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1、第第1313讲简单机械机械效率讲简单机械机械效率考点一 杠杆五要素和平衡条件（高频考点）考点二 滑轮（高频考点）考点三 斜面类型一 简单机械类型的判断类型二 简单机械的相关计算类型三 简单机械作图预学案预学案记易记易精讲案精讲案学易学易考点四 机械效率（高频考点）考点一考点一杠杆五要素和平衡条件杠杆五要素和平衡条件(高频考点高频考点)1.杠杆五要素和平衡条件杠杆五要素和平衡条件预学案记易2.杠杆的分类杠杆的分类1.(2018海南)如图所示,下列工具在使用中属于省力杠杆的是(C )即学即练即学即练2.(2018广东)如图所示,轻质杠杆OA可绕O点转动,请在图中画出杠杆OA的动力臂L。答案答案如右
2、上图所示特别提醒特别提醒杠杆省力必然费距离,省距离必然费力,既省力又省距离的杠杆是不存在的。考点二考点二滑轮滑轮(高频考点高频考点)即学即练即学即练3.(2018无锡)用如图所示的滑轮组匀速提升200 N的重物G,竖直向上的拉力F为100 N,重物被提升1 m,不计绳重和滑轮的摩擦,下列说法正确的是(A )A.拉力做的额外功是100 JB.动滑轮的重力为50 NC.拉力做的总功是200 JD.绳子末端移动的距离是2 m4.(2018福建)如图所示,用同一滑轮组分别将物体A和物体B匀速提升相同的高度。与提升B相比,提升A的过程滑轮组的机械效率较大。若不计绳重与摩擦的影响,则提升A的过程(D )A
3、.额外功较小B.额外功较大C.总功较小D.总功较大特别提醒特别提醒判断滑轮组绳子段数n的方法:可以在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线,数一下与动滑轮相连的绳子的段数是几段,则n就是几。如图甲、乙所示。考点三考点三斜面斜面5.(2018怀化)如图所示,在斜面上将一个重5 N的物体匀速拉到顶端。沿斜面向上的拉力为2 N,斜面长4 m,高1 m。则拉力做的有用功为 5 J,斜面的机械效率为 62.5%。即学即练即学即练考点四考点四机械效率机械效率(高频考点高频考点)即学即练即学即练6.(2018重庆)部分农户在新建住房时,常利用如图所示的简易滑轮提升建材。在一次提升建材的过程中,建筑工人用400 N的拉
4、力,将重600 N的建材在10 s内匀速提高3 m。则下列判断正确的是(C )A.滑轮所做的有用功为1200 JB.滑轮受到的重力为100 NC.该滑轮的机械效率=75%D.绳子自由端移动的速度大小为0.3 m/s7.(2018内江)用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼,每件货物重100 N,每次运送的量不定。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像,则动滑轮重为 100 N;当某次运送3件货物时,绳子的拉力F是 200 N。(不考虑绳重和摩擦)押图练通易精讲案学易类型一类型一简单机械类型的判断简单机械类型的判断(近三年云南近三年云南1 1次次,昆明昆明2 2次次,曲靖曲靖
5、1 1次次)【命题解读】常以选择题和填空题的形式考查省力、费力、等臂杠杆的判断,动滑轮、定滑轮的判断,斜面、轮轴等省力、费力的判断。例例1(2017昆明)如图所示,正在使用的各类工具中,属于费力杠杆的是(A )命题思路命题思路主要考查杠杆的分类。失分警示失分警示对于熟悉的物体可根据实际用途来区分;对于不熟悉的物体,首先要观察物体,确定支点,再根据动力臂与阻力臂的关系来判断。真题实战真题实战1.(2018黑龙江)如图所示的简单机械中一定费力的是(D )类型二类型二简单机械的相关计算简单机械的相关计算(近三年云南近三年云南3 3次次,昆明昆明2 2次次,曲靖曲靖3 3次次)【命题解读】主要考查杠杆
