资源简介

第8讲　简单机械
【考向分析】
考试 瞭望 年份 重要考点 分值 题型 热度
2016~2025 杠杆分类、画力臂、探究杠杆平衡条件、有关杠杆平衡条件的计算 2~6 选择题、填空题、 实验探究题、 计算应用题
探究斜面省力情况及影响因素、斜面机械效率的计算
有关滑轮组的省力情况、功、功率、机械效率的计算和比较
课标 要求 1.知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。 2.能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。
规律 分析 近年来多以实验题和计算题的形式考查,以工程实践、自制测量工具为背景命题,考查学生模型建构与分析以及用物理原理解决实际问题的能力。
考向 预测 在2026年学业水平考试中,结合简单机械考查机械效率的计算,在选择题中考查,分值为2分。
回归教材 —— 河北中考核心考点梳理
教材链接 人教:八下第十二章　教科:八下第十一章　北师大:八下第九章
【知识清单】
考点1 杠杆
1.杠杆的五要素和平衡条件
(1)杠杆的定义:在力的作用下能绕着 转动的硬棒叫作杠杆。
(2)杠杆五要素:
①支点:杠杆绕着转动的点,用字母 表示。
②动力:使杠杆转动的力,用字母 表示。
③阻力:阻碍杠杆转动的力,用字母 表示。
④动力臂:从支点到 的距离,用字母l1表示。
⑤阻力臂:从支点到 的距离,用字母l2表示。
(3)杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂。(F1l1=F2l2)
【提示】画力臂:①先在杠杆示意图上确定支点;②画出动力作用线和阻力作用线;③最后从支点向力的作用线引垂线。
2.杠杆的分类
杠杆分类 力臂关系 力的关系 特点 实例
省力杠杆 l1① l2 F1② F2 省力,③ 距离 羊角锤、起子、撬棒等
费力杠杆 l1④ l2 F1⑤ F2 ⑥ 力,省距离 钓鱼竿、起重机 的吊臂、镊子等
等臂杠杆 l1⑦ l2 F1⑧ F2 不省力,不省距离 天平、定滑轮等
【提示】省力杠杆必费距离,费力杠杆必省距离,既省力又省距离的杠杆是不存在的。
考点2 滑轮
定滑轮 动滑轮 滑轮组
示意图
定义 中间的轴 ① 的滑轮 和重物一起 ② 的滑轮 定滑轮、动滑轮组合成滑轮组
实质 ③ 杠杆 动力臂为阻力臂④ 倍的 ⑤ 杠杆 \
特点 不能⑥ ,但是能改变 ⑦ 能省⑧ 的力, 但不能改变⑨ 在不考虑绳子重、滑轮重和 摩擦力的情况下,F=⑩
距离关系
考点3 斜面与轮轴
名称 斜面 轮轴
示意图
定义 一个与水平面成一定夹角的倾斜平面 由① 和② 组成,能绕共同轴线转动的简单机械叫作轮轴;半径较大的是轮,半径较小的是轴
特点 省力机械 能够连续旋转的③ ,支点就在④ ,轮轴在转动时轮与轴有相同的⑤
应用 楼梯、盘山公路等 方向盘、水龙头、扳手
考点4 机械效率
1.有用功、额外功、总功
有用功 我们需要的、必须要做的功叫作有用功,用W有表示
额外功 我们在做有用功的同时,还不得不多做的功叫作额外功,用W额表示
总功 有用功与额外功之和是总共做的功,叫作总功,用W总表示。用公式表达为
2.机械效率
(1)定义:物理学中,将 跟 的比值叫作机械效率,用 表示。
(2)表达式:η=。
(3)说明:机械效率是一个比值,通常用百分数表示,由于有用功总 总功,故机械效率总 1;机械效率的高低与使用机械是省力还是费力 。
3.测量滑轮组的机械效率
(1)原理:η==。
(2)过程:沿 方向 拉动弹簧测力计使钩码升高,测出钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s。
(3)结论:同一滑轮组,提升重物越重,机械效率越 ;提升相同重物,动滑轮越多,机械效率越 ,但越 力。
