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专题 13 简单机械（测试）（解析版）
（满分100分，时间90分钟）
一、选择题（10小题，每小题3分，共30分）
1.如图所示的工具中，使用时属于费力杠杆的是（ ）。
A. 开瓶器开瓶盖 B. 筷子夹食物
C. 定滑轮提升物体 D. 天平称物体质量
【答案】B。
【解析】A、开瓶器在使用时，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A错误；
B、筷子夹食物时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故B正确；
C、定滑轮的实质是等臂杠杆，故C错误；
D、天平在使用时，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，故D错误。 故选：B。
2．如图所示，O点为杠杆支点，在杠杆右端施加力F，某同学画出力F的力臂l，其中正确的是
（ ）。
A． B．
C． D．
【答案】A。
【解析】力臂是支点到力的作用线的垂直距离，即力臂与力F的作用线垂直，故A正确，BCD错误。
故选A。
3．如图是小华在劳动教育实践活动中体验中国传统农耕“舂稻谷”的示意图。小华若要更省力，下
列做法可行的是（ ）。
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A．支点不动，脚在杆上的位置前移；
B．将支点靠近人，脚在杆上的位置不动；
C．将支点靠近人，同时脚在杆上的位置前移；
D．将支点远离人，同时脚在杆上的位置后移
【答案】D。
【解析】A、支点不动，脚在杆上的位置前移，此时阻力、阻力臂不变，动力臂变小，根据杠杆的平
衡条件可知，动力变大，不能省力，故A错误；
B、将支点靠近人，脚在杆上的位置不动，此时阻力不变，阻力臂变大，动力臂变小，根据杠杆的平
衡条件可知，动力变大，不能省力，故B错误；
C、将支点靠近人，同时脚在杆上的位置前移，阻力不变，阻力臂变大，动力臂变小，根据杠杆的平
衡条件可知，动力变大，不能省力，故C错误；
D、将支点远离人，同时脚在杆上的位置后移，阻力不变，阻力臂变小，动力臂变大，根据杠杆的平
衡条件可知，动力变小，能省力，故D正确。故选：D。
4．如图所示，重力不计的杠杆OA，O为支点，用力F提起重为30N的物体，恰在水平位置平衡。已知
OA=80cm，AB=50cm，杠杆与转轴间摩擦忽略不计，下列说法中不正确的是（ ）。
A．利用该机械提起重物时不能省功；
B．拉力F的力臂为40cm；
C．拉力F的大小为22.5N；
D．拉力F为作用在A点的最小动力
【答案】D。
【解析】A．根据功的原理可知：使用任何机械都不省功；所以，利用该机械提起重物时不能省功，
故A正确，不符合题意；
B．如图，在 中，知道∠CAO=30°，则拉力F的力臂为
故B正确，不符合题意；
C．根据题意可知，重力的力臂为OB=OA-AB=80cm-50cm=30cm
又G=30N
根据杠杆平衡条件得
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即有
故C正确，不符合题意；
D．在阻力×阻力臂一定的情况下，动力臂越大，动力将越小。由图示可知
当OA为动力臂时，作用在A点的动力最小，即力垂直于杠杆向上，故现在的拉力F不是最小作用力，
故D错误，符合题意。故选D。
5．如图所示，快递小哥为了把较重的货物装入运输车，用同样的器材设计了甲、乙两种方式提升货
物。若把同一货物匀速提升到同一高度，忽略绳重和摩擦，下列分析正确的是（ ）。
A．甲方式可以省力 B．乙方式不能改变力的方向
C．乙方式可以省力 D．甲方式可以省功
【答案】C。
【解析】A．甲中为两个定滑轮，定滑轮的本质是等臂杠杆，不能省力，故A错误；
BC．乙中为一个动滑轮和定滑轮组成的滑轮组，不仅可以省力，还可以改变力的方向，故B错误，C
正确；
D．由功的原理可知，使用任何机械都不能省功，故D错误。故选C。
6.工人用如图所示的甲、乙两种滑轮把同样一袋沙提升相同的高度，已知沙和袋总重为100N，滑轮重
20N（绳重和摩擦力不计），则下列说法正确的是（ ）。
A. 甲比乙更省力 B. 甲做的总功比乙的多
C. 甲做的有用功比乙的多 D. 甲的机械效率比乙的高
【答案】D。
【解析】A、由图可知，甲滑轮是定滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮不省力，所以拉力等于物体
的重力，为100N；乙滑轮是动滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等于物体和滑
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轮总重力的一半，则 ，所以，F 〉F ；故A错误；