6、、滑轮、斜面和轮轴的简单计算。例例2(2018昆明)如图所示,轻质杠杆OA可绕O点无摩擦转动,A点处挂一个重为20 N的物体,B点处加一个竖直向上的力F,杠杆在水平位置平衡,且OBAB=21。则F=30 N,它是 费力 杠杆。命题思路命题思路主要考查杠杆、滑轮、斜面和轮轴的简单计算。主要考查已知物体的重力,再根据杠杆平衡条件FOB=GOA可直接求F的大小,根据拉力F和G的大小判断杠杆的种类。例例3(2016云南)如图所示,使用滑轮组提升重物时,能提高机械效率的是(忽略绳重和摩擦)(B )A.改变绕绳方式B.减小动滑轮的质量C.减小提升重物的高度D.减小被提升重物的质量命题思路命题思路对于改变滑
7、轮组机械效率的方法有两种情况:一是减轻动滑轮质量、加润滑油减小摩擦,这些方法可以减少额外功,提高机械效率;二是增加提升重物的重力,在额外功不变的情况下,增大有用功,从而提高机械效率。失分警示失分警示机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素,不能理解成:“有用功多,机械效率高”,或“总功大,机械效率低”。机械效率的高低与是否省力及重物提升的高度无关。真题实战真题实战2.(2018南京)用如图所示的滑轮组将重85 N的物体匀速提升2 m,拉力F为50 N。此过程中有用功为 170 J,总功为 200 J,滑轮组机械效率为 85%。根据已知条件,以下四个物理量:动滑轮上升的高度、动滑轮的重力、额外功
8、、拉力的功率,还能求出的有 和 (选填序号)。类型三类型三简单机械作图简单机械作图(近三年云南近三年云南1 1次次,曲靖曲靖1 1次次)【命题解读】在作图题,一般考查杠杆画力臂,要注意画最小力的问题。偶尔会考查画滑轮的绕线方式。例例4(2017云南)请在图中画出F的力臂L。答案答案如右上图所示失分警示失分警示据力臂的正确画法作图,即过支点作力的作用线的垂线段,要用虚线延长力F的作用线。真题实战真题实战3.(2018咸宁)过去农村用的舂米工具是一个杠杆,如图所示是它的结构示意图。O为固定转轴,在A端连接着石球,脚踏B端可以使石球升高,抬起脚,石球会落下打击稻谷。请在图中画出动力F的力臂和石球所受
9、重力G的示意图。答案答案如右上图所示易混点辨析易混点辨析易混点(一)画力臂的方法【简记:一点、二线、三垂、四标】(1)找支点O(2)画动力或阻力的作用线【延长时用虚线】(3)过支点向力的作用线作垂线段(4)标力臂【力臂画实线时,在两头加箭头表示力臂;力臂画虚线时,用大括号标出,表示力臂】(二)画最小力的方法【简记:一点、二线、三垂】(1)将离支点最远的点作为动力作用点(2)将支点和动力作用点相连(3)判断动力的方向后,作支点和动力作用点连线的垂线例例5(2018眉山)如图所示,轻质杠杆OA能绕O点转动,请在杠杆中的A端画出使轻质杠杆保持平衡的最小的力F的示意图(要求保留作图痕迹)。答案答案如右
10、上图所示试真题练易命题点一命题点一简单机械的判断简单机械的判断1.(2017云南)某工人用如图所示的装置,将重150 N的木块在10 s内竖直向上匀速提升4 m,此装置是 动 (选填“定”或“动”)滑轮。该工人拉力的功率为 60 W(滑轮和绳的重力、摩擦均不计)。命题点二命题点二简单机械的计算简单机械的计算2.(2015云南)如图所示,小刚用200 N的拉力在10 s内把重320 N的物体匀速提升了3 m,滑轮的机械效率是 80%,拉力的功率是 120 W。3.(2015曲靖)如图所示,用一个长为1.2 m的斜面将重为45 N的物体沿斜面拉到0.4 m的高台上,斜面的机械效率为60%。则把重物
