资源简介

初中物理 八年级下册人教版2024
期末专题复习
专题06 简单机械
01
思维导图
02
知识剖析
1
认识杠杆
（1）一根硬棒（硬棒可以是直的，也可以是弯的或其他形状），在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是一个杠杆。如图所示是生活中常见的几种杠杆。
（2）在使用中有力作用在杠杆上，因此，杠杆是受力物体，将力作用于杠杆的物体是施力物体。
（3）杠杆是最简单的机械之一。
考点01 杠杆
1
考点01 杠杆
特别提醒 杠杆的两个关键特征
（1）“硬棒”：硬，是指受力时不考虑发生形变，这是理想情况。
（2）“能绕着固定点转动”：杠杆在力的作用下，是绕固定点转动的，不是整体向某个方向运动（如平动）的。
2
杠杆的五个要素
考点01 杠杆
五要素
物理含义及表示
图示
支点
杠杆可以绕其转动的点，用“O”表示
?
动力
使杠杆转动的力，用“F1”表示
阻力
阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示
动力臂
从支点到动力作用线的距离，用“l1”表示
阻力臂
从支点到阻力作用线的距离，用“l2”表示
2
考点01 杠杆
素养培育 模型法
在实际应用中，任何物体受力都会发生形变。然而，杠杆作为理想模型，其“硬”的特征是指在理想情况下不考虑形变。这意味着无论施加多大的力，杠杆在受力时都不变形。理想模型是分析物理问题的基础，我们学过的理想模型还有匀速直线运动和光滑表面等。
3
对杠杆五个要素的理解
考点01 杠杆
4
杠杆作图
（1）力臂常见的三种表示方法，如图所示。
考点01 杠杆
（2）力臂的画法
考点01 杠杆
步骤
画法
图示
第一步：确定支点O
先假设杠杆转动，则杠杆上相对静止的点即为支点
?
第二步：确定动力和阻力的作用线
从动力、阻力作用点沿力的方向分别画直线或反向延长线（用虚线表示）即动力、阻力的作用线
?
第三步：画出动力臂和阻力臂，并标注
从支点向力的作用线作垂线段，在垂线段旁标注力臂的名称
4
（3）画杠杆的力臂时需要注意的事项
①力臂是支点到力的作用线的距离，是支点到力的作用线的垂线段，不能把力的作用点到支点的距离作为力臂，不要出现如图所示的错误。
②如图所示，当表示力的线段比较短时，过支点无法直接作出垂线段，可沿力的方向画正向或反向延长线，然后过支点作延长线的垂线段，即为力臂。注意延长部分要用虚线表示，相当于数学作图中的辅助线。
考点01 杠杆
4
（4）已知力臂画力
考点01 杠杆
步骤
画法
图示
第一步：确定力的作用线
根据动力作用线必然经过动力臂的末端点（支点O是动力臂的起始端点）并且与动力臂垂直，画一条经过动力臂末端点且垂直于动力臂的直线，这就是动力作用线
?
第二步：确定力的作用点
动力必然作用在杠杆上，所以动力作用线与杠杆的交点就是动力作用点
?
第三步：画出力的方向，并标注
动力与阻力使杠杆转动的方向相反，而该杠杆的阻力F2使杠杆逆时针转动，则动力应F1使杠杆顺时针转动，即F1的方向向下
4
（5）常见的杠杆及其五个要素
考点01 杠杆
实例
图示
示意图
开瓶器
?
?
羊角锤
?
?
起道钉
?
?
压水井
?
1
杠杆平衡：
当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。
实验：探究杠杆的平衡条件
考点02 杠杆的平衡条件
2
实验思路
杠杆支点两侧所受的动力、阻力，以及动力臂、阻力臂都会影响杠杆的平衡，所以应该找出这四个量之间的关系。
我们可以先保持杠杆一侧的两个量不变，如左侧的阻力和阻力臂，改变另一侧的两个量，即右侧的动力和动力臂。然后再保持右侧的动力和动力臂不变，改变左侧的阻力和阻力臂。综合分析后找出动力、动力臂、阻力、阻力臂这四个量之间的关系。
2
考点02 杠杆的平衡条件
实验过程
调节杠杆两端的螺母（两端螺母调节方向一致，左低右调，右低左调），使杠杆保持水平并静止，达到平衡状态。
如图所示，给杠杆两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两侧受到的作用力的大小等于各自钩码所受的重力的大小。把右侧钩码对杠杆施的力记为动力F1，左侧钩码对杠杆施的力记为阻力F2；测出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2；把F1、F2、l1、l2的数值填入下表。
保持阻力F2和阻力臂l2不变，改变动力F1，相应调节动力臂l1的大小，再做几次实验（避免偶然性，便于得出普遍性结论），把数值填入下表。
保持动力F1和动力臂l1不变，改变阻力F2，相应调节阻力臂l2的大小，再做几次实验，把数值填入下表。
2
考点02 杠杆的平衡条件
实验过程
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
0.5
0.2
2
1.0
0.1
0.5
0.2
3
2.0
0.05
0.5
0.2
4
2.0
0.1
1.0
0.2
5
2.0
0.1
2.0
0.1
6
2.0
0.1
4.0
0.05
…
?
