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专题06 机械与机械效率
知识点一 杠杆
1、杠杆：一根硬棒在力的作用下如果能绕固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。
2、杠杆的五要素：
（1）支点：杠杆绕着转动的点叫支点，用字母O表示。
（2）动力：使杠杆转动的力，用字母F1表示。
（3）阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母F2表示。
（4）动力臂：支点到动力作用线的距离，用字母L1表示。
（5）阻力臂：支点到阻力作用线的距离，用字母L2表示。
典例：1.（2021·江苏）如图所示，起瓶器开启瓶盖时，可看作是（　　）
A . 以B为支点，动力方向向下的杠杆
B . 以B为支点，动力方向向上的杠杆
C . 以A为支点，动力方向向下的杠杆
D . 以A为支点，动力方向向上的杠杆
【答案】D
【解析】
我们在使用起瓶器开启瓶盖时，瓶盖中的B点被撬起，所以B点是阻力的作用点，并且在开启的过程中，起瓶器绕A点转动，所以A是支点，在开启瓶盖时，杠杆应绕A逆时针旋转，所以动力的方向向上，在整个过程中，动力臂大于阻力臂，所以它是省力杠杆。
知识点二 杠杆作图及力臂的画法
（1）做出某力的力臂：步骤：首先找出支点，其次做出对应力的作用线（用虚线），最后支点到该作用线的距离即为力臂（注意画出垂直符号）；
（2）在已知点做出最小力：步骤：首先找支点，其次将支点到已知点的距离作为最长力臂，再根据“保持平衡”确定最小力的方向，最后根据力与力臂垂直做出最小力。
（3）在未知点做出最小力：步骤：首先找支点，其次找到离支点最远的点，连接支点到最远点，该连线作为最长力臂，再根据“保持平衡”确定最小力的方向，最后根据力与力臂垂直做出最小力。
典例：2.（2021·连云港）如甲图所示，杠杆受的拉力为 F2，0为杠杆的支点．请画出使杠杆在如图位置保持静止时的最小的力F1的示意图，并作出力F2 的力臂L2．
【答案】1.如解答图所示；
【解析】
(1)向延长 F2 的作用线，过支点0作 F2 的作用线的垂线段，即力臂 L2 ，由于 OB 为最长阻力臂 L1 因此过B点作垂直于OB斜向上的动力 F1 如图所示
知识点三 杠杆的平衡条件
1、动力×动力臂＝阻力×阻力臂,即：F1×L1＝F2×L2
典例：3.在“探究杠杆的平衡条件”的实验中．
（1）在杠杆上挂钩码前，杠杆静止在甲图中的位置，为使杠杆水平平衡，应将右端的平衡螺母向________（选填“左”或“右”）调节．将杠杆调节水平平衡的目的是避免________对实验的影响和便于________．
（2）乙图中杠杆恰好处于水平平衡，若在A处下方再挂一个相同钩码，为使杠杆保持水平平衡，则需将挂在BB处的钩码向右移动________格．
（3）若取掉乙图中挂在BB处的钩码，改用弹簧测力计钩在C处对杠杆施拉力，为使杠杆保持水平平衡，且弹簧测力计示数最小，则弹簧测力计对杠杆的拉力方向是________．
（4）此实验多次改变挂在支点O两边钩码的质量和悬挂位置，收集杠杆平衡时多组动力，动力臂、阻力和阻力臂的数据，其目的是________（选填“减小误差”或“寻找普遍规律”）．
【答案】
1.（1）右 杠杆自重 测量力臂
2.（2）1
3.（3）竖直向上
4.（4）寻找普遍规律
【解析】
（1）调节杠杆在水平位置平衡，杠杆右端偏高，右端的平衡螺母应向上翘的右端移动，使杠杆在水平位置平衡；
将杠杆调节水平平衡，力臂在杠杆上，便于测量力臂大小，同时消除杠杆自重对杠杆平衡的影响；
（2）设一个钩码重为G，一格的长度为L，
根据杠杆的平衡条件可得：4G×2L=2G×nL，
解得：n=4，
故应该将B处所挂钩码须向右移动4 3=1格；
（3）阻力与阻力臂一定时，由杠杆平衡条件可知，当动力臂最大时，动力最小，力的作用点与支点一定，最大力臂为支点到力的作用点的距离，力应与杠杆垂直，为使拉力最小，应竖直向上拉弹簧测力计；
（4）探究杠杆平衡的条件时进行多次实验，多次改变挂在支点O两边钩码的质量和悬挂位置，收集杠杆平衡时多组动力和动力臂、阻力和阻力臂的数据，其目的是通过实验数据总结实验结论，使实验结论具有普遍性，避免偶然性．
典例：4.（2021·佳木斯）如图所示，杠杆处于平衡状态且刻度均匀，各钩码质量相等，如果在杠杆两侧各减少一个钩码，杠杆会（ ）
A . 左端下沉B . 右端下沉C . 杠杆仍然平衡D . 无法判断
【答案】B
【解析】
设一个钩码重为G，一格为L，
原来：3G×4L=4G×3L，杠杆平衡，
现在：2G×4L<3G×3L，所以杠杆不再平衡，杠杆会右端下沉．
知识点四 杠杆的应用
典例：5.（2021·上饶）如图所示的简单机械，正常使用时省力的是（ ）
A . B .