11、拉上高台时做的有用功是 18 J;物体与斜面间的摩擦力是 10 N。4.(2018云南)如图所示,用滑轮组把质量为80 kg的物体匀速提升3 m,若拉力F=500 N,(g取10 N/kg)则滑轮组的机械效率为 80%;若不计绳重和摩擦,则动滑轮受到的重力为 200 N。5.(2016云南)如图所示,高0.8 m、重1 100 N、均匀的圆柱形木柱M,截面半径为0.3 m,将它竖直放在水平地面上时,木柱所受的重力与地面对它的支持力是一对 平衡 力;若要使木柱的a点离开地面,至少需要 330 N的力。6.(2015曲靖)如图所示是一个弹簧门的示意图,相当于一个杠杆,弹簧的作用是当人进门后,它的拉
12、力自动将门关闭,在开门时它起到阻力的作用。已知将门推到如图所示的位置时,推力F与门面垂直,它的力臂是0.8 m,弹簧产生的阻力是120 N,力臂是0.2 m,求:(1)弹簧拉力将门关闭的过程中,弹簧的 弹性势 能转化为门的动能。(2)将门推到如图所示的位置时,推力F的大小?(摩擦力及其他阻力可不计)(3)若此时人的手掌与门的接触面积为0.01 m2,推力对门产生的压强是多少?答案答案(1)弹性势(2)30 N(3)3103 Pa7.(2014昆明)用如图所示的滑轮,使一个铁块以0.2 m/s的速度匀速上升了1 m,已知铁块的体积为10-3 m3,求:(1)铁块的重力;(2)若不计滑轮、绳子的重
13、力和摩擦,绳子受到的拉力F;(3)拉力F的功率;(4)若实际作用于绳子的拉力为50 N,这个滑轮的机械效率。(其中铁=7.9103 kg/m3,g=10 N/kg)答案答案(1)79 N(2)39.5 N(3)15.8 W(4)79%命题点三命题点三简单机械的作图简单机械的作图8.(2018曲靖)下图中L1是动力臂,作出动力F1。答案答案如右上图所示9.(2010昆明)请在图中画出使用该滑轮组最省力的绕线方式。答案答案如右上图所示命题点四命题点四简单机械的实验简单机械的实验10.(2014昆明)在探究“杠杆平衡条件”的实验中,采用了如图所示的实验装置。(1)调节杠杆平衡时,都应该使它在 水平
14、位置平衡。根据图示杠杆所处的位置,应将平衡螺母向 左 (选填“右”或“左”)调整。(2)挂上钩码,正确调节使杠杆再次平衡,此时挂在杠杆上的钩码施加的动力、阻力方向恰好与杠杆 垂直 ,挂钩码位置所对应的刻度值就等于 力臂 。(3)某小组同学在杠杆左右两侧分别挂上不同数量的钩码,同时调节平衡螺母使杠杆平衡,你认为他们的做法是 错误的 。(4)实验的结果如下表所示。动力(F1/N)动力臂(L1/cm)阻力(F2/N)阻力臂(L2/cm)366325524224369234264428甲同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是:动力+动力臂=阻力+阻力臂。乙同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是:动力动
15、力臂=阻力阻力臂。两个同学都认为自己是对的,对方是错误的,那么你认为他们中正确的应该是乙 同学。原因是 甲 同学的结论仅从部分实验数据分析得到,不是所有实验数据都满足他总结的结论。(5)下列正在使用中的杠杆:用镊子取砝码、用扳手拧螺母、用钉锤拔钉子,属于费力杠杆的是 用镊子取砝码 。11.(2014曲靖)小红在“探究斜面的机械效率与哪些因素有关”的活动中,提出了以下猜想:A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关为了验证自己的猜想,小红用木板搭成了如图所示的装置进行探究。记录数据如下表:实验次数斜面倾角物重G/N拉力F/N斜面高度h/m斜面长度s/m有用功
