資源簡介

第14章 簡單機械
【考情聚焦】
考試 命題 年份 重要考點 分值 題型 熱度
2014~2023 杠桿分類、畫力臂、探究杠桿平衡 條件、有關杠桿平衡條件的計算 2~6 選擇題、填空題、 實驗探究題、 計算應用題
探究斜面省力情況及影響因素、 斜面機械效率的計算
有關滑輪組的省力情況、功、 功率、機械效率的計算和比較
課標 要求 1.知道簡單機械,通過實驗探究了解杠桿的平衡條件。 2.了解人類使用機械的歷程,了解機械的使用對社會發展的作用。 3.知道機械效率,了解提高機械效率的途徑和意義 (2022版課標與2011版課標要求基本相同)
【回歸教材】
教材鏈接 人教:八下第十二章P75~P88　教科:八下第十一章P72~P81　北師大:八下第九章P92~P119
知識清單
考點1 杠桿
1.杠桿的五要素和平衡條件
(1)杠桿的定義:在力的作用下能繞著 轉動的硬棒叫作杠桿。
(2)杠桿五要素:
①支點:杠桿繞著轉動的點,用字母 表示。
②動力:使杠桿轉動的力,用字母 表示。
③阻力:阻礙杠桿轉動的力,用字母 表示。
④動力臂:從支點到 的距離,用字母l1表示。
⑤阻力臂:從支點到 的距離,用字母l2表示。
(3)杠桿的平衡條件:動力×動力臂=阻力×阻力臂。(F1l1=F2l2)
【提示】畫力臂:①先在杠桿示意圖上確定支點;②畫出動力作用線和阻力作用線;③最后從支點向力的作用線引垂線。
2.杠桿的分類
杠桿分類 力臂關系 力的關系 特點 實例
省力杠桿 l1① l2 F1② F2 省力,③ 距離 羊角錘、起子、撬棒等
費力杠桿 l1④ l2 F1⑤ F2 ⑥ 力,省距離 釣魚竿、起重機 的吊臂、鑷子等
等臂杠桿 l1⑦ l2 F1⑧ F2 不省力,不省距離 天平、定滑輪等
【提示】省力杠桿必費距離,費力杠桿必省距離,既省力又省距離的杠桿是不存在的。
【答案】考點1:1.(1)固定點O　(2)①O　②F1　③F2?、軇恿ψ饔镁€?、葑枇ψ饔镁€
2.①>?、??、圪M?、?　⑤>?、拶M?、??、?
考點2 滑輪
定滑輪 動滑輪 滑輪組
示意圖
定義 中間的軸 ① 的滑輪 和重物一起 ② 的滑輪 定滑輪、動滑輪組合成滑輪組
實質 ③ 杠桿 動力臂為阻力臂④ 倍的 ⑤ 杠桿 \
特點 不能⑥ ,但是能改變 ⑦ 能?、? 的力, 但不能改變⑨ 在不考慮繩子重、滑輪重和 摩擦力的情況下,F=⑩　　　
距離關系
【答案】考點2:①固定不動　②移動?、鄣缺邸、??、菔×?br/>⑥省力　⑦動力的方向?、嘁话搿、釀恿Φ姆较颉、釭　s=h　s=2h　s=nh
考點3 斜面與輪軸
名稱 斜面 輪軸
示意圖
定義 一個與水平面成一定夾角的傾斜平面 由① 和② 組成,能繞共同軸線轉動的簡單機械叫作輪軸;半徑較大的是輪,半徑較小的是軸
特點 省力機械 能夠連續旋轉的③ ,支點就在④ ,輪軸在轉動時輪與軸有相同的⑤
應用 樓梯、盤山公路等 方向盤、水龍頭、扳手
【答案】考點3:①輪　②軸?、鄹軛U?、茌S線?、蒉D速
考點4 機械效率
1.有用功、額外功、總功
有用功 我們需要的、必須要做的功叫作有用功,用W有表示
額外功 我們在做有用功的同時,還不得不多做的功叫作額外功,用W額表示
總功 有用功與額外功之和是總共做的功,叫作總功,用W總表示。用公式表達為
2.機械效率
(1)定義:物理學中,將 跟 的比值叫作機械效率,用 表示。
(2)表達式:η=。
(3)說明:機械效率是一個比值,通常用百分數表示,由于有用功總 總功,故機械效率總 1;機械效率的高低與使用機械是省力還是費力 。
3.測量滑輪組的機械效率
(1)原理:η==。