筷子 食品夹
C . D .
切纸刀 船桨
【答案】C
【解析】
A．根据图示可知，使用筷子时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，即费力省距离，故A不符合题意；
B．根据图示可知，使用食品夹时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，即费力省距离，故B不符合题意；
C．使用切纸刀时，动力臂大于阻力臂，即省力费距离，故C符合题意；
D．船桨的动力臂小于阻力臂，使用时费力省距离，故D不符合题意．
知识点五 滑轮
1、定滑轮：（1）滑轮的轴心位置不移动的滑轮叫定滑轮。（2）定滑轮特点是不省力、不省距离，但可以改变力的方向
2、动滑轮：（1）轴和重物一起移动的滑轮叫动滑轮。（2）动滑轮特点是可以省一半力，但费一倍的距离，不可以改变力的方向。
3、滑轮组：（1）定滑轮、动滑轮组合在一起构成滑轮组。（2）既能省力又能改变力的方向。（3）F拉与G物关系：F拉=1/nG物；绳子自由端移动距离与物体上升距离关系：S绳=n*h。
典例：6.（2021·延安）用轻质滑轮匀速提升同一重物，下列选项中所用拉力最小的是（ ）
A . B . C . D .
【答案】D
【解析】
A．此图是定滑轮，由定滑轮及其工作特点可知，不省力，即F=G；
B．此图是定滑轮，由定滑轮及其工作特点可知，不省力，即F＝G；
C．此图是动滑轮，由动滑轮及其工作特点可知，则F=2G；
D．此图是动滑轮，由动滑轮及其工作特点可知，则F=1/2G．
典例：7.（2021·延安）由以上可知：在滑轮重及摩擦不计的情况下最省力的是D．如图所示，物体重G＝500N，滑轮重10N，当物体G匀速上升时，则挂钩B承受拉力为________N，挂钩A承受________N的拉力，拉力F为________N，若绳子自由端向上拉动0.6m，则物体向上移动________m。
【答案】500 520 170 0.2
【解析】
（1）因为物体重G＝500N，挂钩B受到的拉力FB＝G＝500N；挂钩A承受的是滑轮和物体的总重力：FA＝G+2G滑轮＝500N+2×10N＝520N，
滑轮承重绳子的股数n＝3，拉力F=1/3(G+G动)=1/3×(500N+10N)＝170N，
（2）n＝3，物体上升的高度h=s/n=0.6m/3=0.2m。
知识点六 机械效率
1、有用功：必须要做的功为有用功。
2、额外功：克服机械自身部件的重力和摩擦力不得不做的功为额外功。
3、机械效率：在物理学中，用机械效率表示有用功在总功中所占的比例。
4、机械效率＝×100%，η＝×100%。
典例：8.（2021·连云港）某工地用如图所示的滑轮组匀速提升400N的重物，在重物上升的过程中拉力移动了0.6m，滑轮组的机械效率为80%（不计绳重和摩擦），则：
（1）滑轮组的有用功为多少？
（2）拉力做的总功为多少？
（3）动滑轮的重是多少？
【答案】
1.滑轮组的有用功为80J；
2.拉力做的总功为100J；
3.动滑轮的重是100N．
【解析】
（1）由s=nh得，重物上升的距离为h=s/n=0.6m/3=0.2m，
则滑轮组的有用功为W有用=Gh=400N×0.2m=80J；
（2）由η=W有用W总得，总功：W总=W有/用η=80J/80%=100J；
（3）不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率η=W有/用W总=G/G+G动，
则80%=400N/400N+G动。
解得：动滑轮的重为G动=100N。
特别提醒：滑轮组（滑轮）的机械效率：
①竖直提升物体时：
a.题目中没有出现“忽略绳重和摩擦”的情况：
公式：
b.题目中出现“忽略绳重和摩擦”的情况（额外功只有克服动滑轮重力做功）：
公式：（题中经常要求快速求出）
②水平拉动物体时：
公式：
1. （2021·全国）下列关于杠杆的说法中，错误的是（ ）
A . 杠杆可以是直的，也可以是弯的
B . 动力使杠杆转动，阻力阻碍杠杆转动
C . 支点可能在杠杆的端点，也可能在杠杆中间
D . 杠杆的长度等于动力臂和阻力臂之和
【答案】D
【解析】
A．杠杆是硬棒，形状可以是直的，也可以是弯曲的，故A正确；
B．动力、阻力一个使杠杆转动、一个阻碍杠杆转动，故B正确；
C．杠杆绕着转动的点叫支点，支点一定在杠杆上，可以在杠杆上的任何位置，故C正确；
D．力臂是从支点到力作用线之间的距离，所以动力臂与阻力臂之和不一定等于杠杆的长度，故D错误．
本题选错误的，故选D．
2.（2021·无锡）如图所示的钓鱼竿可以看成一个杠杆，关于钓鱼竿下列说法正确的是（ ）
A . 钓鱼竿是省力杠杆，B点是支点
B . A点是支点，使用钓鱼竿可以省功