?
?
?
2
考点02 杠杆的平衡条件
实验结论
分析表中的数据，可以发现每次杠杆平衡时，动力与动力臂的乘积总是等于阻力与阻力臂的乘积，即要使杠杆平衡，需要满足以下条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，或写为F1l1=F2l2。
交流反思
（1）调节杠杆在水平位置平衡的原因：动力臂和阻力臂与杠杆重合，可直接在杠杆尺上读出力臂大小。若杠杆最初不在水平位置平衡，调节杠杆每次都在同一位置平衡进行实验，也能得出结论，但此时杠杆是倾斜的，力臂的测量会非常困难。
（2）在实验过程中使杠杆再次平衡，不能通过调节平衡螺母实现，应通过调节钩码的数量和位置实现。
2
考点02 杠杆的平衡条件
教材拓展
（1）实验改进：用弹簧测力计
①将杠杆一侧的钩码换为用弹簧测力计竖直向下拉进行实验，可方便调整和重复实验，且能准确测量力的大小。
②如图甲所示，在右侧????点处用弹簧测力计由竖直向下位置逐渐向右倾斜拉，使杠杆仍在水平位置平衡，此过程由于弹簧测力计拉力的力臂逐渐变短，根据杠杆的平衡条件可知，弹簧测力计的示数逐渐变大。
（2）动力和阻力位于支点同侧
如图乙所示，当动力和阻力位于支点同侧时，把弹簧测力计对杠杆的拉力记为????1，对应的力臂为????1，钩码对杠杆的拉力记为????2，对应的力臂为????2。重复实验，总能发现????1????1>????2????2，原因是杠杆自重的影响。
?
3
杠杆平衡条件的应用
（1）求解相关物理量
①根据杠杆平衡条件????1????1=????2????2可知，若知道四个量中的三个，则可计算出第四个量，若知道两个力的比值与一个力臂，则可计算出另一个力臂（????1=????2????1×????2或????2=????1????2×????1；若知道两个力臂的比值和一个力，则可计算出另一个力（????1=????2×????2????1或????2=????1×????1????2）。
②应用公式计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要统一，动力臂和阻力臂的单位要统一。
?
考点02 杠杆的平衡条件
3
（2）杠杆最小力作图
要用最小的力使得杠杆AB在如图甲所示的位置平衡，根据杠杆平衡条件????1????1=????2????2可知，当阻力和阻力臂的乘积一定时，动力臂越大，动力越小。杠杆平直时，相同条件下，当力与杠杆垂直时，力臂最大，力最小。如图乙所示，当力的作用点在B点，且力垂直于OB，方向向上时，动力臂最大，动力最小。
?
考点02 杠杆的平衡条件
3
在求解最小力问题时，我们不能受思维定式的影响，只想到F要作用在AO段，出现如图丙所示的错误。实际上，在讨论杠杆中的最小力问题时，如果力的作用点没有预先设定，可以在杠杆上任意处选择。
考点02 杠杆的平衡条件
物理·工程 我国古人智慧的结晶——杠杆
作为古代劳动人民在长期实践中积累的宝贵经验，杠杆不仅在物理学中占有重要地位，也在生产生活中发挥了巨大作用。
桔槔（jié gāo）：古代的取水工具，利用杠杆原理，使人们可以轻松地从井中汲取水。
撬棍：用来撬起重物、拆卸建筑材料，利用杠杆原理大大减轻了劳动强度。
踏碓：我国传统农具之一，使用时踩踏操作端，利用杠杆原理将重物抬起，松开操作端让重物下落，使重物的动能用于捣碎或碾碎物料。
水碓：最早可追溯到汉代，靠自然水源的流动水驱动水轮旋转，通过传动装置连接至杠杆，使杠杆上下运动，从而反复捣击或碾压放置在碓窝中的物料。
1
杠杆的分类
根据动力臂与阻力臂的关系，可将杠杆分为三类——省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆。不同的杠杆可以满足人们不同的需求。
考点03 生活中的杠杆
2.三类杠杆的比较（设????????为动力，????????为阻力）
?
考点03 生活中的杠杆
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
示意图
?
?
?
力臂的大小关系
l1>l2?
l1l1=l2?
力的大小关系
F1F1>F2?
F1=F2?
杠杆转动时力所移动距离的大小关系
动力F1作用点移动的距离大于阻力F2作用点移动的距离
动力F1作用点移动的距离小于阻力F2作用点移动的距离
动力F1作用点移动的距离等于阻力F2作用点移动的距离
特点
省力但费距离
费力但省距离
既不省力也不省距离，既不费力也不费距离
应用
撬棒、起子、扳手、钢丝钳等
钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪子等
托盘天平、跷跷板等
2
考点03 生活中的杠杆
物理·生活 人体中的杠杆大多费力
人体中存在各种杠杆，如我们的肘关节、腕关节等都是杠杆。因肌肉伸缩的范围有限，需要省下肌肉牵动骨骼时运动的距离，故人体杠杆大多是费力杠杆。
如图是用手提起重物的示意图，此时前臂相当于一个杠杆，其支点在图中????点附近。从图中可看出它是一个费力杠杆。
?
