第十二章簡單機械單元大概念素養目標編號單元大概念素養目標對應新課標內容對應試題P8212001知道常見的簡單機械,明確杠桿的五要素知道簡單機械。知道杠桿物理模型【P15、P19】P92T1;P94T8P8212002探究杠桿的平衡條件探究并了解杠桿的平衡條件。在關于杠桿科學探究中,能制訂初步的實驗方案;能通過對數據的比較與分析,發現數據的特點,進行初步的因果判斷,得出實驗結論【P15、P19】P93T4;P94T9;P125T16P8212003了解杠桿的種類及其應用能說出人類使用的一些機械。了解機械的使用對社會發展的作用【P23】P94T6;P110T1;P110T3P8212004知道定滑輪和動滑輪的本質,了解滑輪組的特點及其實際應用知道簡單機械。能說出人類使用的一些機械。了解機械的使用對社會發展的作用【P15、P23】P96T1;P96T3;P97T7;P110T2;P118T11P8212005知道機械效率,能解決常見簡單機械在生產生活應用中的有關問題,具有節能意識知道機械效率。知道能量的利用存在效率問題,100%的能量利用率只是一種理想情況。能從能量轉化的角度認識提高效率的重大意義,增強學習物理學的動力【P23、P26】P100T3;P100T5;P102T6;P107T1P8212006測量滑輪組的機械效率,了解提高其機械效率的途徑了解提高機械效率的意義和途徑。測量某種簡單機械的機械效率【P23】P101T1;P102T5;P112T16第1節杠桿基礎過關全練知識點1杠桿1.【跨學科·物理學與日常生活】(2023北京昌平期中)如圖所示是用瓶起子打開瓶蓋的情境,開啟過程中某時刻可將瓶起子看成一個杠桿(忽略杠桿所受重力),用“O”表示支點位置,手施加的力為動力F1(方向垂直杠桿),杠桿所受阻力為F2(方向垂直杠桿),能表示此時支點、動力和阻力的示意圖是(P8212001) ()2.【跨學科·物理學與工程實踐】【新獨家原創】如圖甲為一輛高空作業車,其工作臂相等于一個如圖乙所示的杠桿AOB。請畫出工作臂動力F1和阻力F2的力臂l1和l2。知識點2杠桿的平衡條件3.【跨學科·物理學與日常生活】(2023山西翼城一模)圖甲是一種落地式海報架,圖乙是海報架的側視結構示意圖。若視海報架為杠桿,水平向右的風將其吹倒的瞬間,支點是(選填“A”“B”或“C”),若要使海報架抵抗更大的風力,可以采取的措施是(寫出一條即可)。

4.(2023河南安陽一模)小航和小萱在探究杠桿平衡條件的實驗操作中,桌上擺放有鉤碼1盒(每個鉤碼50g,共10個),彈簧測力計一個,杠桿尺及支架,細線。(P8212002)(1)小航將杠桿尺掛在支架上,緊接著的操作應該是;

A.調節平衡螺母使杠桿平衡B.輕輕撥動杠桿使其能夠繞支點靈活轉動(2)如圖甲所示,小航在已調好的杠桿左端2格處掛了3個鉤碼,要使杠桿平衡,可以在杠桿右側2處掛3個鉤碼,還可以在右側(按“×處掛×”填寫)個鉤碼來完成;經過多次實驗,并分析記錄的數據(見表),兩位同學得出了杠桿的平衡條件是;

實驗次序動力F1/N動力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm12.051.01022.0102.01033.0102.015(3)如圖乙所示,小航將彈簧測力計掛在杠桿右端第4格處豎直向下方拉使杠桿平衡,當拉杠桿的力由豎直向下逐漸變為向右下方的過程中,小航觀察到彈簧測力計的示數變化情況是以下選項中的(填選項符號),原因是;

A.逐漸變大B.逐漸變小C.先變大后變小D.先變小后變大(4)小萱進行了如圖丙所示的探究,但發現測出的拉力與杠桿的平衡條件不符,原因是。

知識點3生活中的杠桿5.如圖是搬運泥土的獨輪車,獨輪車屬于杠桿(選填“省力”或“費力”)。設車箱和泥土的總重G=1200N,運泥土時從A點提起獨輪車把手的力是F,F的力臂是m,F的大小是N。

