簡單機械（解析版）-大串講

專題06簡單機械

思維導(dǎo)圖

定義

支點

杠桿五要素動力、阻力

動力臂、阻力臂

杠桿杠桿平衡條件

杠桿平衡條件,--------------

--------------丁、應(yīng)用

省力杠桿

杠桿類型費力杠桿

等臂杠桿

定義

知識詳解

考點1杠桿

1.杠桿

（1）定義：一根硬棒，在力的作用下如果能繞著固定點轉(zhuǎn)動，這個硬棒就叫杠桿。

（2）杠桿的五要素

支點：杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點（圖中的0點）。

動力：使杠桿轉(zhuǎn)動的力（圖中的R）.

阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力（圖中的F?）。

動力臂：從支點到動力作用線的距離（圖中的L）。

阻力臂：從支點到阻力作用線的距離（圖中的k）。

2.杠桿的平衡：

（1）杠桿平衡的含義：在力的作用下，如果杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或繞支點勻速轉(zhuǎn)動，我們就認(rèn)為杠桿平衡了。

（2）杠桿的平衡條件：動力X動力臂=阻力X阻力臂，用公式表示為FJ=FJ2,這個平衡條件也就是阿基米德

發(fā)現(xiàn)的杠桿原理。即阻力/動力=動力臂/阻力臂或。F2/12

3121-2探究杠桿的平衡條件

（3）利用杠桿平衡條件來分析和計算有關(guān)問題,一般遵循以下步驟：

①確定杠桿支點的位置。

②分清杠桿受到的動力和阻力，明確其大小和方向，并盡可能地作出力的示意圖。

③確定每個力的力臂。

④根據(jù)杠桿平衡條件列出關(guān)系式并分析求解。

3.杠桿的分類

名稱特征特點應(yīng)用舉例

動力臂大于阻力臂省力、費距離撬棒、惻刀、羊角錘、鋼絲鉗、手推車、花枝

省力杠桿

剪刀等0

動力臂小于阻力臂費力、省距離縫紉機踏板、起重臂、人的前臂、理發(fā)剪刀、

費力杠桿

釣魚竿等。

等臂杠桿動力臂等于阻力臂不省力、不費力天平等。

【典例1】（2020?江蘇常州期中）如圖所示，一根粗細(xì)均勻的鐵棒AB靜止在水平地面上，現(xiàn)用力F將鐵

棒從水平地面拉至豎直立起。在這個過程中，力F作用在B端且始終與鐵棒垂直，則用力F將（）

Ai——13

A.保持不變B.逐漸變小C.先變小后變大D.逐漸變大

【答案】B

【解析】在將鐵棒從水平地面拉至豎直立起過程中，力F作用在B端且始終與鐵棒垂直，則動力臂始終為

AB,大小不變，鐵棒重力大小不變，對應(yīng)力臂逐漸減小，則由杠桿平衡公式FJ產(chǎn)&必可知力F逐漸減小,

故B符合題意。故選B。

【典例2】（2020?重慶渝北期末）如圖所示的四種工具中，屬于省力杠桿的是（）

D.釣魚竿

【答案】C

【解析】鏡子在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿，故A不符合題意；天平在使用過程中，動

力臂等于阻力臂，是等臂杠桿，故B不符合題意；撬棒在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，

故C符合題意；釣魚竿在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿，故D不符合題意。故選C。

【典例3】（2020?江蘇無錫期末）如圖是自行車手剎示意圖，圖中當(dāng)手對車閘的作用力F=10N時，剎車?yán)?/p>

線受到力的大小為N,這是（省力/費力）杠桿。

【答案】40省力

【解析】由圖知，動力臂L=12cm,阻力臂L'=3cm,動力F=10N,由杠桿平衡條件可得：FL=F'1」,則拉

線受到的拉力/二4二I。、、12cm=4ON；因為動力臂大于阻力臂，且動力F小于阻力F',所以這是

L'3cm

一個省力杠桿。

【典例4]（2020?宜昌市東山中學(xué)期末）下面是小王利用刻度均勻的勻質(zhì)杠桿進(jìn)行探究“杠桿的平衡條件”

的實驗（每個鉤碼重0.5N）

14▲]___________II

L-*—■—■L-*-

甲乙

（1）實驗前，將杠桿的中點置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)杠桿左端上升，這時應(yīng)將平衡螺母向

（選填“左”或“右”）端調(diào)節(jié)，直到杠桿在水平位置平衡；調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡的主要