1
认识定滑轮和动滑轮
（1）滑轮：能绕轴自由转动、周边有槽的轮子,如图甲所示。
（2）定滑轮：轴不随物体一起运动的滑轮叫定滑轮，如图乙所示。
（3）动滑轮：轴随物体一起运动的滑轮叫动滑轮，如图丙所示。
考点04 定滑轮和动滑轮
2
实验：研究定滑轮和动滑轮的特点
考点04 定滑轮和动滑轮
实验思路
分别安装定滑轮和动滑轮，匀速（使物体处于平衡状态，且便于读取弹簧测力计示数）提升同一物体，记录实验时弹簧测力计拉力的大小和方向，物体移动的距离及弹簧测力计移动的距离，找出动滑轮和定滑轮的特点。
实验器材：弹簧测力计、钩码（多个）、滑轮、铁架台、细绳、刻度尺。
2
考点04 定滑轮和动滑轮
实验过程
（1）如图甲所示，用弹簧测力计拉钩码匀速上升h=10cm，记录弹簧测力计的示数????1、拉力方向及绳子自由端移动的距离????1。
（2）按图乙所示安装定滑轮，让钩码匀速上升h=10cm，记录弹簧测力计的示数????2、拉力方向及绳子自由端移动的距离????2。
（3）按图丙所示安装动滑轮，让钩码匀速上升h=10cm，记录弹簧测力计的示数????3、拉力方向及绳子自由端移动的距离????3。
（4）换用数量不同的钩码，重复上面的步骤（获得多组数据，使结论更具有普遍性）。
实验过程
2
考点04 定滑轮和动滑轮
?
拉力大小F/N
将钩码提升10cm时绳子自由端移动的距离s/cm
拉力方向
实验1
实验2
实验3
不使用滑轮
1
2
6
10
上
使用定滑轮
1
2
6
10
下
使用动滑轮
0.5
1
3
20
上
实验过程
2
考点04 定滑轮和动滑轮
实验分析
?
实验结论
（1）使用定滑轮既不省力，也不省距离，但可以改变力的方向。
（2）使用动滑轮能省力，但要费距离，且不能改变力的方向。
交流反思
（1）实验中安装滑轮时，注意绳子要放在槽内，以免绳子脱落使摩擦变大，影响实验效果。
（2）实验中，注意要使动滑轮两侧绳子平行或夹角很小。
（3）实验中应选用重一些的钩码、较轻的动滑轮、光滑的细绳，以减小实验中摩擦力、动滑轮自重的影响。
（4）实验中要保证轮和轴间有良好的润滑，以减小摩擦。
3
定滑轮和动滑轮的实质
考点04 定滑轮和动滑轮
实质
示意图
作用的分析
定滑轮
能够连续转动的等臂杠杆
?
定滑轮两边的力的方向与绳一致，定滑轮的中心为杠杆的支点，动力臂和阻力臂相等，且都等于轮的半径r，所以使用定滑轮时不省力
动滑轮
动力臂是阻力臂二倍的杠杆
?
重物的重力作用线通过滑轮中心轴，滑轮的“支点”位于绳与轮刚接触的点O，因此动力臂等于直径（2r）阻力臂等于半径r，动力臂是阻力臂的二倍，所以理论上动滑轮能省一半的力
3
考点04 定滑轮和动滑轮
教材拓展 滑轮中拉力方向对拉力大小的影响
（1）定滑轮：如图甲所示，利用定滑轮拉起一个重为????的物体，改变拉力的方向后，根据几何知识可知，动力臂都等于定滑轮的半径，因此不管拉力的方向如何，所用力的大小不变，始终等于物体重力????。
（2）动滑轮：使用动滑轮时，若拉力????不沿竖直方向（或两侧绳子不平行）如图乙所示，动力臂????1小于????????，即小于2????2，故????1>12????，此时动滑轮将不能省一半力，如果再加上动滑轮的自身重力，甚至会更费力。
由此可见，对于动滑轮来说，动滑轮省一半力的条件之一是跨过动滑轮的两段绳平行（或跨过动滑轮的两段绳夹角较小）。但在初中阶段如无特殊说明，一般认为动滑轮两侧绳子是平行的，即不考虑动滑轮两侧两段绳夹角的影响。
?
4
几种常见情况中的等量关系
物体均做匀速直线运动，忽略绳重及滑轮的摩擦，f为地面对物体的摩擦力。
考点04 定滑轮和动滑轮
定滑轮
?
????=????
????绳=????物
????绳=????物
????=?????
?????绳=????物
????绳=????物?
动滑轮
?
????=????+????轮2?
????绳=2????物
????绳=2????物
?
?????=????2
????绳=2????物
????绳=2????物?
