第十二章簡(jiǎn)單機(jī)械

華祥

從近年的中考試題的研究可以發(fā)現(xiàn)，《簡(jiǎn)單機(jī)械》中，關(guān)于杠桿的分類、力臂的畫(huà)法、杠桿的平衡條件及其應(yīng)用、滑輪的識(shí)別、滑輪的特點(diǎn)、滑輪組的組裝及其計(jì)算、機(jī)械效率的探究及其計(jì)算等，都是重點(diǎn)考查對(duì)象?？疾榈念}型往往涉及填空、選擇、簡(jiǎn)答、作圖、實(shí)驗(yàn)探究和計(jì)算題。

2013年各地涉及的《簡(jiǎn)單機(jī)械》內(nèi)容的試題具有如下特點(diǎn)：1.基礎(chǔ)性強(qiáng)。這類試題通常以課本為載體，以填空或選擇題的形式，考查對(duì)杠桿種類的識(shí)別、定滑輪和動(dòng)滑輪的識(shí)別、滑輪的省力情況、機(jī)械效率的相關(guān)概念。2.應(yīng)用性。這類試題往往以生產(chǎn)、生活中的簡(jiǎn)單機(jī)械為載體，要求同學(xué)們根據(jù)實(shí)際情況合理選擇機(jī)械、解釋現(xiàn)象、提出提高機(jī)械效率的措施等。3.探究性。這類試題以杠桿、滑輪組、斜面為載體，考查對(duì)科學(xué)探究中的一個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)的理解和運(yùn)用。4.綜合性。這類試題往往將前面所學(xué)過(guò)的力、浮力、功、功率等知識(shí)與簡(jiǎn)單機(jī)械聯(lián)系在一起，重點(diǎn)考查同學(xué)們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

隨著課改的不斷深入，可以預(yù)見(jiàn)，關(guān)于簡(jiǎn)單機(jī)械的試題，2014年還會(huì)在考查同學(xué)們的發(fā)散思維、創(chuàng)新能力方面有所發(fā)展和突破。

（一）考點(diǎn)例析

考點(diǎn)1杠桿種類的判斷

例1.（2013?長(zhǎng)沙）圖121所示的用具中屬于費(fèi)力杠桿的是（）

A.食品夾B.瓶蓋起子

C.螺絲刀D.鉗子

圖121

【解析】在使用食品夾的過(guò)程中，動(dòng)力作用點(diǎn)在支點(diǎn)和阻力作用點(diǎn)的中間，動(dòng)力臂小于阻力臂，是費(fèi)力杠桿；在使用瓶蓋起子的過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿；用螺絲刀起釘子時(shí)，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿；在使用鉗子的過(guò)程中，動(dòng)力臂大于阻力臂，是省力杠桿。

【答案】A

【點(diǎn)評(píng)】此題主要考查杠桿的分類。要正確判斷杠桿的種類，關(guān)鍵在于比較杠桿的動(dòng)力臂與阻力臂的大小關(guān)系。

考點(diǎn)2杠桿力臂的畫(huà)法

圖122例2.(2013?懷化)圖122所示的是一根粗細(xì)均勻的杠桿，O是杠桿的支點(diǎn)，試在圖中畫(huà)出杠桿受到的力F的力臂，并用字母l表示。

【解析】力臂是指從支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離，要畫(huà)出力F的力臂，只需要通過(guò)支點(diǎn)O向力F的作用線引垂線即可。

圖123【答案】如圖123所示。

【點(diǎn)評(píng)】畫(huà)力臂時(shí)可借助數(shù)學(xué)中畫(huà)“點(diǎn)到直線的距離”的方法，這樣既簡(jiǎn)捷，又不容易出錯(cuò)。數(shù)學(xué)中的“點(diǎn)”就相當(dāng)于杠桿的“支點(diǎn)”，“點(diǎn)到直線之間的距離”就相當(dāng)于杠桿的“力臂”。

考點(diǎn)3杠桿的平衡條件及其應(yīng)用

圖124例3.（2013?河南）如圖124所示，小華用蘋果和橘子來(lái)玩蹺蹺板。她將蘋果、橘子分別放在輕桿的左右兩端，放手后，輕桿馬上轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。使輕桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力是（）

A．蘋果的重力

B．橘子的重力

C．桿對(duì)橘子的支持力

D．蘋果對(duì)桿的壓力

【解析】杠桿的平衡條件是：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。當(dāng)將蘋果、橘子分別放在輕桿的左右兩端，放手后，桿馬上轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這說(shuō)明左右兩端的力與力臂的乘積不相等。從圖中可知，左右兩邊的力臂基本相等，但蘋果的重力大于橘子的重力，正是由于它們對(duì)杠桿施加的力不相等，導(dǎo)致杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，使杠桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的力是蘋果對(duì)桿的壓力。

