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(共60张PPT)
第十章　机械与人
考点一　杠杆的平衡条件及应用
典例1　（2023·扬州宝应一模）如图所示，一轻质杠杆支在支架上，O
为支点。OA＝20cm，G1为棱长是10cm的正方体，通过一根硬杆和杠杆
的A点相连，G2重为20N。当OC＝10cm时，G1对地面的压强为2×103Pa；此时A点受到的力为 　 N。现沿竖直方向将G1切掉2cm的宽度，整个杠杆仍然在原位置保持平衡，则切掉后，G1剩余部分对地面的压强为 　 Pa。
（典例1图）
解析：G2在C点时，由杠杆平衡条件得：FA×OA＝G2×OC，即
FA×20cm＝20N×10cm，解得，A点受到的力FA＝10N。G1对地面的压
强p＝2×103Pa；G1与地面的接触面积S＝10cm×10cm＝100cm2＝
0.01m2，由p＝可得，G1对地面的压力F＝pS＝2×103Pa×0.01m2＝
20N，A点受到的力为10N，物体间力的作用是相互的，杠杆对硬杆的拉
力为10N，即硬杆对G1的拉力大小为10N，正方体G1的重力G1＝10N＋
20N＝30N；
现沿竖直方向将G1切掉2cm的宽度，则剩余部分的重力G1'＝G1＝
×30N＝24N，因为整个杠杆仍然在原位置保持平衡，所以硬杆作用在
A点的力仍为10N，物体间力的作用是相互的，杠杆对硬杆竖直向上的
力为10N，即硬杆对G1剩余部分竖直向上的拉力T＝10N，故G1剩余部分
对地面的压力F压＝G1'－T＝24N－10N＝14N，G1剩余部分与地面的接
触面积S'＝8cm×10cm＝80cm2＝0.008m2，G1剩余部分对地面的压强p'
＝＝＝1750Pa。
答案：10　1750
1. 如图所示，两个等高的托盘秤甲、乙放在同一水平地面上，质量分布
不均匀的木条AB重48N，A、B是木条的两个端点，O、C是木条上的两
个点，AO＝BO，AC＝OC。A端放在托盘秤甲上，B端放在托盘秤乙
上，托盘秤甲的示数是12N，可以将木条AB看作杠杆，则此时杠杆的支
点为 （选填“A”“B”或“C”）点。现移动托盘秤甲，让C点放
在托盘秤甲上，此时托盘秤乙的示数是 ，此时杠杆的支点
为 （选填“A”“B”或“C”）点。
B　
32N　
C　
（第1题）
考点二　滑轮、杠杆及滑轮组中的相关计算
典例2　如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式（不计
机械自重和摩擦，D中物体挂在杠杆的中点处），其中所需动力最小的
是（　　）
　 　 　
