人教物理八年级下册十二章简单机械
第十二章 简单机械
一、杠杆
（一）杠杆
1．定义：在力的作用下绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。
2．杠杆五要素：
五要素
物理含义
支点
杠杆绕着转动的点，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O到动力F1作用线的距离，用“l1”表示
阻力臂
从支点O到阻力F2作用线的距离，用“l2”表示
3．要点透析
（1）杠杆的支点一定要在杠杆上，可以在杠杆的一端，也可以在杠杆的其他位置；
（2）动力和阻力是相对而言的，不论动力还是阻力，杠杆都是受力物体，跟杠杆发生相互作用的物体都是施力物体；
（3）动力作用点：动力在杠杆上的作用点；
（4）阻力作用点：阻力在杠杆上的作用点；
（5）力臂是支点到力的作用线的距离，不是支点到力的作用点的距离，它是点到线的距离而不是点到点的距离；
（6）力臂有时在杠杆上，有时不在杠杆上，如果力的作用线恰好通过支点，则力臂为零；
（7）力臂的表示与画法：过支点作力的作用线的垂线；
（8）力臂的三种表示：根据个人习惯而定
【例1】下列关于杠杆的一些说法中，正确的是（ ）
A．杠杆必须是一根直棒 B．杠杆一定要有支点
C．动力臂就是支点到动力作用点的距离 D．当力的作用线通过支点时，力臂最大
（二）杠杆的平衡条件
1．杠杆平衡：杠杆静止或匀速转动都叫做杠杆平衡。
2．实验探究：杠杆的平衡条件
实验
序号
动力
F1/N
动力臂
l1/cm
动力×动力臂
N·cm
阻力
F2/N
阻力臂
l2/cm
阻力×阻力臂
N·cm
1
0.5
20
10
1.0
10
10
2
1.5
20
30
1.0
30
30
3
2.0
20
40
4.0
10
40
探究归纳：只有动力×动力臂=阻力×阻力臂，杠杆才平衡。
3．杠杆平衡条件表达式：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即；公式表示为：，即.应用公式时单位要统一。
【例2】图2是研究杠杆平衡条件的实验装置，要使杠杆在图示位置平衡，在A处钩码应挂
A．6个 B．3个 C．2个 D．1个
【例3】三个和尚挑水吃的故事大家耳熟能详，如图所示，甲图中和尚们商量出新的挑水方案：胖和尚一人挑两小桶，瘦和尚和小和尚两人合抬一大桶。以下说法中不正确的是（ ）
A．乙图中水桶B向下沉，为保持水平平衡，胖和尚可以将他的肩往后移动一点距离
B．乙图中水桶B向下沉，为保持水平平衡，胖和尚可以将后水桶B往前移动一点距离
C．丙图中小和尚为减轻瘦和尚的负担，可以将水桶往前移动一点距离
D．丙图中小和尚为减轻瘦和尚的负担，可以让瘦和尚往前移动一点距离
（三）生活中的杠杆
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
省距离，费力
镊子、钓鱼竿等
等臂杠杆
l1=l2
F1=F2
不省力，不省距离
天平，定滑轮等
【例4】一直杆可绕O点转动，杆下挂一重物，为了提高重物，用一个始终跟直杆垂直且作用于OB中点的力F，使直杆由竖直位置慢慢转到水平位置，这个过程中这个直杆( )
A．始终是省力杠杆
B．始终是费力杠杆
C．先是省力杠杆，后是费力杠杆
D．先是费力杠杆，后是省力杠杆
二、滑轮
（一）定滑轮和动滑轮
1．滑轮：周边有槽，能绕轴转动的小轮。（滑轮的实质是变形的杠杆）
2．定滑轮：滑轮的轴固定不动的叫做定滑轮。
3．动滑轮：滑轮的轴随物体一起运动，这样的滑轮叫做动滑轮。
4．定滑轮与动滑轮的特点：
（1）定滑轮可以改变力的方向，但不省力；
（2）动滑轮可以省一半力，但不能改变用力的方向。
5．使用定滑轮和动滑轮的几种情况（图中物体全部匀速运动）
种类
图示
表达式
定滑轮
F=G
F=f，f为物体A所受的摩擦力
动滑轮
【例5】如图所示，滑轮上挂一重10N的物体A，当滑轮在力F的作用下向上匀速上升时，滑轮的速度为重物A上升时速度的 ，力F应为 N（滑轮和绳重及摩擦力均不计）。
（二）滑轮组
1．滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮组装而成的，可以达到既省力又改变力的方向的作用效果。
2．滑轮组省力情况的确定方法：