16、W有/J总功W总/J斜面机械效率3054.20.61.235.04 3032.50.61.21.8360%4232.80.81.22.43.3671%(1)在实验过程中,应沿斜面向上 匀速 拉动木块。(2)第次实验中斜面的机械效率=60%。(3)对比实验的数据可以用来验证猜想 A ;对比两次实验数据,可初步得出的结论是:斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关(重力不变时,倾斜越大,机械效率越大)。过实验行易实验一实验一探究杠杆的平衡条件探究杠杆的平衡条件【命题点】1.实验前调节杠杆在水平位置平衡(左高向左调,右高向右调,注意:实验中不能再调节平衡螺母)。2.实验前调节杠杆在水平位置平衡的目的:便于
17、直接从杠杆上读出力臂。3.选择杠杆的中点作为支点的原因:使杠杆的重心落在支点上,避免杠杆自重对实验的影响。4.弹簧测力计的使用和读数。5.将一端的钩码换成弹簧测力计的好处:可以直接读出力的大小,实验操作更方便。6.弹簧测力计从竖直方向拉变成向左或向右倾斜拉时,弹簧测力计拉力的力臂将变小,示数将变大。7.增加或减少钩码个数或改变力臂大小,判断杠杆的倾斜方向。8.设计记录数据的表格。9.多次测量的目的:避免实验存在偶然性。10.分析数据总结杠杆平衡原理(F1l1=F2l2)。11.生活中杠杆的应用以及杠杆分类的判断。例例1(2018黄冈)用如图所示的器材探究杠杆的平衡条件。(1)实验前调节杠杆上的
18、 平衡螺母 ,使杠杆在不挂钩码时,保持水平静止,这是为了 便于测量力臂 。(2)在已经平衡的杠杆的左侧钩码下加挂钩码,为了使杠杆尽快平衡,下列做法正确且合理的是(A )A.只把右侧钩码向右移B.只把左侧钩码向左移 C.把左右两侧钩码同时向左移动D.把左右两侧钩码同时向右移动(3)杠杆在两个力的作用下平衡时,F1l1=F2l2,此时动力作用的效果与阻力作用的效果互相抵消。据此,如果杠杆受到动力F1、F2和阻力F3三个力的作用,杠杆的平衡条件是什么呢?请你提出猜想:F1l1+F2l2=F3l3 (用公式表达)。命题思路命题思路实验前调节杠杆,使杠杆在不挂钩码时,保持水平静止,这一调节过程的目的是使
19、杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响;杠杆在水平位置平衡时,力的方向与杠杆垂直,力臂的长度可以直接从杠杆上读出来;无论两侧挂几组钩码,每一组都有自己的力与力臂,因此,求出每一个力与相应力臂的乘积,再相加,就是整个这一侧的结果,同样表示出另一侧,看两者是否平衡。即时巩固即时巩固(2018凉山州)在“探究杠杆的平衡条件”的实验中。(1)在杠杆上挂钩码前,杠杆静止在图甲中的位置,为使杠杆水平平衡,应将右端的平衡螺母向 右 (选填“左”或“右”)调节。将杠杆调节水平平衡的目的是避免 杠杆自重 对实验的影响和便于 测量力臂 。(2)图乙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
20、,则需将挂在B处的钩码向右移动 1 格。(3)若取掉图乙中挂在B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 竖直向上 。(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 寻找普遍规律 (选填“减小误差”或“寻找普遍规律”)。实验二实验二探究滑轮组的机械效率探究滑轮组的机械效率【命题点】1.实验原理=。2.实验测量工具(弹簧测力计和刻度尺)。3.弹簧测力计的使用和读数。4.滑轮组的绕线。5.弹簧测力计要沿竖直方向缓慢匀速拉动,保证绳子自由端拉力的大小等
21、于弹簧测力计的示数。6.绳子自由端移动的距离s与物体上升高度h的关系。7.绳子自由端的拉力与被提升物体重力的关系。8.影响滑轮组机械效率的因素(被提升物体重力、动滑轮的重力、绳子的重力、绳子与滑轮间的摩擦力)。9.滑轮组的机械效率与物体上升高度h无关。10.控制变量法的应用:(1)探究滑轮组机械效率与被提升物体重力的关系(保证滑轮组和绕线方式相同,改变所吊钩码的个数)。(2)探究滑轮组机械效率与动滑轮重力的关系(保证滑轮组所吊钩码的个数一定,换用不同重力的动滑轮)。11.有用功的计算(W有=G物h);总功的计算(W总=Fs)。12.额外功的计算(一般情况下,忽略绳重和摩擦):W额=G动h或W额