目的是。

（2）如圖甲所示：

①在杠桿A點處掛4個鉤碼，則在B點處應(yīng)掛__________個同樣的鉤碼，杠桿仍然在水平位置平衡；

②如圖乙所示，當(dāng)在C點處施加一個豎直向上的拉力使杠桿在水平位置平衡。當(dāng)拉力F向右傾斜時，仍要

保持杠桿水平平衡，拉力F的大小將（選填“變大”、“變小”或“不變”）。

【答案】（1）左直接測出力臂，去除杠桿重力影響（2）6變大

【解析】

（1）杠桿靜止時，杠桿左端上升，說明右端偏低，平衡螺母需向左調(diào)節(jié)，直到杠桿在水平位置平衡；調(diào)節(jié)杠

桿在水平位置平衡的主要目的是直接測出力臂以及去除杠桿重力影響。

（2）①］設(shè)杠桿每個格的長度為1,每個鉤碼的重力為G,根據(jù)杠桿的平衡條件得到4G-31=FB-21,解得

緯=6G,需掛6個鉤碼。②當(dāng)在C點處施加一個豎直向上的拉力使杠桿在水平位置平衡，則根據(jù)杠桿的

平衡條件有外x3/=3Gx6/,即繪=6G=6xO.5N=3N,若拉力F向右傾斜時，此時F的力臂變短,

根據(jù)杠桿的平衡條件，力變大。

考點2滑輪

1.定滑輪：

（1）定義：軸固定不動的滑輪（如圖所示）。

的定滑輪

（2）實質(zhì)：等臂杠桿。

（3）特點：不能省力，但能改變力的方向。

2.動滑輪

（1）定義：軸和重物起移動的滑輪（如圖所示）。

（2）實質(zhì)：動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿

（3）特點：使用動滑輪能省一半的力，但費距離且不能改變力的方向。

（4）繩子自由端移動的距離是重物移動距離的2倍。

3.滑輪組

（1）定義：定滑輪、動滑輪組合在一起叫滑輪組。

（2）特點：使用滑輪組既能省力又能改變力的方向。

（3）滑輪組省力情況分析：F=G/n（其中n為承擔(dān)動滑輪的繩子的段數(shù)）。

（4）繩子自由端移動距離s=nh（h為重物移動的距離）。

（5）滑輪組組裝的原則

甲乙

圖12.24定滑粒和動滑

輪可以組成滑輪組

【典例5】（2020?北京順義期末）如圖所示為國旗桿頂部安裝的升降國旗的一個滑輪，關(guān)于此滑輪，下列

說法中正確的是（）

A.它是定滑輪,用它可以省力

B.它是定滑輪,用它可以改變用力方向

C.它是動滑輪,用它可以省距離

D.它是動滑輪,用它可以省功

【答案】B

【解析】旗桿上滑輪的軸固定不動，為定滑輪，使用定滑輪的優(yōu)點是可以改變力的方向，但不能省力也不

能省距離，使用定滑輪不能省功。故選B。

【典例6]（2020?福建龍巖期末）用滑輪按如圖所示的三種不同方式拉同一物體在同一水平面上做勻速直

線運動，（不計滑輪、繩子重力及摩擦力）則（)

A.F1>F2>F3B.F2>F3>F1C.F2<FI<F3D.F3VF1VF2

【答案】c

【解析】三幅圖中物體受到的摩擦力/都是相同的，第一幅圖中是定滑輪，定滑輪不能省力，不計滑輪、

繩子重力及摩擦力，故￡=/；第二幅圖是動滑輪，能省一半力，故居=；/：第三幅圖雖然也是動滑輪,

但是拉力瑪位于滑輪端，故居=27,綜上所述，則6V￡V瑪。故選C。

【典例7]（2020?江蘇泰州月考）用一個重為20N動滑輪，勻速提升重為100N的物體，繩重及摩擦不計.所

用的拉力F是（）

A.50NB.60NC.70ND.120N

【答案】B

【解析】圖中繩子股數(shù)n=2,不計繩重及摩擦，所以拉力為尸=LG+G動）=L100N+20N）=60N,故

2加2

ACD錯誤，B正確。故選Bo

考點3斜面和輪軸

1.斜面：利用斜面將物體提升到一定高度時,力的作用距離和力的大小都取決于斜面的傾角。物體與斜面間

摩擦力很小時，可達(dá)到很高的效率。用F表示力,L表示斜面長，h表示斜面高，物重為G,不計阻力時，根

據(jù)功的原理可知FL=Gh。斜面傾角越小，斜面越長，越省力但越費距離。

2.輪軸

（1）定義：由輪和軸組成的，能繞共同的軸線旋轉(zhuǎn)的機械叫輪軸。

圖1225各種輪軸

（2）輪軸相當(dāng)于一個杠桿。輪和軸的中心0是支點，作用在輪上的力是動力宿，作用在軸上

的力是阻力輪半徑0A就是杠桿的動力臂軸半徑0B就是杠桿的阻力臂12

由杠桿的平衡條件可知：E?OA=F2-OB或F2/F,=0A/0B,如果輪半徑用R表示,軸半徑用r表示,上式可寫

作:F/F尸R/r,因此,輪半徑是軸半徑的幾倍，作用在輪上的動力E就是作用在軸上的阻力E的幾分之一?