【答案】D

【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查杠桿的平衡條件及受力分析等相關(guān)知識(shí)。由于使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力必須作用在杠桿上，因此，這個(gè)力應(yīng)該是蘋果對(duì)杠桿的壓力，而并不是蘋果的重力。選項(xiàng)A的迷惑性很大，容易錯(cuò)選。

考點(diǎn)4滑輪的特點(diǎn)

例4.（2013?內(nèi)江）如圖125所示，用一根繩子繞過(guò)定滑輪，一端拴在鉤碼上，手執(zhí)另一端，分別用力F1、F2、F3勻速拉起鉤碼。忽略繩子與滑輪的摩擦，下列說(shuō)法中正確的是（）

圖125A．F1較小

B．F2較大

C．F1、F2、F3的大小不能確定

D．如果將鉤碼提升相同的高度，那么力F1、F2、F3做的功相等

【解析】由圖可知，圖中滑輪不隨物體的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，故屬于定滑輪。因?yàn)槎ɑ喪且粋€(gè)等臂的杠桿，故不省力也不費(fèi)力，所以F1、F2、F3的大小都與物體的重力相等，所以三種拉法所用拉力一樣大，故A、B、C錯(cuò)誤；如果將鉤碼提升相同的高度，由W=Fs可知，力F1、F2、F3做的功相等。

【答案】D

【點(diǎn)評(píng)】本題考查了定滑輪及工作特點(diǎn)，屬于基礎(chǔ)題。知道定滑輪和動(dòng)滑輪的定義及其特點(diǎn)是正確解題的關(guān)鍵。

例5.（2013?雅安）工人們?yōu)榱税徇\(yùn)一個(gè)笨重的機(jī)器進(jìn)入廠房，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖126所示的四種方案（機(jī)器下方的小圓表示并排放置的圓形鋼管的橫截面），其中最省力的方案是（）

圖126【解析】在以上四種情況中，B、C、D都將物體與地面之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，減小了物體與地面之間的摩擦力，而A沒(méi)有，所以首先可以排除A；在B中使用的是定滑輪，只能改變力的方向不能省力，其所用力的大小與D是一樣的，都等于物體與地面之間的滾動(dòng)摩擦力；在C中使用的是動(dòng)滑輪，動(dòng)滑輪能夠省一半的力，所以，此時(shí)的拉力等于物體與地面之間的滾動(dòng)摩擦力的一半。所以此時(shí)所用的力最小，即最省力。

【答案】C

考點(diǎn)5機(jī)械效率及其計(jì)算

例6.（2013?河南）一個(gè)滑輪組經(jīng)改進(jìn)后提高了機(jī)械效率，用它將同一物體勻速提升同樣的高度，改進(jìn)后與改進(jìn)前相比（）

A．有用功減少，總功減少

B．有用功增加，總功增加

C．有用功不變，總功不變

D．有用功不變，總功減少

【解析】機(jī)械效率是指使用機(jī)械時(shí)，有用功與總功的比值，即η=W有/W總。用它將同一物體勻速提升同樣的高度，說(shuō)明有用功相同。現(xiàn)在，機(jī)械效率提高了，根據(jù)機(jī)械效率的定義可知，只能是使用機(jī)械時(shí)所做的總功減小了。

【答案】D

【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查對(duì)功和機(jī)械效率的理解。分析時(shí)，應(yīng)抓住有用功不變，機(jī)械效率增大這些條件，結(jié)合機(jī)械效率公式進(jìn)行判斷。

圖127例7.（2013?天津）建筑工地上，工人師傅將圖127所示的滑輪裝配成最省力的滑輪組，利用它站在地面上向下拉繩提升重物。

（1）請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出滑輪組的繞線；

（2）利用此滑輪組，工人用500N的力將1200N的重物勻速提升4m，求滑輪組的機(jī)械效率。

圖128【解析】（1）人站在地面上拉繩時(shí)，滑輪組的繞線如圖128所示。

(2)從圖中可知，承受物體總重的繩子的段數(shù)n=3，則該滑輪組的機(jī)械效率為

η=W有/W總=Gh/（Fs）

=Gh/（3Fh）=1200N×4m/（500N×3×4m）=80%。

【點(diǎn)評(píng)】在求機(jī)械效率時(shí)，關(guān)鍵是能從具體的情景中分析出什么是有用功，什么是總功。有用功就是不用機(jī)械，為達(dá)到目的直接用手所做的功；總功就是使用機(jī)械時(shí)，人們所做的功。

