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(共14张PPT)
第22讲　简单机械　机械效率
1．如图所示为某款剪刀的示意图。握住手柄修剪树枝时，剪刀可视为杠杆，该杠杆的特点是( )
A．省力 B．费力
C．省功 D．省距离
2．(2025，玉环二模)如图甲所示在衣架的右侧挂了一条湿毛巾，衣架倾斜，把衣架看作一个杠杆，O点为支点，在A点施加一个最小的力使衣架在水平位置平衡(如图乙)，则符合要求的力是( )
A．F1 B．F2
C．F3 D．F4
A
A
3．如图所示是小德自己组装的滑轮组玩具，现通过转动转轴把手拉动绳子来提升重物，在4秒内将重为1牛的物体匀速提升16厘米，忽略绳子和滑轮的质量及摩擦阻力。下列说法中正确的是( )
A．滑轮A为动滑轮
B．绳子拉力F为0.5牛
C．重物的移动速度为4米/秒
D．4秒内提升重物所做的有用功为16焦
B
4．小明发现教室里花架上的花盆十分容易倒，花架和花盆如图甲所示，则小明下列调整行为无效的是( )
A．将一砖块压在花架底部
B．将花盆向上移动
C．将花盆向内移动
D．减少花盆中的土壤
B
5．(2025，绍兴模拟)如图所示，当同一物体(m)以相同的速度匀速上升相同的高度h时，所用的力分别是F甲和F乙，拉力做的功为W甲和W乙。若不计摩擦、绳重和动滑轮的重力，则F甲与F乙、W甲与W乙的大小关系是( )
A．F甲＜F乙、W甲＝W乙
B．F甲＞F乙、W甲＞W乙
C．F甲＞F乙、W甲＝W乙
D．F甲＜F乙、W甲＜W乙
C
6．台风将小区绿化带里的树吹倒了，小明将绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子，慢慢将吹倒的树扶正，如图所示。
(1)图中甲树相当于______(填“定”或“动”)滑轮。
(2)若不计绳重和摩擦，甲树受到300 N的拉力，则小明对绳子的拉力为______N。
动
150
7．(2025，舟山定海区一模)某工程队用滑轮组将重为120 N的物体匀速提起(将滑轮组简化成图甲装置)。在5 s内绳子自由端移动的距离为3 m，图乙是工人的拉力F与绳子自由端移动距离s的关系图像(不计绳重和摩擦)。
(1)物体上升的速度是________m/s。
(2)阴影面积表示的意义：_____________________。
0.2
拉力所做的总功
8．如图所示，F1＝8 N，F2＝6 N，此时物体A相对于地面静止，物体B以0.1 m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动(不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦)。
(1)弹簧测力计读数为_______N。
(2)物体A和地面之间的摩擦力_______N。
(3)如果增大F2，物体A是否有可能向左运动？并说明理由。
_____________________________________________________________________。
18
4
不可能，物体A、B间，以及物体A与地面间摩擦力不变，物体A仍静止
9．某斜面长s＝5 m，高h＝2 m，用弹簧测力计把一物块沿斜面从底部匀速拉到顶部，弹簧测力计的示数如图所示。若该斜面的机械效率为80%，则物体的重力为_______N，物体受到斜面的摩擦力为________N，使用斜面可以________(填“省力”或“省功”)。
7.2
0.72
省力
10．小明同学做“测量滑轮组机械效率”的实验。如图甲所示，用相同的滑轮组提升不同数量的钩码，记录数据如表所示。
(1)第3次实验时弹簧测力计的示数如图乙所示，表格中编号①的数值是________，②的数值是__________。
2.3
87%
实验次数 钩码的重力G/N 钩码提升高度h/m 拉力
F/N 绳端移 动的距离s/m 机械效率η
1 2 0.1 0.9 0.3 74%
2 4 0.1 1.6 0.3 83%
3 6 0.1 ① 0.3 ②
(2)小明通过分析表格中的数据，得到了提高滑轮组机械效率的方法，汽车作为一种“机械”，提高效率对节能减排有重要意义。以下三种提高效率的方法中，方法_______是与本实验同理的。
方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员。
方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量。
方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑。