A. B. C. D.
解析：设物体重力为G，不计机械自重和摩擦：A图中为斜面，由功的
原理可得，F1×4m＝G×2m，解得F1＝0.5G；B图中为滑轮组，与动滑
轮相连的绳子段数是3，因此F2＝G；C图中为定滑轮，不省力，则F3＝
G；由D图可知，杠杆的动力臂为阻力臂的2倍，根据杠杆平衡条件可
知，动力为阻力的二分之一，F4＝0.5G；因此动力最小的是B。
答案：B
2. （2023·昆明五华校级模拟）如图所示，分别用滑轮和滑轮组匀速提
升同一重物G时，所用拉力分别为F1、F2、F3、F4，若不计绳重、动滑
轮重及摩擦，则下列关系式正确的是（　C　）
　 　 　
（第2题）
C
A. F1＜F2＜F3＜F4
B. F1＞F2＞F3＞F4
C. F4＜F2＜F1＜F3
D. F4＜F2＝F3＜F1
考点三　功的计算和公式的应用
典例3　（2023·齐齐哈尔甘南一模）如图甲所示，水平地面上的一物
体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体
速度v与时间t的关系如图乙和丙，则2～4s内，推力对物体做功 　　J，
物体前2s内受到的摩擦力为 　　N。
　 　
（典例3图）
解析：由图乙、丙可知，2～4s内的推力F＝2N，物体做匀速直线运动，
则物体受到的摩擦力和推力是一对平衡力，二力大小相等，则此时物体
受到的摩擦力为2N，速度是2m/s，运动的距离s＝vt＝2m/s×2s＝4m，
推力对物体做功W＝Fs＝2N×4m＝8J。前2s内物体做加速运动，所受摩
擦力为滑动摩擦力，整个过程压力和接触面的粗糙程度不变，摩擦力不
变，物体前2s内受到的摩擦力为2N。
答案：8　2
3. （2023·柳州柳南二模）如图所示，A、B为相同的物块，长为20cm，
在推力F作用下A、B一起做匀速直线运动，4s后A掉下，B以不变的速度
继续运动，直到B掉下。A没掉下时F为6N，则A没掉下时A、B的速度
为 m/s，从开始推到B掉下，推力F做的功为 J。
（第3题）
0.025　
1.2　
考点四　功率大小的比较及应用
典例4　（2023·邯郸魏县期末）体育课上同学们进行爬杆比赛，质量为
50kg的小明以0.8m/s的速度匀速爬直立的杆，在爬杆过程中，他受到的
摩擦力为 　　N，爬杆的功率是 　　W。某汽车发动机输出功率为
30kW，恰能以54km/h匀速行驶5.4km，此过程发动机共做功 　　J，汽
车行驶时受到的阻力为 　　N。当汽车上坡时，只能保持36km/h的速度
匀速行驶，此时汽车发动机牵引力为 　N。（g取10N/kg）
解析：小明匀速爬杆，则受力平衡，即向上的摩擦力等于向下的重力，
即F＝G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N；爬杆的功率P人＝Fv＝
500N×0.8m/s＝400W；汽车功率P＝30kW＝3×104W，速度v1＝54km/h
＝15m/s，由v＝得汽车行驶时间t＝＝＝360s，汽车发动机做
功W＝Pt＝3×104W×360s＝1.08×107J，由P＝Fv得汽车的牵引力F1＝
＝＝2000N，汽车做匀速运动，处于平衡状态，阻力等于牵引
力，则阻力f＝F1＝2000N；汽车上坡速度v2＝36km/h＝10m/s，由P＝Fv
得此时汽车的牵引力F2＝＝＝3000N。
答案：500　400　1.08×107　2000　3000
4. 小明对四名同学做功情况各测量了一次，把四名同学做的功W和所用
时间t在坐标系中描点，得到了图中甲、乙、丙、丁四个点，这四名同
学中做功功率最大的是（　A　）
A. 甲 B. 乙 C. 丙 D. 丁
（第4题）
A
考点五　功率测量的实验
典例5　如表是小明和小亮比较上楼的功率的数据，由表格中数据可
知：
姓名 体重G/N 高度h/m 时间t/s 功率P/W
小明 600 6 30 　　
小亮 500 6 20 　　
（1） 本次实验使用的测量器材有体重计、刻度尺和 　　。
（2） 根据记录的数据，计算功率的表达式是P＝ 　　。（用物理量的
符号表示）
（3） 把小明和小亮的功率填入表格。
解析：（1） 由功率的定义式P＝知，要测量小明和小亮上楼的功率，
还需要测量时间，则需要的测量仪器为停表。（2） 人在上楼时，需要
克服自身的重力做功，即W＝Gh，代入功率的定义式P＝得，本实验
功率的表达式为P＝。（3） 将表格中小明和小亮的相关数据代入P＝