甲 乙
BCD、两幅图中的W 是克服物体重力做的功，由于匀速提升相同物体到相同的高度，则有用功是相同
有
的，但乙图中拉力做功要克服动滑轮的重力做功，比甲图中做的总功要多，
所以结合机械效率公式 可知，有用功相同时，总功越大的，机械效率越小，所以
W 〉W ，故BC错误，D正确。故选：D。
甲 乙
7.下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是（ ）。
A. 功率大的机器，做功可能少；
B. 机械效率越高的机器，功率越大；
C. 省力越多的的机器，机械效率越高；
D. 作用在物体上的力越大，对物体所做的功越多
【答案】A。
【解析】A做功时间未知，由W=Pt可知，功率大的机器，做功可能少，故A正确；
B、机械效率和功率两者没有因果关系，如滑轮组的机械效率可到 80%，起重机的效率只有40%左右，
但是起重机做功却比滑轮组快得多。所以机械效率高，功率不一定大，故B错误；
C、有用功与总功的比值叫机械效率，与机械省力的多少没有关系，故C错误；
D、作用在物体上的力越大，对物体所做的功不一定越多，因为在力方向上的距离不明确，故D错误。
故选：A。
8.用一个动滑轮和一个定滑轮先后组成如图甲、乙所示的滑轮组，分别用它们将同一重物匀速提升相
同的高度（忽略绳重和摩擦）。下列说法正确的是（ ）。
A. 甲滑轮组提起物体的力大 B. 甲滑轮组提起物体做的有用功多
C. 甲滑轮组提起物体做的总功少 D. 甲滑轮组的机械效率高
【答案】A。
【解析】根据题意可知，两滑轮组提升重物的重力相同，提升的高度相同；
A、由图知，n =2，n =3，
甲 乙
忽略绳重和摩擦，由 可得，
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绳端的拉力分别为： ， ，
所以 ，故A正确；
BC、由题知，动滑轮重相同，提升的物体重和高度均相同，忽略绳重和摩擦，
根据 、
可知，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则总功相同，故BC错误；
D、因有用功相同、总功也相同，由
可知，两滑轮组的机械效率相同，故D错误。故选：A。
9．如图所示，已知固定斜面长6m，倾角为30°，木箱重200N。某同学用大小为150N的推力沿斜面
向上推木箱，使木箱沿斜面匀速从底端运动到顶端的过程中，关于木箱所受的力对木箱做的功，下列判断
正确的是（ ）。
A．木箱克服斜面摩擦力大小为50N；
B．木箱克服重力做功的大小为900J；
C．推力做功的大小为1200J；
D．斜面支持力做功的大小为600J
【答案】A。
【解析】B．由题意知，木箱的重力G＝200N，斜面高
木箱克服重力做功W ＝Gh＝200N×3m＝600J，故B错误；
有用
C．推力F做的功W ＝Fs＝150N×6m＝900J，故C错误；
总
A．克服摩擦力做的额外功W ＝W ﹣W ＝900J﹣600J＝300J
额 总 有用
摩擦力 ，故A正确；
D．木箱移动方向与支持力方向垂直，没有在支持力的方向上移动距离，所以斜面的支持力做功为零，
故D错误。故选A。
10．质量为60kg的工人站在水平地面上，利用如图滑轮组竖直向下拉动绳子自由端，将一质量为
80kg的重物A以0.2m/s的速度匀速上升1m，此时该滑轮组的机械效率为80%（g取10N/kg）。对此工作过
程及装置以下说法错误的是（ ）。
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A．动滑轮重为200N B．拉力F的功率为100W
C．工人对绳的拉力做功1000J D．工人对地面的压力为100N
【答案】B
【解析】A．由图中滑轮组的结构知道 n=2，物体A的质量m=80kg，则A的重力
G=mg=80kg×10N/kg=800N
A
不计绳重和摩擦时，滑轮组的机械效率
解得G =200N
动
故A正确；
C．工人对绳子的拉力为
则工人对绳的拉力做的功为W=Fs=F×2h=500N×2×1m=1000J，故C正确；
B．已知物体A移动的速度v=0.2m/s，则工人拉绳子的速度v =2v=2×0.2m/s=0.4m/s
A 人 A
则拉力F的功率为 ，故B错误；
D．工人对绳子的拉力和绳子对人的拉力是一对相互作用力，则绳子对人的拉力为F =F=500N
人
工人的质量m =600kg
人
工人的重力为G =m g=600kg×10N/kg=600N
人 人
则地面对人的支持力为F =G -F =600N-500N=100N
支 人 人
则人对地面的压力为F =F =100N，故D正确。故选B。
压 支
二、填空题（6小题，每空2分，共30分）
11．杠杆是我们生活中一种常见的简单机械，如图所示，轻质杠杆OA可绕O点无摩擦转动，A点悬挂
