專題13機(jī)械和機(jī)械效率-2023年中考物理真題考點(diǎn)解讀與模擬預(yù)測(cè)

專題13機(jī)械和機(jī)械效率1．考查形式：主要以填空題、實(shí)驗(yàn)題和計(jì)算題的形式進(jìn)行考查，是每年中考的必考考點(diǎn)。2．考查內(nèi)容：杠桿平衡的相關(guān)計(jì)算考查力的計(jì)算，核心考點(diǎn)是杠桿的五要素，滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算。3．命題情景：近10年中關(guān)于杠桿的考查中，直接給出杠桿模型考查2次；從生活情境中抽象、提取、轉(zhuǎn)化的理想化模型考查3次；機(jī)械效率的計(jì)算考查4次，機(jī)械效率的理解考查1次，已知機(jī)械效率求有用功考查1次。4．命題預(yù)測(cè)：預(yù)計(jì)2023年中考中將繼續(xù)以填空題的形式考查杠桿模型和相關(guān)計(jì)算，近3年關(guān)于機(jī)械效率全部以滑輪組為模型進(jìn)行考查，主要考查學(xué)生對(duì)有用功、總功、機(jī)械效率的相關(guān)計(jì)算，預(yù)計(jì)2023年機(jī)械效率將繼續(xù)以填空題和選擇題的形式考查滑輪組機(jī)械效率的計(jì)算?？枷?杠桿【真題來(lái)源1】2022年安徽省中考物理真題【真題題文】用圖中所示的裝置探究杠桿的平衡條件，通過(guò)正確的實(shí)驗(yàn)操作，得到下表中的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)動(dòng)力F1/N動(dòng)力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m13.00.202.00.3022.00.151.531.50.201.00.30…………（1）第2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的阻力臂應(yīng)為_(kāi)__________；（2）第3次實(shí)驗(yàn)后，用帶桿的滑輪水平向左緩慢推動(dòng)右邊掛鉤碼的懸線（保持上端懸點(diǎn)不動(dòng)），如圖乙所示，不計(jì)摩擦，杠桿___________（選填“能”或“不能”）在水平位置保持平衡，原因是：___________?！敬鸢浮?/p>