(4)提高机械效率的方法: 动滑轮的重;加润滑油减小 ; 物重。
【教材探宝】
教材图片 考查内容
人教八下P112 杆秤在使用时相当于如图所示的杠杆,若秤砣(砝码)质量为50 g,且水平平衡时物体和秤砣悬挂位置与提纽位置的距离分别为5 cm、15 cm,则物体的质量为① g。(杆秤重忽略不计)
教科八下P105 如图所示,这是古代的辘轳,是一种取水的装置,该装置能够省② (选填“距离”“力”或“功”),使用更轻的桶可以③ (选填“提高”或“降低”)机械效率。
【核心突破】
一、杠杆平衡分析
独竹漂是一项民间绝技,表演者站在一根楠竹上,手执一根细竹竿为“桨”,左右点水、破浪前进。如图所示,表演者左手撑住竹竿的A点,右手在B点用力摆动竹竿使楠竹在水面滑行。若将竹竿看作杠杆,下列有关说法不正确的是 ( )
A.A点为杠杆的支点
B.右手离A点越远,表演者施加的动力越小
C.竹竿是一个费力杠杆
D.若B点位于A点与竹竿下端所受力的作用点的中点,则竹竿为等臂杠杆
先判断竹竿在使用过程中,动力臂和阻力臂的关系,然后再判断是哪种类型的杠杆,根据杠杆平衡的条件来解决,阻力和阻力臂不变时,动力臂越大,动力越 。
变式训练
　　(变情境)停车场入口常用横杆来控制车辆的进出,如图甲,我们可以把该装置简化成如图乙的杠杆,该杠杆为 (选填“省力”或“费力”)杠杆,若横杆AB粗细相同、质量分布均匀,其重力G=120 N,OB=2.5 m,AO=0.3 m,该杠杆的阻力臂为 m。要使横杆AB保持水平平衡,需在A端施加竖直向下的力F= N。
二、机械效率的相关计算
简单机械 机械效率
η=×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100% =×100% =×100%
η=×100% =×100%
如图所示,这是甲、乙两机械的参数,关于这两个机械的说法正确的是 ( )
A.甲做的有用功较多
B.甲的总功大于乙的总功
C.甲的机械效率较高
D.甲、乙做的额外功之比为5∶6
有用功在总功中所占的百分比越大,机械效率越高 ,据此结合图示判断两机械的机械效率高低;从图示中获取信息,根据W有+W额=W总和η=分析即可。
变式训练
　　(变情境)两个滑轮按图示方式组合,用6 N的拉力F拉动绳端,使物体在5 s内水平向左匀速滑动1 m,物体与地面间的摩擦力为9 N。下列选项正确的是 ( )
A.A是定滑轮,B是动滑轮
B.拉力F做的功为12 J
C.拉力F的功率为2 W
D.滑轮组的机械效率为75%
　　(变题型)为了方便残疾人上下台阶,很多公共场所设计了如图所示的专用通道。沿专用通道至入口和直接上台阶相比较,可以 (选填“省力”“省功”或“省距离”)。若将重600 N的小车沿8 m长的斜面推至2 m高的入口处,沿斜面所用的推力为300 N,在此过程中所受斜面摩擦力大小为 N,斜面的机械效率为 。
实验探究 —— 学科核心素养提升
知识线：实验导航
实验1——探究杠杆的平衡条件
【实验装置】
【实验器材】
杠杆、钩码、弹簧测力计等。
(1)弹簧测力计的使用和读数。
(2)平衡螺母的作用(实验前调节杠杆在水平位置平衡)。
【实验操作】
(1)实验前让支点处于杠杆中央,调节杠杆在水平位置平衡的目的:避免杠杆① 对实验造成影响。
(2)实验中调节杠杆在水平位置平衡的目的:便于直接读取② 。
(3)杠杆的调节:实验前平衡螺母左高③ 调,右高④ 调,杠杆平衡后,实验过程中不能再调节平衡螺母。
【实验结论】
杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即⑤ 。
实验2——测量滑轮组的机械效率
【实验装置】
【实验操作】
(1)实验中竖直匀速拉动弹簧测力计的目的:保证拉力 弹簧测力计的示数。