能力提升全練6.【勞動教育】(2023湖北恩施中考,3,★☆☆)我們用掃把掃地,左手握住柄的末端,右手向前推掃柄時,掃把是(P8212003) ()A.省力杠桿B.費力杠桿C.等臂杠桿D.都不正確7.(2023遼寧大連中考,21,★☆☆)如圖所示,放置花盆的支架只在A、D兩點用螺釘固定在墻壁上,BC保持水平。已知AC長為l1,CD長為l2,BC長為l3,花盆的重力為G,重力作用線恰好過BC中點。若不計支架的重力,則D點螺釘對支架的水平拉力F=(用已知量表示)。為了減小拉力F,花盆位置應離墻壁一些。

8.【學科素養·物理觀念】(2023四川成都高新區一模,25,★☆☆)品學兼優的小天同學,周末在家喜歡主動承擔一些家務,如圖甲是她在廚房幫忙時使用的一個菜餡擠水器,其上部手柄在使用時相當于一個杠桿,圖乙是其簡化的示意圖,O為支點,F2是使用菜餡擠水器時B點受到的阻力。請在圖乙中畫出作用在A點的最小動力F1的示意圖及其力臂l1。(P8212001)9.【學科素養·科學探究】(2023河北邯鄲一模,15,★★☆)小明探究杠桿平衡條件時,選定的實驗器材有:鐵架臺與兩端帶有平衡螺母的直尺組成的杠桿裝置、彈簧測力計一個、細線和完全相同的鉤碼若干。(P8212002)(1)將杠桿裝置放在水平實驗臺上,靜止時如圖甲所示,為了探究杠桿的平衡條件,接下來的操作:,使杠桿在水平位置平衡;

(2)實驗中,在杠桿兩側掛上不同數量的鉤碼,第1次、第2次杠桿平衡時的實驗數據已填寫在表中,圖乙是第3次杠桿平衡時的情景,這次杠桿右側的阻力為N,阻力臂為m;

實驗次數動力F1/N動力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m12.50.220.25220.151.50.2310.2①②(3)分析表中數據,可以得出杠桿的平衡條件為:;

(4)為了使實驗結論具有普遍性,他做了圖丙所示的實驗,用彈簧測力計斜拉使杠桿在水平位置平衡(忽略杠桿自重)。若圖中∠α=30°,則拉力F=N;

【拓展】杠桿在我國古代就有了許多應用。距今約三千多年前,就有了用來搗米的舂。現在一些資料中見到的舂結構大致有圖中的丁、戊兩種。工作時,以O為固定轉軸,在A端連著石球,腳踏B端可以使石球升高,抬起腳,石球會落下擊打稻谷。你認為比較符合生活實際的“舂”是(選填“丁”或“戊”),它的主要特點是。

10.【學科素養·科學思維】(2023廣東茂名電白期中,22,★★☆)一輕質杠桿AB水平放置,在杠桿上懸掛一個西瓜,杠桿長1m,O為杠桿的支點,AO長0.2m。在B點用彈簧測力計豎直提起杠桿,其裝置如圖所示。(P8212003)(1)若西瓜懸掛點距O點0.4m,彈簧測力計的示數為8N,求該西瓜的重力;(2)若彈簧測力計的量程為0~10N,要使輕質杠桿AB始終水平平衡,求西瓜懸掛點與O點之間的距離d的范圍。素養探究全練11.【科學探究】某同學在河邊玩耍時撿到一塊石頭。回家后,他用彈簧測力計、玻璃杯、細線和足量的水等器材測量石頭的密度。估測這塊石頭的重力已超出了彈簧測力計的量程,通過思考,該同學利用一根質量分布均勻的細木桿和上述實驗器材設計了如圖所示實驗:(1)將木桿的中點O懸掛于線的下端,使木桿在水平位置平衡,這樣做的好處是可以消除對平衡的影響。這時木桿重力的力臂為。

(2)將左端A與彈簧測力計相連,用細線把石頭掛于OA的中點C,彈簧測力計豎直向上提起A端,使木桿保持水平,彈簧測力計示數如圖所示,則拉力大小為N;將石頭浸沒于裝有水的玻璃杯中且不與杯子接觸,保持木桿水平,記下彈簧測力計此時的示數為2.7N。

(3)通過計算,浸沒后石頭受到的浮力大小為N,石頭的密度為kg/m3。(ρ水=1×103kg/m3,g取10N/kg)

(4)若上述(2)步驟中,只是木桿未保持水平,則測量結果(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。

