專題12簡單機械機械效率

出菁選好題

^=3

一.選擇題（共18小題）

1.（2023?岳陽二模）如圖甲、乙所示，是某人分別用兩種方式挑著同一物體行走時的情景,

小強看后感到疑惑：改變物體的位置，人用的力更大了嗎？于是想用實驗的方法一探究竟。他

要探究的問題是：在杠桿平衡的情況下（）

甲乙

A.動力和阻力一定時，動力臂和阻力臂的關系

B.動力臂和阻力臂一定時，動力和阻力的關系

C.動力和阻力臂一定時，動力臂和阻力的關系

D.阻力和動力臂一定時，動力和阻力臂的關系

2.（2023?東臺市校級模擬）如圖甲是《天工開物》中記載農戶用舂搗米勞作時的情景，用腳

按住舂較短的一端，就可以把舂較長的另一端高高抬起。下列工具使用時與圖中舂工作原理相

同的是（）

或r核桃夾

B.

c.鉗子D.食品夾

3.（2023?孟州市模擬）如圖，在學校科技節活動中，質量為M的小華騎著一輛質量為加的

獨輪車，以速度V從A點勻速通過一重為G的水平獨木橋，獨木橋的兩端由兩根豎直支柱支撐

著。圖中能表示3端支柱所受壓力F與時間，的關系是（）

4.（2023?鼓樓區校級模擬）如圖為小柯在科技節中制作的“杠桿力臂演示儀”。（杠桿自身

質量和摩擦忽略不計，固定裝置未畫出）。為支點，04=00=308=0.6米，8=0.2米。在做

背景的白紙上作有以O為圓心半徑為0.2米的圓。在A點掛5牛頓的重物G,使杠桿水平平衡，

按圖示方向分別施加為、耳、與三個力，則下列說法正確的是（）

A.耳的力臂長為04米

2

B.三個力大小心＞兄＞用

C.作用在C點的力乙為15N

D.力作用。點時杠桿為等臂杠桿

5.（2023?順德區三模）用下列簡單機械，使重量同為G的物體都處于靜止狀態，如圖所示,

其中用力最大的是（均不計摩擦和機械自重）（）

A

6.（2023?南關區校級二模）如圖所示，用不同的機械將同一物體提升，若不計機械重力及摩

擦，下列裝置中最省力的是（）

B.

3

C

7.（2023?惠山區三模）桿秤作為華夏國粹，它制作輕巧、使用便利，如圖所示，是小陽同學

制作的桿秤的示意圖，使用時將貨物掛在秤鉤上，用手提起3或C（相當于支點）處的秤紐,

移動秤坨在秤桿上的位置，當秤桿水平平衡時，可讀出貨物的質量。秤蛇最遠可移至。點，此

秤最大稱量是10依。秤桿、秤鉤和秤紐的質量忽略不計，AB、BC、的長度如圖所示。下

3

列說法不正確的是（)

赍痂秤百匕

A.秤蛇的質量是0.4僅

B.提起3秤紐，可以達到最大稱量

C.距離（7點12.5cm,有兩個刻度，分別為1像和3.1依

D.如果秤坨磨損，用該秤稱量貨物質量偏小

8.（2023?平南縣一模）如圖所示的四種簡單機械中，不能省力的裝置是（）

1

A.定滑輪

C.門把手

9.（2023?陽信縣模擬）如圖所示,A和3為由銅和鐵制成的實心球，它們的體積相同，此時

杠桿恰好水平平衡，若將它們同時浸沒水中則（）

-ZS----

@?

