第13讲 简单机械本讲内容在河北省中考中主要以选择、计算的形式出现．主要考查：力臂作图、杠杆的种类及特点、杠杆的应用、杠杆平衡条件的应用、滑轮组的绕线方法、滑轮组的特点．预计2022年会考查杠杆平衡条件的应用．考点考点内容年份题号题型分值考查内容考点1杠杆2022202220222037(1、3)37选择题计算题计算题244杠杆的分类杠杆力臂作图、杠杆平衡条件应用杠杆力臂作图、杠杆平衡条件计算考点2滑轮组的应用20222022202237(3)14D21(A、D)计算题选择题选择题20．51利用滑轮组的特点计算压强定滑轮的特点滑轮组省力情况、拉力移动距离与物体上升高度的关系定性分析 杠杆五要素和平衡条件1．杠杆的五要素和平衡条件定义一根硬棒，在力的作用下绕着______转动的硬棒叫做杠杆五要素支点如图所示，杠杆绕着_____，用字母____表示动力如图所示，使杠杆______的力，用字母____表示阻力如图所示，_____杠杆转动的力，用字母____来表示动力臂如图所示，从支点到_______的_____，用字母l1表示阻力臂如图所示，从支点到_______的_____，用字母l2表示探究杠杆平衡条件探究过程实验前调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，目的是消除杠杆自身重力对实验的影响，实验中使杠杆在水平位置平衡，目的是方便从杠杆上直接读出力臂结论动力×动力臂=阻力×阻力臂F1l1=F2l2说明为了消除实验中错误的结论：动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离，可用弹簧测力计代替一侧钩码斜拉杠杆 【提示】 画力臂：(1)先在杠杆示意图上确定出支点；(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．杠杆的分类力臂关系力的关系距离关系实例省力杠杆L1___l2F1____F2省力，____距离羊角锤、起子、撬棒等费力杠杆L1____l2F1______F2_____，省距离钓鱼竿、起重机的吊臂、镊子等等臂杠杆L1____l2F1____F2不省力，不费力天平、定滑轮等 【提示】 省力杠杆必然费距离，费力杠杆必然省距离，既省力又省距离的杠杆是不存在的． 滑轮12\n比较分类定滑轮动滑轮滑轮组示意图定义中间的轴________的滑轮和重物一起_______的滑轮定滑轮、动滑轮组合成滑轮组实质_______杠杆动力臂为阻力臂倍的杠杆特点不能__________但是能改变_________能省_________的力，但不能改变________在不考虑绳子重及滑轮重和摩擦力的情况下，F＝__________.距离的关系_____________________________________ 【提示】 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． 斜面与轮轴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____和_____组成，能绕共同轴线转动的_________叫做轮轴；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______，支点就在______，轮轴在转动时轮与轴有相同的___________应用螺旋、楼梯、盘山公路等方向盘、水龙头、扳手 【提示】 轮轴不一定是省力机械，主要取决于动力作用在轮还是轴．12\n命题点1 杠杆 (2022·河北)如图所示的工具中属于费力杠杆的是() A．①② B．②③ C．②④ D．③④联系生活经验，要判断杠杆的类型，可依据杠杆的动力臂和阻力臂大小关系：若动力臂大于阻力臂，则是省力杠杆，如刹车、撬棒、铡刀等；若动力臂小于阻力臂，则是费力杠杆，如镊子、起重机的起重臂等；若动力臂等于阻力臂，则为等臂杠杆，如天平和定滑轮等．1．(2022·深圳)使用以下工具可以省力的是()A B C D2．(2022·威海)如图是吊车起吊货物的结构示意图，伸缩撑杆为圆弧状，工作时它对吊臂的支持力始终与吊臂垂直，使吊臂绕O点缓慢转动，从而将货物提起．下列说法正确的是()A．吊臂是一省力杠杆，但要费距离B．吊臂是一个费力杠杆，但可以省功C．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力的力臂变小D．匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力渐渐变小3．(2022·莱芜)如图所示，杠杆在力F1、F2的作用下(F2未画出)处于平衡状态．O为支点，L2是力F2的力臂，请在图中画出F1的力臂L1和力F2的示意图．命题点2 杠杆平衡条件的应用12\n (2022·河北)如图所示，将边长为10cm的正方体合金块，用细绳挂在轻质杠杆的A点处，在B点施加力F1＝30N时，杠杆在水平位置平衡，合金块对水平地面的压强恰好为0.撤去F1，在B点施加力F2时，合金块对地面的压强为1.2×103Pa，(OB＝3OA，g取10N/kg)(1)画出F2的力臂．(2)求合金块的质量．(3)求F2的大小．【点拨】 (1)延长力F2的作用线，然后过支点O向力的作用线引垂线段OC，即为其力臂L2；(2)根据杠杆平衡条件：F1L1＝F2L2，求出A点对杠杆的拉力，即为合金块的重力，再利用G＝mg变形求解合金块的质量；(3)根据直角三角形30°角对应的直角边等于斜边的一半(即杠杆OA长度的一半)；分析物体合金块所受的力，画出示意图，合金块受重力、绳子向上的拉力及地面对它的支持力，在这几个力的作用下处于静止状态；根据合金块对地面的压强，可求出其对地面的压力，则等于地面对物体的支持力，从而根据示意图列出各力之间的关系，代入数据便可求出拉力的大小；再根据杠杆平衡条件：F1L1＝F2L2，将已知数据代入，便可求出F2的大小．本题考查了对物体的受力分析、力臂的画法、力的合成，同时考查了有关压强公式的应用及杠杆平衡条件的应用，关键是公式及其变形的灵活运用，要会受力分析，知道杠杆A点受到的拉力等于重力与支持力之差．4．(2022·尤东)如图所示的杠杆(自重和摩擦不计)，O为支点，A处挂一重为100N的物体，为保证杠杆在水平方向平衡，在中点B处沿________(填“F”“F1”或“F2”)方向施加一个最小的力为________N.5．(2022·泰州)有一杠杆经过调节，处于水平平衡状态．如图所示，在A点悬挂三个钩码(每个钩码重均为0.5N)，要使杠杆水平平衡，需在B点悬挂________个钩码；取走悬挂在B点的钩码，改用弹簧测力计在C点竖直向上拉，使杠杆水平平衡，测力计的拉力为________N；如改变测力计拉力的方向，使之斜向右上方，杠杆仍然水平平衡，测力计的读数将________．6．(2022·玉林、防城港)如图所示，一轻质杠杆支在支架上，OA＝20cm，G1为边长是5cm的正方体，G2重为20N．当OC＝10cm时，绳子的拉力为________N，此时G1对地面的压强为2×104Pa.现用一水平拉力，使G2以________cm/s的速度向右匀速运动，经过12.5s后，可使G1对地面的压力恰好为0.命题点3 滑轮 (2022·汕尾)如图所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重及摩擦，则最省力的是()12\n竖直方向的滑轮组，理想状态时，若有n段绳子和动滑轮直接接触，即F＝G/n，s＝nh，V绳＝nV物；若是实际状态，只考虑动滑轮的重，F＝(G＋G动)/n，若同时考虑绳子的重和摩擦，则F>(G＋G动)/n，但不影响距离和速度的关系．7．(2022·梅州)如图所示，用一根绳子绕过定滑轮，一端拴在钩码上，手执另一端，分别用力F1、F2、F3匀速拉起钩码．忽略绳子与滑轮的摩擦，下列说法中正确的是()A．F1较大B．F3较大C．F1、F2、F3的大小不能确定D．将钩码提升相同的高度，力F1、F2、F3所做的功相等8．(2022·桂林)如图所示，用滑轮拉着一重为400N的物体向上做匀速直线运动，该滑轮为________(填“动”或“定”)滑轮，如果不计滑轮重及细绳与滑轮间的摩擦，则竖直向上的拉力F是________N.9．(2022·漳州)如图所示，站在小车上的男孩在绳子末端施加50N的水平拉力F，物体M和小车在水平地面上做相向的匀速直线运动，物体M速度为0.2m/s，小车速度为0.3m/s，则地面对物体M的摩擦力为________N，2s后绳子自由端移动的距离为________m．(不计绳重、滑轮重以及绳与滑轮的摩擦)命题点 探究杠杆的平衡条件探究杠杆的平衡条件在中考试题中常从以下几个方面进行考查：(1)调节杠杆平衡的方法；(2)实验现象和实验数据的分析；(3)实验结论的总结和应用；(4)设计实验的步骤，评估实验中的问题，并进行处理． (2022·齐齐哈尔)在探究杠杆平衡条件的实验中：(1)杠杆的平衡状态是指杠杆处于____________或匀速转动状态．