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第3節認識簡單機械
聯想情景導入
在工廠車間、建筑工地，或車站、碼頭、油田、礦山，你常常可以看到各種各樣的機械，它們極大地減輕了人們的勞動強度，提高了工作效率。任何復雜的機械都是由簡單的機械組合而成的，那么，就讓我們從簡單機械開始，去認識機械的工作原理。
重點知識詳解
一、杠桿
1．杠桿：一根硬棒如果在力的作用下，能繞固定點轉動，這根硬棒就叫做杠桿。使杠桿固定的點O叫做支點；使杠桿轉動的力F1叫做動力；阻礙杠桿轉動的力F2叫做阻力；從支點到動力作用線的距離l1叫做動力臂；從支點到阻力作用線的距離l2叫做阻力臂。杠桿可以是直的，也可以是彎的。
2．杠桿的平衡。
(1)杠桿的平衡：杠桿在動力和阻力的作用下，保持靜止狀態或勻速轉動狀態，我們就說杠桿處于平衡。21世紀教育網
(2)杠桿平衡的條件：動力乘以動力臂等于阻力乘以阻力臂。即F1l1=F2l2
3．杠桿的種類：根據動力臂和阻力臂的不同，我們可以把杠桿分成三類：省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。21世紀教育網
(1)省力杠桿：若l1>l2，則F1(2)費力杠桿：若l1F2，這時使用杠桿要費力。此時的杠桿稱為費力杠桿。21世紀教育網
(3)等臂杠桿：若l1=l2，則F1=F2，這時使用杠桿既不省力，也不費力。
二、定滑輪和動滑輪
滑輪：滑輪是一種周邊有槽，可以繞著中心軸轉動的輪子。滑輪也是一種簡單的機械。
1．定滑輪：拉動繩子時，滑輪的位置固定不變，我們稱這種滑輪為定滑輪。使用定滑輪不能省力，但可以改變力的作用方向。(如圖1) 21世紀教育網
2．拉動繩子時，滑輪隨著鉤碼一起運動，我們稱這種滑輪為動滑輪。使用動滑輪可以省一半力，但不能改變力的作用方向，而且動力移動的距離大于鉤碼移動的距離。(如圖2)
三、滑輪組：定滑輪和動滑輪一起可以組成滑輪組。使用滑輪組既可以省力，也可以改變力的作用方向。使用滑輪組時，重物和動滑輪的總重由幾股繩子承擔，提起重物所用的力就是總重的幾分之一。
四、機械效率
1．有用功和無用功：我們把必須要做的這部分功叫做有用功，而把雖然不需要，但又不得不做的那部分功，叫做額外功或無用功。有用功與額外功的總和叫做總功。
2．機械效率：有用功跟總功的比值叫做機械效率。用W總表示總功，W有用表示有用功，日表示機械效率。21世紀教育網
η=×100％
3．斜面的機械效率：
W總=Fl W有用=Gh W額= l η=W有用/W總=Gh/Fl=Gh/(Gh+ l)
經典例題解析
[例1] 下圖中可視為費力杠桿的是 ( )
[解析] 起重機，l1< l2，F1>F2為費力杠桿。其他：手推車、開瓶器、撬杠均是l1> l2，為省力杠桿。
[答案] A21世紀教育網
[例2] 杠桿0A在力FA、FB的作用下保持水平靜止狀態，如圖(a)。杠桿的自重不計，O為杠桿的支點，FB的方向與OA垂直，則下列關系式中一定正確的是 ( )
A．FA·OA=FB·0B B．FA·OAC．= D．FA>
[解析] 此題是考查學生對杠桿平衡條件的理解和能否正確地找出力臂。如圖(b)，畫出力FA的力臂為lA，FA和OA的夾角為0。根據杠桿的平衡條件：FA·lA=FB·OB，FA·OAsinθ=FB·OB。21世紀教育網
從圖中看出：0°<θ<90°所以sinθ要保持杠桿平衡：FA·OA>FB·OB，推得FA>
[答案] D
[例3] 將體積相同的銅塊和鐵塊，分別掛在杠桿的兩端，如圖所示，調節杠桿使杠桿處于平衡狀態，若將兩金屬塊同時浸沒在水中時，則杠桿將 ( )
