专题9简单机械及其效率
一、选择题
1．到野外郊游时，小明和爸爸喜欢钓鱼。鱼上钩，小明感觉鱼在水中时很轻，拉出水面后“变重”，在把鱼逐渐拉出水面的过程中，鱼受到的
A．浮力增大，鱼竿是省力杠杆B．重力增大，鱼竿是省力杠杆
C．浮力减小，鱼竿是费力杠杆 D．重力减小，鱼竿是费力杠杆
【答案】【解析】
考点：阿基米德原理；杠杆的分类
2.【2017?东营卷】为倡导低碳出行，东营市投放了大量的共享单车，如图所示。共享单车的设计应用到许多物理学知识，以下说法正确的是
A．车座设计的面积较大可以增大压强
B．轮胎表面设计凹凸不平的花纹可以减小摩擦
C．红色尾灯利用光的反射起到警示的作用
D．刹车手闸是费力杠杆
【考点定位】增大、减小压强、摩擦的方法，光的反射的应用，杠杆的应用。
3.【2017?东营卷】如图所示，物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体，不计绳重及摩擦。若每个滑轮质量相同，对比两个滑轮组，下列说法正确的是
A．甲更省力，甲机械效率大
B．乙更省力，机械效率一样大
C．乙更省力，乙机械效率大
D．甲更省力，机械效率一样大
【考点定位】滑轮组的机械效率。
4.【2017?菏泽卷】下列工具中，在使用时属于费力杠杆的是（）
A.B.
C.D.
【答案】B
【解析】
托盘天平是等臂杠杆，故A不符合题意。
使用镊子时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B符合题意为答案。
使用钢丝钳时，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C不符合题意。
起子是动力臂大于阻力臂的杠杆，是省力杠杆，使用时省力但费距离，故D不符合题意。
考点：杠杆的种类
.【2017?临沂卷】如图所示的简单机械，正常使用时费距离的是
【答案】D
【解析】
筷子是费力杠杆，使用时省距离，故A不符合题意。
食品夹使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，使用费力杠杆省距离，故B不符合题意。
定滑轮的实质是等臂杠杆，使用时不省力，但可以改变力的方向，故C错误。
动滑轮的实质是动力臂是阻力臂二倍的杠杆，使用时，可以省一半力，省力但费距离，故D符合题意为答案。
考点：杠杆的种类
．【2017?黄石卷】下列关于简单机械在实际应用中的说法正确的是（）
A．指甲剪是省力省功的机械
B．定滑轮不省力，但能改变力的方向
C．滑轮组既省力，又省距离，还省功
D．斜面的机械效率可以达到100%
【答案】
【考点定位】定滑轮及其工作特点；滑轮组及其工作特点；功的原理；机械效率
．【2017?宜昌卷】下列简单机械中属于省力机械的是（）
A．斜面 B．赛艇的船桨 C．定滑轮 D．镊子
【答案】
【解析】
使用斜面可以省力，属于省力机械，故A正确；赛艇的船桨在使用过程中，动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故B错误；定滑轮是等臂杠杆，所以使用定滑轮不省力，故C错误；镊子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故D错误故应选A
【考点定位】杠杆的分类
．【2017?岳阳卷】如图，用300N的力将重为500N的物体在10s内匀速提升2m，不计绳重和摩擦，在此过程中
A．绳子自由端移动的距离为6m
B．动滑轮重100N
C．拉力做功的功率为100W
D．滑轮组的机械效率为60%
【答案】B
【考点定位】轮组的机械效率
．【2017?山西卷】下列工具属于省力杠杆的是（）
A．瓶盖起子 B．笤帚 C．筷子 D．船桨
【答案】
【解析】