一个重为20N的物体，B点施加一个竖直向上的拉力F，使杠杆在水平位置平衡，且OB：AB＝2：1。则F＝
N，此杠杆是 杠杆。
【答案】30；费力。
【解析】杠杆水平平衡时，A端受到的阻力大小F ＝G ＝20N，动力F的力臂为OB，阻力F 的力臂为
A 物 A
OA，由杠杆平衡条件F•L＝F•L 可得：F•OB＝F•OA，因为OB＜OA，所以F＞F，即杠杆为费力杠杆；
1 1 2 2 A A
因为OB＝2AB，所以OA＝OB+AB＝3AB，即OB：OA＝2：3，
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由F•OB＝F•OA可得F的大小为： 。
A
故答案为：30；费力。
12．如图是一辆行李的手推车，当前轮遇到障碍物A时，推车人向下压扶手，这时手推车可看作杠杆，
支点在___________（填字母）。当后轮遇到障碍物时，推车人向上提扶手，这时支点是___________点
（填字母），与前轮遇到障碍物时相比，此时较___________（选填“省”或“费”）力。
【答案】C；B ；省。
【详解】[1]当前轮遇障碍物A时，推车人向下压扶手，车绕C点转动，这时手推车可看成杠杆，支点
是C点。
[2][3]当后轮遇到障碍物A时，推车人向上提扶手，车绕B点转动，这时支点是B点，动力臂大于阻
力臂，此时手推车可看成是省力杠杆，因此比较省力。
13.如图，在建筑工地上，工人借助相同的滑轮和绳用甲、乙两种方式分别将相同物料提起来（忽略
摩擦力的影响），其中可以省力的是 ______ ，机械效率较高的是 ______ 。
【答案】乙；甲。
【解析】由图可知，甲是定滑轮，乙是动滑轮，不计绳重及摩擦，
使用定滑轮的拉力F=G ；
1 物
使用动滑轮的拉力 ；
F〈F，故使用乙省力；
2 1
提升的物体重和高度相同，由W =G h可知做的有用功相同；
有用 物
忽略摩擦力的影响，则使用定滑轮时做的额外功为零，使用动滑轮时需要克服动滑轮重力做功，即额
外功为 ，
由机械效率公式
可知，使用定滑轮的机械效率大于使用动滑轮的机械效率，故甲的机械效率较高。
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故答案为：乙；甲。
14．如图所示，斜面长s＝1m，高h＝0.3m，用力F的拉力沿斜面将一重G＝50N的木块从底端匀速拉
到顶端，木块受到的摩擦力f＝5N，木块克服重力做的功W＝_____J，拉力做的功为________J。
【答案】15；20。
【解析】[1]由于木块的重力为G＝50N，木块上升的高度为h＝0.3m，所以木块克服重力做的有用功为
[2]木块受到的摩擦力f＝5N，斜面长s＝1m，木块克服摩擦力做的额外功为
拉力对木块做的总功为 。
15．如图所示，在50N的水平拉力F作用下，重200N的物体沿水平地面向左匀速直线运动了2m，物体
与地面的滑动摩擦力为120N，该物体克服摩擦力做功是______J，使用滑轮组的拉力做功为______J，滑轮
组的机械效率为______。
【答案】240；300；80%。
【解析】[1]物体匀速运动，受到的拉力与摩擦力相等。则克服摩擦力做的有用功为
[2]由图可知 ，绳子自由端移动的距离为
拉力做的总功为
[3]滑轮组的机械效率为 。
16．如图所示，工人们用同一滑轮组，根据需要用两种方式来提起等重的建筑材料，若不计摩擦和绳
重，则F________F，机械效率η_________η（两空均选填“>”“=”或“＜”），摩擦及绳重忽略不
1 2 A B
计，影响滑轮组机械效率的原因有 ________（写出一点即可）。
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【答案】＜；=；所提建筑材料的重力。
【解析】[1]工人们用同一滑轮组，根据需要有两种方式来提起等重的建筑材料，由图知n分别为3、
2，不计摩擦及绳重，提升等重的建筑材料时拉力分别为 ，
比较可知F＜F；
1 2
[2]因不计摩擦及绳重，额外功的来源是克服动滑轮自重做的功，滑轮组的机械效率
因动滑轮的重力不变、提起物体的重力相同，故
[3]摩擦及绳重忽略不计，影响滑轮组机械效率的原因有所提建筑材料的重力和动滑轮得的重力等。
三、作图题（2小题，每题3分，共6分）
17.按照要求作图。画出图中提起重物最省力的绕绳。
【解析】从动滑轮的挂钩开始依次绕绳子，最后有三段绳子承担物重，这就是最省力的绕法。如图所
示：
18．如图所示，轻质杠杆OAB上挂一物体，拉力F使杠杆在图中位置平衡，请在图中画出力F的力臂L
和物体所受的重力示意图。
【解析】过物体的重心，向竖直向下方向画一条有向线段，用 G表示物体所受重力；由支点O向F的
作用线作垂线，垂线段的长度为F的力臂L，如图所示：
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四、实验题（2小题，共15分）