【典例8】（2020?新疆期末）下列幾種簡單機械，不屬于輪軸的是（）

A.盤山公路B.扳手C.水龍頭D.方向盤

【答案】A

【解析】盤山公路屬于斜面模型，故A符合題意；扳手、水龍頭、方向盤都可以歸類為輪軸模型，故BCD

不符合題意。故選A。

考點4機械效率

1.三種功：

（1）三種功定義：在物理學(xué)中,把完成某項任務(wù)時有實用價值的功，叫有用功；把其他無實用價值而又不

得不做的功，叫額外功。有用功與額外功之和是總功。有用功是為了達(dá)到目的人們必須做的且對人們有用

的功。

（2）額外功的產(chǎn)生主要有兩種原因：

①提升物體時，克服機械自重、容器自重等所做的功。

②克服機械的摩擦所做的功。

2.機械效率：

（1）定義：有用功和總功的比值叫機械效率，用n表示，機械效率=有用功/總功，即n=w#/w茗。

（2）任何實際機械的機械效率nvi,且n是一個沒有單位的量，常用百分?jǐn)?shù)表示。

3.測量機械效率：

（1）實驗方案：用刻度尺測出鉤碼被提升的高度h和繩子末端移動的距離s,算出鉤碼的重力,用彈簧測力

計測出繩子末端的拉力F,求出機械效率no

（2）實驗結(jié)論：滑輪組的機械效率與滑輪組自身有關(guān)，在提起同樣重的物體時,動滑輪越重、摩擦力越大，

其機械效率越小。上面實驗中甲的機械效率大于乙的機械效率。滑輪組的機械效率還與所提重物有關(guān)，同

一滑輪組，所提重物的重力越大，其機械效率越大。

【典例9】（2020?山西臨汾期末）如圖所示，相同的兩個物體分別掛在兩個滑輪下繩重及摩擦忽略不計,

當(dāng)分別用力勻速提起物體時，下列說法合理的是（）

A.左圖省力B.右圖省距離

C.左圖機械效率高D.兩圖機械效率一樣高

【答案】C

【解析】左邊滑輪不隨貨物升降為定滑輪，定滑輪不省力，故A不符合題意；右邊滑輪隨貨物升降是動滑

輪，動滑輪可以省力但費距離，故B不符合題意；繩重及摩擦忽略不計，則使用定滑輪時沒有做額外功（即

有用功等于總功），而使用動滑輪時要克服滑輪的重力做額外功，所以定滑輪的機械效率高，即左圖機械

效率高，故C符合題意，D不符合題意。故選C。

【典例10］（2020?江蘇南通田家炳中學(xué)一模）如圖所示，用滑輪組將重為12N的物體勻速提升0.2m,作

用在繩端的拉力F為5N,不計繩重和摩擦，以下計算正確的是（）

A.拉力的功率1WB.滑輪組的有用功2.4J

C.動滑輪的重力IND.滑輪組的機械效率83.3%

【答案】B

【解析】由圖可得，滑輪組〃=3,物體的重力G物=12N,物體移動的距離〃=0.2m,繩子末端的拉力

R=5N,繩子末端移動的距離s=〃/z=022m=O.6m?不知拉力作用的時間，所以拉力的功率無法求解,

故A錯誤，不符合題意；滑輪組的有用功%=%/i=12NxO.2m=2.4J,故B正確，符合題意；己知條件

不足，動滑輪的重力無法求解，故C錯誤，不符合題意：拉力所做的總功為W=Es=5N?0.6m=3J,滑輪

組的機械效率〃=%xl00%=贏史？%%,故D錯誤，不符合題意。故選B。

W3J

【典例11】（2020?江蘇淮安期中）用滑輪組提升重物，滑輪組和重物一起上升，手拉繩對—做功的同時

要對滑輪組做功，手對滑輪組做的功是—功；用管帚掃地，用力將灰塵向前推動的同時，答帚沿力的方向

也要向前運動，推力對灰塵做的功是一功。

【答案】重物額外有用

【解析】對人們有用的功是有用功，對人們沒用但又不得不做的功叫額外功，用滑輪組提升重物，滑輪組

和重物一起上升，手拉繩對重物做功，同時對滑輪組做功，手對滑輪組做的功是不需要但不得不做的功，

屬于額外功；用笞帚掃地，用力將灰塵向前推動的同時，答帚沿力的方向也要向前運動，推力對灰塵做的

功是對人們有用的功，是有用功。

【典例12］（2020?興化板橋初級中學(xué)月考）如圖所示，人站在地面上向下拉繩子，請畫出滑輪組的繞線

方法。

G

【解析】對由一個動滑輪和一個定滑輪組成的滑輪組，可繞線方法有兩股和三股兩種，兩種方法都達(dá)到了

省力的目的，但拉力的方向不同，有三股繞線的方法拉力方向向上，有兩股繞線的方法拉力方向向下，根

據(jù)題意人站在地面上向下拉繩子，可知拉力方向向下，因此從定滑輪上固定

【典例13］（2020?四川德陽一模）用如圖所示器材測滑輪組的機械效率。

（1）在圖上畫出滑輪組最省力的繞線方式；

（2）安裝好實驗器材后，記下鉤碼和拴住彈簧測力計的線端原先的位置；

（3）某同學(xué)正確測得鉤碼上升的高度為0.2m,鉤碼重1.5N,其他被測數(shù)據(jù)如下表:

拉力拉彈簧測力計的線端通過有用功W有用

總功w&/J機械效率

F/N距離s/m/J

0.60.6

請根據(jù)已知和所測數(shù)據(jù)，計算出表中空格中未填數(shù)據(jù)，并填入表格中相應(yīng)的空格內(nèi);