计算得，小明的功率为120W，小亮的功率为150W。
答案：（1） 停表　（2） 　（3） 120　150
5. 学校买了一箱物理器材，小军同学将它从一楼搬运到三楼（如图所
示），小丽同学想测量小军同学搬运器材过程中对箱子做功的功率。
（第5题）
（1） 测量所需要的器材有
。
（2） 小丽同学设计的测量步骤如下，其中多余的是 。
A. 测出箱子所受的重力
B. 测出楼梯的总长度
C. 测出一楼到三楼的竖直高度
D. 测出小军上楼梯所用的时间
E. 算出小军搬运箱子的功率
台秤（或磅秤）、刻度尺（或卷尺），停
表（或手表）　
B　
考点六　机械效率的大小比较及计算
典例6　（2023·商洛柞水模拟）小明在学习了滑轮这一节内容后，联想
到生活中最常见的滑轮应用——电梯，小明根据电梯运行原理安装出如
图所示模拟电梯装置，该装置配重的最大质量为5kg，轿厢的质量为
1kg。当以最大配重使轿厢下降时，测得轿厢速度为0.1m/s，不计滑轮、
绳重及摩擦。当该装置配重为最大质量时，下列说法中正确的是（g取
10N/kg）（　　）
（典例6图）
A. 配重上端滑轮是为了改变力的方向
B. 配重的上升速度为0.2m/s
C. 轿厢中货物的质量为9kg
D. 此时该装置的机械效率为最大值
解析：由图可知，配重上端滑轮随配重一起移动，所以该滑轮是动滑
轮，动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，故A错误；由图可知，n＝
2，根据v轿＝nv配可知，配重的上升速度v配＝v轿＝×0.1m/s＝0.05m/s，
故B错误；不计滑轮、绳重及摩擦，轿厢受到的拉力F轿＝G配＝m配g＝
×5kg×10N/kg＝25N，根据F轿＝G轿＋G货＝m轿g＋m货g可知，轿厢中
货物的质量m货＝＝＝1.5kg，故C错误；
由于配重为最大质量，则轿厢中所装货物的重力最大，轿厢对货物所做
的功为有用功，即有用功最大，克服轿厢自重所做的功为额外功，而轿
厢的质量不变，即额外功不变，此时有用功占总功的比例最大，因此此
时该装置的机械效率为最大值，故D正确。
答案：D
6. 用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100N，每次运送的
量不定，如图乙为在整个过程中滑轮组的机械效率随运送货物重力而变
化的图像，则动滑轮重为 N；当某次运送3件货物时，绳子的拉
力F是 N。（不计绳重和摩擦）
100　
200　
（第6图）
考点七　滑轮（组）、斜面机械效率的测量实验
典例7　（2022·南通）用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械
效率的影响”实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变动
滑轮的重，每次实验都匀速拉动绳端使物体上升10cm。不计绳重，实验
数据如表。
（典例7图）
序号 G物/N G动/N F/N η/％
1 6.0 0.3 2.2 90.9
2 6.0 1.0 ▲ ▲
3 6.0 1.9 2.9 69.0
4 6.0 3.2 3.4 58.8
（1） 每次实验绳端移动距离为 　　cm。
（2） 第2次实验中拉力F的示数如图乙，读数为 　　N，第2次实验滑轮
组的机械效率为 　　％。分析数据可知：在物重不变的情况下，动滑轮
越重，滑轮组的机械效率越 　　。
（3） 实验中若仅增大绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率将 　　。
（4） 本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的
额外功占总额外功的比例 　　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
解析：（1） 从图甲中可知n＝3，每次实验绳端移动距离s＝nh＝
3×10cm＝30cm＝0.3m。（2） 测力计的分度值为0.1N，读数为2.5N，
第2次实验滑轮组的机械效率η＝×100％＝×100％＝×100
％＝×100％＝×100％＝80％。分析数据可知：在物重不变的
情况下，从第1次实验至第4次实验，动滑轮的重力逐渐变大，滑轮组的
机械效率逐渐变小，故动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低。