瓶盖起子在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A正确笤帚在使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B错误筷子在使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故C错误船桨在使用时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故D错误故选A
【考点定位】杠杆的分类
1．【2017?威海卷】如图所示，把重为G的物体沿高为h，长为l的粗糙斜面以速度v由底端匀速拉到顶端的过程中，拉力F做的功为W，则下列选项正确的是（）
A．拉力大小为
B．物体所受摩擦力大小为
C．拉力功率的大小为
D．斜面的机械效率为
【答案】
【考点定位】机械效率的计算；斜面的机械效率
1．如图所示，图甲不计滑轮重与摩擦，匀速提升重30N的物体，弹簧测力计的示数F=N，图乙杠杆水平平衡，则A、B两物体对杠杆的拉力大小关系是FA=FB．
【答案】10；2
由图甲可知，n=3，不计滑轮重与摩擦，则拉力的大小：F=G=×30N=10N；图乙杠杆水平平衡，设杠杆上每个格的相等为L，则A物体对杠杆拉力的力臂LA=2L，B物体对杠杆拉力的力臂LB=4L，由F1L1=F2L2可得，FALA=FBLB，则===2，即FA=2FB
【考点定位】滑轮组绳子拉力的计算；杠杆的平衡条件
．某同学用图所示装置做探究杠杆平衡条件的实验，图中杠杆匀质且均匀刻度．当杠杆水平平衡后，在左侧第2格挂3个相同的钩码，则应在右侧第3格上挂个相同的钩码才能使杠杆水平平衡；若在右侧改用弹簧测力计向下拉，弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动，杠杆始终保持水平平衡，则弹簧测力计的示数将逐渐（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
【答案】2；增大
设一个钩码的重力为G，杠杆的一个小格为L，根据杠杆平衡条件得：3G×2L=2G×3L，所以，应在右侧第3格上挂2个钩码若在右侧改用弹簧测力计向下拉，弹簧测力计由竖直方向逐渐向左转动时，阻力、阻力臂不变，动力臂逐渐变小，根据杠杆平衡条件得，动力逐渐变大，弹簧测力计示数将逐渐增大
【考点定位】杠杆的平衡条件
．【2017?无锡卷】如图所示，用动滑轮匀速提起重3N的物体，拉力F为2N，物体在10s内上升1m．在此过程中，动滑轮的机械效率为，拉力F的功率为W，若要提高动滑轮提升物体的效率，可以采取的措施是：．
【答案】75%；0.4；增加提升的物重、减小动滑轮的重力、减小动滑轮与绳子之间的摩擦力
由图可知动滑轮绳子的有效股数为2，则绳端移动的距离：s=nh=2×1m=2m，拉力做的总功：W总=Fs=2N×2m=4J，有用功：W有=Gh=3N×1m=3J，动滑轮的机械效率：η=×100%=×100%=75%；拉力F的功率：P===0.4W；若要提高动滑轮提升物体的效率，可以采取的措施是：增加提升的物重、减小动滑轮的重力、减小动滑轮与绳子之间的摩擦力
【考点定位】滑轮（组）的机械效率；FF：功率的计算
1．【2017?威海卷】如图所示，轻质杠杆OA在路灯和轻绳AB的共同作用下，在水平方向处于静止状态，请画出轻绳AB对杠杆的动力F1的力臂L1和阻力F2的示意图．
【答案】如下图所示
由图可知，杠杆的支点为O，过支点O向动力F1作用线引垂线段，即为其力臂L1，阻力是灯对杠杆A点的拉力，过A点沿竖直向下的方向画一条有向线段，用F2表示，即为阻力的示意图．如上图所示
【考点定位】力臂的画法
、【2017?成都卷】在“探究杠杆的平衡条件”实验中，每个钩码的重力相等，杠杆刻度均匀。
（1）平衡时，应该让杠杆静止在位置。
（2）小周同学所在实验小组完成某次操作后，实验现象如图15所示，他们记录的数据为：动力F1=1.5N，动力臂L1=0.1m，阻力F2=1N，则阻力臂L2=m。
（3）下列四个因素中，不会带来实验误差的是.