（4）若不考慮裝置摩擦的影響，用上述裝置提起重1.5N的鉤碼，機械效率為小；提起重3N的鉤碼，機械

效率為?則口口（填“>”、“〈”或“=”）。

【答案】（1）(3)0.30.3683.3%(3)<

【解析】

（1）吊起動滑輪的繩子股數(shù)越多越省力,一個動滑輪上最多可用3股繩吊起，此時最省力,

（3）有用功為％用=G/z=1.5Nx。.2m=O.3J；總功為%==0.6Nx0.6m=0.36J：機械效率為

%用_O3J

=83.3%

嗎O.36J

（4）若不考慮裝置摩擦的影響，同一滑輪組額外功相同，吊起重物越重，有用功越大，機械效率越大，故選

填

專項練習(xí)

一、選擇題

1.（2020?河南南陽期末）如圖所示的工具在使用時，不省力但省距離的杠桿是（

開瓶器

j

D.羊角錘

【答案】A

【解析】使用筷子時，動力臂小于阻力臂，所以它是費力杠桿，費力但省距離，故A符合題意；使用起子

時，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿，但費距離，故B不符合題意；使用鋼絲鉗時，動力臂大于阻力臂,

屬于省力杠桿，但費距離，故C不符合題意；使用羊角錘時，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿，但費距

離，故D不符合題意。故選A。

2.（2020?貴州黔東南期末）如圖所示，下列杠桿能平衡的是（桿重和摩擦均不計）（）

尸=10牛

【答案】B

【解析】設(shè)杠桿每一個格為L；由圖知道，力F和物體對杠桿的作用效果一致，使杠桿沿逆時針轉(zhuǎn)動，此時

杠桿不能平衡，故AD不符合題意；由圖知道，左邊力和力臂的乘積為10NX3L,右邊力和力臂的乘積為15N

X2L,即10NX3L=15NX3L,符合杠桿的平衡條件，所以杠桿能平衡，故B符合題意；左邊力和力臂的乘積

為10NX3L,右邊力和力臂的乘積為10NX2L,因為10NX3L>10NX2L,不符合杠桿的平衡條件，即左邊下

沉，杠桿不能平衡，故C不符合題意。故選B。

3.（2020?石家莊同文中學(xué)期末）在探究“杠桿平衡條件”的實驗中，杠桿在力F作用下水平平衡，如圖

所示，現(xiàn)將彈簧測力計繞B點從位置a轉(zhuǎn)到位置b過程中，杠桿始終保持水平平衡，則拉力F的變化情況

是（）

A.一直變小B.一直不變C.一直變大D.先變小后變大

【答案】C

【解析】將彈簧測力計繞B點從位置a轉(zhuǎn)到位置b過程中，杠桿始終保持水平平衡，力F的力臂越來越小,

而掛A點的重物重力不變，對應(yīng)的力臂大小也不變，由杠桿平衡條件得，拉力F的變化情況是一直變大。

故C符合題意，ABD不符合題意。故選C。

4.（2020?沈陽第九十七中學(xué)期末）如圖所示，在杠桿OA上的B點懸掛一重物G,A端用細(xì)繩吊在小圓環(huán)

