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专题 11 简单机械
1、知道杠杆定义及杠杆的五要素（支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂）；
2、会画力臂理解杠杆平衡条件，并能区别实际生活中的省力、费力及等臂杠杆；
3、理解定滑轮、动滑轮实质，理解滑轮组。
要点一、杠杆
1、杠杆的概念：一根在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。杠杆的五要素是：支点、动力、
阻力、动力臂和阻力臂，杠杆可以是直的硬棒，如撬棒等；也可以是弯的，如羊角锤。
2、杠杆的力臂力臂的画法：
（1）明确支点，用O表示 ；
（2）通过力的作用点沿力的方向画一条直线；
（3）过支点O作该力的作用线的垂线；
（4）用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段，写上相应的字母L1（或L2)。
3、杠杆的平衡条件：杠杆在力的作用下保持静止或匀速转动，杠杆就处于平衡状态。
[归纳梳理]
杠杆的平衡条件：
动力×动力臂=阻力×阻力臂，用公式表示为F1L1= F2L2
注意：杠杆的平衡不是单独由力或力臂决定的，而是由它们的乘积来决定的。
杠杆分类：
（1）省力杠杆：L1＞L2，F1＜F2
这类杠杆的特点是动力臂L1大于阻力臂L2，平衡时动力F1小于阻力F2，即用较小的动力就可以克服
较大的阻力。但是实际工作是动力移动的距离却比阻力移动的距离大，即要费距离。如撬起重物的撬棒，
开启瓶盖的起子、铡草用的铡刀等，都属于这一类杠杆。
（2）费力杠杆：L1＜L2，F1＞F2
这类杠杆的特点是动力臂L1小于阻力臂L2，平衡时动力F1大于阻力F2，即要用较大的动力才能克服
阻力完成工作，但它的优点是杠杆工作时，动力移动较小的距离就能使阻力移动较大的距离。使工作方
便，也就是省了距离。如缝纫机踏板、挖土的铁锨、大扫帚、夹煤块的火钳，这些杠杆都是费力杠杆。
（3）等臂杠杆：L1=L2，F1=F2
这类杠杆的动力臂L1等于阻力臂L2，平衡时动力F1等于阻力F2，工作时既不省力也不费力，如天
平、定滑轮就是等臂杠杆。
例1：如图1所示，轻质杠杆可绕O转动，A点悬挂一重物M，B点受到电子测力计竖直向上的拉力F，杠
杆水平静止。保持F方向不变，F的力臂记为l，改变B点位置，F与（ ）的关系图像为图2中的①；将
M从A移至P，再重复上述步骤，F与（ ）的关系图像为图2中的（ ）A．① B．② C．③ D．④
【答案】D
【详解】由题意可知，保持杠杆水平静止，将F作用点从B移至C，此过程中F方向保持不变，根据杠杆
平衡条件可得
F×l＝G×OA
解得
F＝G×OA× ……①
将M从A移至P，由杠杆平衡条件可得
F×l＝G×OP
解得
F＝G×OP× ……②
由数学知识可知，①②两式中拉力F与 的关系图线均为正比例函数，由图1可知，OP8Gl
根据杠杆平条件可知，杠杆左端会下降，ABD不符合题意，C符合题意。故选C。
6．（2022·河南·中考真题）为了将一物块送到高处，小杰用木板和滑轮搭建了如图所示的装置。用力F拉
动绳端，物块沿斜面匀速向上运动，下列说法正确的是（ ）
A．该装置使用滑轮是为了更加省力
B．此过程中物块的动能转化为重力势能
C．物块所受摩擦力的方向沿斜面向下
D．若绳子突然断开，物块将立即下滑
【答案】C
【详解】A．该装置使用的是定滑轮，只能改变力的方向，不能省力，故A错误；
B．物块沿斜面匀速向上运动，动能不变，物体的重力势能是拉力F做功增加的，故B错误；
C．物块相对斜面斜向上运动，受到的滑动摩擦力与其相对运动方向相反，所以摩擦力沿斜面向下，故C
正确；
D．若绳子突然断开，物块由于惯性会先继续向上运动，故D错误。
故选C。
一、单选题
1．如图所示，下列工具在使用时属于费力杠杆的是（ ）
A． 天平 B． 裁纸刀
C． 羊角锤 D． 钓鱼竿
【答案】D
【详解】A．天平在使用时，动力臂等于阻力臂，为等臂杠杆，故A不符合题意；BC．裁纸刀、羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故BC不符合题意。
D．钓鱼竿在使用时，动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故D符合题意。