A．仍保持平衡21世紀教育網
B．失去平衡，A端下降
C．失去平衡，B端下降
D．無法判斷
[解析] 銅塊和鐵塊的體積相同，銅的密度大，銅塊的重力大于鐵塊的重力，由圖知FA>FB，由杠桿的平衡條件可知lA < lB，同時浸沒在水中時，由阿基米德原理可知，受到的浮力相等，(FA—F浮) lA將大于(FB一F浮) lB，杠桿的A端下沉。21世紀教育網
[答案] B
[例4] 如圖所示，物體M放在水平桌面上，現通過一動滑輪(質量和摩擦不計)拉著M向右勻速運動，此時彈簧測力計(質量可忽略)示數為10N。若在M上加放一物塊m可保持M向右勻速運動，需在繞過動滑輪的繩子的自由端施加一拉力，則F’ ( )
A．M運動時受到向左的摩擦力
B．加放m前，M受到10N的摩擦力
C．加放m前，M受到20N的摩擦力
D．加放m后，力F’，保持10N不變
[解析] 此題考查學生對平拉滑輪組的受力分析，并考查學生對滑動摩擦力隨壓力增大而增大的知識點。未加m之前，拉力F與彈簧測力計的示數相同，也為10N。用動滑輪勻速拉重物，F=， =2F=20N。f方向向左。C選項是正確的。加放m后，F’=，由于M對地面壓力增大，所以摩擦力增大，F’也增大，F’>10N。
[答案] c
[例5] 如圖(a)是一個均勻直杠桿，O為支點，在A點掛一重10N的物體。則在B點用20N的力，可以使杠桿處于水平平衡狀態。問：21世紀教育網
(1)若在C點仍用20N向下的力，杠桿能否平衡 (圖中每個格距離相等)
(2)若在C點用20N的力，方向不限，討論杠桿是否可能平衡。
[解析] F的力臂大小直接關系到杠桿能否平衡。
[解] (1)力F作用于B點時，杠桿平衡：G·AO=F·OB
當力F作用于C點時：G·AO=10N×AO=10N×2OB
F·OC=20N×20B F·OC>G·AO
所以杠桿不能平衡，C端下沉。
(2)根據上面的討論，若C點用力為20N，但方向不限的話，我們可以采取減小力臂的方法，使杠桿重新平衡。如圖(b)。21世紀教育網
當F斜著用力時，力臂減小為l2。
若此時F=20N，l2=OB，則杠桿可以再次平衡。
[答案] (1)不能平衡 (2)可能平衡
[例6] 如圖(a)所示的杠桿自重不計，O為支點，AO=0.2m，當在A點懸吊一重6N的物體，繩子的拉力F=3N時，杠桿在水平位置平衡，在圖中畫出力
臂l2，力臂l2為____________m。21世紀教育網
[解析] 如圖(b)，畫出杠桿OAB示意圖，找到支點0，BC為力的作用線，畫出力臂l2。
根據杠桿的平衡條件：G·OA=F l2
代人數值：6N×0.2m=3N×l2
l2=2×0.2 m=0.4m
[答案] 見解析21世紀教育網
[例7] 根據圖(a)所示的要求，畫出滑輪組的繞法(忽略動滑輪重和摩擦)。
[解析] 繞制滑輪組時，應確定承擔重物繩子的股數n的值，對于甲圖n=2、乙圖n=3、丙圖n=4、丁圖n=5，然后根據“奇動偶定”的原則確定繩頭的位置進行繞線。各滑輪組的繞法如圖(b)所示。
[答案] 見解析21世紀教育網
[例8] 利用圖中的滑輪組提升重物A(物體A重1600N)，滑輪組的機械效率為80％，當物體勻速提升時，作用在繩端的拉力F為N，如果增大物重，此滑輪組的機械效率________。(填“變大”“變小”或“不變”) 21世紀教育網
[解析] 本題主要考查力、功和機械效率之間的關系。
解：已知：G=1600N，機械效率η=80％
設提升時，物體上升h
根據圖，拉力上升高度為s=4h
η= F=
分析物重對機械效率的影響
若h、W額不變，G增大，η變大
[答案] 500變大