(2)過程:沿 方向 拉動彈簧測力計使鉤碼升高,測出鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離s。
(3)結論:同一滑輪組,提升重物越重,機械效率越 ;提升相同重物,動滑輪越多,機械效率越 ,但越 力。
(4)提高機械效率的方法: 動滑輪的重;加潤滑油減小 ; 物重。
【答案】考點4:1.W總=W有+W額
2.(1)有用功　總功　η　(3)小于　小于　無關
3.(2)豎直　勻速　(3)高　低　省　(4)減小　摩擦 增加
教材深挖
圖說物理
教材圖片 考查內容 教材圖片 考查內容
如圖,這是搬運磚頭的獨輪車,車箱和磚頭所受的總重力G=800 N,推車時,獨輪車屬于① 杠桿,人手施加的豎直向上的力F應為② N 如圖所示,劃船時船槳的軸是不動的,所以,軸的位置是③ 。手加在槳上的動力比水對槳的阻力④ ,但手只要移動⑤ 的距離,就能使槳在水中移動較大的距離
如圖,這是自行車手閘示意圖,手捏手閘剎車時它相當于⑥ ,當手對圖中手閘的作用力F=10 N時,剎車拉線受到力的大小為⑦ N 各式各樣的剪刀都應用了杠桿的原理。如圖所示,要剪開鐵皮,用⑧ 最合適;剪紙或布時,用⑨ 最合適
【答案】①省力　②240?、壑c?、艽蟆、葺^小　⑥省力杠桿　⑦40?、嘁摇、岜?br/>課堂延伸
1.(RJ教材八下P83“科學世界”變式)如圖所示,小轎車的方向盤相當于一個輪軸,若F1=20 N,盤的半徑為20 cm,軸的直徑為4 cm,不計摩擦阻力,則F2= N。門鎖的把手相當于一個 (選填“省力”或“費力”)輪軸。
2.(JKB教材八下P91配圖改編)據《物原》記載:“史佚始作轆牯”。人們借助轆鏟從井中汲水,如圖。轉動搖把,使繩子在軸筒上不斷疊繞,從而將水桶從井中提出,以下做法可以提高轆牯機械效率的是 ( )
A.增大桶內的水量 B.增大水桶的重力
C.增大轉動的速度 D.增大軸筒的直徑
3.(JKB教材八下P81“我的設計”改編)小偉家住在二樓,要將一只體積較大的木箱搬回家,過樓道時遇到了困難,剛好小偉在學校學習了“滑輪”的知識,就準備用如圖所示的滑輪組將木箱從地面吊上二樓陽臺。已知這只木箱重400 N,二樓陽臺離地的高度為3 m,不計繩重和摩擦。
(1)小偉要站在地面將木箱吊上去,請幫助小偉完成該滑輪組的繞線。
(2)若小偉所用的拉力為250 N,將木箱以0.2 m/s的速度吊到陽臺上,則小偉做功的功率為多少
(3)此時滑輪組的機械效率是多少
(4)若要將兩個這樣的木箱同時提到二樓,此時滑輪組的機械效率變為多少 (結果精確到0.1%)
【答案】課堂延伸1.200　省力
2.A　
3.(1)如圖所示:
(2)100 W　(3)80%　(4)88.9%
核心突破
一、杠桿平衡分析
例題1 獨竹漂是一項民間絕技,表演者站在一根楠竹上,手執一根細竹竿為“槳”,左右點水、破浪前進。如圖所示,表演者左手撐住竹竿的A點,右手在B點用力擺動竹竿使楠竹在水面滑行。若將竹竿看作杠桿,下列有關說法不正確的是 ( )
A.A點為杠桿的支點
B.B點越靠近水面,表演者施加的動力越小
C.竹竿是一個費力杠桿
D.若B點位于A點與竹竿下端所受力的作用點的中點,則竹竿為等臂杠桿
思維破冰　先判斷竹竿在使用過程中,動力臂和阻力臂的關系,然后再判斷是哪種類型的杠桿,根據杠桿平衡的條件來解決,阻力和阻力臂不變時,動力臂越大,動力越 。
變式訓練
變情境 用獨輪車搬運磚頭,車箱和磚頭所受的總重力G為1000 N(車架所受重力忽略不計),工人用豎直向上的力F使獨輪車緩慢抬起。有關數據如圖所示,獨輪車是 (選填“省力”或“費力”)杠桿,力F的大小為 N。為了更省力,可把車廂里的磚頭盡量 (選填“靠近”或“遠離”)工人。