銅球鐵球

A.杠桿仍然保持平衡B.杠桿不能平衡A下沉

C.杠桿不能保持平衡3下沉D.無法確定

10.（2023?姑蘇區校級二模）小明去健身房用如圖所示的牽引裝置來鍛煉腿部和手部肌肉。

4

使用時，若繩”處固定不動，手在6處需用力居拉繩，使重物G勻速上升；若繩b處固定不動,

腿在a處需用力/拉繩，使重物G勻速上升。不計繩重和摩擦，則（）

A-Fh=FaB.月=2￡C-Fh<2FaD.Fh>2Fa

11.（2023?東莞市校級模擬）滬蘇通長江公鐵大橋開創了世界建橋史上公鐵兩用橋跨度進入

千米級的篇章。小明模仿大橋搭建簡易模型。如圖乙所示，其他因素不變，如果只把拉索與橋

塔的固定點上移，則可以（）

圖甲

A.增加動力B.減小阻力C.增加動力臂D.增加阻力臂

12.（2023?吉安模擬）把質量相等的A、B兩物體掛在如圖所示的滑輪組下面，不計繩子、

滑輪的重力和摩擦，放手后（）

A.A上升，3上升B.A下降，3上升C.A、3均靜止D.A上

升，3下降

13.（2023?潮南區二模）如圖所示，一根質地均勻的木桿可繞O點自由轉動，在木桿的右端

5

施加一個始終垂直于木桿的作用力使木桿從。4位置勻速轉到水平位置的過程中，力尸的

大小將（）

A.逐漸變大B.逐漸變小

C.先變大，后變小D.先變小，后變大

14.（2023?鄲城縣三模）如圖所示的滑輪組是用來控制導線的松緊程度的。某次導線對滑輪N

的拉力為尸，配重水泥塊（重為G=50N）被勻速拉升的高度為〃=1相（不考慮滑輪自重，繩重

和繩與滑輪之間的摩擦）。下列說法中正確的是（）

A.M是動滑輪

B.拉力尸=100N

C.拉力P做的功為100J

D.拉力/移動的速度與配重G移動的速度相同

15.（2023?海港區一模）自行車是一種低碳環保的交通工具，它的結構及使用與物理知識密

切相關。下列對應關系正確的是（）

A.自行車把上的車閘——費力杠桿

B.自行車車座寬大一增大壓強

C.自行車輪胎表面有凸起的花紋——增大摩擦力

D.騎自行車上坡前加速——增大慣性

6

16.（2023?寧化縣模擬）在今年老舊小區改造中，工人利用滑輪組將重380N的建筑材料提升

到樓頂，如圖所示。已知工人對繩子的拉力為2OON,建筑材料在5s內勻速上升5加，不計繩重

及摩擦。此過程中，下列說法不正確的是（）

A.動滑輪所受重力為20N

B.滑輪組所做的有用功為1900J

C.工人所用拉力的功率為400W

D.滑輪組的機械效率為90%

17.（2023?零陵區校級模擬）工人要把一個質量為1204的重物搬到1%高的車上。為了省力

采用3加長的木板搭了一個斜面，如圖所示，他在5s內用500N的力將重物勻速推到車上（g取

10N/像）。下列說法正確的是（）1'

A.重物受到的摩擦力為300N

B.他做功的功率為240W

C.他做的有用功為1500J

D.該斜面裝置的機械效率為80%

18.（2023?崇川區校級二模）如圖所示甲、乙兩套裝置所用的滑輪規格相同，用它們分別將

所掛重物在相等時間內豎直向上勻速提升相同高度.若G|=G2,所用豎直向上的拉力分別為與

和％,拉力做功的功率分別為《和兩裝置的機械效率分別為7和7（忽略繩重和摩擦），

則下列選項正確的是（）

7

pp

B.F\>F]7i=%i<i

7>〃2、>

C.F\<F]/=%Pt>P2D.FX<F2PP[

二.作圖題（共10小題）

19.（2023?清江浦區模擬）按照要求作圖。

如圖所示，是用螺絲刀撬圖釘（C）時的情形，請作出動力月的力臂。

20.（2023?前郭縣一模）由于土壤松動，一棵珍稀古樹搖搖欲墜。園藝師用繩子將古樹系住，

通過山體進行固定，對古樹展開救助。如圖甲所示，把古樹視為杠桿，。點為支點。請畫出:

繩子拉力尸的力臂L。

O

21.（2023?淮安二模）請畫出圖中杠桿動力臂L的示意圖。

8

22.（2023?徐州一模）如圖所示，輕質杠桿平衡，請畫出動力耳的力臂小

23.（2023?清城區模擬）如圖所示，利用滑輪組拉著重物體A沿水平方向做勻速直線運動。

請在圖中畫出滑輪組最省力的繞線情況，并畫出A對地面壓力的示意圖。

24.（2023?雙流區校級二模）如圖甲所示為一種搬花神器，用它把花盆抬起時，相當于一個

繞。點轉動的杠桿，其簡化示意圖如圖乙所示，請在乙圖中畫出杠桿平衡時作用在A點的最小

動力耳及其力臂O

甲乙

25.（2023?清江浦區二模）請在圖中畫出提升滑輪組最省力的繞法。

26.（2023?咸寧模擬）某人利用滑輪組向下拉繩提起物體，請在圖中畫出繩子繞法。

9

7///////,

百

27.（2023?碑林區校級四模）一個工人站在地面上，使用如圖所示的滑輪組將重物從地面提

升到樓頂，要求繩子的自由端要向下拉,請你用筆畫代替繩子，畫出滑輪組最省力的繞繩方法。

28.（2023?碑林區校級四模）如圖所示，杠桿處于水平位置平衡，請作出杠桿的動力片和阻

29.（2023?石家莊三模）如圖甲所示，用滑輪組拉重物體A沿水平方向勻速運動，物體A受

到地面的摩擦阻力為物重的0.5倍，滑輪組的機械效率隨物體重力變化的圖像如圖乙所示。滑

輪組的機械效率為80%時，物體A以。2〃/s的速度勻速運動，人對地面的壓強為1.25x104為。

不計繩重、滑輪軸處摩擦，繞滑輪組的繩子承受最大力為600N,人雙腳與地的接觸面積為

300cm2o求:

10

(1)動滑輪的重力；

(2)滑輪組的機械效率為80%時，拉力的功率；

(3)該滑輪組的最大機械效率。

30.(2023?南皮縣校級模擬)小熊在課外實踐活動中，用如圖甲所示的滑輪組勻速拉動放在

樹下一水平面上的不同物體，物體受到的摩擦力從100N開始逐漸增加，每次物體被拉動的距

離均為1根。根據測量結果畫出了該滑輪組機械效率與物體受到摩擦力大小變化的關系圖象，

如圖乙所示。若不計繩重和繩與滑輪間的摩擦，求：

(1)由圖乙可知，當物體受到的摩擦力為100N時，求：動滑輪的重力？

(2)當滑輪組的機械效率為75%,物體以0.1m/s的速度勻速運動時，該滑輪組的有用功率是

多大？

(3)當物體與地面的摩擦力為1500N時，體重為500N的小熊豎直向下拉繩，還能用此滑輪組

拉動物體嗎？用計算結果說明。

11

2參考答案

一.選擇題（共18小題）

1.【答案】D

【解答】解：小強想探究的是改變物體的位置，人用的力變化情況，其中改變物體的位置，就

會改變阻力臂的大小，人用的力就是動力的大小，所以他要探究的問題是阻力和動力臂一定時,

動力和阻力臂的關系，故。正確，ABC錯誤。

故選：Do

2.【答案】D

【解答】解：用腳按住舂較短的一端，下壓一小段距離，就可以把舂較長的另一端高高抬起,

操作過程中動力臂小于阻力臂，故舂是費力杠桿；

A、起子開瓶的過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故A不符合題意；

核桃夾在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故3不符合題意；

C、老虎鉗在使用過程中，動力臂大于阻力臂，是省力杠桿，故C不符合題意；

。、鑲子夾食品的過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿，故。符合題意。

故選：Do

3.【答案】C

【解答】解：重為G、長為L的水平獨木橋的兩端由兩根豎直支柱A、3支撐著，分別對水平

獨木橋的支持力為工、FB,水平獨木橋受到重力為G,

獨輪車對獨木橋的壓力為歹+人）g,

以A為支點，獨輪車對獨木橋的壓力的力臂為例，根據杠桿平衡條件：FBL=Gx^L+（m+mK）gvt,

貝I]F=-G+-（m+m人）gvt,

B2L

壓力與支持力是一^對相互作用力，所以區端支柱所受壓力F=FB=LG+L（m+m人）gvt,

2L

由此可知3端支柱所受壓力F與時間f是一條一次函數的圖象（不經過原點）。

故選：Co

4.【答案】C

12

【解答】解：ABC、根據杠桿平衡條件可得：GXOA=FBXOB,

OA=3OB=0.6m,

所以，作用在瓦點豎直向下的力：F=—xG=3x5N=15N;