（二）考點(diǎn)演練

【課后鞏固】

1.事實(shí)表明，使用機(jī)械可以省力，不能??；某杠桿的動(dòng)力臂小于阻力臂，此杠桿屬于杠桿，動(dòng)力移動(dòng)的距離阻力移動(dòng)的距離。

2.滑輪在生活中有著廣泛的應(yīng)用，在需要改變力的方向時(shí)，要使用(填“定滑輪”或“動(dòng)滑輪”)；在需要省力時(shí)，要使用(填“定滑輪”或“動(dòng)滑輪”)。

圖1293.在電視劇《三國(guó)》中，有這樣一個(gè)情景：一群士兵用力拉動(dòng)一個(gè)杠桿，會(huì)將石塊拋向敵方陣營(yíng)。它是一個(gè)杠桿。要把石塊拋出去，圖129中作用在A點(diǎn)的力沿（填“a”、“b”或“c”）方向最小。

圖12104.（改編）工人們將重物運(yùn)到汽車上時(shí)，總是會(huì)利用木板搭成一個(gè)斜面，如圖1210所示。利用斜面時(shí)，斜面長(zhǎng)是斜面高的幾倍，所用的力就是物重的幾分之一，所以利用斜面時(shí)（填“省力”或“費(fèi)力”）；請(qǐng)舉一個(gè)生產(chǎn)、生活中利用斜面的實(shí)例：。

5.筷子是我國(guó)和部分國(guó)家特有的用餐工具。在正常使用筷子時(shí)，筷子屬于（）

A.費(fèi)力杠桿，但省距離

B.省力杠桿，且省距離

C.省力杠桿，但費(fèi)距離

D.等臂杠桿，既不省力也不費(fèi)力

6.如圖1211所示，下列工具的使用屬于費(fèi)力杠桿的是（）

A.鑷子B.鉗子C.起子D.剪子

圖1211

7.在探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)中，多次改變力和力臂的大小主要是為了（）

A.減小摩擦

B.使每組數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確

C.多次測(cè)量取平均值減小誤差

D.獲得多組數(shù)據(jù)歸納出物理規(guī)律

8.關(guān)于滑輪，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（）

A.使用定滑輪不省力，但能改變力的方向

B.使用動(dòng)滑輪能省一半力，還能改變力的方向

C.定滑輪實(shí)質(zhì)上是一個(gè)等臂杠桿

D.動(dòng)滑輪實(shí)質(zhì)是個(gè)動(dòng)力臂為阻力臂二倍的杠桿

9.在日常生活中，用10N的拉力不能提起重15N的物體的簡(jiǎn)單機(jī)械是（）

A．杠桿B．斜面

C．一個(gè)定滑輪D．一個(gè)動(dòng)滑輪

圖121210.如圖1212所示，一根木棒AB在O點(diǎn)被懸掛起來(lái)，AO＝OC，在A、C兩點(diǎn)分別掛有兩個(gè)和三個(gè)相同的鉤碼，木棒處于水平平衡。如在木棒的A、C兩點(diǎn)各增加一個(gè)同樣的鉤碼，則木棒（）

A.繞O點(diǎn)順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)

B.繞O點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)

C.仍保持平衡

D.平衡被破壞，轉(zhuǎn)動(dòng)方向不定

11.甲吊車比乙吊車的機(jī)械效率高，當(dāng)它們分別把相同質(zhì)量的物體勻速提升相同高度時(shí)，則（）

A．甲吊車的電動(dòng)機(jī)做的有用功較多

B．乙吊車的電動(dòng)機(jī)做的額外功較多

C．甲吊車的電動(dòng)機(jī)做的總功較多

D．甲、乙兩吊車的電動(dòng)機(jī)做的總功相同

圖121312.如圖1213所示，甲、乙兩位工人分別用如圖所示的A、B兩種方式，將同樣重的一袋沙子提到相同的高度，則下列說(shuō)法中正確的是（）

A．A圖比B圖費(fèi)力，A的機(jī)械效率較B的低

B．A圖比B圖省力，A的機(jī)械效率較B的高

C．甲做的總功較乙的小，甲的功率并不一定比乙小

D．甲、乙做的有用功相等，A、B的機(jī)械效率相等

13.如圖1214所示，用滑輪組提升重物。請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出最省力的繞線方法。

圖121414.如圖1215甲所示，小明在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中所用的實(shí)驗(yàn)器材有：杠桿、支架、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)線和質(zhì)量相同的鉤碼若干個(gè)。

圖1215（1）實(shí)驗(yàn)前，將杠桿中點(diǎn)置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時(shí)，發(fā)現(xiàn)杠桿右端下沉。此時(shí)，應(yīng)把杠桿兩端的平衡螺母向(填“左”或“右”)調(diào)節(jié)，使杠桿在不掛鉤碼時(shí)，保持并靜止，達(dá)到平衡狀態(tài)。這樣做的好處是：便于在杠桿上直接測(cè)量。