(2)绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系:s= (n为作用在动滑轮上绳子的股数)。
(3)计算滑轮组的有用功:W有= 。
(4)计算滑轮组的总功:W总= 。
(5)计算滑轮组的机械效率η===。
实验方法:控制变量法。
a.探究滑轮组的机械效率与物重的关系时,使用相同的滑轮组,改变所挂钩码的数量。
b.探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系时,控制所挂钩码的数量相同,改变滑轮组中动滑轮的重力。
【实验结论】
在其他条件相同时,动滑轮越重,机械效率越 ;在绳子所能承受的范围内,所吊物体越重,机械效率越 。
考点线：实验母题
某实验小组的同学利用如图所示装置进行杠杆平衡条件的探究,实验用的每个钩码均重0.5 N。
设计实验与制订计划
(1)在杠杆上挂钩码前,杠杆静止在甲图中的位置,此时杠杆 (选填 “平衡”或“不平衡”)。
(2)实验中首先要调节杠杆两端的平衡螺母,其作用是使杠杆在 位置平衡,在该位置平衡的目的是 。
进行实验与收集证据
(3)在调节杠杆平衡时发现如图甲所示的情况,那么要将右端的平衡螺母向 (选填“左”或“右”)调节。
(4)请你设计记录实验数据的表格。
(5)某同学根据表格记录的数据得出杠杆平衡的条件为“动力+动力臂=阻力+阻力臂”,该结论违背了物理量间不能 (选填“加减”或“乘除”)的原则。
分析论证
(6)如图乙,有同学用弹簧测力计在B处竖直向上拉杠杆到水平位置平衡,此时测力计的示数为 N。如果他将测力计沿图中虚线方向拉,仍使杠杆在水平位置平衡,测力计的示数将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
评估
(7)此实验多次改变钩码的数量和悬挂位置以及弹簧测力计的位置,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 。
(8)完成上述实验后,有同学利用杠杆平衡条件来测量杠杆自身的质量:
①如图丙,将杠杆的C点挂在支架上,在C点的右侧挂质量为m的钩码,左右移动钩码的位置,使杠杆在水平位置平衡;
②用刻度尺测出此时钩码悬挂位置D点到C点的距离l1和 点到C点的距离l2;
③根据杠杆平衡条件,可以计算出杠杆的质量m杠杆= (用题目中所给物理量符号表示)。
小明在“测量滑轮组的机械效率”实验中,实验装置如图所示。
设计实验与制订计划
(1)该实验的原理是 。
(2)需要的测量工具有 、 、细绳、动滑轮、定滑轮、钩码若干。
进行实验与收集证据
(3)实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计。某同学认为可以当弹簧测力计静止的时候读数,该想法是 (选填“正确”或“错误”)的。
(4)实验记录的数据如下。
实验 次数 钩码重 G/N 钩码上升 高度h/m 绳端拉 力F/N 绳端移动 距离s/m 机械 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
分析论证
(5)通过比较 (填实验次数的序号)两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升同一重物时,滑轮组的机械效率与绳子的股数无关。
(6)通过比较 (填实验次数的序号)两次实验数据可得出结论:使用同一滑轮组提升重物时,物重越大,滑轮组的机械效率越高。
(7)通过比较3、4两次实验数据可得出结论: 。
评估