在不考虑摩擦及动滑轮受到的重力的情况下，使用滑轮组时，滑轮组用几股绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一。如图所示。
【例6】如图所示的滑轮或滑轮组将同意重物G均匀提高h高度，最省力的是（ ）
（三）轮轴和斜面
1．轮轴：由一个轴和一个大轮组成，能省力和改变力的方向，实质是一个可以连续转动的杠杆。 （方向盘、水龙头等）
轮轴的公式：
轮轴既省力又改变力的方向，但费了距离。
2．斜面：斜面是一种可以省力的简单机械，却费距离。
理想情况下斜面公式：Fl=Gh
斜面长（l）是斜面高（h）的几倍，所用的拉力F就是物重G的几分之一。
【例7】斜面是一种简单机械，生活中经常用到它，工人师傅小波和小新分别用如图甲、乙两种方法，将同样的物体搬上车，下列说法正确的是（ ）
A．甲方法不可以省力，但能省功
B．甲方法可以省力，也能省功
C．乙方法可以省力，但不能省功
D．乙方法可以省力，也能省功
三、机械效率
（一）课前复习
1．功的两个要素： 、 。
2．功的计算公式： 。
3．功的原理：使用机械时人们所做的功，都 不用机械所做的功。（使用任何机械都不省功）其中不小于可以理解为等于或大于。
等于的条件： （理想情况）
大于的条件： （现实情况）
（二）有用功、额外功和总功
通过同学们对课本三种不同方法提升沙子所做的功进行分析，根据课本完成下列问题。
1．三种方法的最终目的是把 提升到3楼。
2．提升到3楼，升高了 m。根据功的原理，把沙子提升到三楼必须做的功为 J。这些必须做的功叫 。
3．我们提升沙子的同时，也做了一些不需要、但又不得不做的一些功。这些功叫 。
在1、2、3种方法中，除了把沙子提升6m所做的功外，还做了那些功。
①克服 做功；克服 做功；
②克服 做功；克服 做功；
③克服 做功；克服 做功。
通过以上三种情形，额外功的产生主要是克服 和 做的功。
4．有用功加额外功是总共做的功，叫 。
根据上面的分析过程，大体估算第 种方法做的总功多？并由大到小的顺序排列。
三种方法，第 种方法更好一些呢？并说出选择的理由。
【例8】分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举到相同的高度，做的有用功是（ ）
A．一样多 B．斜面的多 C．滑轮组的多 D．无法判断
【例9】某同学不小心把水桶掉进井里，当他把桶从井里捞出来时，桶里带了一些水，下面有关有用功、额外功和总功的说法正确的是（ ）
A．克服桶的重力做的功是总功 B．克服桶内水的重力做的功是总功
C．克服桶的重力做的功是有用功 D．提水的功与提桶的功之和是总功
【例10】用一个动滑轮将重480N的货物提高1m，所用的拉力为300N，则总功是 J，有用功是 J。
（三）机械效率
1．通过对三种方法的比较分析，做相同的有用功，所做的总功 ；或者做相同的总功，所做的有用功 。
2．机械效率： 叫做机械效率。公式：。机械效率没有单位。
3．理解：机械效率仅仅与有用功和总功的比值有关，与有用功、额外功、总功的多少没有关系。因为有用功总是 总功，所以机械效率总是 1。
【例11】若用杠杆把重为100N的物体撬起1m，人需要250N的力将杠杆的另一端压下0.5m，则有用功是 J，总功是 J，机械效率为 。
4．推导公式：
【例12】一个物体重1000N，用一个大小为800N的拉力沿斜面把物体从斜面底端匀速拉到顶端，已知斜面长为20m，高10m，则该斜面的机械效率为 。
【练习1】在滑轮组中动力做功100J，动滑轮对重物做功80J，则（ ）
A．有用功是100J B．总功是100J C．额外功是80J D．额外功是100J
【练习2】甲、乙两台机械，甲的机械效率是80%，乙的机械效率是60%，则（ ）
A．使用甲机械做功省力 B．使用乙机械做功省力
C．使用甲机械做功少些 D．做同样多的功时，使用甲机械做的额外功少些
【练习3】使用机械时，若额外功小于有用功，则该机械的机械效率（ ）
A．大于0.5 B．小于0.5 C．大于1 D．等于0.5
【练习4】如图，用滑轮或滑轮组提起同一重物到同一高度，其中机械效率最高的是（ ）
【练习5】下列关于机械效率的说法正确的是（ ）
A．越省力的机械，其机械效率越高 B．做的有用功越多，机械效率越高
C．做的总功越少，机械效率越高 D．额外功在总功中的占比越小，机械效率越高
【练习6】为省力，把一定滑轮改为动滑轮使用，则改装后的机械效率与改装前相比较（ ）