C . 钓鱼竿是费力杠杆，它的好处是可以省距离
D . 钓鱼竿是省力杠杆，增大两只手之间的距离能更省力
【答案】C
【解析】
如图所示的钓鱼竿，钓鱼时鱼竿绕A点转动，A为支点，B为动力作用点，C为阻力作用点，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，好处是可以省距离，但不省功；
若增大两只手之间的距离，即增大动力臂，能更省力，故ABD错误、C正确。
3.在如图所示的四种情景中，所使用的杠杆属于省力杠杆的是（ ）
A . B .
镊子 酒瓶起子
C . D .
托盘天平 筷子
【答案】B
【解析】
A．镊子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；
B．起子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；
C．托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆；
D．筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆．
4.（2021·江苏）如图探究滑轮组的特点，不计摩擦和绳重。将一个重为200N的物体沿竖直方向在6s内匀速提高了3m，已知绳子自由端的拉力F为125N．下列说法中正确的是（　　）
A . 动滑轮重75N
B . 6s内拉力F做功375J
C . 6s内拉力F的功率为62.5W
D . 滑轮组的机械效率为80%
【答案】D
【解析】
A、由图知，n＝2，不计绳重和摩擦，拉力F=1/2(G+G动)，即：125N=1/2(200N+G动)，则动滑轮重力G动＝50N；故A错误。
B、6s绳子自由端移动的距离为s＝2h＝2×3m＝6m，拉力做的功为：W总＝Fs＝125N×6m＝750J；故B错误；
C、6s内拉力F的功率为：P=W/t=750J/6s=125W，故C错误；
D、做的有用功：W有用＝Gh＝200N×3m＝600J，
该滑轮组的机械效率为：η=W有/W总×100%=600J/750J×100%＝80%，故D正确。
5.（2021·湖南）如图所示，在水平面上的物体重200N，与水平面的滑动摩擦力的大小是48N，当用图示装置水平匀速拉动物体时，F＝20N．若绳子自由端移动的速度为0.6m/s，则（　　）
A . 滑轮组的机械效率是80% B . 绳子与滑轮间的摩擦力大小是4N
C . 物体的速度大小是0.3m/s D . 动滑轮重4N
【答案】A
【解析】
A、由图知，水平使用滑轮组，n＝3，拉力端移动距离s＝3s物，
滑轮组的机械效率：
η=W有/W总=fs/Fs=fs/F3s=f/3F=48N/(3×20N)×100%＝80%，故A正确；
BD、克服绳子与滑轮间摩擦做的功、对动滑轮做的功等都是额外功，而题目所给条件无法计算有用功、总功大小，也无法直接计算额外功大小，所以无法计算出绳与滑轮间摩擦力以及动滑轮重，故BD错误；
C、由题知，拉力端移动速度v＝3v物，所以物体的速度：
v物=1/3v=1/3×0.6m/s＝0.2m/s，故C错。
6.（2021·河北）如图所示，分别用力F1、F2和F3，使用下列三个装置匀速提起同样的重物，不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重，则F1、F2和F3的大小关系是（ ）
A . F1【答案】B
【解析】
不计摩擦和动滑轮重、绳重．设三物块重量都为G．
用F1的力提升重物时，用的是定滑轮，根据定滑轮不省力，故F1=G；
用F2的力提升重物时，用的是动滑轮，根据动滑轮能够省一半的力，故F2=G2；
用F3的力提升重物时，F3=G/2．
则F27.（2021·南平）水平桌面上放一个重300N的物体，物体与桌面的摩擦力为60N，如图所示，若不考虑绳、滑轮的重力及摩擦，当物体以0.1m/s匀速移动时，水平拉力F和绳子自由端移动的速度分别为（ ）
A . 30N 0.1m/s B . 30N 0.2m/s C . 60N 0.2m/s D . 150N 0.1m/s
【答案】B
【解析】
由于物体在水平面上做匀速直线运动，所以物体所受拉力等于物体受到的摩擦力；滑轮组是由两根绳子承担动滑轮，所以绳子末端拉力F=1/2f=1/2×60N=30N；
有两段绳子与动滑轮接触，绳子自由端移动的距离是物体移动距离的2倍，故绳子自由端移动速度是物体移动速度的2倍，即v=0.1m/s×2=0.2m/s．
8.（2021·湖南）如图所示，用20N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5m（不计绳重和摩擦）。则下列说法不正确的是（ ）