19．（6分）如图是小明利用刻度均匀的均质杠杆进行探究“杠杆平衡条件”的实验。
（1）实验前为方便___________，应将杠杆调节到水平位置平衡，将杠杆的中点置于支架上，当杠杆
静止时，发现杠杆左端下沉，这时应将平衡螺母向___________（选填“左”或“右”）端调节；
（2）调节平衡后，在杠杆B点处挂6个钩码，如图甲所示，则在A点处应挂___________个同样的钩
码，杠杆仍然在水平位置平衡；
（3）图乙是小明利用弹簧测力计做某次实验的情景，部分数据记录如下表。已知杠杆每格长5cm，钩
码每个重0.5N，请你将弹簧测力计的示数填入表中：
实验序 动力 动力臂 阻力 阻力臂
号 F/N L/m F/N L/m
1 1 2 2
1 ______ 0.15 3.0 0.10
上述实验数据不符合杠杆平衡条件，出现问题的原因是___________；
（4）如图丙所示，当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡，测力
计示数将___________（选填“变大”、“变小”、“先变大再变小”或“先变小再变大”）。
【答案】测量力臂；右；4；3.8；动力臂测量错误；先变小后变大。
【解析】（1）[1]将杠杆调节到水平位置平衡，是为了更容易测量力臂，直接在杠杆上读数。
[2]杠杆左端下沉，这时应将平衡螺母向右调节。
（2）[3]由杠杆平衡原理可知，3格×4个钩码=2格×6个钩码，所以在A点处应挂4个相同钩码。
（3）[4]由图中的弹簧测力计可知，分度值为0.2N，根据指针位置，读出示数为3.8N。
[5]由于图中弹簧测力计斜着拉杠杆，所以杠杆上的刻度，不是此时拉力的力臂。
（4）[6]弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中，力臂先变大后变小，由杠杆平衡原理可知，力的
大小是先变小后变大。
20．（9分）某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示，实验装置如图所示。
物理量 1 2 3
钩码重G/N 4 4 6
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钩码上升的高度
0.1 0.1 0.1
h/m
绳端拉力F/N 1.8 1.4 2.4
绳端移动的距离
0.3 0.5 0.3
s/m
机械效率 74% 57%
（1）本实验原理是______；需要测量工具有______和______；
（2）实验中应沿竖直方向______拉动弹簧测力计，使钩码上升；
（3）通过表中数据可分析出第2次实验是用______（选填“甲”或“乙”）图所示装置的实验；
（4）通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动
滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率______（选填“越高”、“不变”或“越
低”）；
（5）小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次试验，表中第3次实验的机械效率为 =______。
额外功为______ J；
（7）比较第1次实验和第3次实验可得出结论：使用同一滑轮轮轮组______。
【答案】 ；弹簧测力计；刻度尺；匀速；乙；越低；83.3%；0.12；提升的重物越重，
滑轮组的机械效率越高。
【解析】（1）[1]测量机械效率的公式及测量原理
[2][3]根据 知，所以要用到弹簧测力计测量G、F，用刻度尺测量h、s。
（2）[4]在测滑轮组机械效率的实验中需要沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计。
（3）[5]根据 可知，第2次实验中，绳子的有效段数
因此选择乙装置进行实验。
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（4）[6]根据 可知，第1次实验绳子的有效段数为3，故通过第1次实验和第2次实验的数据分
析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多 动滑轮的质量越大 ，滑轮组的
机械效率越低。
（5）[7] 第3次实验的机械效率为
[8]额外功为
（6）[9]因第1、3次实验用同一滑轮组做的实验，故比较第1次实验和第3次实验可得出结论：使用
同一滑轮组，提升物体的重力越大，机械效率越高。
五、综合题（3小题，共19分）
21．（7分）建筑工地的工人用如图所示的滑轮组来提升重物。已知重物G=900N，不计绳重和摩擦，
当绳子自由端的拉力F=400N时，可将重物匀速提升2m。在此过程中，试求：
（1）拉力F做了多少功?