（2）杠桿調(diào)節(jié)平衡后，小明在杠桿上A點(diǎn)處掛4個(gè)鉤碼，在B點(diǎn)處掛6個(gè)鉤碼杠桿恰好在原位置平衡。于是小明便得出了杠桿的平衡條件為：。他這樣得出的結(jié)論是否合理？，為什么？。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，小明提出了新的探究問(wèn)題：“若支點(diǎn)不在杠桿的中點(diǎn)時(shí)，杠桿的平衡條件是否仍然成立？”于是小組同學(xué)利用如圖1215乙所示裝置進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在杠桿左端的不同位置，用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉使杠桿處于平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)出的拉力大小都與杠桿平衡條件不相符。其原因是。

15.做物理實(shí)驗(yàn)要遵循實(shí)事求是的原則。小雯同學(xué)在“研究定滑輪和動(dòng)滑輪特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中，完成了如圖1216所示的實(shí)驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)

次數(shù)物重

G/N使用定滑輪時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1/N使用動(dòng)滑輪時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2/N11.000.600.6521.501.100.9032.001.601.15圖1216通過(guò)分析數(shù)據(jù)，她覺(jué)得與書(shū)中的結(jié)論偏差較大。你一定也做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，回想你的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，回答下列問(wèn)題：

（1）該實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)這樣結(jié)果的主要原因是什么？

（2）請(qǐng)你對(duì)小雯的實(shí)驗(yàn)方法提出合理的改進(jìn)意見(jiàn)。

16.（改編）小明站在地面上用一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成的滑輪組來(lái)提升重物至樓上，不計(jì)摩擦和繩重，若他所用的力為220N，且經(jīng)過(guò)5s將重400N的重物勻速升高了2m。問(wèn)：

（1）小明做功的功率和滑輪組的機(jī)械效率為多大？

（2）若用同一滑輪組勻速拉動(dòng)500N的重物到相同的高度時(shí)，拉力為多大？

【能力提升】

1.圖1217所示的是升旗時(shí)的情形。觀察發(fā)現(xiàn)，在旗桿的頂部裝有一個(gè)滑輪，它不能省力，但能，屬于滑輪。

圖1217圖12182.小明通過(guò)仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單機(jī)械在生活中有很多實(shí)際應(yīng)用，如：指甲鉗、剪刀、鑰匙等。將如圖1218所示的鑰匙插入鎖孔轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)鎖時(shí)，鑰匙就相當(dāng)于一個(gè)（填“杠桿”、“滑輪”或“輪軸”），屬于（填“省力”或“費(fèi)力”）機(jī)械。

圖12193.如果在力的作用下杠桿能夠保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，我們就說(shuō)此杠桿；如圖1219所示，一木棒在O點(diǎn)支起時(shí)恰能保持靜止?fàn)顟B(tài)，若用鋸子在O點(diǎn)將它鋸成兩段，則(填“粗”或“細(xì)”)端重。

圖12204.圖1220是人抬獨(dú)輪車車把時(shí)的簡(jiǎn)化示意圖，此時(shí)獨(dú)輪車相當(dāng)于一個(gè)（填“省力”或“費(fèi)力”）杠桿；若動(dòng)力臂是阻力臂的3倍，物體和車總重G為1200N，抬起車把的力F為N。圖1221

5.如圖1221所示，用兩個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成滑輪組，每個(gè)滑輪重為30N。用這個(gè)滑輪組把重300N的物體勻速提升2m，不計(jì)繩重及摩擦，則拉力F大小是N，滑輪組的機(jī)械效率為。

6.下列關(guān)于機(jī)械的說(shuō)法中，正確的是（）

A．只有杠桿才屬于機(jī)械

B．使用機(jī)械既可以省力，還可以省功

C．省力的機(jī)械，在使用時(shí)一定費(fèi)距離

D．動(dòng)滑輪既能改變力的大小，也能改變力的方向

圖12227.如圖1222所示，將體積相同的物體G1、G2分別掛在杠桿的兩端，杠桿處于平衡狀態(tài)。若將兩個(gè)物體G1、G2同時(shí)浸沒(méi)在水中，則()

A．杠桿仍能保持平衡

B．杠桿不能平衡，A端下沉

C．杠桿不能平衡，B端下沉

D．無(wú)法確定杠桿的狀態(tài)

圖12238.皮劃艇是奧運(yùn)項(xiàng)目之一，如圖1223所示的比賽中，運(yùn)動(dòng)員一手支撐住槳柄的末端(視為支點(diǎn))，另一手用力劃槳，皮劃艇就會(huì)飛速前進(jìn)。則（）