A . 绳子自由端拉的距离为15m B . 动滑轮重为10N
C . 物体上升的速度为1m/s D . 绳子自由端拉动的速度为6m/s
【答案】D
【解析】
A、由图知，n＝3，绳子自由端拉的距离：s＝3h＝3×5m＝15m，故A正确；
B、不计绳重和摩擦，拉力F=1/3(G+G动)，
则动滑轮的重力：G动＝3F G＝3×20N 50N＝10N，故B正确；
CD、物体上升的速度：v物=h/t=5m/5s=1m/s，
绳子自由端拉动的速度：v＝3v物＝3×1m/s＝3m/s，故C正确、D错误。
9.（2021·大庆）功率为10kW的起重机在一分钟内，将重9×104N的物体升高2m，水平移动4m，则下列数据错误的是（　　）
A . 总功为1.8×103J B . 有用功为 1.8×103J
C . 总功为6×103J D . 机械效率为30%
【答案】D
【解析】
起重机的功率P＝10kW＝1×104W，时间t＝1min＝60s，
根据P=Wt可得起重机的总功：
W总＝Pt＝1×104W×60s＝6×105J，故AC错误（1）（3）起重机的机械效率：
η=W有/W总=1.8×105J/6×105J×100%＝30%，故D正确。
10.（2021·徐州）如图所示的两个滑轮组，分别用拉力F甲和F乙将重为400N的物体G提升，若不计绳重及摩擦，每个滑轮的重均相同，在F甲和F乙作用下，绳子末端匀速移动相同距离，则此过程中（　　）
A . F甲和F乙做的有用功相等 B . F甲和F乙的大小相等
C . F甲和F乙做的总功相等 D . 甲、乙滑轮组的机械效率相等
【答案】D
【解析】
（1）由题知，在F甲和F乙作用下，绳子末端匀速移动相同距离，即s甲=s乙，
由图知，s甲=2h甲，s乙=3h乙，所以h甲>h乙，
而提升的物重相同，
由W有用=Gh可知，使用滑轮组做的有用功W有用甲>W有用乙，故A错；
（2）F甲=1/2(G物+G轮)，F乙=1/3(G物+G轮)，
所以F甲>F乙，
而绳子末端匀速移动相同距离，
由W总=Fs可知，使用滑轮组做的总功W总甲>W总乙，故BC错；
（3）若不计绳重及摩擦，滑轮组的效率：
η=W有用/W总=W有用/W有用+W额=G物h/(G物h+G轮h)=G物/(G物+G轮)
可见，滑轮组的机械效率与物体升高的高度无关，两种滑轮组的效率相同，故D正确。
11.（2021·淮北）质量是6kg的物体A放在水平桌面上，利用如图所示的装置使物体A以2m/s的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为2N，不计绳重、弹簧测力计重、绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦，则下列不正确的是（ ）
A . 作用在绳端的拉力F为2N B . 水平桌面对物体A的摩擦力为6N
C . 在1s内拉力F做功12J D . 在1s内拉力F的功率为4W
【答案】D
【解析】
A．因为弹簧测力计的示数是2N，所以，作用在绳端的拉力F为2N，故A正确；
B．由图可知，承担摩擦力的绳子股数n=3，
所以，拉力F=1/nf，则水平桌面对物体A的摩擦力：f=nF=3×2N=6N，故B正确；
C．物体A在1s内通过的距离：s=vt=2m/s×1s=2m，
绳子自由端移动的距离s′=ns=3×2m=6m，
在1s内拉力F做功：W=Fs′=2N×6m=12J，故C正确；
D．拉力F的速度v′=nv=3×2m/s=6m/s，
拉力的功率P=Fv′=2N×6m/s=12W，故D错误．
12.（2021·镇江）如图所示，滑轮组下端吊一重物，物重为120N。
（1）若不计滑轮重、绳重与摩擦，拉力F为________N；
（2）若不计绳重与摩擦，动滑轮重30N则拉力F为________N；
（3）若物体上升1m，绳自由端上升________m。
（4）若绳自由端上升的速度为0.3m/s，则物体上升的速度为________m/s。
【答案】
1.40 2.50 3.1 4.0.1
【解析】
若不计滑轮重、绳重与摩擦，拉力F=1/nG=1/3×120N＝40N；
若不计绳重与摩擦，动滑轮重30N则拉力F=1/n(G+G动)=1/3(120N+30N)＝50N；
若物体上升1m，绳自由端上升的距离s＝nh＝3×1m＝3m。
根据绳自由端上升的速度v＝nv重可知：物体上升的速度v重=1/nv=1/3×0.3m/s＝0.1m/s。
13.（2021·齐齐哈尔）机器人用图的甲、乙滑轮装置提升重物，在相同的时间内分别把A、B两物体匀速提升相同的高度．已知A、B两物体物重之比GA∶GB=4∶1，机器人拉动绳子的拉力之比F甲∶F乙=5∶2，则机器人做功的功率之比P甲∶P乙=________；甲、乙两装置的机械效率之比η甲∶η乙=________．