(8)在测拉力时,某同学使弹簧测力计做加速直线运动,该同学测得的机械效率与正确操作相比 (选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(9)有同学认为,在这个实验中去掉一个测量工具反而能够减小实验误差,你认为可以去掉 ,去掉该测量工具后,机械效率可写为 。
真题精粹 —— 河北10年真题及热点预测
命题点1 简单机械的机械效率(10年4考)
1.(2分)(2025·河北)如图,这是三峡船闸的示意图。船闸利用 的特点实现轮船逐级通过闸室、翻越大坝。在某次检修闸门过程中应用到了定滑轮,使用这种滑轮 (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向。
2.(2022·河北)在老旧小区改造中,工人利用滑轮组将重380 N的建筑材料提升到楼顶,如图所示。已知工人对绳子的拉力为200 N,建筑材料在5 s内匀速上升5 m,不计绳重及摩擦。此过程中,下列说法正确的是( )
A.动滑轮所受重力为10 N
B.滑轮组所做的有用功为2 000 J
C.工人所用拉力的功率为380 W
D.滑轮组的机械效率为95%
热点预测 (教材素材改编)研学实践活动时,小明在农家乐看到一种农具(如图甲),他查阅资料后知道,这种农具是农民捣谷用的“舂”,其工作原理图如图乙,AOB为碓杆,O为支点,A处连接着碓头,脚踏碓杆的B处可使碓头升高,抬起脚,碓头会落下去击打稻谷,若碓头的重力为30 N,每踩一次碓头上升的高度为60 cm,AO长1.5 m,OB长0.3 m,则( )
A.舂相当于简单机械中的省力杠杆 B.不计碓杆的重力和摩擦,脚至少用15 N的力才可以将碓头抬起 C.每踩一次对碓头做的功是1 800 J D.若1 min将B踩下30次,舂的机械效率为60%,则人做功的功率是15 W
3.(2021·河北)图甲是一辆起重车的图片,起重车的质量为9.6 t,有四个支撑脚,每个支撑脚的面积为0.3 m2,起重时汽车轮胎离开地面。图乙是起重机吊臂上的滑轮组在某次作业中将质量为1 200 kg的货物匀速提升的场景,滑轮组上钢丝绳的拉力F为5 000 N。图丙是货物上升过程中高度和时间的关系图像。(不考虑绳重,g取10 N/kg)求:
(1)提升货物过程中起重车对水平地面的压强。
(2)拉力F的功率。
(3)提升货物过程中滑轮组的机械效率。
命题2 杠杆平衡条件的应用(10年4考)
4.(2023·河北)在均匀直尺的中央挖一小凹槽,把一个薄金属片一端插入橡皮中,另一端支在直尺的凹槽内制成一个简易“天平”。静止时直尺水平平衡。在直尺的两侧各放一个相同的小盘,在小盘中倒入质量不等的大米和小米,调整小盘在直尺上的位置,使直尺再次水平平衡。如图所示。由图可知,大米的质量 (选填“大于”或“小于”)小米的质量。F是左盘对直尺施加的力,请在图中画出F的力臂。现向左盘中再加入少量大米,写出一种能够使直尺恢复平衡的方法: 。
5.(2024·河北)在“探究杠杆的平衡条件”实验中,小明使用可绕O点自由转动、刻度均匀的杠杆,以及多个重为0.5 N的钩码进行了以下操作:
图1　　　　　　　　图2
图3　　　　　　　　图4
(1)不挂钩码时,杠杆在如图1所示的位置静止。小明将杠杆左边的螺母调至最左端,发现杠杆右侧还略向下倾斜。此时小明应向 (选填“左”或“右”)调节杠杆右边的螺母,使杠杆水平并静止,达到平衡状态。
(2)给杠杆两侧挂上不同数量的钩码,设右侧钩码对杠杆施加的力为动力F1,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力F2,测出杠杆水平平衡时的动力臂l1和阻力臂l2。多次实验并把数据填入下表。
实验次数 动力 F1/N 动力臂 l1/m 阻力 F2/N 阻力臂 l2/m
1 0.5 0.2 1.0 0.1
2 1.0 0.15 1.5 0.1
3 0.1 3.0 2.0 0.15
4 2.0 0.15 1.5 0.2