A．此時(shí)的船槳是等臂杠桿

B．此時(shí)的船槳是費(fèi)力杠桿

C．此時(shí)的船槳是省力杠桿

D．此時(shí)的船槳既省力又能省距離

9.如圖1224所示的甲、乙兩個(gè)裝置中，已知A在地面上滑動(dòng)時(shí)所受到的摩擦力為40N（不考慮繩與滑輪間的摩擦），要使A向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，拉力F甲與F乙的大小分別為（）

圖1224A．40N、20NB．20N、40N

C．40N、40ND．20N、20N

10.用如圖1225所示的四種方法提起同一重物G，不計(jì)摩擦及滑輪重，則所用拉力最大和最小的分別是（）

圖1225A．a(chǎn)和cB.d和b

C．b和dD.a和d

圖122611.圖1226所示的是人們?cè)陂T前用鐵锨鏟雪時(shí)的情景。則下列說(shuō)法中正確的是（）

A．人們克服鐵锨的重力做的功是有用功

B．人們克服雪的重力做的功是額外功

C．人們克服雪的重力做的功是有用功

D．鐵锨屬于一個(gè)省力的杠桿

12.用一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成的滑輪組中，不計(jì)摩擦和滑輪重，則（）

A.只能省一半力，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)動(dòng)滑輪

B.只能省2/3的力，因?yàn)閯?dòng)滑輪上繞了3股繩子

C.可能省一半力，也可能省2/3的力，因?yàn)槔@繩的方法有兩種

D.以上說(shuō)法都不對(duì)

圖122713.如圖1227所示，重物G=40N，若不計(jì)繩子與滑輪之間的摩擦，將物體勻速提起所用的拉力為22N，則下列說(shuō)法中正確的是（）

A．動(dòng)滑輪的重為4N

B．動(dòng)滑輪的重為2N

C．繩子1受到的拉力為24N

D．繩子2受到的拉力為44N

圖122814.工人用如圖1228所示的滑輪組提升重物，在10s內(nèi)將200N的物體勻速提升2m,已知工人的拉力為80N。則下面說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()

A.所做有用功是400J

B.工人所做的總功是480J

C.工人做功的功率是48W

D.滑輪組的機(jī)械效為62.5％

15.某機(jī)械的效率是80%，它的意思是（）

A.總功中有80%用來(lái)克服額外阻力做功

B.總功中有20%用來(lái)克服額外阻力做功

C.總功中有20%用來(lái)克服阻力做功

D.以上說(shuō)法都不對(duì)

圖122916.用圖1229中甲、乙兩種方式勻速提升重為100N的物體，已知滑輪重20N、繩重和摩擦力不計(jì)。則（）

A．手的拉力：F甲=F乙；機(jī)械效率：η甲=η乙

B．手的拉力：F甲＜F乙；機(jī)械效率：η甲＜η乙

C．手的拉力：F甲＞F乙；機(jī)械效率：η甲＜η乙

D．手的拉力：F甲＞F乙；機(jī)械效率：η甲＞η乙

圖123017.如圖1230所示，有一斜面長(zhǎng)為l，高為h，現(xiàn)用力F沿斜面把重為G的物體從底端勻速拉到頂端。已知物體受到斜面的摩擦力為f則下列關(guān)于斜面機(jī)械效率η的表達(dá)式正確的是（）

A.η=Ghfl×100%

B.η=Gh（F-f）l×100%

C.η=Gh（F+f）l×100%

D.η=GhGh+fl×100%

18.請(qǐng)?jiān)趫D1231中畫(huà)出力F對(duì)支點(diǎn)O的力臂，并用l表示。

圖1231圖123219.雙休日，小明一家三口騎著自行車外出旅游，途中遇到一陡坡，如圖1232所示。小明感到越來(lái)越吃力，此時(shí)，爸爸告訴他，路上沒(méi)有人和車輛，可以走“S”形路線。這個(gè)辦法還真奏效，輕松地就上到了坡頂。請(qǐng)你運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)解釋走“S”形路線省力的道理。

20.某同學(xué)測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率時(shí)，先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出物重G；然后按如圖1233所示組裝好器材，拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使物體勻速上升，用刻度尺分別測(cè)出物體上升的高度h和繩端移動(dòng)的距離s，在物體靜止時(shí)讀出拉力的大小F；最后，根據(jù)公式η=GhFs算出滑輪組的機(jī)械效率。圖1233