（3） 实验中若仅增大绳端移动的距离，根据η＝×100％＝
×100％＝×100％＝×100％可知滑轮组的机械效率将不变。
（4） 四次实验中，物体上升的高度h＝10cm＝0.1m，有用功W有＝G物h
＝6.0N×0.1m＝0.6J，第1次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功W
动1＝G动1h＝0.3N×0.1m＝0.03J，总功W总1＝F1s＝2.2N×0.3m＝0.66J，
摩擦引起的额外功W摩1＝W总1－W有－W动1＝0.66J－0.6J－0.03J＝0.03J，
摩擦引起的额外功占总额外功的比例η1＝×100％＝
×100％＝50％；同理可算出第2、3次实验中的比例。
第4次实验中，克服动滑轮的重力所做的额外功W动4＝G动4h＝
3.2N×0.1m＝0.32J，总功W总4＝F4s＝3.4N×0.3m＝1.02J，摩擦引起的
额外功W摩4＝W总4－W有－W动4＝1.02J－0.6J－0.32J＝0.1J，摩擦引起的
额外功占总额外功的比例η4＝×100％＝×100％≈24
％；本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的额
外功占总额外功的比例变小。
答案：（1） 30　（2） 2.5　80　低　（3） 不变　（4） 变小
7. （2022·海南）小明发现公共场所为残障人士设计的无障碍通道是斜
面，且不同的斜面通道的倾斜程度有所不同，这引发了小明对斜面的兴
趣。他想了解斜面的机械效率是否与倾斜程度有关，便与实验小组的小
伙伴们用如图所示装置进行实验探究。
（第7图）
（1） 测量斜面的机械效率，需要的测量工具是 、
。
弹簧测力计　
刻
度尺　
（2） 请设计出实验数据记录表格。
解：如表所示
实验
序号 斜面的
倾斜程
度 物体
重力
G/N 拉力 F/N 斜面
高度
h/m 斜面
长度
s/m W有/J W总/J 机械
效率η
1
2
3
（3） 准备动手实验时，有小伙伴提出，斜面的机械效率还可能跟斜面
的粗糙程度有关。当他们要探究斜面的机械效率是否与倾斜程度有关
时，应当保持 不变，这里采用的科学研究方法是
。
斜面粗糙程度　
控
制变量法　
考点八　机械能及其转化
典例8　（2023·株洲石峰模拟）如图甲所示，一小球从直立于水平地面
的轻质弹簧正上方的某一高处由静止开始下落，直至将弹簧压缩到最短
（忽略空气阻力）。在这个的过程中，图乙中的 　　表示小球动
能、 　　表示小球重力势能、 　　表示小球机械能、 　　表示弹簧弹性
势能随小球下落高度的变化关系图线。
（典例8图甲）
　 　 　
（典例8图乙）
解析：因为整个过程中忽略空气阻力，在小球没有碰到弹簧之前，小球
的重力势能转化为小球的动能，当小球刚接触弹簧时，弹簧形变量较
小，弹力小于重力，小球的重力势能一部分转化成小球的动能，一部分
转化成弹簧的弹性势能，但是当弹簧形变量较大，弹力大于重力时，小
球的动能也开始转化为弹簧的弹性势能，所以整个过程中小球的动能变
化情况为先增大，随后增大较慢，最后开始减小，所以，③表示小球动
能。由于将弹簧压缩至最低的过程中，小球一直在向下运动，相对地面
的高度是越来越小，故重力势能一直减小，所以，②表示小球的重力势
能。
因为整个过程中忽略空气阻力，在小球没有碰到弹簧之前，小球的重力
势能转化为小球的动能，此时机械能不变，但是当小球碰到弹簧后，小
球的机械能转化成弹簧的弹性势能，小球的机械能开始减小，所以小球
的机械能先不变后减小，所以，①表示小球的机械能。小球没有接触到
弹簧时，弹簧的弹性势能为0，小球接触弹簧后压缩弹簧的过程中，弹
簧的形变量越来越大，弹性势能也越来越大，所以弹簧的弹性势能先为
0后增大，所以，④表示弹簧弹性势能随小球下落高度的变化关系图线。
答案：③　②　①　④
8. （2022·乐山）2022年北京冬奥会单板滑雪男子大跳台决赛，中国运
动员摘得金牌，成为冬奥历史上该项目最年轻的金牌获得者。比赛场地
简化如图所示，AC为助滑道，B为AC的最低点。运动员某次从A点由静
止开始下滑到达B点的过程中（不考虑一切阻力），重力势能转化
为 能，机械能 （选填“增大”“减小”或“不变”）。
动　
不变　
（第8题）
1. （2023·长沙雨花期末）如图，用同一滑轮，沿同一水平面拉同一物
体做匀速直线运动，所用的拉力为F1、F2、F3，不计滑轮重和绳子与滑