E下，且細(xì)繩長AE等于圓弧半徑，此時杠桿恰成水平狀態(tài)，A點與圓環(huán)CED的圓心重合，當(dāng)E環(huán)從C點逐

漸順時針滑到D點的過程中，吊繩對A端的拉力F大小與角6的關(guān)系圖像是（）

【解析】由題意可知,在圓環(huán)轉(zhuǎn)動中，A的位置保持不變，故杠桿始終處于平衡狀態(tài)；因為重力與重力的力

臂的乘積不變，根據(jù)杠桿平衡的條件可得，動力臂越大，動力會越小，又因為AE和A0垂直位置時，力臂

最大，動力最小，所以從C端移動到D端的過程中，動力臂先變大在變小，動力會由大到小，再由小到大,

故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。

5.（2020?鹽城明達(dá)初級中學(xué)月考）下列操作中能使彈簧測力計示數(shù)變小的是（）

B.彈簧測力計向右斜拉

C.鉤碼向右移動D.增加鉤碼數(shù)量

【答案】C

【解析】彈簧測力計向左斜拉，力臂變小，根據(jù)杠桿平衡原理耳4=14，鳥右不變，力臂I）變小，力用

變大，即彈簧測力計的示數(shù)變大，故A選項錯誤；彈簧測力計向右斜拉，力臂變小，根據(jù)杠桿平衡原理

FtLl=F2L2,《右不變，力臂。變小，力E變大，即彈簧測力計的示數(shù)變大，故B選項錯誤；鉤碼向右移

動，力臂4變小，那么鳥右變小，力臂不變，那么力卜；變小，C選項正確；增加鉤碼數(shù)量，力&變大,

力臂4不變，那么層右變大，力臂不變，那么力3變大，故D選項錯誤。故選C。

6.（2020?吉林長春模擬）如圖，分別用力H、乂、F3拉起鉤碼，不計摩擦和繩重，下列說法正確的是（）

Fi

A.R較大B.F?較大

C.F3較大D.三個力一樣大

【答案】D

【解析】由圖可知圖中滑輪是定滑輪，定滑輪不能省力，所以F,、握、國都與鉤碼總重力相等，所以三種拉

法所用拉力一樣大。故選D。

7.（2020?四川眉山期末）在一次提升重物的過程中，工人利用了如圖所示的簡單機械。若工人用400N

的拉力F將重為600N的重物在10s內(nèi)勻速提高了3m,則下列判斷正確的是（）

?F

＜、

□

A.工人做的有用功為1200JB.滑輪重為100N

C.工人做功的功率為180WD.滑輪的機械效率為75%

【答案】D

【解析】克服重力做的有用功為W產(chǎn)Gh=600NX3m=1800J,故A錯誤；動滑輪繩子段數(shù)為2,則可求動滑輪

重力為G.『2F-G物=2X400N-600N=200N,故B錯誤；動滑輪兩段繩子，則繩子拉動距離為物體上升距離兩倍,

W_Fs400Nx6m

即6m,則工人做功功率為以=k=240W,故C錯誤；滑輪組機械效率為

7=710s

%Ghsc_600Nx3m

10%=~^rxlOO%=~--xlt0n0n%n/=75,故D正確。故選D。

%Fs400Nx6m

8.（2020?石家莊精英中學(xué)期中）小明同學(xué)利用圓珠筆桿、鋼絲、細(xì)繩制成了如圖所示的滑輪組用其勻速

提升重物下列說法正確的是（）

A.拉細(xì)繩的力F等于鉤碼重力G的;

B.拉細(xì)繩的力F等于鉤碼重力G的!

C.細(xì)繩的粗細(xì)對該滑輪組的機械效率無影響

I）.用該滑輪組提起不同的鉤碼，機械效率不同

【答案】1）

【解析】由圖可知，上端圓珠筆干相當(dāng)于定滑輪，卜端圓珠筆干相當(dāng)于動滑輪，動滑輪上的繩子根數(shù)n=6。

若忽略筆桿重力和摩擦，根據(jù)滑輪組特點可知，拉細(xì)繩的力F等于鉤碼重力G的六分之一。但筆桿重力和

摩擦是存在的，故拉細(xì)繩的力F應(yīng)大于鉤碼重力G的六分之一。故AB錯誤；細(xì)繩越粗，則細(xì)繩重力越大，

在提起鉤碼時，也要把細(xì)繩也提起，對細(xì)繩做的功屬于額外功。所以，在提升鉤碼重力不變時，細(xì)繩越粗,

該滑輪組機械效率越低。故C錯誤；用該滑輪組提起不同的鉤碼，額外功不變，有用功改變，機械效率不

同。故D正確。故選D。

9.（2020?九江外國語學(xué)校月考）用四只完全相同的滑輪和兩根相同的繩子組成如圖所示的甲、乙兩個滑

輪組提升相同的重物，不計繩重和摩擦（）

A.甲較省力且機械效率較高B.乙較省力且機械效率較高

C.乙較省力，機械效率相同D.兩個滑輪組省力不同，機械效率不同

【答案】C

【解析】由圖可知，甲圖是兩股繩在拉重物，故斯=,乙圖有三股繩子在拉重物，故

2

用=動+物，故&〈小，所以乙滑輪組更省力；因為用的是相同的滑輪和兩根相同的繩子且不計繩重

和摩擦，所以額外功相同，提升相同的高度，有用功相同，由此可知總功相同，所以滑輪組的機械效率相

同，故ABD不符合題意，C符合題意。故選C。

10.（2020?山東濱州期末）要用3ON的力剛好提起40N的物體，若不計機械本身重力和摩擦，則下列簡

單機械可以采用的是（）

A.一個定滑輪

B.杠桿

C.一個動滑輪

D.一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組

【答案】B

【解析】定滑輪不能省力，只能改變力的方向，故A不符合題意;根據(jù)杠桿的平衡條件得30NXL1=40NX￡2,

所以4：4=4:3時可以滿足條件，故B符合題意；如果不計機械自身重力和摩擦，動滑輪可以省一半力,

此時的拉力應(yīng)為20N,故C不符合題意；使用滑輪組時通過承擔(dān)物重繩子的段數(shù)至少為2段，如果不計機

械自身重力和摩擦,尸最大為物重G的二分之即拉力最大為20N,不可能達(dá)到3ON,故D不符合題

意。故選B。

11.（2020?江蘇鹽城月考）簡單機械在我們的生活中應(yīng)用很廣泛，下圖是使用簡單機械勻速提升同一物

體的四種方式（不計機械重和摩擦），其中最省力的是（）

【解析】不計機械重和摩擦，那么有用功大小等于總功，可知片-4m=G2m,解得片=^G：三條繩子

托著動滑輪，不計機械重和摩擦，那么瑪=：G；根據(jù)定滑輪的特點，F(xiàn)^G.根據(jù)杠桿的平衡原理，可知

F4-4l=Gl,解得居=；G。故選D。

二、填空題

12.（2021?北京市育英學(xué)校月考）如圖所示的杠桿，F(xiàn)是作用在杠桿B端的力.圖中線段AB與力F的作

用線在一條直線上。則線段表示力F的力臂。（選填“OA”或“AC”）

【答案】OA

【解析】力臂是支點到力的作用線的垂線，而此題中，杠桿圍繞著0點轉(zhuǎn)動，故。為支點，而AB為力的作

用線,故OA為力F的力臂。

13.（2020?馬鞍山二中實驗學(xué)校期中）如圖，AB為能繞B點轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)杠桿，中點C處用細(xì)線懸掛一重