实验前没有挂钩码时，调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，其主要目的是________________________________________．(2)实验中，用装置A的方式悬挂钩码，杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距)，但老师建议同学不宜采用这种方式，该种方式的不足主要是因为()装置A12\nA．一个人无法独立操作B．力臂与杠杆不重合C．力和力臂数目过多，不易得出结论D．杠杆受力不平衡(3)若用装置B进行实验，则此时弹簧测力计的示数是________N；将弹簧测力计沿虚线方向拉，仍然使杠杆在原来的位置平衡，此时拉力的力臂将________，弹簧测力计的示数将________(填“变大”“变小”或“不变”)．装置B(4)某同学将杠杆挂在支架上，发现杠杆左端下倾，若他调节杠杆右端的平衡螺母，应将该平衡螺母向________端调节，直到杠杆在水平位置平衡．(5)某同学用装置C做实验时，在已调好的杠杆左端2格处挂了3只钩码，要使杠杆平衡，除可在杠杆右端第“2”格挂“3”只钩码外，也可以在右端第________只钩码来完成．(按“×格挂×”填写)装置C(6)若杠杆右端不挂钩码，改用弹簧测力计在左端第3格处拉杠杆使其平衡．则最小拉力的方向为________________________________________________________________________．(7)本实验要进行多组实验，其目的是________________________．请设计出记录实验数据的表格：(8)请分析说明用装置B做实验的好处___________________________________________________________.12\n一、选择题1．(2022·黄冈)使用下列简单机械，为了省力的是()A．龙舟比赛用的船桨B．拔钉子的羊角锤C．理发用的剪刀D．旗杆顶的定滑轮2．(2022·广州)AC硬棒质量忽略不计，在棒的B、C两点施加力F1、F2，F2的方向沿OO′线，棒在图所示位置处于平衡状态，则()A．F1<F2B．F1＝·F2C．F1力臂小于s1D．F2向沿OO′线向下3．(2022·河南)把质量相等的A、B两物体挂在如图所示的滑轮组下面，不计绳子、滑轮的重力和摩擦，放手后()A．A上升B．A下降C．A、B均静止D．无法判断4．(2022·泰州)如图所示的滑轮组，每个滑轮重为20N，绳重及摩擦不计．用它匀速提升重为100N的物体，所用的拉力F是()A．50NB．60NC．70ND．120N5．(2022·龙东)简单机械在我们的生活中应用很广泛，下图是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械重和摩擦)，其中不省力的是()6．(2022·漳州)如图所示，可绕O点转动的轻质杠杆，在D点挂一个重为G的物体M，用一把弹簧测力计依次在A，B，C三点沿圆O相切的方向用力拉，都使杠杆在水平位置平衡，读出三次的示数分别为F1、F2、F3，它们的大小关系是()A．F1＜F2＜F3＜GB．F1＞F2＞F3＞GC．F1＝F2＝F3＝GD．F1＞F2＝F3＝G7．(多选)(2022·石家庄41中一模)如图所示，均匀木棒AB长为1m，水平放置在O1、O212\n两个支点上，已知AO1、O2B的长均为0.25m，若把B端竖直向上稍微抬起一点距离，至少要用力20N，则下列说法中正确的是()A．木棒自重40NB．若把B端竖直向下稍微压下一点距离至少要用力60NC．若把A端竖直向上稍微抬起一点距离至少要用力20ND．若把A端竖直向下稍微压下一点距离至少要用力40N二、填空题8．(2022·益阳)如图是自行车手闸示意图，手闸是一个简单机械，这种简单机械的名称是________，当图中手对车闸的作用力F＝10N时，刹车拉线受到力的大小为________N.9．(2022·河南)如图是小聪为拉船靠岸而设计的甲、乙两种方案，若拉船的力需要很大，则应选用________(填“甲”或“乙”)方案，因为采用这种方案可以________．(不计机械的自重及摩擦)10．(2022·安徽)如图，AB为能绕B点转动的轻质杠杆，中点C处用细线悬挂一重物，在A端施加一个竖直向上大小为10N的拉力F，使杠杆在水平位置保持平衡，则重物G＝________N．