1B1OB

由圖可知，耳、與兩個力的力臂均與心的力臂均為圓的半徑即力臂長為。2根，大小相等，阻

力和阻力臂不變，

撤去心后，按圖示方向分別施加入、無兩個力，且每次都使杠桿在水平位置平衡，

根據杠桿平衡條件可知，Fc、心大小關系為己=心='=15N,故AB錯誤，C正確；

D、由圖可知，力作用D點時，心的力臂為圓的半徑，而G的力臂為Q4,所以力作用。點時

杠桿不是等臂杠桿，故。錯誤。

故選：Co

5.【答案】B

【解答】解：

由題知，不計摩擦和機械自重，

A、由于杠桿平衡，動力臂大于阻力臂，所以b<G;

B、由于杠桿平衡，動力臂小于阻力臂，所以尸AG;

C、使用定滑輪，F=G;

。、使用動滑輪，F=-G;

2

由以上分析可知，3選項中用力最大。

故選：Bo

6.【答案】C

【解答】解：若不計機械重力及摩擦。設物體的重力為G。

A中直接提升物體，則拉力￡=G;

3中使用定滑輪，則拉力￡=G;

C中使用滑輪組，〃=3,則拉力舄=：G;

。中使用滑輪組，〃=2,則拉力F；=；G;

故下列裝置中最省力的是C。

13

故選c。

7.【答案】D

【解答】解：(1)根據杠桿的平衡條件可知：當提著3處秤紐、秤蛇在。點時，A點所掛物

體重為GA=色貯”，

當提著C處秤紐、秤蛇在。點時，A點所掛物體重為G/=G秤相*CD,

AC

因BZACD、AB<AC,則GQG/,即提3處秤紐時，此秤的稱量最大，故3正確；

當提著3處秤紐、秤蛇掛在。點、A點秤鉤掛著質量為10依的物體時，秤桿可以在水平位置平

衡，根據杠桿平衡條件可得GAAB^G秤獨?BD,

由G=?ng可得mAg-AB=-BD,

貝斑=絲竺=1°便X2S=O,4故A正確；

幫花BD50cm

(2)當提起5處秤紐時，阻力臂為=動力臂BD=3cm+12.5cm=15.5cm,

r

根據杠桿的平衡條件可列式：GAB=Gm^BDo

由G=/可得機g?A3=丹隴g-BD',

則m==°叱65皿=3」依，

AB2cm

當提起C處秤紐時，阻力臂為AC=AB+6C=2cm+3cm=5cm,動力臂CO=12.5cm,

根據杠桿的平衡條件可列式：GAC=GmiCD'o

G=mg-AC=-CD',

則m=多鍍.C。=04依%125cm=,故。正確；

AC5cm

(3)如果秤蛇磨損，根據杠桿平衡條件可知動力臂變大，所以用該秤稱量貨物質量偏大，故D

錯誤。

故選：Do

8.【答案】A

【解答】解：A、定滑輪是等臂杠桿，動力臂等于阻力臂，既不省力也不費力，故A符合題意；

3、利用斜面可以省力，故3不符合題意；

CD,大門上的門把手和水管上的水龍頭都是輪軸，輪半徑大于軸半徑，在使用時動力臂大于

14

阻力臂，是省力機械，故CD不符合題意。

故選：A。

9.【答案】B

【解答】解：如圖，杠桿處于平衡狀態，鐵球的力臂大于銅球的力臂；

它們同時浸沒水中，由于它們的體積相同，根據阿基米德原理可知，它們受到的浮力是相同的，

浮力的方向是豎直向上的；

由于鐵球的力臂大于銅球的力臂，則鐵球受到的浮力與力臂的乘積要大于銅球受到的浮力與力

臂的乘積，即鐵球的浮力與力臂的乘積減小的多，鐵球受到的力與力臂的乘積要小于銅球的力

與力臂的乘積，根據杠桿的平衡條件可知，鐵球的一端會上升，即3上升，A下降。

故選：B。

10.【答案】D

【解答】解：(1)當繩6處固定不動，在0處用力/拉繩時，該圖中所有滑輪均為定滑輪，不

計繩重和摩擦，則￡=3;