變情境 停車場入口常用橫桿來控制車輛的進出,如圖甲,我們可以把該裝置簡化成如圖乙的杠桿,該杠桿為 (選填“省力”或“費力”)杠桿,若橫桿AB粗細相同、質量分布均勻,其重力G=120 N,OB=2.5 m,AO=0.3 m,該杠桿的阻力臂為 m。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。
【答案】例1　D
思維破冰　小
變情境　省力　300　遠離
變情境　費力　1.1　440
二、機械效率的相關計算
方法歸納
簡單機械 機械效率
η=×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100%
例題2 如圖所示,這是甲、乙兩機械的參數,關于這兩個機械的說法正確的是 ( )
A.甲做的有用功較多
B.甲的總功大于乙的總功
C.甲的機械效率較高
D.甲、乙做的額外功之比為5∶6
思維破冰　有用功在總功中所占的百分比越大,機械效率越高 ,據此結合圖示判斷兩機械的機械效率高低;從圖示中獲取信息,根據W有+W額=W總和η=分析即可。
變式訓練
3.(多選)兩個滑輪按圖示方式組合,用6 N的拉力F拉動繩端,使物體在5 s內水平向左勻速滑動1 m,物體與地面間的摩擦力為9 N。下列選項正確的是 ( )
A.A是定滑輪,B是動滑輪
B.拉力F做的功為12 J
C.拉力F的功率為2 W
D.滑輪組的機械效率為75%
4.為了方便殘疾人上下臺階,很多公共場所設計了如圖所示的專用通道。沿專用通道至入口和直接上臺階相比較,可以 (選填“省力”、“省功”或“省距離”)。若將重600 N的小車沿8 m長的斜面推至2 m高的入口處,沿斜面所用的推力為300 N,在此過程中所受斜面摩擦力大小為 N,斜面的機械效率為 。
【答案】例2　C
3.BD　
4.省力　150　 50%
【實驗探究】
實驗導航
實驗1　探究杠桿平衡的條件
【實驗裝置】
【實驗器材】
杠桿、鉤碼、彈簧測力計等。
(1)彈簧測力計的使用和讀數。
(2)平衡螺母的作用(實驗前調節杠桿在水平位置平衡)。
【實驗操作】
(1)實驗前讓支點處于杠桿中央,調節杠桿在水平位置平衡的目的:避免杠桿① 對實驗造成的影響。
(2)實驗中調節杠桿在水平位置平衡的目的:便于直接讀?、? 。
(3)杠桿的調節:實驗前平衡螺母左高③ 調,右高④ 調,杠桿平衡后,實驗過程中不能再調節平衡螺母。
【實驗結論】
杠桿的平衡條件:動力×動力臂=阻力×阻力臂,即⑤ 。
【答案】實驗導航　實驗1　(1)①自身重力　(2)②力臂
(3)③左?、苡?br/>⑤F1l1=F2l2
實驗母題串考點
1.某實驗小組的同學利用如圖所示裝置進行杠桿平衡條件的探究,實驗用的每個鉤碼均重0.5 N。
☆設計實驗與制訂計劃
(1)在杠桿上掛鉤碼前,杠桿靜止在甲圖中的位置,此時杠桿 (選填 “平衡”或“不平衡”)。
(2)實驗中首先要調節杠桿兩端的平衡螺母,其作用是使杠桿在 位置平衡,在該位置平衡的目的是 。
☆進行實驗與收集證據
(3)在調節杠桿平衡時發現如圖甲所示的情況,那么要將右端的平衡螺母向 (選填“左”或“右”)調節。
(4)請你設計記錄實驗數據的表格
(5)某同學根據表格記錄的數據得出杠桿平衡的條件為“動力+動力臂=阻力+阻力臂”,該結論違背了物理量間不能 (選填“加減”或“乘除”)的原則。
☆分析論證
(6)如圖乙,有同學用彈簧測力計在B處豎直向上拉杠桿到水平位置平衡,此時測力計的示數為 N。如果他將測力計沿圖中虛線方向拉,仍使杠桿在水平位置平衡,測力計的示數將 (選填“變大”、“變小”或“不變”)。
☆評估