0.20

不能

見(jiàn)解析【真題來(lái)源2】2021年安徽省中考物理試題【真題題文】研究物理問(wèn)題時(shí)，常需要突出研究對(duì)象的主要因素，忽略次要因素，將其簡(jiǎn)化為物理模型。（1）如圖甲，一質(zhì)量分布均勻的杠桿，忽略厚度和寬度，長(zhǎng)度不可忽略，用細(xì)線將它從中點(diǎn)懸起，能在水平位置平衡。將它繞懸點(diǎn)在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后（如圖乙）釋放，為研究其能否平衡，可將它看成等長(zhǎng)的兩部分，請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫(huà)出這兩部分各自所受重力的示意圖和力臂，并用杠桿平衡條件證明杠桿在該位置仍能平衡；（2）如圖丙，一質(zhì)量分布均勻的長(zhǎng)方形木板，忽略厚度，長(zhǎng)度和寬度不可忽略，用細(xì)線將它AB邊的中點(diǎn)懸起，能在水平位置平衡。將它繞懸點(diǎn)在豎直面內(nèi)緩慢轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后（如圖?。┽尫?，木板在該位置能否平衡？寫出你的判斷依據(jù)。【答案】（1）；見(jiàn)解析；（2）不能平衡；答案見(jiàn)解析【真題來(lái)源3】2020年安徽省中考物理試題【真題題文】停車場(chǎng)入口處常用橫桿來(lái)控制車輛的進(jìn)出，如圖甲所示。我們可以把該裝置簡(jiǎn)化成如圖乙所示的杠桿。若橫桿AB粗細(xì)相同、質(zhì)量分布均勻，重G=120N，AB=2.8m，AO=0.3m。要使橫桿AB保持水平平衡，需在A端施加豎直向下的力F=________N?！敬鸢浮?40【真題來(lái)源4】2019年安徽中考物理試題【真題題文】如圖所示，一輕桿AB懸于O點(diǎn),其左端掛一重物，右端施加一個(gè)與水平方向成30°的力F,此時(shí)輕桿水平平衡．若重物質(zhì)量m=3kg,BO=3AO，g取10N/kg.則力F的大小為_(kāi)_N.【答案】20【試題解析】真題來(lái)源1（1）[1]根據(jù)杠桿平衡可知，阻力臂應(yīng)為（2）[2][3]用帶桿的滑輪水平向左緩慢推動(dòng)右邊掛鉤碼的懸線（保持上端懸點(diǎn)不動(dòng)），改變了拉力的方向，但是沒(méi)有改變拉力的大小，但是支點(diǎn)到力的作用線的距離，即力臂的長(zhǎng)短發(fā)生了變化，由可知，不變，的大小不變，但是力臂發(fā)生了變化，故杠桿不能保持平衡。真題來(lái)源2（1）設(shè)杠桿的中點(diǎn)為O，杠桿與水平方向的夾角為θ，由于杠桿質(zhì)量分布均勻，且左右兩部分等長(zhǎng)，因此杠桿左右兩部分重力G1=G2，重心分別在兩部分的中點(diǎn)處，分別設(shè)為O1和O2，則易知OO1=OO2，左右兩部分重力的力臂l1=OO1cos，l2=OO1cos因此L1=L2因此有G1L1=G2L2滿足杠桿平衡條件，因此杠桿在該位置仍能平衡。（2）不能平衡，轉(zhuǎn)過(guò)一定角度釋放的瞬間，木板只受重力和細(xì)線的拉力的作用，重力的方向豎直向下，拉力的方向豎直向上；此時(shí)木板的重心不在懸點(diǎn)的正下方，重力和細(xì)線的拉力不在一條直線上，不是一對(duì)平衡力，木板受力不平衡，因此不能平衡。真題來(lái)源3橫桿AB粗細(xì)相同、質(zhì)量分布均勻，則橫桿的重心在AB中點(diǎn)，故重力G的力臂為力F的力臂由杠桿平衡條件得解得故需在A端施加豎直向下的力為440N。真題來(lái)源4輕桿AB在力F的作用下保持水平平衡，先在圖上作出F的力臂OC，如下圖：根據(jù)直角三角形的性質(zhì)可知：，又因?yàn)锽O=3AO，所以O(shè)C=1.5AO；重物質(zhì)量m=3kg，則杠桿此時(shí)滿足則【命題知識(shí)點(diǎn)】1.杠桿：在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒，這根硬棒就叫杠桿。（1）“硬棒”泛指有一定長(zhǎng)度的，在外力作用下不變形的物體。（2）杠桿可以是直的，也可以是任何形狀的。2.杠桿的五要素：（1）支點(diǎn)：杠桿繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的固定點(diǎn)，用字母“O”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中間，在杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支點(diǎn)是相對(duì)固定；（2）動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫動(dòng)力，用“F1”表示；（3）阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力，用“F2”表示；（4）動(dòng)力臂：從支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的垂直距離，用“l(fā)1”表示；（5）阻力臂：從支點(diǎn)到阻力作用線的垂直距離，用“l(fā)2”表示。注意：無(wú)論動(dòng)力還是阻力，都是作用在杠桿上的力，但這兩個(gè)力的作用效果正好相反。一般情況下，把人施加給杠桿的力或使杠桿按照人的意愿轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫做動(dòng)力，而把阻礙杠桿按照需要方向轉(zhuǎn)動(dòng)的力叫阻力。