(2)由圖知，當繩a處固定不動，手在6處用力(拉繩時，a處的拉力%和物體的重力G相

等，

物體G勻速上升時，中間的滑輪處于平衡狀態，

不計繩重和摩擦，中間的滑輪受向上的拉力耳、2段繩子向下的拉力2%和中間滑輪向下的重

力%，

則由二力平衡條件可得：

&=2七+%=2G+G動>2￡；

即2k用。

故選：Do

11.【答案】C

【解答】解：將拉索與橋塔的固定點上移，動力臂增大，阻力臂和阻力不變，

根據杠桿平衡條件片與=心心知，動力減小。

故選：C。

12.【答案】B

15

【解答】解：3所在的滑輪為動滑輪，動滑輪省一半的力，A所在的滑輪為定滑輪，定滑輪不

省力；A與3質量相等，重力相等，不計繩子、滑輪的重力和摩擦，將3拉起只需A重力的一

半即可，所以A下降，3上升。

故選：Bo

13.【答案】A

【解答】解：將杠桿緩慢地由最初位置拉到水平位置時，因作用力尸始終與。4垂直，則動力

臂不變，阻力為杠桿的重力，則阻力大小也不變，但阻力臂變大，根據杠桿的平衡條件月4=鳥心

可知，動力F變大。

故選：Ao

14.【答案】B

【解答】解：A、由圖可知，M的軸固定不動是定滑輪，故A錯誤；

B、由圖可知〃=2,因為不計繩重和摩擦時3=工廠，所以軸端拉力：尸=〃G=2G=2x50N=100N,

n

故3正確；

C、由圖可知，軸端拉力尸移動的距離s=，則軸端拉力廠做的功：

n2

W=Fs=FxLh=lOQNxLx{m=5QJ,故C錯誤；

22

D、由圖可知，軸端拉力/移動的速度丫=工”=工丫物，故D錯誤。

n2

故選：Ba

15.【答案】C

【解答】解：A.自行車把上的車閘使用時，動力臂大于阻力臂，屬于省力杠桿，故A不符合

題意；

B.自行車車座寬大，是在壓力一定時，通過增大受力面積來減小壓強，故3不符合題意；

C.自行車輪胎表面有凸起的花紋，是在壓力一定時，通過增大接觸面的粗糙程度來增大摩擦

力，故C符合題意；

。.慣性大小取決于物體的質量大小，與其運動的速度無關，騎自行車上坡前加速，質量不變，

慣性大小不變，故。不符合題意。

故選：C。

16.【答案】D

16

【解答】解：A、由圖知，承擔重物繩子的段數77=2,由/=:（G+G動）可得，動滑輪重力

G動=2/-G=2*200N-380N=20N,故A正確；

3、滑輪組所做的有用功%=G/i=380Nx5加=1900/,故3正確；

C、工人所用拉力的總功%,=Fs=Fnh=200Nx2x5m=2000J,

拉力的功率2=畦=4儂=400W,故C正確；

t5s

。、滑輪組的機械效率〃=生="絲=95%,故。錯誤。

唯2000J

故選：Do

17.【答案】D

【解答】解：（1）工人做的有用功：%用=3〃=根g/z=1200xlON/像xl相=1200J,故C錯誤；

（2）工人做的總功：W&=Fs=500Nx3m=1500J,

斜面的機械效率：〃=%i="空乂100%=80%,故。正確；

%1500J

（3）克服摩擦力所做的額外功：

%=唯一叫用=15007-1200J=300J,

由％,=方可得物體與斜面間的摩擦力：

/=四=的"=100N,故A錯誤；

s3m

（4）工人做功功率：尸=畦="吆=300/，故3錯誤。

t5s

故選：Do

18.【答案】A

【解答】解：由圖可知4=2,%=3,已知每個滑輪的質量相同，且兩滑輪組均只有一個動滑

輪，則動滑輪重相同；

不計繩重及摩擦，則繩子受到的拉力分別為：￡=g（G|+G動），&=g（G2+G動），因GyG?,故

F\>%;