?
????=2????+????轮
????轮=????物2
????轮=????物 2
?
????=2?????
????轮=????物2
????轮=????物 2
定滑轮
?
动滑轮
?
?
?
?
1
滑轮组
定滑轮和动滑轮组合在一起的装置。使用滑轮组不仅可以改变力的方向，还可以改变力的大小，用较小的力提升较重的物体，但要费距离。
确定承担物重绳子段数n的方法
在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只数绕在动滑轮上的绳子段数。在图甲中，有两段绳子吊着动滑轮，n=2，图乙中有三段绳子吊着动滑轮，n=3。
考点05 滑轮组
2
3
省力情况
不计绳重及摩擦，滑轮组用几段绳子提起物体，提起物体所用的力就是物重和动滑轮重之和的几分之一，即动力????=????物+????动????。若再忽略动滑轮重，则????=????物????。其中n为承担物重的绳子段数。
移动距离情况
滑轮组用几段绳子提起物体，绳子自由端移动的距离就是物体升高距离的几倍。即s=nh。
?
考点05 滑轮组
4
特别提醒 移动速度关系
由????=?????，可推知绳子自由端移动的速度????和物体移动速度????物之间存在关系????=????????物。
?
5
改变力的方向情况
滑轮组可以改变力的方向，也可以不改变力的方向。最后一段绳子绕过定滑轮，则改变力的方向；最后一段绳子绕过动滑轮，则不改变力的方向。
滑轮组的组装
（1）确定绳子的段数
根据省力情况，用????=????????求，或根据移动距离的关系，用????=?????来求。当n不是整数时，要采用只入不舍的“进一法”处理小数位。
（2）滑轮组的绕绳方法
滑轮组绕绳采用“奇动偶定”的原则。即当承重绳子的段数为奇数时，绳子的固定端在动滑轮上；当承重绳子的段数为偶数时，绳子的固定端在定滑轮上。
?
考点05 滑轮组
6
1
轮轴
（1）轮轴：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械。通常把大轮叫轮，小轮叫轴。使用轮轴能省力，还能改变力的方向。
考点06 轮轴和斜面
1
（2）轮轴的实质：轮轴相当于一个可连续转动的杠杆，支点在轮轴的轴线上，如图所示。
（3）轮轴的平衡公式：????1????=????2????或????1????2=????????。即轮半径为轴半径的几倍，作用在轮上的力就为作用在轴上的力的几分之一。
（4）轮轴的特点：当动力作用在轮上，阻力作用在轴上时，因????1＞????2，故????1＜????2，此时使用轮轴省力，费距离；当动力作用在轴上，阻力作用在轮上时，因????1＜????2，故????1＞????2，此时使用轮轴费力，但省距离。
?
考点06 轮轴和斜面
1
斜面
（1）如图所示，向车上装重物时常用木板搭成斜面，把重物推上车。斜面是一种可以省力的简单机械，但费距离。
考点06 轮轴和斜面
注意
不要错误地认为使用轮轴一定省力，关键要看动力是施加在轮上还是施加在轴上。
2
2
（2）特点：如图所示，设斜面长度为l，高为h，重物重力为G，在理想情况下，不考虑斜面摩擦，即斜面是光滑的，则沿斜面向上的推力????=?????????（即斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一），因l>h，故F?
考点06 轮轴和斜面
归纳总结
1.杠杆、滑轮、轮轴、斜面都属于简单机械。
2.凡是省力的机械都费距离，省距离的机械都费力，既省力又省距离的机械是不存在的。
1
探究：研究使用动滑轮是否省功
考点07 有用功和额外功
实验过程
（1）如图甲所示，用弹簧测力计将重力已知的钩码缓慢地提升
一定的高度，测出手移动的距离（s），钩码上升的高度（h）
（若一把刻度尺无法同时测出s和h的数值，可只测h的数值，利用
s=nh求出s的数值），读出弹簧测力计的读数，并将数据填入表格。
（2）如图乙所示，用弹簧测力计和一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，将相应数据填入表格。
实验序号
手的拉力
F/N
手移动的距离
s/m
钩码的重力
G/N
钩码上升的高度
h/m
1
2
0.1
2
0.1
2
1.1
0.2
2
0.1
1
考点07 有用功和额外功
实验过程
（3）计算两次实验中拉力所做的功，W1=F1s1=2 N×0.1 m=0.2 J，W2=F2s2=1.1 N×0.2 m=0.22 J。
实验结论
实验结果表明，虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但第二次实验中拉力做的功要多一些。
这说明，尽管使用动滑轮会省力，但是要克服动滑轮所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做功
2
有用功、额外功和总功
（1）有用功：在上面的第二次实验中，将钩码提升一定的高度是我们的工作目的，动滑轮对钩码的拉力所做的功叫作有用功，用????有用表示。若重物的重力为G，提升的高度为h，则????有用=?????。
（2）额外功：用动滑轮提升钩码时，我们还不可避免地要克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功叫作额外功，用????额外表示。额外功是对人们没有用但不得不做的功。
（3）总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫作总功，用????总表示。总功、有用功和额外功之间的关系为????总=????有用+????额外。
（4）总功、有用功、额外功的单位都是焦（J）。
?