力臂是點(diǎn)到線的距離，而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。力的作用線通過(guò)支點(diǎn)的，其力臂為零，對(duì)杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)不起作用。3.杠桿示意圖的畫(huà)法：（1）根據(jù)題意先確定支點(diǎn)O；（2）確定動(dòng)力和阻力并用虛線將其作用線延長(zhǎng)；（3）從支點(diǎn)向力的作用線畫(huà)垂線，并用l1和l2分別表示動(dòng)力臂和阻力臂；第一步：先確定支點(diǎn)，即杠桿繞著某點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，用字母“O”表示。第二步：確定動(dòng)力和阻力。人的愿望是將石頭翹起，則人應(yīng)向下用力，畫(huà)出此力即為動(dòng)力用“F1”表示。這個(gè)力F1作用效果是使杠桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。而阻力的作用效果恰好與動(dòng)力作用效果相反，在阻力的作用下杠桿應(yīng)朝著順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則阻力是石頭施加給杠桿的，方向向下，用“F2”表示如圖乙所示。第三步：畫(huà)出動(dòng)力臂和阻力臂，將力的作用線正向或反向延長(zhǎng)，由支點(diǎn)向力的作用線作垂線，并標(biāo)明相應(yīng)的“l(fā)1”“l(fā)2”，“l(fā)1”“l(fā)2”分別表示動(dòng)力臂和阻力臂，如圖丙所示。4.杠桿的平衡條件（1）杠桿的平衡：當(dāng)杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止時(shí)，我們就說(shuō)杠桿平衡了。（2）杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)。1）首先調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡。如圖（5）所示，當(dāng)杠桿在水平位置平衡時(shí)，這樣就可以由杠桿上的刻度直接讀出力臂實(shí)物大小了，而圖（4）杠桿在傾斜位置平衡，讀力臂的數(shù)值就沒(méi)有圖（5）方便。由此，只有杠桿在水平位置平衡時(shí)，我們才能夠直接從杠桿上讀出動(dòng)力臂和阻力臂的大小，因此本實(shí)驗(yàn)要求杠桿在水平位置平衡。2）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中絕不能再調(diào)節(jié)螺母。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過(guò)程中再調(diào)節(jié)平衡螺母，就會(huì)破壞原有的平衡。（3）杠桿的平衡條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，或F1l1=F2l2?？枷?機(jī)械效率【真題來(lái)源1】2022年安徽省中考物理真題【真題題文】用圖示的滑輪組將重為的物體豎直向上勻速提升，拉力F的大小為，則該滑輪組的機(jī)械效率為_(kāi)_____?！敬鸢浮?0%【真題來(lái)源2】2021年安徽省中考物理試題【真題題文】如圖，用滑輪組將一重物豎直向上勻速提升2m，所用拉力F=100N，若該過(guò)程中滑輪組的機(jī)械效率為80%，則滑輪組對(duì)重物做的有用功為_(kāi)_____J?！敬鸢浮?20【真題來(lái)源3】2020年安徽省中考物理試題【真題題文】如圖所示，工人沿斜面用一定大小的力F把一重為600N的物體從斜面底部勻速推到頂部（不考慮物體的大?。?。已知斜面長(zhǎng)L=3m，高h(yuǎn)=1.5m。若該過(guò)程中斜面的效率為60%，力F所做的功為_(kāi)_______J。【答案】1500【真題來(lái)源4】2019年安徽中考物理試題【真題題文】用沿斜面向上大小為3.5N的力將一個(gè)重為4.9N的物體從斜面底端勻速拉到頂端。已知斜面長(zhǎng)為2m，高為1m，則該過(guò)程中斜面的機(jī)械效率為_(kāi)________________?！敬鸢浮?0%【試題解析】真題來(lái)源1由圖可知，滑輪組承擔(dān)重物的繩子股數(shù)為n=3，則由可知，該滑輪組的機(jī)械效率為真題來(lái)源2滑輪組的動(dòng)滑輪繞2段繩，繩子自由端移動(dòng)的距離s=2h=2×2m=4m總功W總=Fs=100N×4m=400J對(duì)重物做的有用功為W有=W總η=400J×80%=320J真題來(lái)源3工人所做的有用功為W有=Gh=600N×1.5m=900J由得真題來(lái)源4使用斜面時(shí)做的有用功=4.9N×1m=4.9J拉力所做的功=3.5N×2m=7J斜面的機(jī)械效率【命題知識(shí)點(diǎn)】1.有用功：對(duì)機(jī)械、活動(dòng)有用的功。公式：W有用＝Gh（提升重物）=W總－W額=ηW總；斜面：W有用=Gh。2.額外功：并非需要但又不得不做的功。公式：W額=W總－W有用=G動(dòng)h（忽略輪軸摩擦的動(dòng)滑輪、滑輪組）；斜面：W額=fL。3.總功：有用功加額外功或動(dòng)力所做的功。公式：W總=W有用＋W額=Fs=W有用/η；斜面：W總=fL+Gh=FL。4.機(jī)械效率：有用功跟總功的比值。機(jī)械效率計(jì)算公式：5.滑輪組的機(jī)械效率（不計(jì)滑輪重以及摩擦?xí)r）（1）滑輪組（豎直方向提升物體）：（G為物重，h為物體提升高度，F(xiàn)為拉力，s為繩子自由端走的距離）。