故选D。
2．如图所示的四种工具中，属于省力杠杆的是（ ）
A． 筷子 B． 托盘天平
C． 羊角锤 D． 火钳
【答案】C
【详解】A．筷子在使用时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故A不符合题意；
B．托盘天平在使用时，动力臂等于阻力臂，属于等臂杠杆，既不省力也不费力，故B不符合题意；
C．羊角锤在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆，故C符合题意；
D．火钳在使用时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆，故D不符合题意。
故选C。
3．用如图所示的滑轮组吊装25袋大米，每袋大米的质量是20kg，拉力F最大为300N，不计滑轮重、绳
重及摩擦，则至少需要吊运的次数是（ ）
A．6次 B．7次 C．8次 D．9次
【答案】B【详解】根据图示可知，n＝3，而绳子能承受的最大拉力为300N，不计滑轮重、绳重及摩擦，则一次吊
运大米的重力
由G＝mg可得，一次吊运大米的质量
一次吊运大米的袋数为
所以一次吊运大米的袋数为4袋，则至少需要吊运的次数
因此需要7次才能吊运完。
故选B。
4．如图所示，物体A、B的重分别为40N、20N，动滑轮重为10N，此时物体A在水平面上向右以2m/s做
匀速直线运动，则下列说法正确的是（绳子和滑轮间的摩擦不计）（ ）
A．物体所受摩擦力方向水平向左大小为10N
B．物体下落速度为4m/s
C．若用F=30N向左拉物体A，可以使物体A向左做加速直线运动
D．若用力F向左拉物体A，使物体A向左做匀速直线运动，所需力的大小为30N
【答案】D
【详解】A．绳子和滑轮间的摩擦不计，由图知，滑轮组由2段绳子承担物重，所以A物体对绳子的拉力
由物体间力的作用是相互的可知，物体A受到的拉力为
F'=F=15N
A A
此时物体A在水平面上向右做匀速直线运动，则物体A受到的摩擦力与拉力是一对平衡力，所以摩擦力的
方向向左，其大小
f=F'=15N
A故A错误；
B．由于滑轮组承重绳子为2根，绳子端移动的速度v =2v ，B物体下落速度为
绳 动
故B错误；
CD．当物体A向左运动时，由于物体A对水平面的压力和接触面的粗糙程度均不变，则物体A受到的摩
擦力不变，方向向右，要使物体A向左做匀速直线运动，则向左拉物体A的力
F=f+F'=15N+15N=30N
A
要使物体A向左做加速直线运动，则向左拉物体A的力F>30N，故C错误，D正确。
故选D。
5．如图所示，旗杆顶端装有滑轮，升旗时旗手向下拉绳子，国旗冉冉升起。下列说法正确的是（ ）
A．该滑轮是动滑轮，可以省力
B．旗手对绳的拉力一定等于国旗重力
C．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离
D．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离的一半
【答案】C
【详解】A．该滑轮不随国旗一起升降，是定滑轮，可以改变用力的方向，但不能省力，故A错误；
B．旗手要克服机械间摩擦力，所以旗手对绳的拉力应大于国旗重力，故B错误；
CD．对于定滑轮，既不能省力，也不能省距离，所以国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离，故
C正确，D错误。
故选C。
6．下列有关机械做功、功率、机械效率的说法，正确的是（ ）
A．效率越高的机械，功率越大 B．做功越快的机械，功率越大
C．做有用功越多的机械，效率越高 D．做功越多的机械，功率越大
【答案】B【详解】A．效率高是指机械做的有用功在总功中的占比大，与机械做功快慢没有关系，故A错误；
B．功率描述的是物体做功的快慢，所以功率越大的物体，做功越快，故B正确；
C．机械效率是有用功与总功的比值，有用功较多，总功不确定，机械效率不能确定，故C错误；
D．由 可以看出，功率大小决定于做功多少和所用时间，做功较多，时间不确定，功率大小不能确
定，故D错误。
故选B。
7．用如图所示的实验装置探究滑轮组的机械效率，下列说法正确的是（ ）
A．实验时弹簧测力计可以在静止时读数
B．实验时不用刻度尺也可以测量出滑轮组的机械效率
C．滑轮组的机械效率与动滑轮重力的大小无关