物，在A端施加一個豎直向上的拉力F,使杠桿在水平位置保持平衡，若保持拉力方向與AB垂直，將A端

緩慢向上提升一小段距離，在提升的過程中，拉力F的大小將會o（選填“變大”“不變”或“變

小”）

【解析】將A端緩慢向上提升一小段距離，示意圖如圖所示

由題知道，拉力F的方向始終與AB垂直，所以拉力的力臂等于杠桿長AB,即動力臂保持不變，重物對杠桿

的拉力（阻力）大小保持不變，杠桿提起前，阻力臂為BC,提起后，阻力臂為BE,所以提起的過程中阻力

臂減小，根據(jù)杠桿平衡條件FL=FzL2知道，阻力和動力臂不變時，阻力臂減小，所以動力卜'也減小。

14.（2020?江蘇鹽城月考）如圖是運動員在水平地面上做俯臥撐時的情景。已知地面對兩個手掌的支持

力為360N,對兩個腳尖的支持力為240N,手掌到腳尖的距離為1.5m。運動員所受的重力為N,做俯

臥撐時以為支點，人體重心到支點的水平距離為m。

【答案】600腳尖0.9

【解析】運動員處于平衡狀態(tài)，所受到的總的的支持力與重力是一對平衡力，根據(jù)二力平衡條件，有

G^Ft+F2=360N+240N=600N；運動員在做俯臥撐時，可以看做一個杠桿，以腳尖為支點，則地面

對手的支持力為動力3,動力臂為L,人體的重力為阻力F2,人體重心到腳尖的水平距離為阻力臂L”根

據(jù)杠桿平衡條件得右=若=一—=0-9m

F2600N

15.（2020?蘇州吳江區(qū)莘塔中學(xué)一模）如圖所示，質(zhì)量分布不均勻的木條AB重24N,A、B是木條兩端，

0、C是木條上的兩個點，A0=B0,AC=0C,彈簧測力計甲的示數(shù)是6N。現(xiàn)移動彈簧測力計甲的位置從A點平

移到C點。此時彈簧測力計甲、乙的示數(shù)分別是_____N、N。

,甲1乙

AC0B

【答案】8N16N

【解析】由題甲的示數(shù)6N,可得乙的示數(shù)為24N—6N=18N,可知木條的重心為杠桿的支點，根據(jù)杠桿

平衡條件可得耳仇=心左、右兩邊的力臂之比為3：1,現(xiàn)甲移動到C點，即左右力臂之比改為2：1,

即甲乙示數(shù)之比為1：2,而總重為24N,則甲示數(shù)為,x24N=8N,乙示數(shù)為24N-8N=16N

3

16.（2020?蘇州吳江區(qū)北庫中學(xué)一模）如圖為一拉桿旅行箱的示意圖，將其視為杠桿，。為支點，B為重

心，BC為豎直方向，A為拉桿端點，已知圖中在A點沿圖示方向施加動力尸=100N,箱子靜止，0A為120cm,

0C為24cm。

(1)箱子重___________N;

(2)使拉桿箱在圖示位置靜止的最小動力為N；

(3)為了使拉桿箱在圖示位置靜止的最小動力變小，常把箱內(nèi)較重物品0點擺放(選填“遠(yuǎn)離”

或“靠近”).

【答案】25050靠近

【解析】(1)如圖，延長F畫出力的作用線AM,然后過支點作力的作用線的垂線ON,則F的力臂就是ON

在△ANO中，ZNA0=30°,所以O(shè)N='AO='x120cm=60cm,B為重心，BC為豎直方向，則圖中0C

22

為阻力臂，由杠桿平衡條件可得尸xON=GxOC,BIJIOONx60cm=Gx24cm,解得G=250N

(2)要使拉桿箱在圖示位置靜止時的動力最小，由杠桿的平衡條件可得，此時動力F的力臂應(yīng)該為最大值。

過一點的力臂最大值為該點到力的作用點的連線，故動力F的最大力臂為線段0A的長度，由杠桿平衡條件

可得K、xQ4=Gx℃,即￡卜x120cm=250Nx24cm,解得EJ、=5()N

(3)根據(jù)杠桿平衡條件可知，動力臂不變，阻力不變，減小阻力臂可以減小動力，所以要把物品靠近0點擺

放。

17.(2020?江蘇泰州期中)如圖所示，是兩個工人分別用滑輪按甲、乙兩種方式把質(zhì)量相同的兩袋沙子

從地面提到二樓，兩種方式若不計繩重和摩擦，且G”>G潸輪。使用甲圖中的滑輪的目的是_____；使用乙

圖中滑輪的好處是可以o提起沙子到相同的高度，額外功做的多得是裝置，機械效率更高的

是(以上兩空選填“甲”或"乙”)；若使乙圖中的滑輪機械效率升高，可以采取的做法。

【答案】改變施力的方向省力乙甲減小滑輪重(增加物重)