考点07 有用功和额外功
3
三种简单机械的有用功、额外功、总功的比较
考点07 有用功和额外功
杠杆
滑轮组
斜面
图示
?
?
?
有用功
????有用=??????
????有用=??????
????有用=??????
杠杆
滑轮组
斜面
图示
?
?
?
有用功
3
三种简单机械的有用功、额外功、总功的比较
考点07 有用功和额外功
杠杆
滑轮组
斜面
额外功
若不计摩擦：
????额外=????杆?杆
?
若不计绳重及摩擦：
????额外=????动?
?
????额外=?????????
总功
????总=??????????
????总=???????????
????总=???????????
三者
关系
????总=????有用+????额外?
一般情况下人对机械做的功为总功，而机械对物体做的功为有用功。由此，有用功也可以理解为不使用机械直接对物体做的功。
杠杆
滑轮组
斜面
额外功
总功
三者
关系
3
4.大量实验表明，动力对机械所做的功（总功）总是大于机械对外所做的功（有用功）。事实上，使用任何机械都不能省功。
考点07 有用功和额外功
1
使用机械时额外功不可避免
使用机械做功时，额外功是不可避免的。由于额外功是我们不需要的、浪费能量的功，因此在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即额外功在总功中所占的比例越小越好，也就是有用功在总功中所占的比例越大越好。有用功占总功的比例反映了机械的一项性能，在物理学中用机械效率来表示。
考点08 机械效率
2
机械效率
考点08 机械效率
定义
物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率，用η表示
公式
????=W有用W总（机放效率是一个比值，投有单位，通常用百分数表示）
物理意义
机械效率越高，表示做的有用功占总功的比例就越大
可变性
机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同
特点
因为使用机械时，不可避免地要做额外功，故任何机械的机械效率都小于1
注意
机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度等无关
定义
物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率，用η表示
公式
物理意义
机械效率越高，表示做的有用功占总功的比例就越大
可变性
机械效率不是固定不变的，机械效率反映的是机械在一次做功过程中有用功跟总功的比值，同一机械在不同的做功过程中，有用功不同，机械效率也会不同
特点
因为使用机械时，不可避免地要做额外功，故任何机械的机械效率都小于1
注意
机械效率的高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度及速度等无关
3
功、功率和机械效率的比较
考点08 机械效率
物理量
意义
定义
符号
公式
单位
功
做功，即能量的转化
力与物体在力的方向上移动的距离的乘积
?W
?????=????????
J?
功率
表示物体做功的快慢
功与做功所用时间之比
?P
????=?????????
W?
机械效率
反映机械做功性能的好坏
有用功与总功的比值
?????
?????=????有用????总
无
物理量
意义
定义
符号
公式
单位
功
做功，即能量的转化
力与物体在力的方向上移动的距离的乘积
?W
J?
功率
表示物体做功的快慢
功与做功所用时间之比
?P
W?
机械效率
反映机械做功性能的好坏
有用功与总功的比值
无
3
考点08 机械效率
特别提醒
（1）功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。
（2）功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系。
4
三种简单机械的机械效率
考点08 机械效率
装置图
计算公式
杠杆
?
?????=????有用????总=?????????????
滑轮组
竖直提升物体
?
①已知拉力、物重及绳子段数时：
????=????有用????总=?????????????=????????????
?
②不计绳重、摩擦时：
????=????有用????总=??????????+????动?=????????+????动
?
装置图
计算公式
杠杆
?
滑轮组
竖直提升物体
?
4
考点08 机械效率
?滑轮组
水平匀速拉物体
?
????=????有用????总=????????物????????绳=?????????????
斜面
?
①????=????有用????总=?????????????；
②????=????有用????总=??????????+????????
?滑轮组
水平匀速拉物体
?
斜面
?
1
测量滑轮组的机械效率
考点09 测量滑轮组的机械效率
实验思路
要想测量滑轮组的机械效率，就要想办法找出使用滑轮组工作时的有用功和总功，然后求出二者的比值。
（1）组装一个滑轮组，使用该滑轮组提升重物，测出重物的重力和被提升的高度，可计算出有用功；测出绳端拉力的大小和移动的距离，可计算出总功，进而可计算出机测量滑轮组的机械效率械效率。换用不同重物，可比较提升不同重物时的机械效率。
（2）换用较重的动滑轮，组装和（1）相同的滑轮组，使用该滑轮组分别提起和（1）相同的重物，比较和（1）提起相同重物时的机械效率。
实验器材：刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮、长约2m的细绳、铁架台等。
考点09 测量滑轮组的机械效率
实验过程
（1）用弹簧测力计测出钩码所受的重力G并填入表格。
（2）按照图甲组装滑轮组，分别记下钩码和绳端
（弹簧测力计挂钩底部）的位置（目的是测量h和s）。
（3）如图乙所示，匀速缓慢拉动弹簧测力计，使钩
码升高，从弹簧测力计上读出拉力F的值，用刻度尺测
出钩码提升的高度h和绳端移动s的距离，将这三个量填
入表格中。
（4）利用公式计算出有用功????有用、总功????总、机械效
率????并填入表格中。
（5）改变钩码的数量，重复上面的实验（多次实验，
消除偶然因素）。
（6）换用较重的动滑轮组成滑轮组，重复（2）~（5）
步，将实验数据记入表格。
实验过程
考点09 测量滑轮组的机械效率
实验过程
实验次数
钩码所受的重力
G/N
提升高度
h/m
有用功
????有用/J
拉力
F/N
绳端移动的距离
s/m
总功
W/J
机械效率
????