22、=W总-W有。13.数据的分析和处理以及机械效率的计算。14.提高滑轮组机械效率的方法:(1)在额外功不变的情况下,增加有用功(增加钩码的个数以增大被提升物体的重力);(2)在有用功不变的情况下,减小额外功(减小绳子和动滑轮的重力;减小绳子与滑轮间的摩擦力)。例例2(2018泰安)图甲是某学习小组“测量滑轮组的机械效率”的示意图。用弹簧测力计竖直向上拉动绳子自由端,将重为4.5 N的物体从A位置提升到A位置,同时弹簧测力计从图中的B位置上升到B位置,在这个过程中,弹簧测力计的示数如图乙所示。请你根据他们做的实验完成下列问题。(1)物体提升的高度是 5.0 cm,拉力是2 N,该滑轮组的机械效率
23、=75%;(2)若在图甲装置的基础上,增加一个动滑轮,改为图丙所示的装置,提升同一物体,则滑轮组的机械效率 变小 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。命题思路命题思路该题考查学生对于“探究滑轮组机械效率”实验的理解和掌握。(1)读出BB之间的距离,根据滑轮组的特点求出物体上升的高度;根据测力计的分度值读出测力计示数;知道物体重力和物体升高的距离,求出绳子自由端移动的距离,读出弹簧测力计的示数,根据=求出机械效率。(2)根据额外功的变化判定机械效率的变化。实验三实验三探究斜面的机械效率探究斜面的机械效率【命题点】1.实验原理=。2.实验测量工具(弹簧测力计和刻度尺)。3.弹簧测力计的使用和读数
24、。4.弹簧测力计要沿与斜面平行的方向缓慢匀速拉动,保证物体与斜面摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。5.控制变量法的应用:(1)探究斜面机械效率与斜面倾斜角度的关系(保证斜面粗糙程度和物重相同,改变斜面倾角的大小)。(2)探究斜面机械效率与斜面粗糙程度的关系(保证倾角和物重相同,改变斜面粗糙程度)。(3)探究斜面机械效率与物重的关系(保证斜面粗糙程度和倾角相同,改变物重)。6.有用功的计算(W有=G物h);总功的计算(W总=Fs)。7.额外功的计算(W额=F摩擦s或W额=W总-W有)。8.数据的分析和处理以及机械效率的计算。9.斜面在生活中的应用(如:楼梯、盘山公路等)。例例3(2018山西模拟
25、)小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系,如图所示。她首先测出小车重,然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车,调节斜面倾斜角的大小多次测量,得到下表所示的数据:(1)请你替小芳在表中的空格处填上适当的数据。(2)分析表中的数据,可以得出的探究结论是:斜面倾斜角度越小,斜面越省力,斜面的机械效率越低。(3)实验过程中拉力的方向应与斜面平行。(4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系,则要保持斜面倾斜角度不变,斜面的光滑程度不变,只改变小车的重。命题思路命题思路该题考查学生对于“探究斜面机械效率”实验的理解和掌握。(1)根据表中数据分别求出有用功、总功,根据机械效率公式求出斜面的效率;(2)纵向分析表中实验数据,找出不变的量和变化的量,分析实验数据得出结论;(3)利用斜面提升重物,额外功主要是克服摩擦力而做的功,拉力方向必须与摩擦力方向保持在同一条直线上;(4)根据控制变量法,若想探究斜面的机械效率与物重的关系,必须控制其他影响机械效率的因素不变。