(1)以上操作過(guò)程存在一處錯(cuò)誤，請(qǐng)?jiān)阱e(cuò)誤的句子下面畫(huà)上橫線，并寫出正確的操作方法：

。

(2)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，若物重為4N,重物上升了0.1m，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為2N，請(qǐng)計(jì)算該滑輪組（如圖1233）的機(jī)械效率η＝。

（3）為了提高滑輪組提升物體時(shí)的機(jī)械效率，請(qǐng)你提出兩條措施：

①；

②。

（4）計(jì)算發(fā)現(xiàn)該滑輪組的機(jī)械效率小于1，你能分析一下效率不是100%的原因嗎？請(qǐng)你試著寫出兩條：①；

②。

21.（改編）小明學(xué)過(guò)機(jī)械效率后，提出了一個(gè)問(wèn)題：“斜面的傾角程度與斜面的機(jī)械效率有沒(méi)有關(guān)系？”針對(duì)這個(gè)問(wèn)題他做了在斜面上勻速拉動(dòng)物塊的探究實(shí)驗(yàn)（如圖1234所示），并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

實(shí)驗(yàn)

次數(shù)斜面的

傾斜程

度物體

重

G/N物體上

升高度

h/m沿斜面

的拉力

F/N物體移

動(dòng)距離

s/m有用

功

W有/J總功

W總/J機(jī)械

效率

/η1較緩5.00.11.60.50.50.863℅2較陡5.00.152.20.50.751.168℅3最陡5.00.253.10.5圖1234（1）第三次實(shí)驗(yàn)填入表格中的數(shù)據(jù)：有用功J，總功為J，機(jī)械效率為。

（2）通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，你認(rèn)為斜面省力情況與斜面傾角程度的關(guān)系是：斜面越陡，越。

（3）通過(guò)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，你對(duì)斜面機(jī)械效率的問(wèn)題可獲得的初步結(jié)論是：

。

（4）如果小明還想要探究斜面機(jī)械效率與物重的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)控制哪些條件不變？

。

圖123522.如圖1235所示，小王站在高3m、長(zhǎng)6m的斜面上，將重200N的木箱A沿斜面勻速?gòu)牡锥死享敹?，拉力大小恒?20N，所花時(shí)間是10s。求：

圖1236（1）木箱A沿斜面方向的運(yùn)動(dòng)速度。

（2）小王對(duì)木箱做功的功率。

（3）斜面的機(jī)械效率。

23.小明和他的興趣小組利用如圖1236所示的滑輪組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，人以600N的力向下拉繞在滑輪組上的繩子的一端，10s內(nèi)繩子自由端移動(dòng)了1.5m，重物上升0.5m，已知該滑輪組的效率為70％（g取10N/kg,不考慮繩重及摩擦）。

（1）畫(huà)出小華興趣小組所用滑輪組的繞線情況。

（2）人的拉力做功的功率是多少？

（3）被吊起重物的質(zhì)量是多少？

（4）動(dòng)滑輪的重是多少？

參考答案

【課后鞏固】

1.功費(fèi)力小于

2.定滑輪動(dòng)滑輪

【解析】定滑輪是一個(gè)等臂的杠桿，它不能省力，但能改變力的方向；動(dòng)滑輪是一個(gè)動(dòng)力臂為阻力臂二倍的杠桿，不能改變力的方向，但能省力。

3.費(fèi)力c

【解析】此杠桿的動(dòng)力臂小于阻力臂；在阻力和阻力臂一定時(shí)，動(dòng)力臂越大，所用的動(dòng)力就越小。

4.省力盤山公路

【解析】盤山公路的高度一定，但增大了斜面的長(zhǎng)度，故機(jī)動(dòng)車行駛時(shí)所需動(dòng)力較小。

5.A

【解析】使用筷子時(shí)，動(dòng)力作用點(diǎn)在支點(diǎn)和阻力作用點(diǎn)之間，動(dòng)力臂小于阻力臂，故屬于費(fèi)力杠桿，但動(dòng)力移動(dòng)的距離比阻力移動(dòng)的距離要小。

6.A

【解析】使用鑷子時(shí)，動(dòng)力臂小于阻力臂，屬于費(fèi)力杠桿，而其他工具的動(dòng)力臂都大于阻力臂，均屬于省力杠桿。

7.D

【解析】實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)的一組數(shù)據(jù)往往具有偶然性，因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出相關(guān)的規(guī)律時(shí)，必須進(jìn)行多次測(cè)量，從而使結(jié)論具有科學(xué)性。

8.B

【解析】定滑輪是一個(gè)等臂的杠桿，既不省力也不費(fèi)力，但能改變力的方向；動(dòng)滑輪實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)力臂二倍于阻力臂的杠桿，它能省力，但不能改變力的方向。