1
1.5
0.1
0.15
0.7
0.3
0.21
71%
2
3
0.1
0.3
1.2
0.3
0.36
83%
3
4.5
0.1
0.45
1.7
0.3
0.51
88%
4
1.5
0.1
0.15
0.9
0.3
0.27
56%
5
3
0.1
0.3
1.4
0.3
0.42
71%
6
4.5
0.1
0.45
1.9
0.3
0.57
79%
实验次数
钩码所受的重力
G/N
提升高度
h/m
拉力
F/N
绳端移动的距离
s/m
总功
W/J
1
1.5
0.1
0.15
0.7
0.3
0.21
71%
2
3
0.1
0.3
1.2
0.3
0.36
83%
3
4.5
0.1
0.45
1.7
0.3
0.51
88%
4
1.5
0.1
0.15
0.9
0.3
0.27
56%
5
3
0.1
0.3
1.4
0.3
0.42
71%
6
4.5
0.1
0.45
1.9
0.3
0.57
79%
考点09 测量滑轮组的机械效率
实验分析
（1）由1、2、3（或4、5、6）三次实验可知，使用同一滑轮组，提升的钩码越重，其机械效率越高。
（2）由1、4（2、5或3、6）两次实验可知，使用两个动滑轮重力不同的滑轮组提升相同的钩码升高相同高度，做的有用功相同，动滑轮较重的滑轮组所做的额外功多，机械效率低。
实验结论
（1）使用同一滑轮组提升重力不同的物体时，机械效率不同，被提升的物体越重，机械效率越高。
（2）使用不同的滑轮组提升同一物体时，升高相同的高度，动滑轮较重的滑轮组的机械效率较低。
考点09 测量滑轮组的机械效率
交流反思
（1）测量绳子自由端移动距离s和重物上升高度h的小技巧
①测量绳子自由端移动的距离时，可在绳子某处做一带色标记，记下绳子上的标记所对应刻度尺上的刻度线位置，绳子移动后记下标记所对应刻度尺上的刻度线位置，两次所记刻度线位置间的距离为s。
②测量重物上升的高度h时，可采用与测量s时类似的方法。记下初始时重物底面所对应的刻度尺上的刻度线位置，提升重物后记下重物底面所对应的刻度尺上的刻度线位置，两次所记刻度线位置间的距离为h。
（2）无刻度尺求机械效率
对于某一滑轮组来说，s、h与绳子段数n之间存在的关系为s=nh，代入机械效率公式后有????=????有用????总=?????????????=??????????????=????????????，可以看出对于某一确定的滑轮组来说，用实验的办法求机械效率时可以不用测s和h，只需测出拉力F和物重G也可计算出机械效率。
交流反思
1
考点09 测量滑轮组的机械效率
教材拓展 探究斜面的机械效率与斜面倾斜程度的关系
【实验过程】
①如图所示，将一长木板用一木块垫起，使其倾斜程度较小。
②用弹簧测力计测出小车的重力????。
③用弹簧测力计沿斜面方向匀速拉动小车，使小车沿斜面匀速向上运动，并读出弹簧测力计的示数????。
④用刻度尺测出小车上升的高度?和小车沿斜面移动的距离????。
⑤根据公式????=????有用????总=?????????????，计算出此次的机械效率。
⑥多次改变斜面的倾斜程度，重复测量。
⑦比较每次测量的机械效率。
【实验结论】
在斜面粗糙程度相同时，斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，斜面越陡，机械效率就越高。
?