A．升高了 B．降低了 C．不变 D．都用可能
【练习7】以下方法中能提高滑轮组机械效率的是（ ）
A．减小动滑轮的物重 B．减小定滑轮的物重
C．减小滑轮与轮轴间的摩擦 D．减小提升物体的速度
【练习8】下列关于提高机械效率的说法正确的是（ ）
A．减轻机械自重，是提高机械效率的唯一方法
B．增加重物提高的高度可以提高机械效率
C．改变绳子的绕法可以提高机械效率
D．在可能的条件下，增加所提升物体的重量可以提高机械效率
【练习9】一名工人用如图所示的滑轮组提升2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子的自由端被拉下4m，求：（1）拉力做了多少功；（2）该装置的机械效率是多大。
【练习10】某同学做“测定滑轮组机械效率”的实验。
（1）实验时，必须 向上提起弹簧测力计。
实验
序号
拉力
F/N
钩码重
G/N
绳自由端提升的
距离s/m
钩码上升的
高度h/m
1
1.1
3
0.24
0.08
2
0.7
2
0.12
0.46
（2）某同学用如图所示的装置做实验，记录的两组数据如下表所示，其中序号 的一组有错误。
（3）该同学根据第一次实验的数据，计算此滑轮组的机械效率为 。
（4）要想提高滑轮组的机械效率，可采用的方法是（ ）
A．增加钩码的个数 B．增加动滑轮的个数
C．减少钩码上升的高度 D．减少定滑轮的个数
单元总结思维导图
单元测试
一、选择题
1、下列简单机械中，不能省力的是 ( )
A．杠杆 B．轮轴 C. 斜面 D．定滑轮
2、下列说法正确的是
A.杠杆一定能够省力 B.定滑轮既能省力又能改变力的方向
C.动滑轮既能省力又能改变力的方向 D.滑轮组既能省力又能改变力的方向
3、（10·杭州）某人用100牛的力提起了350牛的重物，那么他可能使用了
A．一个定滑轮 B．一个动滑轮．
C．一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组 D．一支杠杆
4、如图所示滑轮组，正方体A 在水平地面上处于静止状态.已知A 的边长为1dm，密度为2×kg/，每个滑轮重为2N，若使A 对水平地面产生的压力为0，作用在绳端的拉力F 为（忽略摩擦和绳重，g=10N/kg）（ ）
A．4N B．5N C．6N D．22N
5、运动员将足球从后场踢到前场，足球在空中运动的过程中，不计空气阻力，其受力情况是（ ）
A、只受踢力 B、只受重力 C、受踢力和重力 D、不受力的作用
6、如图所示，用滑轮组提升重物时，重200N的物体在5s内匀速上升了1m．已知拉绳子的力F为120N，如果不计绳重及摩擦，则提升重物的过程中（ ）
A．绳子自由端被拉下3m B．动滑轮重20N
C．滑轮组的机械效率是83.3% D．拉力F的功率是40W
7、如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械自重和摩擦)，其中所需动力最小的是（ ）
8、夏季炎热的午后，环卫工人驾驶着洒水车以8km/h的速度匀速行使在笔直的南海大道上，水不停地洒在地上，下列说法中正确的是（ ）
A.洒水车在行驶的过程中牵引力大于阻力
B.车辆行驶过程中，环卫工人看到路灯是静止的
C.洒水车的运动状态没有发生改变 D.车中水的质量在不断减小，水的密度也在减小
9、为了粉刷教室，需要将涂料运到五楼。工人可以采用的方法有： ①用人直接搬运上去；②用定滑轮提上去；③用动滑轮提上去。在这几种方法中
A．最省力的是② B．最省力的是③
C．做有用功最多的是① D．机械效率最高的是③
10、不计绳重和摩擦的情况下利用如右图所示的甲、乙两装置分别用力把相同的物体匀速提升相同的高度若用η甲，η乙表示甲、乙两装置的机械效率，W甲、W乙表示拉力所做的功（ ）
A、η甲＝η乙，W甲＝W乙 B、η甲＞η乙，W甲＞W乙
C、η甲＜η乙，W甲＜W乙 D、η甲＞η乙，W甲＜W乙
二、填空题
11、阿基米徳说：“给我一个支点和一根足够长的棍，我就能撬动整个地球”，这是因为使用杠杆可以___________。学校旗杆顶部安装的定滑轮作用为了 _____________。
12、用如图8所示的滑轮组匀速向左拉动重为100N的物体A，所用拉力F为10N(不计滑轮和绳重、及滑轮与绳之间的摩擦)，则A受到地面对它的摩擦力大小是______N，方向向_______(填“左”或“右”)