(3)小明发现绳端移动的距离与钩码提升高度有固定的倍数关系，于是他认为钩码数量一定时，无论将钩码提升多高。都不影响该滑轮组的机械效率，小芳则认为：钩码提升的高度不同，有用功就不同，机械效率就变化了。你认为_________的看法是正确的。
一
小明
11．(2025，浙江模拟)如图所示是高空修剪树枝的工具——高枝剪。当树枝进入两剪片形成的刀口中，拉动拉绳就能轻松剪断树枝。
(1)为了剪断较粗较硬的枝条，除了增大拉力外，还应尽
量将枝条靠近________(填“A点”或“O点”)。
(2)用80 N的拉力作用在绳子自由端时，B点受到绳子a的
拉力是多少？
(3)某时刻，弹簧处于原长，若高枝剪的剪片上A点对树枝
施加的力为540 N，此时绳子自由端需施加的力F为多大？
(已知(OB＝6 cm，OA＝4 cm，滑轮中各股绳子视为平行，不计绳重、滑轮自重及摩擦)
O点(共30张PPT)
第22讲　简单机械　机械效率
1．杠杆的定义：在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。杠杆可以是直的也可以是弯的。
2．杠杆的五要素：_________、动力、阻力、动力臂、阻力臂。动力和阻力的方向不一定相反，但作用效果一定相反。
3．力臂是________到______________的距离，而不是支点到力的作用点的距离。
力臂的画法：a.找出支点O的位置；b.画出动力作用线和阻力作用线；c.从支点分别作动力作用线和阻力作用线的垂线段，即为___________和___________。(即：一找点、二画线、三画垂线段)
4．杠杆的平衡条件
(1)杠杆保持_________或_____________状态，称为杠杆平衡。
支点
支点
动力臂
阻力臂
杠杆
力的作用线
静止
匀速转动
(2)平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即______________。
5．应用杠杆的平衡条件解决问题
6.人体中的杠杆
(1)人的头颅——等臂杠杆
抬头时，可以在颈部找到杠杆。杠杆的支点在脊柱之顶，支点后的肌肉收缩提供动力，头颅的重量是阻力。这个杠杆几乎是个__________杠杆。
杠杆类型 力臂关系 平衡时力的关系 优缺点 应用
省力杠杆 l1>l2 F1______F2 省力，_____距离 撬棒、瓶盖起子等
费力杠杆 l1等臂杠杆 l1＝l2 F1＝F2 不省力，不省距离 天平、定滑轮等
<
>
省
F1l1＝F2l2
费
等臂
(2)人的手臂——费力杠杆
肘关节是支点，肱二头肌收缩的力是_______力，手拿的重物的重力是______力，显然我们的前臂是一种__________杠杆。虽然费力，但是可以省距离(减少移动距离)，提高效率。
(3)走路时的脚——省力杠杆
脚掌前部是支点，人体的重力就是_______力，腿肚肌肉产生的拉力就是_______力。这种杠杆可以克服较大的体重。
【备考补充】求杠杆的最小动力，首先要正确寻找杠杆上的最大动力臂，步骤如下：
(1)找点：杠杆上离支点O最远的点，为动力作用点。
(2)连线：得到最大动力臂。
(3)定向：垂直(方向，应使杠杆平衡)。
动
阻
费力
阻
动
1．(2025，杭州西湖区三模)下图是课桌调节器，学生通过手摇方式调节课桌的高度以适应不同身高的需求，下列说法正确的是( )
A．课桌调节器属于费力杠杆
B．该杠杆的支点是C点
C．使用课桌调节器可以省功
D．它与羊角锤都属于省力杠杆
D
2．平板支撑属于肌肉等长收缩的运动，人需要用上肢支撑在地面上，静止时，如图所示。能正确表示人在做平板支撑时的杠杆示意图的是( )
A
A　　　 B C D
1．定滑轮：工作时轴固定不动的滑轮。动滑轮：工作时轴发生移动的滑轮。
2．定滑轮、动滑轮、滑轮组的特点
定滑轮 动滑轮 滑轮组
图示
实质 ________杠杆 动力臂是阻力臂_______倍的省力杠杆 /
F与G的关系(忽略滑轮重及摩擦) F1＝________ F2＝_______ F3＝_______
特点 改变力的________，但不省力 _______力但不能改变力的方向 既可以省力，又可以改变力的方向
s与h的关系 s＝h s＝2h s＝_______
v绳与v物的关系 v绳＝v物 v绳＝2v物 v绳＝2v物
等臂
2
G
G
G
方向
滑轮及滑轮组
省
2h
3．(2025，绍兴二模)下图是古人利用滑轮打水的场景。绕过滑轮的绳索一端悬吊水桶，当人拉或放绳索的另一端即可让水桶升降。则滑轮的类型和作用分别是( )
A．定滑轮，省力
B．定滑轮，改变力的方向
C．动滑轮，省力
D．动滑轮，改变力的方向
B
1．有用功、额外功、总功
(1)有用功：提升重物过程中必须要做的功，用W有用表示。
(2)额外功：并非人们需要，但又不得不额外做的功，用W额外表示。