【答案】5:2 8:5
【解析】
图中甲、乙使用的都是动滑轮，因为拉力端移动距离s=2h，甲乙提升两物体的高度相同，所以拉力端移动距离也相同，拉力做的总功W总=Fs，
所以拉力做的总功之比：W总甲:W总乙=（F甲s）:（F乙s）=F甲:F乙=5:2，
做功时间相同，由P=W/t，机器人做功的功率之比：P甲:P乙=W总甲/t:W总乙/t=W总甲:W总乙=5:2．
拉力做的有用功W有用=Gh，所以拉力做的有用功之比：W有用甲:W有用乙=（GAh）:（GBh）=GA:GB=4:1，
该过程甲、乙两装置的机械效率之比：η甲:η乙=W有用甲/W总甲:W有用乙/W总乙=4/5:1/2=8:5．
14.（2021·贵州）如图所示，汽车以速度v向右水平匀速拉动绳子，使滑轮组匀速竖直提升物体A．汽车对绳子的拉力为F．滑轮组的机械效率为η．已知：F=2000N，v=0.5m/s，η=90%，g取10N/kg，绳重、轮与轴的摩擦均忽略不计．求：
（1）拉力F的功率P；
（2）物体A所受的重力GA．
【答案】
1.拉力F的功率为1000W；
2.物体A所受的重力为5400N．
【解析】
（1）拉力F做功的功率：
P=Fv=2000N×0.5m/s=1000W．
（2）由图可知，n＝3，则绳端移动的距离s＝3h，
总功W总＝Fs＝2000N×3h，已知机械效率η＝90%，
由η=W有用/W总得有用功：
W有用＝ηW总，
即GAh＝η×Fs＝90%×2000N×3h，
解得GA＝5400N．
15.（2021·郴州）一辆重为2×104N的电动汽车，以恒定功率50kW在平直的公路上匀速行驶3km，用时3min，已知汽车在行驶中所受阻力为车重的0.1倍，汽车轮胎与地面接触的总面积为0.5m2．求：
（1）汽车对地面的压强．
（2）汽车的牵引力所做的功．
（3）汽车发动机的机械效率．
【答案】
1.汽车对地面的压强为4×104Pa．
2.汽车的牵引力所做的功为6×106J．
3.汽车发动机的机械效率为66.7%．
【解析】
（1）因水平面上物体的压力和自身的重力相等，
所以，汽车对地面的压强：
p=F/S=G/S=2×104N/0.5m2=4×104Pa．
（2）因电动汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
所以，汽车的牵引力：
F'＝F阻＝0.1G＝0.1×2×104N＝2×103N，
则汽车的牵引力所做的功：
W机械＝F's＝2×103N×3×103m＝6×106J．
（3）由P=W/t可得，电动汽车消耗的电能：
W电＝Pt＝50×103W×3×60s＝9×106J，
汽车发动机的机械效率：
η=W/W×100%=6×106J/9×106J×100%≈66.7%．
16..如图所示，在探究“杠杆的平衡条件”实验中用到的实验器材有：杠杆、铁架台、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钧码若干个．
（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉．此时，应把杠杆左端的平衡螺母向________（选填“左”或“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时，保持在________位置并静止．
（2）杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码（如图甲所示），为了使杠杆平衡，可以在B点处挂________个钩码或用弹簧测力计拉杠杆．若采用弹簧测力计，拉力的方向由竖直向下逐渐向右倾斜时，为使杠杆仍然保持平衡，弹簧测力计的示数将________（选填“变大”、“变小”或“不变”），其原因是________．
（3）关于“杠杆不处于水平位置能否平衡？”小海和小红意见不同．小海认为能平衡，于是他每次让杠杆倾斜到同一位置静止，这样实验也得出了同样的杠杆平衡条件．
小海认为杠杆平衡不一定是水平的，这种说法对吗？________（填“对”或“错”)，小海这种方案与小红让杠杆在水平位置做实验的方案相比较，你认为小海和小红哪位同学的实验方案好？请说明理由．
答：________的实验方案好；理由是________．
【答案】
（1）左 水平位置
（2）6 变大 该力的力臂变短了
（3）对 小红 便于测量力臂
【解析】
（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，说明杠杆重心右移，所以应该把杠杆左端的平衡螺母向左调节，直至重心变到中点处，使杠杆在不挂钩码时,保持在水平位置并静止.