若保持拉力方向不变，将A端缓慢向上提升一小段距离，在提升的过程中，拉力F将________(填“增大”“不变”或“减小”)．11．(2022·广东)如图所示，已知物体A和动滑轮的总重为200N，当物体A匀速上升高度为1m时，绳子移动的距离为________m，人对绳子的拉力为________N，拉力所做的功为________J(绳子与滑轮的摩擦力、空气阻力忽略不计)．三、作图题12．(2022·铜仁)请在图中画出滑轮最省力的绕法．13．(2022·广东)如图，请在杠杆A处画出把物体拉起时的最小拉力F1，并画出拉力F1的力臂L1.12\n四、实验探究题14．(2022·江西)探究杠杆的平衡条件图1【提出问题】如图1所示，是一种常见的杆秤．此时处于水平位置平衡．发现一：小明在左侧挂钩上增加物体，可观察到提纽左侧下沉．他认为改变杠杆的水平平衡可以通过改变作用在杠杆上的________来实现；发现二：接着小新移动秤砣使其恢复水平位置平衡．说明通过改变________的长短也可以改变杠杆的平衡．那么，杠杆在满足什么条件时才平衡呢？【制定计划与设计实验】实验前，轻质杠杆处于如图2所示的状态，使用时，首先应将杠杆的平衡螺母向________(填“左”或“右”)调节，使杠杆处于水平位置平衡，这样做的好处是____________________．【实验结论】如图3所示，他们进行了三次实验，对实验数据进行分析，得出杠杆的平衡条件是________________________．【拓展应用】如图4所示，是用手托起重物的示意图，图中前臂可以看作是一个________杠杆(填“省力”“费力”或“等臂”)，此杠杆的支点是图中的________点，假如托起6N的重物，请你根据图所示，估算出手臂要用的动力大约是________N左右．五、计算题15．(2022·河北)小明做俯卧撑时(如图所示)，可将其视为一个杠杆，重心在O点，他将身体撑起时，地面对两脚尖的支持力为250N，两脚尖与地面的接触面积为60cm2，双手与地面的接触面积为300cm2.(1)画出以B为支点时重力的力臂L；(2)如果小明的两脚尖对地面的压强与双手对地面的压强之比为5∶2，地面对双手的支持力为多少？(3)小明在1min内做了30个俯卧撑，每次肩部上升的高度为0.36m，则他1min内克服重力所做的功为多少？12\n12\n参考答案考点解读考点1 1.固定点O 转动的点 O 转动 F1 阻碍 F2 动力作用线 距离 阻力作用线 距离 2.＞ ＜ 费 ＜ ＞ 费力 ＝ ＝考点2 固定不动 移动 等臂 2 省力 省力 动力的方向 一半 动力的方向 G 2 n考点3 轮 轴 简单机械 杠杆 轴线 转速各个击破例1 C 例2 (1) (2)由杠杆的平衡条件：F1L1＝F2L2变形得G＝＝＝90N；根据重力的公式G＝mg变形得m＝＝＝9kg；(3)由公式p＝变形得F支持＝F压＝pS＝1.2×103Pa×0.1m×0.1m＝12N；由于F2与OB的夹角为30°，所以F2的力臂L2＝LOB＝LOA，(G－F支持)×LOA＝F2×L2变形得：F2＝＝＝52N． 例3 C题组训练 1.A 2.D 3. 4.F2 200 5.2 3 变大 6.10 4 7.D 8.动 200 9.150 3实验突破例 (1)静止状态 便于测量力臂和避免杠杆自重对实验的影响 (2)C (3)1.8 变小 变大拓展训练 (4)右 (5)3格挂2 (6)竖直向上 (7)得出的结论更具有普遍性实验数据次数动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm123(8)用弹簧测力计竖直向下拉杠杆时，由于测力计的力可以连续变化，很容易得到所需要的力，不需要调整力臂，所以用这种方法很容易使杠杆平衡整合集训1．C 2.C 3.B 4.B 5.C 6.C 7.BC 8.杠杆 40 9.甲 省力 10.20 不变 11.2 100 20012. 13. 14.力 力臂 右 方便直接测出力臂 动力×动力臂＝阻力×阻力臂 费力 C 48 15.(1)以B为支点时重力的力臂为B点到重力作用线的垂直距离，如图：12\n(2)∵物体间力的作用是相互的，支持力和压力是一对相互作用力，∴F脚＝F脚支＝250N，F手＝F手支，则两脚尖与地面的压强p脚＝，双手对地面的压强p手＝，∵p脚∶p手＝5∶2，∴∶＝5∶2，则F手＝＝＝500N．(3)做一个俯卧撑时，支持力对人做功：W＝F手h＝500N×0.36m＝180J，所以做30个俯卧撑做功W′＝30×180J＝5400J.12