9.C

【解析】通過(guò)機(jī)械用10N的拉力不能提起重15N的物體時(shí)，該機(jī)械不能省力。定滑輪既不省力，也不費(fèi)力，故不能達(dá)到目的。而杠桿可以通過(guò)改變力臂的關(guān)系、斜面可以通過(guò)改變斜面長(zhǎng)和斜面高的關(guān)系來(lái)達(dá)到省力的目的。

10.C

【解析】因AO＝OC，故這屬于一個(gè)等臂杠桿，當(dāng)在木棒的A、C兩點(diǎn)各增加一個(gè)同樣的鉤碼時(shí)，杠桿左右兩端增加的（力×力臂）的大小相等。

11.B

【解析】機(jī)械效率是有用功與總功的比值，甲的機(jī)械效率比乙的高，說(shuō)明有用功在總功中所占的比例大，即甲所做的額外功比乙的少。

12.C

【解析】甲是一個(gè)定滑輪，不省力也不費(fèi)力，而乙是一個(gè)動(dòng)滑輪，能省力，故A圖比B圖費(fèi)力；但因B要克服動(dòng)滑輪的重而做額外功，故B的機(jī)械效率較A的低；將同樣重的一袋沙子提到相同的高度，甲做的總功較乙的小，由于功率不但與做功多少有關(guān)，還與做功所用時(shí)間有關(guān)，故甲的功率并不一定比乙??；甲、乙都是將同一重物提升同樣的高度，故做的有用功相等，但乙的額外功多，故機(jī)械效率不等。

13.如圖所示。

【解析】要使滑動(dòng)組最為省力，那么承受物體總重的繩子段數(shù)應(yīng)該為最多。

14.（1）左水平力臂

（2）F1l1=F2l2不合理結(jié)論具有偶然性（結(jié)論沒(méi)有普遍性）

（3）杠桿自重的影響。

15.（1）由表中數(shù)據(jù)可以看出，使用定滑輪時(shí)（乙圖）F1與G不相等，這是由于沒(méi)有考慮彈簧測(cè)力計(jì)外殼本身的重力；使用動(dòng)滑輪時(shí)（丙圖），F(xiàn)2不等于物重的一半，這是由于沒(méi)有考慮動(dòng)滑輪本身的重力。

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)意見(jiàn)：使用定滑輪時(shí)（乙圖），應(yīng)水平拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)；使用動(dòng)滑輪時(shí)（丙圖），要先測(cè)出鉤碼和動(dòng)滑輪的總重，然后比較拉力與總重之間的關(guān)系（或采用輕質(zhì)滑輪）。

16.（1）依題意可知，所組裝的滑輪組如圖所示。

由做功的功率P=Wt=Flt和l=2h得

P=220N×2×2m/5s=176W。

機(jī)械效率η=W有W總=GhFl=400N×2m/（220N×2×2m）=91%。

（2）當(dāng)所提升的物重為400N時(shí)，

W總=Fl=220N×2×2m=880J，

W有=Gh=400N×2m=800J，

W額=W總-W有=880J-800J=80J。

當(dāng)所提升的物重為500N時(shí)，

W′有=G′h=500N×2m=1000J，

W′總=W′有＋W額=1000J＋80J=1080J，

F′=W′總l′=1080J2×2m=270N。

【能力提升】

1.改變力的方向定

2.輪軸（或杠桿）省力

3.平衡粗

【解析】粗端的力臂較細(xì)端的小，由杠桿的平衡條件可知，粗端作用在杠桿上的力較大。

4.省力400

【解析】獨(dú)輪車在力的作用下能繞固定的點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，故屬于杠桿；根據(jù)杠桿的平衡條件和所給數(shù)據(jù)即可求出力F的大小。

5.11090.9%

【解析】W有=Gh=300N×2m=600J，W額=G動(dòng)h=30N×2m=60J，則W總=600J＋60J=660J，而W總=F×3×2m=660J，即F=110N；

η=W有/W總=600J/660J=90.9%。

6.C

【解析】凡是能改變力的大小或方向的裝置都叫做簡(jiǎn)單機(jī)械；使用任何機(jī)械都不能省功；對(duì)于省力的機(jī)械，它的動(dòng)力移動(dòng)的距離比阻力移動(dòng)的距離要大，故需要多移動(dòng)距離（費(fèi)距離）；動(dòng)滑輪只能改變力的大小，不能改變力的方向。

7.C

【解析】從圖中可知，杠桿左邊的力臂＞右邊的力臂，根據(jù)杠桿的平衡條件可知，G1＜G2，將兩個(gè)物體同時(shí)浸沒(méi)在水中時(shí)，它們受到的浮力相等，則杠桿左端減小的力×力臂大于右端減小的力×力臂，故B端將下沉。