轮之间的摩擦。下列关系中正确的是（　B　）
　 　
（第1题）
A. F1＞F2＞F3 B. F2＜F1＜F3
C. F2＞F1＞F3 D. F1＜F2＜F3
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
2. （2023·惠州期末）如图所示，杠杆都处于水平平衡状态，物体A、
B、C、M体积相等，则四个物体中密度最大的是（　C　）
（第2题）
A. 物体M B. 物体A C. 物体B D. 物体C
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
3. 如图，AB、AC、AD为三个光滑斜面，其中AD为曲面，小球M从A点
分别沿三个面自由滑下，撞击放在B、C、D三点完全相同的物块上，物
块在撞击力的作用下移动相同的距离停下，则（　A　）
A. 小球M对三物块做功一样多
B. 小球M对B点物块做功多
C. 小球M对C点物块做功多
D. 小球M对D点物块做功多
（第3题）
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
4. （2023·青岛市南校级期末）以下力学作图，正确的是（　A　）
A. 静止靠在墙角的球 B. 挂在墙上的球
A
　　
C. 力F1和力臂l1 D. 力F的力臂l
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
5. 如图所示的斜面表面光滑，其中AB＞AC，沿斜面AB和AC分别将同一
重物用相同的时间从斜面的底部匀速拉到顶部，所需拉力分别为F1和
F2，所做的功分别为W1和W2，两次拉力的功率分别为P1、P2，则
（　A　）
A. F1＜F2　W1＝W2　P1＝P2
B. F1＞F2　W1＝W2　P1＝P2
C. F1＜F2　W1＝W2　P1＞P2
D. F1＞F2　W1＞W2　P1＞P2
（第5题）
A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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13
14
15
16
6. 如图所示，斜面高2m、长4m，小明用平行于斜面的拉力F，将重400N
的物体从斜面底端匀速拉到顶端，已知拉力F＝250N，对此过程，下列
说法中正确的是（　C　）
A. 有用功为4000J B. 效率为60％
C. 额外功为200J D. 摩擦力为250N
（第6题）
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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15
16
7. 如图所示是某运动员在U形场地比赛的情景，关于比赛过程中的能量
变化，其中叙述正确的是（　D　）
A. 运动员在U形场地滑行向上冲击到最高点时，动能将达到最大
B. 运动员从U形场地空中的最高点开始下落过程中机械能逐渐增大
C. 运动员在U形场地出发点加速下滑的过程中动能越来越小
D. 运动员从U形场地出发点加速下滑的过程中重力势
能越来越小
（第7题）
D
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
8. （2023·武汉模拟）在研究定滑轮和动滑轮的特点的实验中，小明按图分别组装了定滑轮和动滑轮进行实验。实验数据如表所示，由表格可知，下列说法中错误的是（　B　）
（第8题）
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
装置 甲 乙 丙
弹簧测力计的示数/N 4 4.4 2.8
拉力方向 向上 向下 向上
钩码移动的距离/cm 20 20
测力计移动的距离/cm 20 40
A. 使用定滑轮不省力，也不省距离
B. 使用动滑轮可以省一半的力，图丙中拉力不为物重的一半主要是测量误差造成的
C. 图乙中定滑轮的机械效率约为91％，图丙中动滑轮的机械效率约为71％
D. 使用定滑轮和动滑轮都不仅不省功，反而要多做功
9. （2023·焦作山阳一模）如图，轻绳的一端系有质量为2kg的物体C，
另一端系在质量为1kg的均匀木棒AB的A端；木棒AB可绕B端无摩擦转
动，在水平拉力F的作用下木棒AB与墙面的夹角由30°增大到60°，则（g