(7)此實驗多次改變鉤碼的數量和懸掛位置以及彈簧測力計的位置,收集杠桿平衡時多組動力、動力臂、阻力和阻力臂的數據,其目的是 。
拓展設問
(8)完成上述實驗后,有同學利用杠桿平衡條件來測量杠桿自身的質量:
①如圖丙,將杠桿的C點掛在支架上,在C點的右側掛質量為m的鉤碼,左右移動鉤碼的位置,使杠桿在水平位置平衡;
②用刻度尺測出此時鉤碼懸掛位置D點到C點的距離l1和 點到C點的距離l2;
③根據杠桿平衡條件,可以計算出杠桿的質量m杠桿=　　　　(用題目中所給物理量符號表示)。
【答案】實驗母題串考點
1.(1)平衡　(2)水平　便于測量力臂　(3)右
(4)如表所示:
次數 動力 F1/N 動力臂 l1/cm 阻力 F2/N 阻力臂 l2/cm
1
2
3
(5)加減　(6)1.5　變大　(7)求得普遍規律,避免偶然性
(8)O　m
實驗導航
實驗2　測量滑輪組的機械效率
【實驗裝置】
【實驗操作】
(1)實驗中豎直勻速拉動彈簧測力計的目的:保證拉力 彈簧測力計的示數。
(2)繩子自由端移動的距離和物體上升高度的關系:s= (n為作用在動滑輪上繩子的股數)。
(3)計算滑輪組的有用功:W有= 。
(4)計算滑輪組的總功:W總= 。
(5)計算滑輪組的機械效率)η===。
實驗方法:控制變量法。
a.探究滑輪組的機械效率與物重的關系時,使用相同的滑輪組,改變所掛鉤碼的數量。
b.探究滑輪組的機械效率與動滑輪重力的關系時,控制所掛鉤碼的數量相同,改變滑輪組中動滑輪的重力。
【實驗結論】
在其他條件相同時,動滑輪越重,機械效率越 ;在繩子所能承受的范圍內,所吊物體越重,機械效率越 。
【答案】實驗導航　實驗2　【實驗操作】(1)等于　(2)nh　(3)Gh
(4)Fs
【實驗結論】低　高
實驗母題串考點
2.小明在“測量滑輪組的機械效率”實驗中,實驗裝置如圖所示。
☆設計實驗與制訂計劃
(1)該實驗的原理是　　　　。
(2)需要的測量工具有 、 、細繩、動滑輪、定滑輪、鉤碼若干。
☆進行實驗與收集證據
(3)實驗中應沿豎直方向 緩慢拉動彈簧測力計。某同學認為可以當彈簧測力計靜止的時候讀數,該想法是 (選填“正確”或“錯誤”)的。
(4)實驗記錄的數據如下
實驗 次數 鉤碼重 G/N 鉤碼上升 高度h/m 繩端拉 力F/N 繩端移動 距離s/m 機械 效率η
1 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.1 0.3 86%
4 8 0.1 2.5 0.4 　　
☆分析論證
(5)通過比較 (填實驗次數的序號)兩次實驗數據可得出結論:使用同一滑輪組提升同一重物時,滑輪組的機械效率與繩子的股數無關。
(6)通過比較 (填實驗次數的序號)兩次實驗數據可得出結論:使用同一滑輪組提升重物時,物重越大,滑輪組的機械效率越高。
(7)通過比較3、4兩次實驗數據可得出結論: 。
☆評估
(8)在測拉力時,某同學使彈簧測力計做加速直線運動,該同學測得的機械效率與正確操作相比 (選填“偏大”、“偏小”或“不變”)。
拓展設問
(9)有同學認為,在這個實驗中去掉一個測量工具反而能夠減小實驗誤差,你認為可以去掉 ,去掉該測量工具后,機械效率可寫為　　　　。
【答案】實驗母題串考點
2.(1)η=　(2)彈簧測力計　刻度尺　(3)勻速　錯誤
(4)80%　(5)1、2　(6)2、3　(7)不同滑輪組提升相同重物時,動滑輪越輕,滑輪組的機械效率越高(或不同滑輪組提升相同重物時,動滑輪越重,滑輪組的機械效率越低)
(8)偏小　(9)刻度尺　η=×100%
【真題精粹】
命題點1 簡單機械的使用和機械效率(10年4考)