[例9] 如圖，把重250N的物體沿著長5m，高1m的斜面勻速拉到斜面頂端，(1)若不計摩擦，求拉力；(2)若所用拉力為100N，求斜面的機械效率。21世紀教育網
[解析] 根據功的原理，動力做的功為W1=Fl，克服重力做的功為W2=Gh。
解：(1)不計摩擦時：
W1=W2 Fl=Gh
F=
(2)若所用拉力為F’=100N時，克服重力做的功為：
W2=Gh=250N×1m=250J
動力做的功為：W1=Fl=100N×5m=500J
斜面的機械效率：η=
[答案] (1)50N (2)50％
考點應試必備21世紀教育網
1．如圖所示，以下簡單機械中屬于費力杠桿的是 ( )
2．如圖所示是一些日常生活中所使用的機械或工具，其中屬于省力杠桿的是 ( )
3．在我國古代，簡單機械就有了許多巧妙的應用，護城河上安裝的吊橋裝置就是一個例子，如圖所示。在拉起吊橋過程中 ( )
A．吊橋是省力杠桿21世紀教育網
B．A點是吊橋的支點21世紀教育網
C．AB是吊橋的阻力臂21世紀教育網
D．滑輪起到省力的作用21世紀教育網
4．根據你的生活經驗，在下圖的幾幅圖中省力的是 ( )
5．升國旗的旗桿頂上有個重要的裝置是 ( )
A．定滑輪 B．動滑輪 C．滑輪組 D．省力杠桿
6．如圖所示，是各式各樣剪刀的示意圖，它們都是一對對的杠桿。現要用它們來剪開較硬的物體，其中，選用最合適的剪刀是 ( )
7．園藝師使用如圖所示的剪刀修剪樹枝時，為了更省力，應盡量 ( )
A．讓樹枝遠離刀軸0，手握在刀柄的中間21世紀教育網
B．讓樹枝遠離刀軸0，手握在刀柄的末端21世紀教育網
C．讓樹枝靠近刀軸0，手握在刀柄的末端21世紀教育網
D．讓樹枝靠近刀軸0，手握在刀柄的中間21世紀教育網
8．地震搶險救援工作中，重型機械未到達時，已脫險的人和專業救援人員可利用簡易工具對壓埋在廢墟中的人進行救援。圖中的工具與原理不相符的是 ( )
9．小明同學利用圓珠筆桿、鋼絲、細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．拉細繩的力F等于鉤碼重力G的1/3
B．拉細繩的力F等于鉤碼重力G的1/7
C．用該滑輪組提起不同的鉤碼，機械效率相同
D．用該滑輪組提起不同的鉤碼，機械效率不同
10．工廠為了搬運一個笨重的機器進入車間，某工人設計了下圖所示的四種方案(機器下方的小圓表示并排放置的圓型鋼管的根截面)，其中最省力的方案是 ( )
11．如圖所示，工人用動滑輪把重物勻速提升到一定高度，重物的重力為G物，動滑輪的重力為G動，此裝置的機械效率為q，不計繩重和摩擦。則工人所用的拉力的表示不正確的是 ( )
A． B． C． D．
12．皮劃艇是我國的奧運優勢項目之一，比賽中，運動員一手支撐住漿柄的末端(視為支點)，另一手用力劃槳，此時的船槳是 ( )
A．等臂杠桿 B．費力杠桿 C．省力杠桿D．省功杠桿
13．如圖所示，用滑輪組把重為200N的貨物提到9m高的樓上，所用拉力為80N則總功和滑輪組的機械效率分別是 ( )
A．1800J，83.3％ B．2160J，83.3％ C．1400J，80％ D．1800J，80％
14．如圖所示，物體在水平面上做勻速直線運動，拉力F=60N，該裝置的機械效率為0.7，則物體受到的摩擦力大小是 ( )
A．60N B. 126N C．180N D．257.1N
15．小文同學采用如圖所示的兩種不同的方式將同一貨物搬運到同一輛汽車上，下列說法正確的是( )
A．甲種方法克服重力做功多
B．乙種方法更省力21世紀教育網
C．兩種方法機械效率相等21世紀教育網
D．兩種情況下，人對物體所做的功相同