…
小明分析表格中的数据发现,第 次实验数据有误,剔除这一组数据后,初步得出杠杆的平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂。
(3)第4次实验结束后,小明撤去右侧钩码,改用弹簧测力计继续实验。如图2所示,他在左侧A点悬挂三个钩码,再用弹簧测力计(未画出)在B点拉杠杆。杠杆重新在水平位置平衡时,弹簧测力计的示数可能为 (选填序号)。
①2.0 N ②2.5 N
③3.0 N ④3.5 N
(4)筷子是中国传统餐具,体现了我国古代劳动人民的智慧。用筷子夹东西时,所属的杠杆类型与第 次实验时的杠杆类型相同。
(5)小明用质量分布均匀但两端粗细不同的筷子玩“托筷子”游戏时,用一根筷子把另一根筷子MN水平托起来,图3为筷子稳定时的俯视图,筷子MN的重心在O'点,此时 (选填“MO'”或“O'N”)段更重一些。
如图4所示,小明在一根均匀硬质细杆上挖出等间距的5道细凹槽,将细杆分成6等份,并分别在细杆两端和凹槽处标记出“0、1、2、3、4、5、6”,然后在两端对称安装合适的螺母。支架(未画出)支撑在任一标记处时,都要重新调节螺母,使细杆不挂物体时在水平位置平衡。现把重为2 N的物体悬挂在标记“6”处,仅在其他标记处放置支架和悬挂最大容积为800 mL、重为1 N的小桶,通过改变支架支撑的位置和小桶悬挂的位置,并调整小桶内的水量,可以有 种方案使细杆在水平位置平衡。水的密度为1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。
参考答案
【知识清单】
考点1:
1.(1)固定点O
(2)①O　②F1　③F2　④动力作用线　⑤阻力作用线
2.①>　②<　③费　④<　⑤>　⑥费　⑦=　⑧=
考点2:
①固定不动　②移动　③等臂　④2　⑤省力　⑥省力
⑦动力的方向　⑧一半　⑨动力的方向　⑩G　s=h
s=2h　s=nh
考点3:
①轮　②轴　③杠杆　④轴线　⑤转速
考点4:
1.W总=W有+W额
2.(1)有用功　总功　η　(3)小于　小于　无关
3.(2)竖直　匀速　(3)高　低　省
(4)减小　摩擦　增加
【教材探宝】
①150　②力　③提高
【核心突破】
例题1　D
思维破冰　小
变情境　费力　1.1　440　
例题2　C
变情境　BD
变题型　省力　150　50%　
【实验探究】
实验1　(1)自身重力　(2)力臂　(3)左　右
实验结论　F1l1=F2l2
实验2　(1)等于　(2)nh　(3)Gh　(4)Fs
实验结论　低　高
母题1　(1)平衡　(2)水平　便于测量力臂　(3)右
(4)如表所示:
次数 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1
2
3
(5)加减　(6)1.5　变大　(7)求得普遍规律,避免偶然性
(8)②O　③m
母题2　(1)η=　(2)弹簧测力计　刻度尺　(3)匀速　错误　(4)80%　(5)1、2　(6)2、3　(7)不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越轻,滑轮组的机械效率越高(或不同滑轮组提升相同重物时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低)　(8)偏小　(9)刻度尺　η=×100%
【真题精粹】
1.连通器　可以
2.D
热点预测
D　
3.解:(1)9×104 Pa　(2)3.75×103 W　(3)80%
4.小于　向右盘中加入小米
5.(1)左　(2)3　(3)②③④　(4)4　(5)O'N
拓展设问　11　

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