（2）当在A挂4个钩码，则A点处受到的重力为4G，力臂为3，点B的力臂为2，由杠杆的平衡条件F1l1=F2l2可知，可以在B点处F2=F1l1l2=4G 32=6G，所以应在B处挂6个钩码；
当拉力的方向由竖直向下逐渐向右倾斜时，该力的力臂逐渐变短，由杠杆的平衡条件可知，为使杠杆仍然保持平衡，弹簧测力计的示数将变大．
（3）杠杆处于静止状态或匀速直线运动状态都叫杠杆平衡，所以小海的说法是对的；
小红的方案好，因为力臂是从支点到力的作用线的距离，在小红的方案中，杠杆在水平位置时，力的方向与杠杆垂直，力臂可以从杠杆标尺刻度上直接读出业，而小海的实验方案中的力臂不便于测量，所以小红的方案好.
17.（2021·无锡）用图示的滑轮组提升重物，请画出绳子两种绕法。
【答案】
【解析】
滑轮组绳子的绕法，有两种：
一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上，绕过下面的动滑轮，再绕过上面的定滑轮；
二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上，绕过定滑轮，然后再绕过动滑轮。专题06 机械与机械效率
知识点一 杠杆
1、杠杆：一根硬棒在力的作用下如果能绕固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。
2、杠杆的五要素：
（1）支点：杠杆绕着转动的点叫支点，用字母O表示。
（2）动力：使杠杆转动的力，用字母F1表示。
（3）阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母F2表示。
（4）动力臂：支点到动力作用线的距离，用字母L1表示。
（5）阻力臂：支点到阻力作用线的距离，用字母L2表示。
典例：1.（2021·江苏）如图所示，起瓶器开启瓶盖时，可看作是（　　）
A . 以B为支点，动力方向向下的杠杆
B . 以B为支点，动力方向向上的杠杆
C . 以A为支点，动力方向向下的杠杆
D . 以A为支点，动力方向向上的杠杆
知识点二 杠杆作图及力臂的画法
（1）做出某力的力臂：步骤：首先找出支点，其次做出对应力的作用线（用虚线），最后支点到该作用线的距离即为力臂（注意画出垂直符号）；
（2）在已知点做出最小力：步骤：首先找支点，其次将支点到已知点的距离作为最长力臂，再根据“保持平衡”确定最小力的方向，最后根据力与力臂垂直做出最小力。
（3）在未知点做出最小力：步骤：首先找支点，其次找到离支点最远的点，连接支点到最远点，该连线作为最长力臂，再根据“保持平衡”确定最小力的方向，最后根据力与力臂垂直做出最小力。
典例：2.（2021·连云港）如甲图所示，杠杆受的拉力为 F2，0为杠杆的支点．请画出使杠杆在如图位置保持静止时的最小的力F1的示意图，并作出力F2 的力臂L2．
知识点三 杠杆的平衡条件
1、动力×动力臂＝阻力×阻力臂,即：F1×L1＝F2×L2
典例：3.在“探究杠杆的平衡条件”的实验中．
（1）在杠杆上挂钩码前，杠杆静止在甲图中的位置，为使杠杆水平平衡，应将右端的平衡螺母向________（选填“左”或“右”）调节．将杠杆调节水平平衡的目的是避免________对实验的影响和便于________．
（2）乙图中杠杆恰好处于水平平衡，若在A处下方再挂一个相同钩码，为使杠杆保持水平平衡，则需将挂在BB处的钩码向右移动________格．
（3）若取掉乙图中挂在BB处的钩码，改用弹簧测力计钩在C处对杠杆施拉力，为使杠杆保持水平平衡，且弹簧测力计示数最小，则弹簧测力计对杠杆的拉力方向是________．
（4）此实验多次改变挂在支点O两边钩码的质量和悬挂位置，收集杠杆平衡时多组动力，动力臂、阻力和阻力臂的数据，其目的是________（选填“减小误差”或“寻找普遍规律”）．
典例：4.（2021·佳木斯）如图所示，杠杆处于平衡状态且刻度均匀，各钩码质量相等，如果在杠杆两侧各减少一个钩码，杠杆会（ ）
A . 左端下沉B . 右端下沉C . 杠杆仍然平衡D . 无法判断
知识点四 杠杆的应用
典例：5.（2021·上饶）如图所示的简单机械，正常使用时省力的是（ ）
A . B .