16．如圖所示，OA為一可繞O點轉動的輕質杠桿，桿長2m，當作用于A點一個F=30N的豎直向上的力，為使杠桿水平不動，應將重為G=150N的重物懸吊于距A端_________處。
17．在建筑工地上常用獨輪車搬運泥土。一輛獨輪車各部分的尺寸如圖所示，設車廂和泥土的總重力G=1200N，那么運泥土時抬起獨輪車至少需用力F為___________N。
18．小明學過機械效率后，提出了一個問題：“斜面的傾斜程度與斜面的機械效率有沒有關系 ”，針對這個問題他做了在斜面上勻速拉動物塊的探究實驗(如圖)，并記錄實驗數據如下：
實驗次數 斜面的傾斜程度 物體重G/N 物體上升高度h/m 沿斜面拉力F/N 物體移動距離s/m 有用功W有/J 總功W總/J 機械效率"
1 較緩 5.0 0.1 1.6 0.5 0.5 0.8 63％
2 較陡 5.0 0.15 2.2 0.5 0.75 1.1 68％
3 最陡 5.0 0.25 3.1 0.5 21世紀教育網 21世紀教育網 21世紀教育網
(1)第三次實驗填入表格的數據：有用功為__________J，總功為__________J，機械效率是__________。
(2)通過對上述實驗數據的分析，你認為斜面省力情況與斜面傾斜程度的關系是：斜面越陡，越____________________。
(3)通過對上述實驗數據的分析，你對斜面機械效率的問題可獲得的初步結論是：__________。
(4)如果小明還想要探究斜面機械效率與物重的關系，實驗時應控制哪些條件不變 ________________________________________。
19．如圖所示是小明測量杠桿機械效率的實驗情景(杠桿的重力忽略不計)。21世紀教育網
(1)請在下表中把相關的數據填寫完整。
物體重G/N 物體上升的高度h/cm 彈簧測力計的示數F/N 彈簧測力計移動的豎直距離s/cm 有用功W有/J 總功W總/J 機械效η/％
4 30
(2)為提高本實驗中杠桿的機械效率，請提一條合理的建議：______________________________。
20．中國移動重慶公司的搶險隊作為第一支到達災區的移動通信搶險隊，隊員們用鮮血和生命架起了一條條抗震救災無形的生命線，為抗震救災提供了強有力的通信保障。如下圖所示，在通訊線路的搶修現場，起重機正將一箱箱設備吊裝到3m高的施工臺上。其中起重臂下的鋼繩是繞在一個動滑輪上的。若每箱設備均重4000N，施工臺距離地面的高度為3m。如果起重機沿豎直方向勻速提升一箱設備時，動滑輪上每段鋼繩的拉力為2500N，在忽略鋼繩熏和摩擦的情況下。21世紀教育網
(1)起重機提升一箱設備時，對箱子做的有用功是多少
(2)動滑輪在提升這箱設備時的機械效率是多大
參考答案
1．B 2．B 3．A 4．D 5．A 6．B 7．C 8．D 9．D 10．C 11．C 12．B 13．B 14．B 15．D 16．1．6m 17．300 18．(1)1.25 1.55 81％(2)費力 (3)在其他條件不變的情況下，斜面越陡，機械效率越高 (4)斜面的傾斜程度、斜面物質接觸面的粗糙程度 19．(1) 15 2.4 0.6 0.72 83.3(2)只要答案合理即可20．(1)1.2×104 J (2)80％
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品資料·第 10 頁 （共 11 頁） 版權所有@21世紀教育網

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