【解析】由圖可知，甲使用的是定滑輪，定滑輪的特點是不能省力，但能改變力的方向，所以使用甲圖中

的滑輪的目的是改變施力的方向；由圖可知，乙使用的是動滑輪，動滑輪的特點是能省力，但不能改變力

的方向。所以使用乙圖中滑輪的好處是可以省力；提起沙子到相同的高度，乙還要克服動滑輪的重力做額

外功，所以乙做的額外功更多；甲乙克服物體重力所做的有用功相同，但乙的額外功多，由

%二%

7可知，甲的機械效率更高；要提高乙的機械效率，需要減小額外功，因此可以減小

動滑輪的重力和減小摩擦來減小額外功，也可以通過增大物重增加有用功所占的比例來提高機械效率。

18.（2020?重慶渝北期末）如圖所示，用600N的拉力向下拉繩，使重為900N的物體在10s內(nèi)勻速上升

了3m,不計繩重和摩擦，動滑輪重力為N,拉力F的功率為______W?此過程中滑輪組的機械效率為

【答案】30036075%

【解析】由圖可知，該滑輪組繩子的有效段數(shù)〃=2,由尸=6物+6動可得,動滑輪的重力為

n

=nF-G^=2x600N-900N=300N；繩子自由端移動的距離為s=〃/z=2x3m=6m,所以拉力

做的功為卬=打=60（^、6111=360（11,拉力F的功率為2=上=圖見=360W；滑輪組的機械效率

t10s

.?.Gh,900Nx3m

為〃=」MxlOO%n=—xl00%=------------x100%=75%

%Fs600Nx6m

19.（2020?石家莊同文中學(xué)期末）如圖所示是電動傳送機，傳送帶斜面長15m,高7.5m,每袋貨物質(zhì)量

m=30kg?傳送機勻速傳送一袋貨物到A處所做的有用功為_____J,傳送機工作時的機械效率是75%,則傳

送一袋貨物所做的額外功是J。（g取10N/kg）

【答案】2250750

【解析】傳送一袋貨物所做的有用功叫?=GT?=mgh=3岱趣g2250J；由

W/%_2250J

〃=六'1°0%，得%3所以％=唯一%=

T~^5%-=3X10J,3OOOJ—2250J=750J

20.（2020?云南師范大學(xué)實驗中學(xué)期末）如圖所示，在20N的水平拉力F作用下，重2N的物體沿水平地

面向左做勻速直線運動，物體與地面間的滑動摩擦力為48N,則滑輪組的機械效率為；若物體勻速向

左運動了3m,該過程中拉力做的功為J.

【答案】80%180

【解析】由圖知，n=3,滑輪組的機械效率

〃=或Wxl°°%=余、1°°%=表fXmo/OM4E8NXIW/OMSO%；繩自由端移動的距離-3X3m

=9m,該過程中拉力做的功W=Fs】=20NX9m=180J

三、作圖題

21.（2020?貴州黔東南期末）如圖所示，杠桿0A處于平衡狀態(tài)，請你分別畫出R和Fz的力臂L和k。

【解析】從支點0作件反向延長線的垂線段，即為R的力臂L；從支點0作&反向延長線的垂線段，即為

尺的力臂12.

22.（2020?寧夏銀川一模）按照題目要求作圖：

〃，〃，，〃〃

(1)小明用羊角錘拔鐵釘，請畫出在A點施加的最小動力及其力臂L。

(2)在圖中用線代表繩子，將兩個滑輪連成省力的滑輪組，要求人用力往下拉繩使重物升起—

【解析】

(1)根據(jù)杠桿平衡條件可知，動力臂越長越省力，最長的動力臂即支點與作用點的連線，然后根據(jù)力臂的畫

法，過A點作垂直于力臂的作用力，要能拔鐵釘，動力的方向應(yīng)向左方。

(2)要求用力往下拉，所以只能是2段繩子承擔(dān)物重。

四、實驗題

23.(2020?安徽銅陵期中)在“探究杠桿平衡條件的實驗”中：

⑴如圖甲所示，實驗前，杠桿左端下沉，則應(yīng)將左端的平衡螺母向調(diào)節(jié)(選填“左”或“右”),

直到杠桿在水平位置平衡，目的是:

(2)如圖乙所示，杠桿上的刻度均勻，在A點掛4個鉤碼，要使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)在B點掛個

相同的鉤碼；使杠桿在水平位置平衡的目的是,當(dāng)杠桿平衡后，將A、B兩點下方所掛的鉤碼同時

朝遠(yuǎn)離支點0方向移動一小格，則杠桿(選“順時針”或“逆時針”)轉(zhuǎn)動；

(3)如圖丙所示，若不在B點掛鉤碼，改用彈簧測力計在B點向下拉杠桿，使杠桿仍在水平位置，當(dāng)測力計

從a位置轉(zhuǎn)到b位置時，其示數(shù)大小將：(選填“不變”或“變大”、“變小”)

(4)如圖丁所示，已知每個鉤碼重0.5N,杠桿上每個小格長度為2cm,當(dāng)彈簧測力計在C點斜向上拉(與水

平方向成30°角）杠桿，使杠桿在水平位置平衡時，拉力F的力臂大小為4cm,彈簧測力計示數(shù)大小為

______N?

【答案】（1）右消除杠桿自重對實驗的影響（2）6便于測量力臂大小順時針（3）

變大（4）3

【解析】

（1）調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，杠桿右端偏高，左端的平衡螺母應(yīng)向上翹的右端移動?使杠桿在水平位置平