(3)总功：有用功与额外功之和，用W总表示。
2．机械效率
(1)定义：把___________跟_________的比值叫做机械效率。
(2)表达式：_________________________。
(3)由于机械本身存在重力和摩擦，即W有用＜W总，所以机械效率总_________1，即机械效率不可能达到100%。
(4)提高滑轮组机械效率的方法：增大物重、减小动滑轮的重力、减小摩擦。
有用功
总功
小于
机械效率
3．杠杆、滑轮或滑轮组、斜面的机械效率
由以上推导过程可知，使用同一滑轮组时(不计绳重和摩擦)，滑轮组的η只与_________和_________________有关，与绳子的段数、绕法无关，通过_________或____________________提高滑轮组的机械效率。
杠杆 滑轮或滑轮组 斜面
提升重物 水平匀速拉动物体

物重(G)
动滑轮自重(G动)
增大物重
减小动滑轮自重
4．小科用如图所示的滑轮提升重物，滑轮重为1 N(不计绳重及摩擦)。第一次将重力为10 N的物体竖直向上匀速提升了1 m，机械效率记作η1，第二次将重力为5 N的物体竖直向上匀速提升了2 m，机械效率记作η2，则η1、η2的大小关系为( )
A．η1＝η2
B．η1＞η2
C．η1＜η2
D．无法比较
B
5．无障碍坡道属于斜面，坡度不宜太大。如图所示将轮椅沿坡道从底部推到相同高度时，斜面坡度越小，则( )
A．推力越小　　
B．推力做功越少
C．路程越短
D．推力做功越快
A
探究杠杆的平衡条件
一、实验装置
思考：图甲中杠杆静止时左高右低，此时杠杆是否处于平衡状态？_______。
二、实验步骤
1．通过调节平衡螺母，使杠杆在水平位置处于平衡状态。(调平原则：“左低右调，右低左调”，如杠杆左端下沉，应向右调节平衡螺母。)
2．在杠杆的两端分别挂上不同数量的钩码，并左右移动钩码悬挂的位置，直到杠杆再次在水平位置处于平衡状态。测出杠杆平衡时的动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2，记录相关数据在表格中。
是
3．改变力和力臂的大小，多次实验。
三、实验结论
动力×动力臂＝阻力×阻力臂(F1l1＝F2l2)
四、实验讨论与交流
1．支点选在杠杆的中点的目的：___________________________________。
2．调节杠杆使其在水平位置平衡的目的：便于______________________________
_________________________。
序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1
2
3
4
避免杠杆自身重力对实验的影响
直接从杠杆上读出力臂的大小
(便于测量力臂的大小)
3．用弹簧测力计代替钩码做实验的好处：可以调整力的方向(钩码对杠杆的力一直与杠杆垂直，是一种特殊情况)，便于正确的认识__________。
4．多次实验的目的：___________________。
力臂
寻找普遍规律
【例1】　下列四种生活中常见的工具以如图所示的方式使用，其中动力移动的距离比阻力移动的距离大的是( )
B
三类杠杆的识别
A.筷子夹菜　 B.核桃夹夹核桃　 C.鱼竿钓鱼　 D.食品夹夹面包
1．室内垃圾桶平时桶盖关闭不使垃圾散发异味，使用时用脚踩踏板，桶盖开启，根据室内垃圾桶的结构示意图，可确定桶中有两个杠杆在起作用，两杠杆支点为O1、O2。则对应的杠杆分别是( )
A．省力杠杆　省力杠杆
B．省力杠杆　费力杠杆
C．费力杠杆　费力杠杆
D．费力杠杆　省力杠杆
B
【例2】　(2025，浙江一模)如图所示为父子两人一起抬货物的示意图，F1、F2为父子两人肩膀所受压力。走在后边的儿子偷偷将货物从a位置移到b位置，则( )
A．F1变大，F2变小 B．F1、F2保持不变
C．F1变大，F2变大 D．F1变小，F2变大
D
杠杆平衡条件的应用
2．一根质量分布均匀的金属棒放在水平地面上，该金属棒可绕O点转动，对左侧拉环竖直向上施力可将金属棒左侧拉离地面，则四个拉环中所需力最大的是( )
A．甲 B．乙
C．丙 D．丁
D
3．图甲所示是某款搬家利器，利用该工具移动大件家具只需三步，如图乙所示。
(1)使用时，撬杆底部的轮子直接与木地板接触，相比于1个轮子，安装3个轮子的优点是______________________________________。
(2)图丙是该撬杆在使用时的简化模型，其中OB＝30 cm，撬杆A点处受到900 N竖直向下的阻力，则作用在B点的动力最小是多少？
增大受力面积，减小对地面的压强