8.B

【解析】因動(dòng)力作用點(diǎn)在支點(diǎn)和阻力作用點(diǎn)之間，容易知道劃槳時(shí)，槳的動(dòng)力臂小于阻力臂，故屬于一個(gè)費(fèi)力的杠桿，但省距離。

9.A

【解析】第一個(gè)圖中的滑輪為定滑輪，故拉力等于摩擦力；第二個(gè)圖中的滑輪為動(dòng)滑輪，故能省一半的力，拉力等于摩擦力的一半。

10.C

【解析】a中重物由2段繩子承擔(dān)，b中是兩個(gè)定滑輪，c中重物由兩段繩子承擔(dān)，d中重物由3段繩子承擔(dān)。顯然，b中的拉力最大為F=G，d中拉力最小為F′=G/3。

11.C

【解析】人們?cè)陂T前用鐵锨鏟雪時(shí)，目的是要將雪鏟起，即克服雪的重力所做的功為有用功，克服鐵锨的重力所做的功是不得不做的，對(duì)人們沒(méi)有用的功，屬于額外功；使用鐵锨時(shí)，動(dòng)力臂小于阻力臂，故屬于一個(gè)費(fèi)力的杠桿。

12.C

【解析】由一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成的滑輪組中，當(dāng)繩子自由端向下拉時(shí)，承受物體總重的繩子段數(shù)為2；當(dāng)繩子向上拉時(shí)，承受物體總重繩子段數(shù)為3。

13.A

【解析】因F=（G物＋G動(dòng)）/2，則G動(dòng)=2F-G物=2×22N-40N=4N；而繩子2受到的力等于G=40N，繩子1受到的力等于F=22N。

14.D

【解析】W有=Gh=200N×2m=400J，

W總=Fs=80N×3×2m=480J，

則機(jī)械效率η=W有W總=400J480J≈83.3％。

工人做功的功率P=W總t=480J10s=48W。

15.B

【解析】機(jī)械效率是指有用功與總功的比值，即有用功在總功中所占的百分比。某機(jī)械的效率是80%，則是指總功中有20%用來(lái)克服額外阻力做功，80%用來(lái)做有用功。

16.D

【解析】甲為定滑輪，故手的拉力等于被提升的物重；乙圖為動(dòng)滑輪，故手的拉力小于被提升的物重；由于乙需要克服動(dòng)滑輪的重力做功，故乙的效率較甲的小。

17.D

【解析】斜面的機(jī)械效率η=W有W總，而W有=Gh，W總=W有＋W額，且W額=fl。

18.如圖所示:

19.在高度一定的情況下，斜面越長(zhǎng)越省力。“陡坡”相當(dāng)于一個(gè)斜面，其高度一定，走“S”形路線時(shí)，增大了斜面的長(zhǎng)度，所以較為省力，自行車容易上去

20.(1)畫(huà)橫線的部分是：“在物體靜止時(shí)讀出拉力的大小F”

正確的方法：在勻速拉動(dòng)物體時(shí)讀出拉力的大小F

(2)η＝66.7％

（3）①減輕動(dòng)滑輪和繩的自重②減小輪和軸之間的摩擦③在繩能承受的拉力范圍內(nèi)，增大物重(寫出其中兩條即可）

（4）需要克服動(dòng)滑輪及繩子重力做額外功需要克服繩子與滑輪間的摩擦做額外功

21.（1）1.251.5581％

（2）費(fèi)力

（3）在其他條件不變的情況下，斜面越陡，機(jī)械效率越高

（4）斜面的傾斜程度、斜面與物體接觸面的粗糙程度。

22.（1）v=st=6m10s=0.6m/s。

（2）小王對(duì)木箱做的功為

W=Fs=120N×6m=720J,

則做功的功率為

P=Wt=720J10s=72W。

（3）W總=720J,W有=Gh=200N×3m=600J。

則斜面的機(jī)械效率為

η=W有W總=600J720J=83.3％。

23.（1）由題意可知，向下拉繩子時(shí)，承擔(dān)動(dòng)滑輪及重物的繩子股數(shù)：

n=1.5m0.5m=3(段)。

（2）人的拉力F=600N，移動(dòng)距離s=1.5m,時(shí)間t=10s。

則人的拉力做功的功率為

P=Wt=Fst=600N×1.5m10s=90W。

（3）由機(jī)械效率的公式可知η=GhFs，則

G=Fs×ηh=600N×1.5m×70％0.5m=1260N，

該物體的質(zhì)量m=Gg=1260N10N/kg=126kg。

（4）W額=G動(dòng)h=W總-W有，則

G動(dòng)=W總-W有h

=600N×1.5m-1260N×0.5m0.5m=540N。