1.(2022·河北)在老舊小區改造中,工人利用滑輪組將重380 N的建筑材料提升到樓頂,如圖所示。已知工人對繩子的拉力為200 N,建筑材料在5 s內勻速上升5 m,不計繩重及摩擦。此過程中,下列說法正確的是( )
A.動滑輪所受重力為10 N
B.滑輪組所做的有用功為2000 J
C.工人所用拉力的功率為380 W
D.滑輪組的機械效率為95%
2.(2019·河北)(多選)如圖所示,重為G的物體在拉力F的作用下,以v的速度勻速運動了s。已知物體在水平桌面上運動時受到的摩擦阻力為物重的n分之一,不計繩重和摩擦,下列說法正確的是 ( )
A.使用該滑輪組一定省力
B.拉力的功率為2Fv
C.額外功為(2nF-G)s
D.滑輪組的機械效率為
3.(2021·河北)圖甲是一輛起重車的圖片,起重車的質量為9.6 t,有四個支撐腳,每個支撐腳的面積為0.3 m2,起重時汽車輪胎離開地面。圖乙是起重機吊臂上的滑輪組在某次作業中將質量為1200 kg的貨物勻速提升的場景,滑輪組上鋼絲繩的拉力F為5000 N。圖丙是貨物上升過程中高度和時間的關系圖像。(不考慮繩重,g取10 N/kg)求:
(1)提升貨物過程中起重車對水平地面的壓強。
(2)拉力F的功率。
(3)提升貨物過程中滑輪組的機械效率。
命題點2 杠桿平衡條件的應用(10年4考)
4.(2023·河北)在均勻直尺的中央挖一小凹槽,把一個薄金屬片一端插入橡皮中,另一端支在直尺的凹槽內制成一個簡易“天平”。靜止時直尺水平平衡。在直尺的兩側各放一個相同的小盤,在小盤中倒入質量不等的大米和小米,調整小盤在直尺上的位置,使直尺再次水平平衡。如圖所示。由圖可知,大米的質量 (選填“大于”或“小于”)小米的質量。F是左盤對直尺施加的力,請在圖中畫出F的力臂?，F向左盤中再加入少量大米,寫出一種能夠使直尺恢復平衡的方法: 。
5.(2018·河北)探究杠桿的平衡條件。
(1)杠桿兩端的螺母的作用是 。
(2)小明用如圖甲所示的裝置進行實驗并收集了下表中的數據,分析數據可知,杠桿的平衡條件是 。
實驗 次數 動力/N 動力 臂/m 阻力 /N 阻力臂 /m
1 0.5 0.2 1.0 0.1
2 1.0 0.15 1.5 0.1
3 3.0 0.1 2.0 0.15
(3)小明又用如圖乙所示的裝置進行實驗。請在圖中畫出拉力F的力臂L,彈簧測力計的讀數應是 N。(一個鉤碼重0.5 N)
(4)如圖丙所示,小紅實驗時在一平衡杠桿的兩端放上不同數量的相同硬幣,杠桿仍在水平位置平衡。她用刻度尺測出L1和L2的長度,則2L1 (選填“>”、“<” 或“=”)3L2。
【拓展】探究了杠桿的平衡條件后,小紅對天平上游碼的質量進行了計算。她用刻度尺測出L1和L2的長度 (如圖丁所示),則游碼的質量為　　　　g。
6.(2015·河北)如圖所示,將邊長為10 cm的正方體合金塊,用細繩掛在輕質杠桿的A點處,在B點施加力F1=30 N時,杠桿在水平位置平衡,合金塊對水平地面的壓強恰好為0。撤去F1,在B點施加力F2時,合金塊對地面的壓強為1.2×103 Pa。(OB=3OA,g取10 N/kg)
(1)畫出F2的力臂L2。
(2)求合金塊的質量。
(3)求F2的大小。
【答案】1.D　2.BC
3.(1)9×104 Pa　(2)3.75×103 W　(3)80%
4. 小于　向右盤中加入小米
5.(1)調節杠桿在水平位置平衡　(2)動力×動力臂=阻力×阻力臂　(3)2　(4)>
【拓展】
6.(1)如圖所示:
(2)9 kg　(3)52 N
2

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