（2）滑輪組（水平方向拉動(dòng)物體）：（f為摩擦力，l為物體移動(dòng)距離，F(xiàn)為拉力，s為繩子自由端走的距離）。

6.斜面的機(jī)械效率：一、填空題1．（2023·安徽淮北·統(tǒng)考二模）如圖甲為小陽(yáng)舉著啞鈴的前臂骨骼，可將其視為如圖乙所示的杠桿，不計(jì)前臂自重，小陽(yáng)的肱二頭肌能施加的最大拉力F1=500N，他平時(shí)鍛煉時(shí)最大能舉起質(zhì)量為12.5kg的杠鈴，則OA∶OB=______（g取10N/kg）?！敬鸢浮?∶4【解析】杠鈴重力為根據(jù)杠桿平衡條件可得即則2．（2023·安徽黃山·?？家荒＃┤鐖D所示，輕質(zhì)杠桿AOB的A、B兩端掛有輕質(zhì)細(xì)繩，且AO＝2OB，B點(diǎn)掛有重力為30N的物體M，當(dāng)在A點(diǎn)掛上物體m時(shí)，杠桿水平平衡，此時(shí)物體M對(duì)地面的壓強(qiáng)是不掛物體m時(shí)的一半，則物體m的重力為_(kāi)______N。（不計(jì)摩擦）【答案】7.5【解析】杠桿水平平衡，此時(shí)物體M對(duì)地面的壓強(qiáng)是不掛物體m時(shí)的一半，由于M與地面的接觸面積不變，根據(jù)可知，此時(shí)的壓力為M的重力的一半，所以此時(shí)M對(duì)地面的壓力M受到豎直向下的重力、豎直向上的拉力、豎直向上的支持力的作用，處于平衡狀態(tài)，則豎直向上的拉力F'＝G﹣F＝30N﹣15N＝15N根據(jù)物體間力的作用是相互的可知，細(xì)繩對(duì)杠桿的拉力為FM＝F'＝15N根據(jù)杠桿的平衡條件可知G×AO＝FM×OB則物體m的重力則物體m的重力為7.5N。3．（2023·安徽滁州·校考一模）圖甲是人體肱二頭肌工作時(shí)的原理圖，我們可以將這幅圖簡(jiǎn)化成如圖乙所示的杠桿。若圖中F2為重20N的鉛球?qū)λ綌傞_(kāi)的手掌的壓力，小臂在圖中位置平衡，則肱二頭肌對(duì)小臂的拉力F1=___________N?！敬鸢浮?00【解析】由圖乙可知，F(xiàn)1為動(dòng)力，其動(dòng)力臂l1=6cm

，F(xiàn)2為阻力，阻力臂l2=30cm，根據(jù)杠桿平衡條件F1l1=F2l2得F1×6cm=20N×30cm解得F1=100N4．（2022·安徽·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示為古代投石機(jī)的簡(jiǎn)化圖。已知杠桿AB與水平地面的夾角為37°，OA為2m，OB為0.4m，當(dāng)阻力F2為500N時(shí)，求動(dòng)力F1為_(kāi)__________N（已知cos37°=0.8，sin37°=0.6）?！敬鸢浮?25【解析】已知杠桿AB與水平地面的夾角為37°，動(dòng)力臂為由杠桿平衡條件，得解得F1=125N。5．（2022·安徽池州·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）如圖甲是一種A字型握力器，它可抽象為兩個(gè)杠桿，其下側(cè)杠桿結(jié)構(gòu)圖如圖乙所示，O點(diǎn)為支點(diǎn)，OB長(zhǎng)為10cm，若在B點(diǎn)施加一個(gè)垂直于OB的握力，阻力F2為3000N，O點(diǎn)到F2的垂直距離為0.2cm，則此時(shí)的握力大小為_(kāi)____N?！敬鸢浮?0【解析】[1]由題意可知，動(dòng)力臂阻力力臂由杠桿平衡條件可得

所以握力大小6．（2022·安徽·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示，小明做家務(wù)打掃地面時(shí)，經(jīng)常會(huì)把餐桌從一側(cè)抬起，杠桿模型簡(jiǎn)化成圖乙、丙所示；從A點(diǎn)抬起的力為FA，從B點(diǎn)抬起的力為FB，則FA______FB（選填“>”“＝”或“<”）。（餐桌受到的重力的作用線經(jīng)過(guò)桌面對(duì)角線的交點(diǎn)）【答案】=【解析】由圖示可知，當(dāng)從A點(diǎn)抬起時(shí)，動(dòng)力臂O1A是阻力臂01P的2倍；當(dāng)從B點(diǎn)抬起時(shí)，動(dòng)力臂02B也是阻力臂02P的2倍，由杠桿的平衡條件可知所以FA=FB二、單選題7．（2022·安徽·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）商代時(shí)期，古人在農(nóng)業(yè)灌溉方面使用的桔槔俗稱“吊桿”，是一種原始的汲水工具，如圖甲所示，它是在一根豎立的架子上加上一根細(xì)長(zhǎng)的杠桿，當(dāng)中是支點(diǎn)，末端懸掛一個(gè)重物，前端懸掛水桶。一起一落，汲水時(shí)可以省力。杠桿模型如圖乙所示，OB∶OA=3∶2，重物重為100N，若不計(jì)整個(gè)杠桿重力和水桶的重力，古人汲水時(shí)所需的最小力（）A．豎直向上