铁架台自身的重力足够大
单个钩码的重力不完全相等
悬挂钩码的绳套重力偏大
杠杆与转轴之间的摩擦偏大
（4）小周同学所在实验小组在完成规定实验后，他们进一步探究，如果杠杆受到F2、F3两个阻力，结果会怎样？通知实验，他们得到了图16所示的结果。根据这个结果，可以初步得到，在这种情况下杠杆的平衡条件为：F1L1=。（F1、F2、F3的力臂分别用L1、L2、L3表示）
【答案】【考点定位】
3．【2017?宜昌卷】小明同学做“测量滑轮组机械效率”的实验．（如图所示），用相同的滑轮组提升不同数量的钩码，记录数据如表所示．
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 0.3 ②
（1）观察如图中测力计的示数，表格中编号的数值是，的数值是．
（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，请你指出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．
【答案】（1）2.3；87%；（2）一；（3）小明
（1）由图知，弹簧测力计的分度值为0.1N，弹簧测力计的示数为2.3N；第三次实验滑轮组的机械效率：η===×100%≈87%；（2）小明通过分析表格中的数据知，同一滑轮组，物体越重，机械效率越高方法一：鼓励人们“拼车”出行，使汽车尽量装满人员，是在额外功相同时，人越多，有用功越多，机械效率越高，故符合题意；方法二：汽车制造厂用新材料减轻汽车重量，是通过减小额外功来增加机械效率的，故不符合题意方法三：经常给汽车做保养，保持良好的润滑．提高滑轮组机械效率的方法是通过减小摩擦来增加机械效率的，故不符合题意，故选方法一与与本实验同理；（3）根据η====知机械效率与高度无关，故小明的正确
【考点定位】滑轮（组）机械效率的测量实验
．【2017?襄阳卷】小明利用刻度均匀的匀质杠杆做探究“杠杆的平衡条件”实验．
（1）实验前，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆右端下沉，这时应将平衡螺母向（填“左”或“右”）端调节，直到杠杆在水平位置平衡．
（2）得出杠杆的平衡条件“动力×动力臂=阻力臂”后，小明又进一步探究杠杆平衡时动力和动力臂的关系．实验过程中，保持阻力和阻力臂不变，在杠杆水平平衡时，测出多组动力F1和动力臂L1的数据，并绘制了F1与L1的关系图象，如图所示，请根据图象推算，当L1为0.1m时，F1为N．
【答案】（1）左；（2）6
【考点定位】探究杠杆的平衡条件实验
．【2017?黔西南卷】利用下图的实验装置探究“杠杆的平衡条件”。
（1）实验前应先调节杠杆在水平位置平衡，这样做的目的是，若出现图（甲）所示情况，应将杠杆的螺母向（选填“左”或“右”）调。
（2）如图（乙）所示，杠杆在水平位置平衡，记录数据。根据这一次实验数据，小明立即分析得出杠杆的平衡条件，他这种做法的不足是。经老师提醒后，小明继续进行实验，如图（乙），若将A、B两点下方挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，则杠杆（选填“仍保持平衡”、“左端下沉”或“右端下沉”）。
（3）如图（丙）所示，若不在B点挂钩码，可改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，当测力计从a位置转动到b位置时，使杠杆仍在水平位置平衡，其示数大小将。
【答案】（1）便于测量力臂，右。（2）只做一次实验，得出的结论不具有普遍性，左端下沉。（3）变大。
【解析】
（1）实验前应先调节杠杆在水平位置平衡，这样做的目的是便于测量力臂，调节时，左偏右调，右偏左调。若出现图（甲）所示情况，应将杠杆的螺母向右调。（2）进行实验探究时，若使实验得出的结论更具有普遍性，应进行多次实验，题中小明立即分析得出杠杆的平衡条件，他这种做法的不足是只做一次实验，得出的结论不具有普遍性。若将A、B两点下方挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格，由杠杆的平衡条件得左端力与力臂的乘积大于右端力与力臂的乘积，则杠杆左端下沉。（3）如图（丙）所示，若不在B点挂钩码，可改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆，当测力计从a位置转动到b位置时，左端力与力臂的乘积不变，右端力臂变小，故使杠杆仍在水平位置平衡，其示数大小将变大。
【考点定位】杠杆平衡条件的实验探究过程。
6．【2017?衡阳卷】
（1）实验前，将杠杆中点置于支架上，当杠杆静止时，如右下图所示，此时应把杠杆左端的平衡螺母向选填“左”或“右”）调节；
（2）小张将实验数据记录在下表中：