D．同一滑轮组的机械效率随所挂钩码的重力增大而增大，最终可以达到100%
【答案】B
【详解】A．若弹簧测力计在静止时读数，则没有测量出绳子与滑轮间的摩擦，拉力偏小，总功偏小，根
据 ，此时所测的机械效率偏大，则该方法是错误的，故A错误；
B．由图示知，滑轮组承重绳子为3根，因s=3h，则滑轮组的机械效率
所以实验中可以不测量h和s，即刻度尺可以不用，故B正确；
C．在物重和提升高度都一定时，动滑轮越重，克服滑轮重力做的额外功越多，有用功在总功中所占的比
例减小，机械效率降低，即滑轮组的机械效率高低与动滑轮重力大小有关，故C错误；
D．使用滑轮组时不可避免地要克服动滑轮重力做额外功，使得有用功小于总功，机械效率不会达到
100%，故D错误。故选B。
8．如图所示，工人师傅利用斜面将货物装上汽车。已知货物重为2000N，师傅用沿斜面向上1000N的推
力将货物从斜面底端匀速推至斜面顶端。斜面长4m、高1.5m，则（ ）
A．使用斜面向汽车上装货物可以省功
B．此过程中的有用功为4000J
C．斜面的机械效率为60%
D．货物受到斜面对它的摩擦阻力为250N
【答案】D
【详解】A．使用任何机械都不能省功，使用斜面能够省力，但不能省功，故A不符合题意；
B．此过程中的有用功为
故B不符合题意；
C．此过程中的总功为
机械效率为
故C不符合题意；
D．额外功
货物受到斜面对它的摩擦阻力
故D符合题意。
故选D。
二、填空题9．在①天平、②镊子、③撬棒中，属于等臂杠杆的有______，省力杠杆的有______，费力杠杆的有
______。（以上三空均填序号）
【答案】 ① ③ ②
【详解】[1]①天平是典型的等臂杠杆，它的动力臂等于阻力臂。
[2]②镊子在使用的过程中动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。
[3]③撬棒在使用的过程中是动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。
10．如图所示，AB是一根形状规则，质量分布均匀的金属杆，长为80cm，重为G，静止放置在水平桌面
MN上。已知MN＝50cm，AM＝10cm，在A端施加竖直向下的力FA，当B端刚刚翘起时，FA为60N，则
G为 _________N。若在B端施加竖直向下的力FB，当A端刚刚翘起时，FB至少为 _________N。
【答案】 20 20
【详解】[1]在A端施加竖直向下的力FA，当B端刚刚翘起时M为支点，根据杠杆平衡条件可得
即
解得：G＝20N。
[2]在B端施加竖直向下的力FB，当A端刚刚翘起时N为支点，根据杠杆平衡条件可得
即
解得：FB＝20N。
11．同一个物体分别用图中甲、乙两个滑轮组吊着，则 _____（选填“甲”或“乙”）滑轮组更省力，
_____（选填“甲”或“乙”）滑轮组能改变用力的方向；若物体重300N，动滑轮重30N，把物体提升
1m，则甲绳自由端移动距离s =_____m，拉力F =_____N（不计绳重和摩擦）。
甲 乙【答案】 乙 甲 2 110
【详解】[1]由图可知，甲图中动滑轮上绳子股数n =2，乙图中动滑轮上绳子股数n =3，根据
甲 乙
可知，吊起同一物体用乙图所示滑轮组更省力。
[2]由图可知，使用甲图的滑轮组向上吊起物体，拉力的方向向下，所以甲图的滑轮组能改变力的方向。
[3]把物体提升1m，则甲绳自由端移动距离
[4]物体重300N，如果不计绳重及摩擦，动滑轮的重力为30N，则拉力
12．用如图所示的滑轮组匀速提起1200N的重物G，若要将重物提升0.3m，则拉力F移动的距离为
_________，若拉力大小为500N，则机械效率为_________，可采用_________措施提高该滑轮组机械效
率。
【答案】 0.9m 80% 增加被提升物体的重力或减小动滑轮重力
【详解】[1]由图知，承担重物绳子的段数
拉力F移动的距离
[2]滑轮组的机械效率[3]克服被提升物体重力所做的功是有用功，克服动滑轮重力做的功是额外功，要提高滑轮组的机械效率，
可增加有用功、减少额外功，所以可增加被提升物体的重力或减小动滑轮重力。
三、综合题
13．小科同学家装修新房，看到工人师傅使用如图所示的一种自制的简易起重装置向楼上吊装笨重的装修
材料，该装置简单易制、方便快捷，大大减少了工人搬运材料的劳动强度，小科观察到电动机的输出功率