解：OB＝30 cm，撬杆A点处受到900 N竖直向下的阻力，阻力和阻力臂一定，当力臂等于OB长时，动力臂最大，动力最小，根据杠杆的平衡条件F1L1＝F2L2可得：900 N×10 cm＝F×30 cm；解得F＝300 N。
(3)如图丁所示，一个质量分布均匀的长方体重物，两条边的中点分别为P和Q，用该撬杆分别作用于P、Q两点，撬起的瞬间，撬杆对重物的作用力分别是竖直向上的FP和FQ，则FP_______FQ(填“＞”“＜”或“＝”)。
＝
【例3】　如图所示，分别使用滑轮或滑轮组匀速提升同一物体，滑轮质量均相等且动滑轮的重力小于物体重力，在相同的时间内物体被提升的高度也相等，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是( )
A．三个装置所做的有用功为W甲＝W乙＝W丙
B．绳子自由端移动的速度关系为v甲＝v乙＝v丙
C．绳子自由端的拉力大小为F甲＝F乙＝F丙
D．三个装置的机械效率为η甲＝η乙＝η丙
A
滑轮组的相关计算
4．(2025，杭州拱墅区一模)如图所示为晾衣架，横杆自重10牛，两个动滑轮的自重相同，现横杆上挂有重为64牛的衣物。若小乐用20牛的拉力竖直向下拉绳子使衣物匀速上升1米，共用时5秒(衣物上升过程中，横杆保持水平，不计绳重及摩擦)。则此过程中，绳子拉力做功的功率是________瓦；该晾衣架的机械效率为__________；每个动滑轮自重为_______牛。
16
80%
3
【例4】　山间公路往往环绕山坡，盘山而上，人们称之为盘山公路(如图)。若一辆汽车沿盘山公路向山顶运输货物，则下列有关说法错误的是( )
A．盘山公路相当于简单机械中的斜面
B．汽车经过较长陡坡时，若功率一定，一般需减速上行
C．当汽车匀速上坡时，其受到的牵引力与摩擦力是一对平衡力
D．汽车沿盘山公路运货上坡时不能省功
斜面的应用和相关计算
C
5．杭州龙井路是许多骑行爱好者的爬坡胜地，小明用非变速自行车选择两种路径骑行到山顶，如图所示为骑行的简易路线A、B，下列说法正确的是( )
A．沿路线B骑行更省力
B．沿路线A骑行更省功
C．两种线路克服自身重力做功一定相同
D．两种线路克服自身重力做功的功率一定相同
C
6．胡柚大丰收，小金需要帮爷爷奶奶把一箱质量为240 kg的胡柚搬到2 m高的车上，为了省力，他采用5 m的长木板搭了一个斜面(如图)。搬运过程中，他用沿斜面向上1200 N的力，历时1 min将重物匀速地推到车上，此过程中斜面对重物做的有用功为___________，斜面装置的机械效率为_______%，斜面与箱子间的摩擦力为__________。(g取10 N/kg)
4800 J
80
240 N
【例】　小明在学习动滑轮后得知：动滑轮的实质是动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆。小明思考：“使用动滑轮时，若拉力的方向没有保持竖直向上，是否还能省一半的力？”于是小明设计了由滑轮、滑轨、滑块、弹簧测力计等组成的实验装置(如图甲)，通过移动滑块来改变拉力与竖直方向的夹角θ，进行实验。其中绳子重和摩擦忽略不计，获得实验数据如表：
实验序号 钩码总重力G/N 拉力作用线与竖直方向的夹角θ 拉力大小F/N
① 3 0° 2
② 3 30° 2.4
③ 3 45° 2.8
④ 3 60° 4
(1)根据表中第①次的实验数据，可以得知动滑轮重为_______N。
(2)分析4次实验数据，你能得到的实验结论是________________________________
____________________________________。
(3)为了使实验结论更具有普遍性，接下来的设计是：_________________________
__________。
(4)小明查阅资料后，发现改变拉力与竖直方向的夹角θ时，同时动滑轮的支点也发生改变，如图乙所示。若拉力F为动力，动滑轮和物体总重视为阻力，请结合以上信息和杠杆平衡条件等相关科学知识，解释从第①次实验到第④次实验拉力变化的原因？
____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
1
同一动滑轮提升相同的物体时，
拉力大小与θ有关，θ越大，拉力越大
改变钩码的重力，重复上
述实验
根据杠杆平衡条件可知，从第①次实验到第④次实验，物体总重力不变，动力臂和阻力臂都在减少，但是动力臂比阻力臂减少得更多，所以拉力逐渐增大
解决滑轮和滑轮组的受力分析，要抓住两点：①滑轮两侧的受力平衡；②同一根绳子上的力相等。
特殊情况：拉滑轮的轴端，其受力分析如下。
对滑轮受力分析(前提：不计绳重与轴摩擦)
F＝2F拉＋G动＝2G＋G动

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