表格中空缺的实验数据“▲”是；
（3）小张在实验中多次改变力和力臂的大小主要是为了（只有一个正确答案，选填答案序号）
①减小摩擦②多次测量取平均值减小误差
③使每组数据更准确④获取多组实验数据归纳出物理规律
【答案】（1）右（2）20（3）④
【考点】杠杆平衡条件
四、计算题
1．小华用如图所示的滑轮组拉动货箱，已知货箱的质量为60Kg，在F=50N的拉力作用下，货箱以0.1m/s的速度做匀速直线运动，地面对货箱的滑动摩擦力f为货箱重的0.2倍．求：
（1）货箱的重力是多少？
（2）拉力F的功率是多少？
（3）货箱运动了1min，克服摩擦所做的功是多少？
（4）此滑轮组的机械效率是多少？
【答案】（1）600N；（2）15W；（3）720J；（4）80%
（1）货箱所受重力：G=mg=60kg×10N/kg=600N；（2）滑轮组n值为3，绳子自由端移动速度：v绳=3v=3×0.1m/s=0.3m/s，拉力的功率是P=Fv绳=50N×0.3m/s=15W；（3）f=0.2G=0.2×600N=120N；由v=得，货箱移动距离：s=vt=0.1m/s×1×60s=6m，克服摩擦做功：W有=fs=120N×6m=720J；（4）1min内绳子自由端移动距离：s绳=3s=3×6m=18m，W总=Fs绳=50N×18m=900J，η=×100%=×100%=80%。
【考点定位】重力的计算；功的计算；滑轮（组）的机械效率；功率的计算
．如图所示，工人用斜面向上、大小为500N的推力，将重800N的货物从A点匀速推至B点；再用100N的水平推力使其沿水平台面匀速运动5s，到达C点．已知AB长3m，BC长1.2m，距地面高1.5m．试问：
（1）利用斜面搬运货物主要是为了；
（2）货物在水平面上运动的速度为多少？
（3）水平推力做功的功率为多少？
（4）斜面的机械效率为多少？
【答案】（1）省力；（2）0.24m/s；（3）24W；（4）80%．
斜面的机械效率；速度公式及其应用；功率的计算
．【2017?郴州卷】利用如图所示的滑轮组，用F=1000N的力拉绳子自由端，货物A以0.1m/s的速度匀速直线运动l0s，整个过程中，滑轮组的机械效率为75%．求：
（1）货物A在10s内移动的距离：
（2）这个过程中拉力F的功率：
（3）水平地面对货物A的摩擦力大小．
【答案】（1）1m；（2）200W；（3）1500N
【解析】（1）根据v=可知货物A在10s内移动的距离：sA=vAt=0.1m/s×10s=1m；（2）由图可知，动滑轮上绳子的有效股数：n=2，绳子自由端移动的速度：v绳=nvA=2×0.1m/s=0.2m/s，拉力的功率：P===Fv绳=1000N×0.2m/s=200W；（3）由η===得摩擦力：f=nηF=2×75%×1000N=1500N。
【考点定位】功和能；滑轮组的机械效率
．【2017?襄阳卷】质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼，滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙，机械中摩擦力及绳重忽略不计．（g=10N/kg）
（1）影响滑轮组机械效率的因素之一是．
（2）若工人在1min内将货物匀速向上提高了6m，作用在钢绳上的拉力为400N，求拉力的功率．
（3）求动滑轮受到的重力．
（4）该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，此滑轮组的机械效率最大值是多少？
【答案】（1）物重（或动滑轮重）；（2）120W；（3）200N；（4）88.9%
【解析】
（1）已知机械中摩擦力及绳重忽略不计，则影响滑轮组机械效率的因素有物重、动滑轮重；（2）由图可知，n=3，则绳端移动的距离：s=nh=3×6m=18m，拉力做的功：W=Fs=400N×18m=7200J，拉力的功率：P===120W；（3）由图乙可知，物重G=300N时，滑轮组的机械效率η=60%，因机械中摩擦力及绳重忽略不计，克服物重做的功为有用功，克服动滑轮重力和物重做的功为总功，所以，滑轮组的机械效率：η=====60%，解得：G动=200N；（4）已知工人的质量为60kg，则该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时，绳子的最大拉力：F大=G人=m人g=60kg×10N/kg=600N，由F=（G+G动）可得，提升的最大物重：G大=nF大﹣G动=3×600N﹣200N=1600N，则滑轮组的最大机械效率：η大=×100%=×100%≈88.9%。
【考点定位】滑轮（组）的机械效率；功率的计算
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