 滑轮组的机械效率为50%； B 动滑轮重为100； 绳子自由端拉力的功率为20； D 增大物重机械效率不变 10 （2022·菏泽）如图所示，在快递仓库内工人把重为600 的货物用滑轮组以 02m/s 的速度匀速提升，忽略摩擦及绳重，该过程中滑轮组的机械效率为80%，则（ ）。 工人所用的拉力为200； B 动滑轮的重力为100； 拉力的功率为150； D 提升重力不同的货物时，此滑轮组机械效率不变 11 （2022·青岛）如图甲所示，工人师傅利用动滑轮将重360 的货物匀速提起，拉 力F＝200，货物上升的高度与所用时间t 关系的图像如图乙所示，不计绳重和摩擦。下 列说法正确的是（ ）。 动滑轮的重力 B 货物上升的速度v＝04m/s 拉力F 的功率P＝80 D 动滑轮的机械效率 二、填空题 12 （2022·淄博）工人用如图所示的滑轮组来提升货物，已知货物重400，每个滑 轮重50，若物体在10s 内被提升了6m，不计绳重和摩擦，则拉力F 是___________，绳 自由端移动的距离是 ___________m，物体上升的速度是___________m/s，滑轮组的机械 效率是___________（精确到1%）。 13 （2022·攀枝花）如图所示的滑轮组，将一重510 的箱子在10s 内匀速提升 5m，拉力F 为200，动滑轮重50。拉力F 的功率为______，滑轮组的机械效率为______。 14 （2022·金昌）如图所示，现在很多地方设有轮椅专用通道，为残疾人通行提供 方便。它实际上就是简单机械中的 ______（选填“杠杆”、“滑轮”或“斜面”）；属于 ______（选填“省力”、“费力”或“省功”）机械。 15 （2022·镇江）如图1 所示，轻质杠杆可绕转动，点悬挂一重为12 的物体M，B 点受到电子测力计竖直向上的拉力F，杠杆水平静止，已知=B=B，则F 为 ___________。 保持杠杆水平静止，将F 作用点从B 移至，此过程中F 方向保持不变，F 的力臂记为l， 则F 的大小变 ___________，F 与（ ）的关系图线为图2 中的①；将M 从移至B，再重 复上述步骤，F 与（ ）的关系图线为图2 中的 ___________（选填数字序号）。 16 （2022·朝阳）如图所示，用滑轮组提升重900 的物体，使它在10s 内匀速上升 1m，此时滑轮组的机械效率为75%，则在提升重物的过程中（不计绳重及摩擦），动滑 轮的重力为__________，拉力做功的功率为__________。 17 （2022·淄博）工人用如图所示的滑轮组来提升货物，已知货物重400，每个滑 轮重50，若物体在10s 内被提升了6m，不计绳重和摩擦，则拉力F 是_______，绳自由 端移动的距离是 _______m，物体上升的速度是____m/s，滑轮组的机械效率是______（精 确到1%）。 18 （2022·湘潭）如图1，从深井中匀速提取泥土，动滑轮和筐总重力为30。图2 是某次拉力做的功随绳自由端拉下的长度s 变化的关系。不计绳重和摩擦，求： （1）当s 为10m 时，由图2 可知拉力做了_______的功，筐和泥土上升了 _______m； （2）拉力为_______，筐中泥土的重力是_______； （3）本次利用该装置提升泥土的机械效率_______。 三、作图题 19 （2022·抚顺、葫芦岛）图甲是一款瓶起子。起瓶盖时，瓶身相当于一个绕点转 动的杠杆。图乙是其简化示意图。请在图乙中画出： （1）瓶盖上B 点受到的阻力F2的大致方向； （2）作用在点的最小动力F1及其力臂l1 20 （2022·东营）如图所示，工人用撬棒撬起石块的情景，是支点，请画出动力F 的力臂l。 21 （2022·金昌）如图所示，某工人站在地面上使用由三个滑轮组成的滑轮组提升 重物，请画出最省力的绕绳方法。 四、实验题