2
影响滑轮组机械效率的主要因素与改进措施
考点09 测量滑轮组的机械效率
影响因素
分析
改进措施（提高效率）
被提升物体的重力
同一滑轮组，被提升物体的重力越大，做的有用功越多，机械效率越高
在机械能承受的范围内，尽可能增加被提升物体的重力
动滑轮的自重
有用功不变时，动滑轮越轻，提升动滑轮做的额外功越小，机械效率越高
改进滑轮结构，减轻滑轮自重
滑轮组自身部件的摩擦
机械自身部件的摩擦力越大，机械效率越低
对机械进行保养，保持良好的润滑，减小摩擦
2
考点09 测量滑轮组的机械效率
教材拓展 提高斜面和杠杆机械效率的方法
1.斜面：
（1）当斜面的倾斜程度一定时，斜面越光滑，效率越高；
（2）当斜面粗糙程度相同时，倾斜程度越大，机械效率越高。
2.杠杆：
（1）杠杆自身重力越小，其机械效率越高；
（2）减小杠杆转动时的摩擦也能提高其机械效率。
03
综合训练
考点01 密度计原理
用吸管和细铜丝球制成简易密度计，将其放入水中，如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．若密度计碰到容器底部，可适当增加铜丝的质量
B．在水中加入适量的盐并搅拌，密度计露出水面的体积会增加
C．在水中加入适量的盐并搅拌，密度计所受浮力会增大
D．将密度计放入足量的酒精中，液面在密度计上所对的刻度会比在水中的更低
B
【答案】B
【解答】解：A.若密度计碰到容器底部，说明密度计设计的重力偏大，故A错误；B.水中加入适量的盐后，液体密度增大，露出液面的体积会增大；C.水中加入适量的盐后，密度计依然漂浮，不会改变；D.密度计放入足量的酒精中，因酒精密度比水小，因此液面在密度计上所对的刻度会比在水中的更高。故选：B。
考点02 力和力臂的画法
如图所示的杠杆AB处于平衡状态，O点为杠杆的支点，则力F的力臂是（　　）
A．OF B．OD C．DF D．OC
D
【答案】D
【解答】解：已知O为支点，力臂是从支点O到力的作用线的距离；
故选：D。
考点03 杠杆平衡的正确图示
如图是教室壁挂式实物展台示意图，MN为展示台，PQ为连杆拉柱展示台，其中正确的是（　　）
A
考点03 杠杆平衡的正确图示
【答案】A
【解答】解：根据题意可知，该装置为一个杠杆，所以N点为支点O2，方向向下；PQ对杠杆的拉力为动力F1，方向沿QP斜向上，故A正确。
故选：A。
考点04 杠杆的平衡条件的计算
我国民俗活动丰富多彩，在立夏当天有的地方有“称人”的习俗即称一下体重希望夏天过得顺利若立秋后体重不减说明身体健康。如图，小孩坐在篮子里通过绳子吊在A点（忽略绳重和杆重），OA：OB＝1：5，篮子质量为2kg。以下说法正确的是（　　）
A．小孩质量为15kg
B．O点为该杆秤零刻度线的位置
C．若将A点向O点适当靠近可增大杆秤的量程
D．若称重时发现秤砣生锈了，则称出来的小孩质量偏大
C
考点04 杠杆的平衡条件的计算
考点05 杠杆的平衡条件的应用
下列悬臂式红绿灯设计中，螺钉对支架底座的压力最小的是（　　）
A． B．
C． D．
D
【答案】D
【解答】解：图中的支点是底座左侧边缘，假设螺钉是动力，而横杆的重力与指示灯受到的重力是阻力，分散后重心靠近竖杆，图中横杆一端粗，因而粗端固定在竖杆上，故D图中的阻力臂较小，阻力和动力臂一定时，动力越小。
故选：D。
考点06 杠杆的动态平衡分析
如图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
【答案】D
【解答】解：走在后边的儿子偷偷将货物从a位置移到b位置，对于父亲来说，此时阻力大小不变，动力臂不变，父亲施加的力变小1变小；对于儿子来说，此时阻力大小不变，动力臂不变，儿子施加的力变大2变大，故D正确。
故选：D。
考点07 杠杆的最小动力
如图所示，要将一圆柱体重物推上台阶，最小的作用力应是（　　）
A．F1 B．F2
C．F3 D．三个力大小一样
A
【答案】A
【解答】解：如图，杠杆的指点为O，当F的方向与杠杆垂直时动力臂最大，
即：最小的作用力为F1。
故选：A。
考点08杠杆的分类
如图所示，赛艇的船桨是一种杠杆，以O为支点，就能使桨板在水中移动较大的距离，则该杠杆（　　）
A．省力，省距离 B．费力，费距离
C．省力，费距离 D．费力，省距离
D
【答案】D
【解答】解：由桨的结构可知，桨在使用的过程中，属于费力杠杆，故ABC错误。
故选：D。
考点09 杠杆在生活中的应用
杆秤是我国传统的称量工具，凝聚着我国古代劳动人民的智慧。如图所示，在制作和使用简易杆秤的过程中（　　）
A．杆秤是一种测量重力的工具
B．若秤砣磨损，则杆秤所测物体的质量会偏小
C．若秤砣位置不动，出现图中左低右高现象，应增加秤盘中的物品
D．杆秤的提纽相当于杠杆的动力作用点
C
【答案】C【解答】解：A、杆秤是利用杠杆平衡条件来测量物体质量的工具，而不是直接测量重力；