为800W，将质量为100kg的水泥匀速提升到10m高的位置用时15s，假设电动机的输出功率恒定不变。
（g取10N/kg）
（1）电动机对绳子的拉力多大？
（2）该滑轮组的机械效率多大？（结果精确至0.1%）
（3）请写出一条提高该滑轮组机械效率的方法：_____。
【答案】（1）400N；（2）83.3%；（3）详见解析
【详解】解：（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
s=nh=3×10m=30m
由功率公式可得，电动机做的总功
W =Pt=800W×15s=1.2×104J
总
由W =Fs可得，电动机对绳子的拉力
总
（2）拉力做的有用功
W =Gh=mgh=100kg×10N/kg×10m=1×104J
有
该滑轮组的机械效率
（3）提高滑轮组的机械效率可从提高有用功（或减小额外功）考虑：增大提升物体的重力（或减小摩
擦、减小动滑轮重力）。
答：（1）电动机对绳子的拉力为400N；（2）该滑轮组的机械效率为83.3%；
（3）提高滑轮组机械效率的方法：增大提升物体的重力（或减小摩擦、减小动滑轮重力）。
14．如图所示，将长为1.2m的轻质木棒平放在水平方形台面上，左右两端点分别为A、B，它们距台面边
缘处的距离均为0.3m。在A端挂一个重为30N的物体，在B端挂一个重为G的物体。
（1）若G为30N，台面受到木棒的压力为______N；
（2）为了防止A端下沉，B端挂的物体至少为______N；为了防止B端下沉，B端挂的物体不能超过
______N。
【答案】 60 10 90
【详解】（1）[1]由题意可知，A、B两端对轻质木棒的拉力均为30N，则，木棒随桌面的压力F=60N。
（2）[2]可将木棒AB视为杠杆，若A端下沉，则杠杆的支点在距A端0.3m处，此时
F=30N，l =0.3m，l =1.2m-0.3m=0.9m
A A B
根据杠杆平衡条件Fl=Fl 可得
11 22
Fl =F l
AA BB
则
因此，为了防止A端下沉，B端重物至少重10N。
[3] 若B端下沉，则杠杆的支点在距B端0.3m处，此时
F=30N，l ＇=0.9m，l ＇=0.3m
A A B
根据杠杆平衡条件Fl=Fl 可得
11 22
Fl ＇=F ＇l ＇
AA B B
则
故为防止B端下沉，B端所挂重物不能大于90N。
15．港珠澳大桥的设计采用的是斜拉索式，如图甲所示为斜拉大桥效果图，其主通航孔桥采用双塔双索面斜拉桥，如果将大桥的结构进行简化，如图乙、丙所示，最后抽象成图丁所示的模型。
（1）从图丁的模型可以看出它主要用到了哪种机械 ___________（选填“杠杆”“斜面”“滑轮”）。
其中F 代表桥自重和过往车辆产生的对桥的作用力，为了减小钢索F 承受的拉力，在允许的前提下，可
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以适当 ___________（选填“增加”或“减小”）桥塔的高度；
（2）在大桥的两侧都有引桥，其简化模型如图戊所示，从模型可以看出它主要用到了哪种机械
___________（选填“杠杆”“斜面”“滑轮”），一般引桥设计都很长，是为了 ___________（选填
“省力”或“省功”）。
【答案】 杠杆 增加 斜面 省力
【详解】（1）[1]图丁所示的模型，可以认为是一个在力的作用下能绕O点转动的硬棒，即杠杆的模型，
所以用到了杠杆的知识。
[2]F 大小不变、l 大小不变，为了减小钢索F 承受的拉力，根据杠杆的平衡条件可知，需要增大l，根据
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力臂的定义可知，可以适当增加桥塔的高度。
（2）[3]由图戊可知，该模型利用了斜面原理。
[4]主桥的高度一定的情况下，引桥越长，越省力，机械省力一定费距离，省距离一定费力，任何机械都不
能省功。
16．（1）用滑轮组将重物G匀速提起1.8m，绳子的自由端要被拉长 ___________m。
（2）请画出此滑轮组的动滑轮所受力的示意图。( )【答案】 3.6
【详解】（1）[1]根据滑轮组的结构可知此滑轮组的承重绳的段数为 ，滑轮组将重物匀速提起
，故自由端移动的距离为
（2）[2]根据图分析，动滑轮受到自身的重力G ，下面重物的拉力G，以及上面2股绳子的拉力分别是
动
F。如下图