筷子 食品夹
C . D .
切纸刀 船桨
知识点五 滑轮
1、定滑轮：（1）滑轮的轴心位置不移动的滑轮叫定滑轮。（2）定滑轮特点是不省力、不省距离，但可以改变力的方向
2、动滑轮：（1）轴和重物一起移动的滑轮叫动滑轮。（2）动滑轮特点是可以省一半力，但费一倍的距离，不可以改变力的方向。
3、滑轮组：（1）定滑轮、动滑轮组合在一起构成滑轮组。（2）既能省力又能改变力的方向。（3）F拉与G物关系：F拉=1/nG物；绳子自由端移动距离与物体上升距离关系：S绳=n*h。
典例：6.（2021·延安）用轻质滑轮匀速提升同一重物，下列选项中所用拉力最小的是（ ）
A . B . C . D .
典例：7.（2021·延安）由以上可知：在滑轮重及摩擦不计的情况下最省力的是D．如图所示，物体重G＝500N，滑轮重10N，当物体G匀速上升时，则挂钩B承受拉力为________N，挂钩A承受________N的拉力，拉力F为________N，若绳子自由端向上拉动0.6m，则物体向上移动________m。
知识点六 机械效率
1、有用功：必须要做的功为有用功。
2、额外功：克服机械自身部件的重力和摩擦力不得不做的功为额外功。
3、机械效率：在物理学中，用机械效率表示有用功在总功中所占的比例。
4、机械效率＝×100%，η＝×100%。
典例：8.（2021·连云港）某工地用如图所示的滑轮组匀速提升400N的重物，在重物上升的过程中拉力移动了0.6m，滑轮组的机械效率为80%（不计绳重和摩擦），则：
（1）滑轮组的有用功为多少？
（2）拉力做的总功为多少？
（3）动滑轮的重是多少？
特别提醒：滑轮组（滑轮）的机械效率：
①竖直提升物体时：
a.题目中没有出现“忽略绳重和摩擦”的情况：
公式：
b.题目中出现“忽略绳重和摩擦”的情况（额外功只有克服动滑轮重力做功）：
公式：（题中经常要求快速求出）
②水平拉动物体时：
公式：
1. （2021·全国）下列关于杠杆的说法中，错误的是（ ）
A . 杠杆可以是直的，也可以是弯的
B . 动力使杠杆转动，阻力阻碍杠杆转动
C . 支点可能在杠杆的端点，也可能在杠杆中间
D . 杠杆的长度等于动力臂和阻力臂之和
2.（2021·无锡）如图所示的钓鱼竿可以看成一个杠杆，关于钓鱼竿下列说法正确的是（ ）
A . 钓鱼竿是省力杠杆，B点是支点
B . A点是支点，使用钓鱼竿可以省功
C . 钓鱼竿是费力杠杆，它的好处是可以省距离
D . 钓鱼竿是省力杠杆，增大两只手之间的距离能更省力
3.在如图所示的四种情景中，所使用的杠杆属于省力杠杆的是（ ）
A . B .
镊子 酒瓶起子
C . D .