100N B．豎直向上

150NC．豎直向下

500N D．豎直向下

150N【答案】D【解析】由題可知，古人汲水時(shí)需用力向下拉繩子，將重物吊起，才能將桶放入水中來(lái)汲水，根據(jù)杠桿條件可知，當(dāng)阻力、阻力臂一定時(shí)，動(dòng)力臂越長(zhǎng)，動(dòng)力越小，所以當(dāng)OA為動(dòng)力臂時(shí)，人施加的力最小，方向?yàn)樨Q直向下。根據(jù)杠桿平衡條件得F×OA=G×OB所以古人汲水時(shí)所需的最小力為故ABC不符合題意，D符合題意。故選D。三、計(jì)算題8．（2023·安徽滁州·?？家荒＃┙坶朗侵袊?guó)古代的一種汲水工具，桔槔的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)普通的杠桿。如圖甲所示，橫桿的一端用繩子與水桶相連，另一端綁上一塊重石頭。當(dāng)要提水時(shí)，人用力向下拉繩子使水桶下降到水面以下并讓水流入水桶。當(dāng)水桶裝滿水后，就讓另一端石頭下降，通過(guò)杠桿作用，就可將水桶提升。這樣汲水過(guò)程的主要用力方向是向下，由于向下用力可以借助人的體重，因而大大減少了人們提水的疲勞程度。（1）圖乙是桔槔的模型，已知BO＝1m，AO＝2m，空水桶重20N，石頭重400N。請(qǐng)計(jì)算人至少要用多大的力才能使空水桶勻速下降？（2）若水桶裝滿水后的總重為190N，則把裝水后的水桶從水井中拉起時(shí)，人需要給繩子向上的拉力嗎？若無(wú)需拉力，請(qǐng)分析說(shuō)明；若需要拉力，請(qǐng)計(jì)算大小?！敬鸢浮浚?）180N；（2）無(wú)需拉力【解析】解：（1）當(dāng)空水桶勻速下降時(shí)，此時(shí)人在向下拉繩子，根據(jù)杠桿的平衡條件可得（G桶＋F）×LOA＝G石×LOB則（20N＋F）×2m＝400N×1m解得F＝180N。（2）當(dāng)裝滿水的水桶上升時(shí)，動(dòng)力動(dòng)力臂的乘積為G石×LOB＝400N×1m＝400N·m阻力阻力臂的乘積為G總×LOA＝190N×2m＝380N·m由于動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積大于阻力與阻力臂的乘積，所以人無(wú)需給繩子向上的拉力。答：（1）人至少要用180N的力才能使空水桶勻速下降；（2）人無(wú)需要給繩子向上的拉力。9．（2023·安徽亳州·?？家荒＃┰趯W(xué)校開(kāi)展的勞動(dòng)教育實(shí)踐活動(dòng)中，身高相同的小聰和小明兩位同學(xué)用根質(zhì)量不計(jì)的均勻扁擔(dān)抬起一個(gè)900N的重物，已知扁擔(dān)長(zhǎng)為1.8m，抽象成物理模型如圖所示。（1）以小明的肩B點(diǎn)為支點(diǎn)，小聰?shù)募鏏點(diǎn)支持力FA為動(dòng)力，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出杠桿所受阻力的示意圖（注意標(biāo)明阻力作用點(diǎn)）；（2）若重物懸掛點(diǎn)O為扁擔(dān)的中點(diǎn)，計(jì)算小聰?shù)募鏏點(diǎn)支持力FA；（3）若在（2）中小聰?shù)募鐝腁點(diǎn)向O點(diǎn)靠近時(shí)，請(qǐng)判斷小明對(duì)扁擔(dān)支持力FB的大小將如何變化？并通過(guò)列式說(shuō)明理由?！敬鸢浮浚?）（2）450N；（3）減小，理由見(jiàn)解析【解析】解：（1）重物作用在