13、一台抽水机的动力的功率是12 kW，抽水时的机械效率是80％，那么5min抽水机动力做的功为________J，5 min内它可以把_________N的水抽到10 m高的水塔上去．
14、阻力臂为动力臂4倍的杠杆是 杠杆（选填“省力”或“费力”）；若该杠杆受到的阻力为20N，则当动力为 N时，杠杆处于平衡状态。
15、古代护城河上有座吊桥，它的结构原理如．图所示。把桥面看成是长为10
米，所受重力为3000牛的均匀杆OA ，可以绕转轴O 点在竖直平面内转动，在O 点正上方10 米处固定一个定滑轮，绳子通过定滑轮与杆的另一端A 相连，用力拉动绳子就可以将杆从水平位置缓慢向上拉起。杆即将离开水平位置时，绳子的拉力为F1 。当士兵们把吊桥拉起到与水平面的夹角为300 时，绳子的拉力为F2，所用的时间是0.5 分钟（忽略绳子重力、滑轮半径和摩擦），则：
（1） F1：F2= 。
（2）士兵们对吊桥所做功的平均功率是 瓦。
三、简答题
16、说出下列现象中的物理知识或原理：用扁担挑东西时，人的肩总是靠近较重的物体一端
17、认真分析如下图所示的漫画，判断小猴和小兔谁分得的萝卜重？请说明你的理由。
四、作图题
18、1.画出图11所示拉力F的力臂。
2.工人站在地面用滑轮组匀速提升重物，请在图12所示的滑轮组上画出绕线。
19、按照题目要求作图：
（1）在图11中画出滑轮组最省力的绕线方式。
（2）在图12中作出物体M所受重力的示意图，并作出以O为支点，动力F的力臂L1。
（3）在图13中杠杆OAB处于平衡状态，画出使杠杆平衡的动力的力臂L1。
五、实验,探究题
20、在探究滑轮组的机械效率实验中小文连成了如图15的滑轮组，并分别测出了实验数据。
钩码
重力G/N
钩码上升
的高度h/cm
拉力F/N
绳端移动
的距离s/cm
2.4
10.0
1.0
30.0
（1）根据以上表格中数据，实验过程中，此滑轮组的机械效率为_____ __%。
（2）小文用此滑轮组匀速提起重为G的物体升高h，所用时间为t。拉力的大小为F,则F的功率P= 。（用本小题中已知字母表示）
21、如图所示是小明测量“斜面机械效率”的装置图。下表是他记录的实验数据：
实验
次数
斜面倾
斜程度
物体A重
G/N
物体上升
高度h/m
沿斜面拉
力 F/N
物体移动
距离s/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
机械效率
η
1
较缓
5.0
0.1
1.5
0.5
0.5
0.75
66.67 %
2
较陡
5.0
0.2
2.5
0.5
1
1.25
3
最陡
5.0
0.3
3.4
0.5
1.7
88.24%
（1）将表格中空格处的数据填写完整。
（2）分析小明表格中的实验数据可知：长度相同的斜面，越平缓的越
（填“省力”或“费力”）；斜面在我们生活中的应用有 （只写出一条即可）。
（3）根据你的实验经历，实验中很难控制的操作是 。
六、综合题
22、如图9所示装置，绳重和摩擦不计。
（1）请利用图示的3个滑轮，补画出滑轮组完整的绕线。
（2）若物重为50N时，绳端需用20N的拉力才能把物体匀速提升，则将重为90N的物体匀速提升，绳端需要多大的拉力？当90N的重物升高1m时，此时的机械效率为多少？
（3）如果绳子能承受的最大拉力为60N，那么该滑轮组最大可以吊起多重的物体？此时的机械效率又为多大？
（4）当动滑轮重为多少时，使用该滑轮组提起20N重的钩码刚好不省力？
七、计算题
23、如图所示，一个质量60kg，底面积为0.1m2物块，通过滑轮组在25N拉力作用下作匀速直线运动。已知物块受到的滑动摩擦力为物重的0.1倍。(g取10N/kg )。求：
（1）在图上作出物体对水平地面压力的示意图；
（2）物体的重力是多少？
（3）物体静止时对水平地面的压强是多少？
（4）该滑轮组的机械效率是多少？
24、小明利用如图所示的滑轮组将重为900N的物体从一楼匀速提升至六楼，所用的拉力为360N，绳子自由端移动的速度为0.3m／s。(己知每层楼高3m)
求：(1)小明所用的时间； (2)拉力的功率；(3)所做的额外功：
(4)在此基础上再加一个滑轮做动滑轮使用，组成一个新的滑轮组，提升相同的重物时，滑轮组的机械效率将如何改变?为什么?
25、 均匀细长棒AB，其质量为m，A端用细线悬挂起来且悬线竖直，B端无阻碍地斜向浸没在水池中，当它稳定静止时，棒被浸没部分的长度是全长的3/5，如图所示，求棒的密度是多少？