托盘天平 筷子4.（2021·江苏）如图探究滑轮组的特点，不计摩擦和绳重。将一个重为200N的物体沿竖直方向在6s内匀速提高了3m，已知绳子自由端的拉力F为125N．下列说法中正确的是（　　）
A . 动滑轮重75N
B . 6s内拉力F做功375J
C . 6s内拉力F的功率为62.5W
D . 滑轮组的机械效率为80%
5.（2021·湖南）如图所示，在水平面上的物体重200N，与水平面的滑动摩擦力的大小是48N，当用图示装置水平匀速拉动物体时，F＝20N．若绳子自由端移动的速度为0.6m/s，则（　　）
A . 滑轮组的机械效率是80% B . 绳子与滑轮间的摩擦力大小是4N
C . 物体的速度大小是0.3m/s D . 动滑轮重4N
6.（2021·河北）如图所示，分别用力F1、F2和F3，使用下列三个装置匀速提起同样的重物，不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重，则F1、F2和F3的大小关系是（ ）
A . F17.（2021·南平）水平桌面上放一个重300N的物体，物体与桌面的摩擦力为60N，如图所示，若不考虑绳、滑轮的重力及摩擦，当物体以0.1m/s匀速移动时，水平拉力F和绳子自由端移动的速度分别为（ ）
A . 30N 0.1m/s B . 30N 0.2m/s C . 60N 0.2m/s D . 150N 0.1m/s
8.（2021·湖南）如图所示，用20N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5m（不计绳重和摩擦）。则下列说法不正确的是（ ）
A . 绳子自由端拉的距离为15m B . 动滑轮重为10N
C . 物体上升的速度为1m/s D . 绳子自由端拉动的速度为6m/s
9.（2021·大庆）功率为10kW的起重机在一分钟内，将重9×104N的物体升高2m，水平移动4m，则下列数据错误的是（　　）
A . 总功为1.8×103J B . 有用功为 1.8×103J
C . 总功为6×103J D . 机械效率为30%
10.（2021·徐州）如图所示的两个滑轮组，分别用拉力F甲和F乙将重为400N的物体G提升，若不计绳重及摩擦，每个滑轮的重均相同，在F甲和F乙作用下，绳子末端匀速移动相同距离，则此过程中（　　）
A . F甲和F乙做的有用功相等 B . F甲和F乙的大小相等
C . F甲和F乙做的总功相等 D . 甲、乙滑轮组的机械效率相等
11.（2021·淮北）质量是6kg的物体A放在水平桌面上，利用如图所示的装置使物体A以2m/s的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为2N，不计绳重、弹簧测力计重、绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦，则下列不正确的是（ ）
A . 作用在绳端的拉力F为2N B . 水平桌面对物体A的摩擦力为6N
C . 在1s内拉力F做功12J D . 在1s内拉力F的功率为4W
12.（2021·镇江）如图所示，滑轮组下端吊一重物，物重为120N。
（1）若不计滑轮重、绳重与摩擦，拉力F为________N；
（2）若不计绳重与摩擦，动滑轮重30N则拉力F为________N；
（3）若物体上升1m，绳自由端上升________m。
（4）若绳自由端上升的速度为0.3m/s，则物体上升的速度为________m/s。
13.（2021·齐齐哈尔）机器人用图的甲、乙滑轮装置提升重物，在相同的时间内分别把A、B两物体匀速提升相同的高度．已知A、B两物体物重之比GA∶GB=4∶1，机器人拉动绳子的拉力之比F甲∶F乙=5∶2，则机器人做功的功率之比P甲∶P乙=________；甲、乙两装置的机械效率之比η甲∶η乙=________．
14.（2021·贵州）如图所示，汽车以速度v向右水平匀速拉动绳子，使滑轮组匀速竖直提升物体A．汽车对绳子的拉力为F．滑轮组的机械效率为η．已知：F=2000N，v=0.5m/s，η=90%，g取10N/kg，绳重、轮与轴的摩擦均忽略不计．求：
（1）拉力F的功率P；
（2）物体A所受的重力GA．
15.（2021·郴州）一辆重为2×104N的电动汽车，以恒定功率50kW在平直的公路上匀速行驶3km，用时3min，已知汽车在行驶中所受阻力为车重的0.1倍，汽车轮胎与地面接触的总面积为0.5m2．求：
（1）汽车对地面的压强．
（2）汽车的牵引力所做的功．
（3）汽车发动机的机械效率．
16..如图所示，在探究“杠杆的平衡条件”实验中用到的实验器材有：杠杆、铁架台、弹簧测力计、刻度尺、细线和质量相同的钧码若干个．
（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉．此时，应把杠杆左端的平衡螺母向________（选填“左”或“右”）调节，使杠杆在不挂钩码时，保持在________位置并静止．
（2）杠杆调节平衡后，小明在杠杆上A点处挂4个钩码（如图甲所示），为了使杠杆平衡，可以在B点处挂________个钩码或用弹簧测力计拉杠杆．若采用弹簧测力计，拉力的方向由竖直向下逐渐向右倾斜时，为使杠杆仍然保持平衡，弹簧测力计的示数将________（选填“变大”、“变小”或“不变”），其原因是________．
（3）关于“杠杆不处于水平位置能否平衡？”小海和小红意见不同．小海认为能平衡，于是他每次让杠杆倾斜到同一位置静止，这样实验也得出了同样的杠杆平衡条件．
小海认为杠杆平衡不一定是水平的，这种说法对吗？________（填“对”或“错”)，小海这种方案与小红让杠杆在水平位置做实验的方案相比较，你认为小海和小红哪位同学的实验方案好？请说明理由．
答：________的实验方案好；理由是________．
17.（2021·无锡）用图示的滑轮组提升重物，请画出绳子两种绕法。

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