取10N/kg）（　C　）
A. 拉力F的大小一直不变
B. 当棒与墙面成30°时拉力F＝N
C. 当棒与墙面成45°时拉力F＝25N
D. 当棒与墙面成60°时拉力F＝N
（第9题）
C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
10. 如图甲，用撬棒撬起石头，向上向下用力都可以，谁更省力？
（选填“F上”或“F下”）；如图乙所示，作用在杠杆左端且始终与
杠杆垂直的力F，将杠杆由水平位置OA缓慢拉至OB，则在这个过程中
力F将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。
（第10题）
F
上　
变小　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
11. 甲、乙两辆完全相同的汽车在同一水平地面上做匀速直线运动，它
们的s－t图像如图所示，则两车的功率之比P甲∶P乙＝ 。
（第11题）
1∶2　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
12. （2023·厦门思明校级期末）用总功率为10kW，最大抽水高度为10m
的水泵给水塔抽水，水塔顶端水箱容积为200m3，水塔水箱距地面高度
为24m，抽水机的机械效率为50％，则最少需要 台这样的抽水机，
同时满负荷工作 s可以将水塔抽满。（g取10N/kg）
3　
3.2×103　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
13. （2023·曲靖麒麟校级模拟）运动的钢球打在木块上，木块被撞走，
钢球对木块做了功，钢球能够做功，表明钢球具有能量。物体由于运动
而具有的能，叫做动能，一切运动的物体都具有动能。动能的大小跟哪
些因素有关呢？现提供如图所示实验装置，为了验证物体的动能大小与
物体速度有关，应进行的操作是
；若观察到 的实验现象，则能初步说明
物体的动能大小与物体速度有关。
让同一钢球从斜面不同高度由静止滑
下　
木块被推动的距离不同　
（第13题）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
14. 物体M在杠杆AOBC作用下如图位置静止，试在C点作出使杠杆在如
图位置平衡时的最小力（O为支点）。
（第14题答案）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
15. 如图所示，用滑轮组提升物体，已知滑轮质量均为2kg，物体重
100N，绳子能承受的最大拉力为50N，请画出绳子的正确绕法，并在绳
的末端标出力的方向。（不考虑绳重及摩擦，g取10N/kg）
（第15题答案）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
16. （2023·松原三模）在“测量滑轮组的机械效率”的实验中，用同一
滑轮组进行了三次实验（如图所示），实验数据记录如表所示：
序
号 钩码重
/N 钩码上升距
离/cm 弹簧测力计
示数/N 弹簧测力计上升
距离/cm 机械效率
1 2 10 0.8 30 83.3％
2 4 10 1.5 30
3 6 10 30 90.9％
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
　　 　　
（第16题）
（1） 第2次实验中滑轮组的机械效率为 （结果精确到0.1
％）。
88.9％　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
（2） 第3次实验中，弹簧测力计的示数漏填，由图丙可知，弹簧测力
计示数为 N。
（3） 分析数据可得实验结论：使用同一滑轮组，提升的物体越重，滑
轮组的机械效率越 （选填“高”或“低”）。
（4） 根据实验结论推测：使用该滑轮组再次将8N的物体匀速提升
10cm，此时滑轮组的机械效率可能为 。
A. 71.6％ B. 82.4％ C. 92.1％
2.2　
高　
C　
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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