B、设物体质量为m物，秤砣质量为m砣，根据杠杆平衡条件m物gL物＝ m砣gL砣，若秤砣磨损，m砣变小，为了保持杠杆平衡，L砣会变大，即杆秤所测物体的质量会偏大；
C、如果秤砣位置不动，说明秤盘一侧的力矩大于秤砣一侧的力矩，需要增加秤盘中的物品，直到两边力矩相等；D、杆秤的提纽相当于杠杆的支点，故D错误。故选：C。
考点10 杆秤的原理与应用
我国古代著作《墨经》中最早记述了杆秤的杠杆原理。如图所示，“标”“本”表示力臂，“权”“重”表示力。关于杆秤的平衡（　　）
A．“权”小于“重”时，A端一定上扬，杆秤不可能平衡
B．“权”小于“重”时，“标”一定小于“本”，杆秤才能水平平衡
C．水平平衡时，增大“重”，保持“权”“本”不变，应把“权”向左端移动，杆秤才能水平平衡
D．水平平衡时，增大“重”，保持“标”“本”不变，应换用质量更小的“权”，杆秤才能水平平衡
C
考点10 杆秤的原理与应用
考点11 定滑轮改变力的方向
生活处处有物理，唐诗“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅”，压强 　(小)，从而产生一个向上的力。升国旗时，旗手缓缓向下拉绳子。国旗就会徐徐上升，这是因为旗杆顶部有一个滑轮(改变力的方向)。
【答案】小；改变力的方向。
【解答】解：秋风刮过屋顶，屋顶上方的空气流动速度快；屋内空气流动速度慢，屋顶受到向上的压强大于向下的压强，所以秋风“卷”走屋顶茅草，是定滑轮，但是可以改变力的方向。
故答案为：小；改变力的方向。
考点12定滑轮绳端上的力相等
用摩擦力和绳重都忽略不计的定滑轮将重物匀速提起，分别沿图中所示的三个方向用力，则三个力的大小关系是（　　）
A．F1最大 B．F2最大 C．F3最大 D．一样大
D
【答案】D
【解答】解：使用定滑轮不省力，但是可以改变用力方向，施加的拉力等于物重1＝F2＝F3，故ABC错误，D正确。
故选：D。
考点13 动滑轮省一半力
一辆汽车不小心陷进泥潭后，司机按图所示的甲、乙两种方法安装滑轮，均可将汽车从泥潭中匀速拉出。比较这两个装置（　　）
A．甲、乙安装的都是动滑轮，都能省力
B．甲、乙安装的都是定滑轮，都不能省力
C．甲安装的是动滑轮，能省力
D．乙安装的是动滑轮，能省力
D
【答案】D
【解答】解：由图可知：甲图使用定滑轮，拉力等于汽车受到的阻力，拉力为汽车所受阻力的一半。
故选：D。
考点14 动滑轮的计算
考点14 动滑轮的计算
考点15 滑轮组的特点
用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，相同时间把相同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　　）
A．绳子受的拉力F1和F2大小相等
B．拉力对重物做功的功率相等
C．甲、乙两个滑轮组的机械效率不同
D．甲、乙两图中绳子自由端速度相等
B
考点15 滑轮组的特点
考点16 绳子自由端移动的速度
如图所示，A、B两物体叠放在水平桌面上，GA＝80N，GB＝20N，A、B均为正方体别为20cm、10cm。在拉力F＝30N的作用下，5s内，下列说法错误的是（　　）
A．A与B之间的摩擦力为0
B．A对地面的压强为2500Pa
C．绳子自由端移动的速度为1.5m/s
D．拉力F做功的功率为30W
CD
考点16 绳子自由端移动的速度
【答案】CD
考点17 简单机械省力情况的比较
学校大门口的球形石墩需要挪动一下位置，下列操作中，你认为最省力的是（　　）
B
【答案】B
【解答】解：A、该方式使用的是定滑轮，故A不符合题意；B．该方法相当于使用了动滑轮，故B符合题意；C．直接拉石墩，故C不符合题意；
D．该方法两段绳子都在人手中，拉力等于石墩受到的摩擦力；故选：B。
考点18 滑轮组中的相关计算
如图所示的各种情况中，用同样大小的力F将重物匀速提升，不计绳与滑轮自重、不计摩擦（　　）
A．GA B．GB C．GC D．GD
C
考点19 机械效率的概念
下列物理量大小最符合实际情况的是（　　）
A．托起两个鸡蛋的力约为10N
B．大型起重机的机械效率可高达100%
C．中学生的质量约为50kg
D．中学生双脚站立时对地面的压强约为100Pa
C
【答案】C
【解答】解：A．托起两个鸡蛋的力约为1N；
B．使用任何机械都不可避免做额外功，故B不正确；
C．中学生的质量约为50～60kg；
D．中学生双脚站立时对地面的压强约为 。
故选：C。
考点20 机械效率的简单计算
如图所示，一台起重机在10秒钟内将重4000N的货物匀速竖直提高4m，此过程中起重机的机械效率为80%。下列关于此过程中的说法正确的是（　　）
A．起重机做的有用功是40000J
B．起重机做的额外功为4000J
C．起重机对货物竖直向上的拉力为5000N
D．起重机做总功的功率是2400W
B
考点20 机械效率的简单计算

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