衡，可以消除杠桿自重對實驗的影響。

（2）設(shè)杠桿每格的長度為L,每個鉤碼的重力為C,根據(jù)杠桿的平衡條件可知入4=七4,代入數(shù)據(jù)得

4Gx3L=《x2L,解得FB=6G,需掛6個鉤碼。使杠桿在水平位置平衡，使力臂在杠桿上，便于測量力

臂大?。蝗鬉、B兩點的鉤碼同時向遠(yuǎn)離支點的方向移動一格，則左側(cè)力與力臂的乘積為4Gx4L=16GL,

右側(cè)力與力臂的乘積為6Gx3L=18GL,因為右側(cè)力與力臂的乘積更大，杠桿右端下沉，即順時針轉(zhuǎn)動。

（3）由圖丙可知，在B點用彈簧測力計向下拉，拉力F向右傾斜時，此時F的力臂變短，根據(jù)杠桿的平衡條

件可知，若要杠桿保持平衡，則拉力變大，所以彈簧測力計示數(shù)變大。

（4）彈簧測力計在C點斜向上拉杠桿，此時動力臂等于=！0C=1x4x2cm=4cm,根據(jù)杠桿的平衡條

22

FL_@：5N?3am

件FL=F/L得-=3N

L、4cm

24.（2020?四川眉山期末）測量滑輪組的機械效率實驗裝置和數(shù)據(jù)記錄如下:

實驗次鉤碼的重力鉤碼上升的高拉力繩端移動的距機械效率

數(shù)G/N度h/mF/N離s/mn

12.00.100.90.3074.1%

22.00.150.90.4574.1%

32.00.200.90.6074.1%

44.00.201.60.60

/〃〃〃/

\7

金

(1)實驗時應(yīng)豎直向上_______拉彈簧測力計使物體緩慢上升。

(2)第4次實驗測得滑輪組的機械效率約為(結(jié)果保留到0.1%)。

(3)分析表中實驗數(shù)據(jù)可得：利用相同的滑輪組提升同一物體，物體上升的高度不同，滑輪組的機械效率

:提升不同物體，物體的重力越大，滑輪組的機械效率越。

(4)機械效率是機械性能好壞的重要標(biāo)志。結(jié)合生產(chǎn)生活實際，請你再提出一種提高滑輪組機械效率的措

施：。

【答案】(1)勻速(2)83.3%(3)相同大(或高)(4)減小動滑輪的重(或減小摩擦)

【解析】

(1)為使彈簧測力計示數(shù)穩(wěn)定，方便讀數(shù)，實驗時應(yīng)豎直向上勻速拉動彈簧測力計。

%用Gh4NxO.2m

(2)第4次實驗測得滑輪組的機械效率為=zcz*3%

VVgFs1.6NxO.6m

(3)分析1、2、3三次實驗數(shù)據(jù)可知，相同的滑輪組提升同一物體，物體匕升的高度不同，機械效率相同，

即機械效率與物體上升的高度無關(guān)；分析3、4兩次實驗數(shù)據(jù)可知，將不同物體提升相同高度，物體的重力

越大，機械效率越高。

(4)要提高機械的機械效率，即增加有用功在總功中的比例，可以減小額外功，或者增大有用功。所以，除

了增加物重外，還可以減小動滑輪重力、減小摩擦等方法來提高機械效率。

25.(2020?山西晉城期中)創(chuàng)新實驗小組的同學(xué)在“探究斜面機械效率的大小與什么因素有關(guān)”的實驗

中，實驗裝置如圖所示，斜面木板長80cm。小組同學(xué)做了如下猜想：

猜想一：斜面機械效率的大小與斜面的表面材料有關(guān);

猜想二：斜面機械效率的大小與斜面的傾斜程度有關(guān);

猜想三：斜面機械效率的大小與實驗物體的重有關(guān)。

(1)為了驗證上述猜想，選用的物塊材料及其表面粗糙程度相同，沿斜面拉力的作用下，使物塊在斜面上

做運動，實驗中相關(guān)的記錄如表。

實驗序號123456

斜面傾角915°15°15°15°30°45°

斜面的表面材料木板毛巾木板木板木板木板

物塊重G/N2.02.04.06.02.02.0

沿斜面拉力F/N1.21.52.43.61.51.7

斜面高h(yuǎn)/cm202020204056

斜面效率n/(%)41.733.341.741.766.782.4

(2)通過分析序號為1、5、6三次實驗數(shù)據(jù)，得出的結(jié)論是:在其他條件相同時，o

(3)通過分析序號為兩次實驗數(shù)據(jù)，可得出結(jié)論:在其他條件相同時，斜面越粗糙，斜面的機械效

率越低。

(4)分析實驗數(shù)據(jù)，可得出猜想三是(選填“正確”或“錯誤”)的。

(5)愛思考的小夢同學(xué)，通過認(rèn)真分析實驗數(shù)據(jù);還得出斜面可以省力，斜面的傾斜程度越小，斜面越省

力。請你分析實驗數(shù)據(jù)說明斜面的省力情況是否與拉升物體的重有關(guān)，寫出你的分析過程，

【答案】(1)勻速直線(2)斜面的傾斜程度越大，斜面的機械效率越高(3)1、2(4)錯

誤(5)見解析

【解析】

(1)由二力平衡可知，應(yīng)使物塊在斜面上做勻速直線運動，此時拉力等于物塊所受摩擦力；

(2)分析序號為1、5、6三次實驗數(shù)據(jù)，斜面傾斜程度逐漸增大，其