因為動滑輪重相同，提升的物體重和高度都相同，且%=6動入，％用=6物〃，

17

所以利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同，則總功相同;

由〃=區可知，兩滑輪組的機械效率相同，即7=〃,；

%一

又因為所用時間相同、總功相同，所以由尸=?可知，拉力做功的功率6=故A正確。

故選：A。

二.作圖題（共10小題）

19.【解答】解：作支點。作片作用線的垂線段，即動力臂右；如下圖所示：

20.

【解答】解：過支點。做力歹作用線的垂線段，即為所求作的動力臂L,如下圖所示:

【解答】解：延長動力F的作用線，從支點。向動力作用線作垂線，支點到垂足的距離就是力

18

臂L,如圖所示:

【解答】解：已知動力的方向，作出動力作用線，從支點作動力的作用線的垂線段，即動力臂

k,如圖所示:

【解答】解：水平滑輪組中有一個動滑輪，滑輪組最省力時動滑輪接觸繩子的段數最多，繩子

由動滑輪為連接起點反向繞成；A對地面壓力作用點在接觸面中心位置，壓力方向沿接觸面垂

直向下；如圖所示:

19

【解答】解：由杠桿平衡條件期=理2可知，在阻力跟阻力臂的乘積一定時，動力臂越長，動

力越小；圖中支點在。點，因此連接Q4作為動力臂/最長；動力的方向應該向下，從點A垂直

于。4斜向下作出最小動力耳的示意圖，如圖所示：

【解答】解：從動滑輪的掛鉤開始依次繞繩子，最后有三段繩子承擔物重，這就是最省力的繞

20

26.

【解答】解：由題意知，站在地面上的人用滑輪組向下拉繩提起物體，所以繩子自由端的拉力

方向應向下，然后“倒著”把線繞回去，繩子應系在定滑輪的固定掛鉤上，如圖所示：

【解答】解：要使滑輪組最省力，需要承擔物重的繩子段數最多，所以要從動滑輪繞起，依次

繞過上面的定滑輪、下面的動滑輪，如圖所示：

28.【答案】見解答

【解答】解：從支點到動力的作用線的距離為動力臂，動力臂與動力的作用線是垂直的；過力

臂Lt的上端作力臂的垂線，可得耳的作用線，K的作用線與杠桿的交點為動力K的作用點；

21

從支點。向F2作用線引垂線段，即為其力臂乙,如圖所示:

29.【答案】(1)動滑輪的重力為50N;

(2)滑輪組的機械效率為80%時，拉力的功率為50W;

(3)該滑輪組的最大機械效率為95%。

【解答】解：(1)由乙圖可知，當物重為400N時，滑輪組的機械效率為80%,物體A受到地

面的摩擦阻力為物重的0.5倍，則摩擦力f=0.5G=0.5x400N=200N,根據力的作用是相互的,

滑輪組對物體A的拉力F撿=f=200N；

由〃=皿=_=2—=_L可知，動滑輪重力為:

叫叫f+%4立s物+G動s物F拉+G動

冷。…N

(2)由圖可知，n=29繩子自由端的速度為耍=切物=2x0.2nt/s=0.4加/s；

繩子自由端的拉力為尸=!(七+G動)=gx(200N+50N)=125N,

則拉力的功率為：

wFs

P=—=—=Fv^=125NxOAm/s=50W;

tt

(3)當拉力尸=125N時，人對地面的壓強p=1.25xl()4pa,則由p=±可知，此時人對地面的

S

壓力：

F&=pS=1.25x10”"300x1(TW=375N,

人對水平地面的壓力與地面對人的支持力是一對相互作用力，大小相等，仁=雁=375雙,

人受到重力、支持力和拉力的作用，處于靜止狀態，則人的重力:

6人=/+七=125N+375N=500N,

人的重力小于繩子承受最大力600N,故人能施加的最大拉力F—500N,

22

根據/=_