（2）滑轮组的机械效率是多少?
（3）若将该滑轮组的机械效率提高5%，需要用此滑轮组提升多重的重物?
【答案】（1）2400J；（2）75%；（3）1200N
【解析】（1）由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=3，则绳子自由端移动的距离
拉力F做功
（2）拉力做的有用功
滑轮组的机械效率
（3）不计绳重和摩擦，由
可得，动滑轮的重力
将该滑轮组的机械效率提高5%时，其机械效率为 ，设提升重物的重力为G′，因克服重物重
力所做功为有用功，克服重物重力和动滑轮重力做的功为总功，所以，滑轮组的机械效率
解得
答：（1）拉力F做功2400J；（2）滑轮组的机械效率是75%；（3）若将该滑轮组的机械效率提高
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5%，需要用此滑轮组提升1200N的重物。
22．（8分）如图甲为小明家一搬花神器，用它抬起花盆，相当于一个绕O点转动的杠杆，简化示意
图如图乙，神器自身质量约为7kg，O到其自身重力作用线距离约为55cm。使用时，在把手A处施加力
F，O到F作用线距离约为110cm。（g=10N/kg）
1 1
（1）不放花盆，抬起神器至少需要多大力？
（2）某次搬花，花与盆总质量为80kg，重心在B点，花盆对神器的压力为F，O到F作用线距离约为
2 2
33cm，花盆被抬起高度约为10cm。
①克服花与盆重力做了多少功？
②放入这盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加多少力？
【答案】（1）35N；（2）①80J，②240N。
【解析】（1）根据题意可知，神器的重力为G=mg=7kg×10N/kg=70N
由杠杆平衡条件可知FL=GL，则不放花盆，抬起神器至少需要
1 1 2
（2）根据题意可知，花与盆的总重力为
①克服花与盆重力做功为
②花盆对神器的压力为F等于花与盆的总重力，由杠杆平衡条件可知
2
则抬起神器至少需要
放入这盆花后，小明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加为 。
答：（1）不放花盆，抬起神器至少需要35N；（2）①克服花与盆重力做了80J；②放入这盆花后，小
明爸爸需要比抬起空的搬花神器多施加240N。
23．（4分）阅读短文，回答问题。
低头族
近年来，智能手机的普及使“低头族”应运而生，随时随地低头看手机成了很多人的习惯。有研究发
现，如果玩手机时姿势不当，就有可能让颈椎承受多达27kg的质量，低头 相当于给颈椎挂俩大西瓜。
不当的玩手机姿势与一系列健康问题存在关联，如背痛、体重增加、便秘、胃痛、偏头痛和呼吸道疾病。
还有新西兰的一项研究指出，常常低垂着头看手机会影响心理健康，如变得沮丧、愤怒等。
科研人员对低头玩手机进行了研究：制作头部模型，如图甲所示，头部可绕固定点 （颈椎）转动，
转动角度通过固定在上面的量角器测量，将一个小球挂在模型内，其重为5N模拟头部的重，头部后面绑一
根绳子模拟肌肉，绳子上系一测力计，固定点（颈椎）承受的压力约为头部重与绳子拉力之和，实验数据
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如表：
低头角 绳子拉力F拉 颈椎承受的压力F压
度
0 5
5 10
9 14
（1）日常生活中，当头部绕颈椎匀速圆周转动时，头部受______（选填“平衡力”或“非平衡
力”）的作用；
（2）如图甲、乙所示，头部模型相当于简单机械中的______。如图乙所示，当低头角度增大时，头
部重心向左移动，拉力F变大，请分析拉力F变大的原因______；
（3）为有更好地保护颈椎，请你写出一条有效的办法：______ 。
【答案】非平衡力；杠杆；当低头角度变大时，重力的力臂变大；不要长时间低头看手机。
【解析】（1）[1]当头部绕颈椎匀速圆周转动时，头的方向时刻改变，所以受到的力为非平衡力。
（2）[2][3]如图甲、乙所示，头部模型相当于简单机械中的杠杆；由图乙根据杠杆平衡条件知道
重力的方向竖直向下，当低头角度变大时，重力的力臂 变大， 不变，故拉力F变大。
（3）[4]不要长时间低头看手机或适当抬高手机屏幕，减小低头角度或低头看书久了应适当抬头，以
缓解颈椎承受的压力。
14