答案全解全析基礎過關全練1.D由圖可知,用瓶起子打開瓶蓋時,是繞著瓶起子最前端的一點旋轉的,故該點為支點;由力的作用效果可知,手對瓶起子的力是動力,方向向上;瓶蓋對瓶起子的力為阻力,方向向下。2.如圖所示解析該高空作業車的工作臂的支點為O點,過O點作動力F1作用線延長線的垂線段,即l1;過O點作阻力F2作用線延長線的垂線段,即l2。3.C增大∠BAC角度解析由圖可知,水平向右的風將其吹倒的瞬間,只有C點不動,故支點為C點;重力G的力臂l2如圖,由圖可知,∠BAC角度越大,重力G的力臂l2越長,重力G大小不變,根據杠桿平衡條件可知,可承受阻力越大,故若要使海報架抵抗更大的風力,可以增大∠BAC角度。4.(1)A(2)見解析(3)見解析(4)杠桿自身重力對實驗有影響,相當于增加了一個阻力解析(1)將杠桿尺掛在支架上,緊接著的操作應該是調節杠桿兩端的平衡螺母使杠桿在水平位置平衡,故選A;(2)因為只有10個鉤碼,且杠桿最多只有5格,則3G×2L=3G×2L=2G×3L=6G×L,所以可以在右側2處掛3個鉤碼或3處掛2個鉤碼或1處掛6個鉤碼來使杠桿平衡;先將數據中的各自的力與力臂相乘,然后分析實驗數據,得出關系式為F1l1=F2l2(或動力×動力臂=阻力×阻力臂);(3)當拉力逐漸變為向右下方的過程中,力臂逐漸變小,杠桿左邊力與力臂的乘積不變,根據杠桿平衡條件可知拉力逐漸變大,故選A;(4)如圖丙所示,使彈簧測力計豎直向上拉,結果發現測出的拉力大小與杠桿的平衡條件不相符,是因為杠桿自身有重力,方向豎直向下,相當于增加了一個阻力。5.省力1.2300解析獨輪車在使用過程中,動力臂大于阻力臂,是省力杠桿。由圖可知獨輪車的支點在輪軸處,力F豎直向上,因此F的力臂是l1=1.2m,重力的力臂l2=0.3m;由F×l1=G×l2得,F=Gl2l能力提升全練6.B用掃把掃地時,左手握住柄的末端,右手向前推掃柄,掃把的動力臂比阻力臂短,是費力杠桿。7.Gl解析花盆對支架壓力(阻力)F2=G;D處螺釘對支架的水平拉力(動力)的力臂為l1+l2,由杠桿平衡條件可得F(l1+l2)=F2×l32,D處螺釘的水平拉力的大小F=Gl32(l1+l2)8.如圖所示解析根據杠桿的平衡條件,要想找到最小力就要找到最長的力臂,連接支點O與作用點A,OA即最長力臂l1,力臂始終與力的作用線垂直,從而找到最小力,方向向下。解題技巧找最大動力臂的方法:(1)當動力作用點確定時,支點到動力作用點的線段長即最大動力臂;(2)當動力作用點沒有確定時,應看杠桿上哪一點離支點最遠,則這一點到支點的距離即最大動力臂。9.(1)向右調節平衡螺母(2)20.1(3)F1l1=F2l2(4)4【拓展】見解析解析(1)如圖甲所示,杠桿左低右高,說明左邊重,故應向右調節平衡螺母,使杠桿在水平位置平衡;(2)圖乙中,左側掛兩個鉤碼,F1=1N,則一個鉤碼的重力為0.5N,所以右側阻力為F2=4×0.5N=2N,左側鉤碼懸掛位置到支點4個格,力臂為0.2m,則每個格的長度為0.05m,所以右側力臂為l2=2×0.05m=0.1m;(3)由表中數據可知,動力與動力臂的乘積等于阻力與阻力臂的乘積,即F1l1=F2l2;(4)圖丙中F1=4×0.5N=2N,l1=4×0.05m=0.2m,拉力F的力臂l2=12×4×0.05m=0.1m,由F1l1=F2l2,可得F=F1l1l2=2N×0.2m0.1m=4N;【拓展】比較符合生活實際的“10.解析(1)由杠桿平衡條件可得G×l=F×(AB-AO),即G×0.4m=8N×(1m-0.2m),解得西瓜的重力G=16N。(2)由題知,彈簧測力計的量程為0~10N,當彈簧測力計的示數為0時,d=0m,當彈簧測力計的示數為10N時,根據杠桿平衡條件知,G×d=F最大×(AB-AO),則16N×d=10N×(1m-0.2m),解得d=0.5m。西瓜懸掛點與O點之間的距離d的取值范圍為0≤d≤0.5m。素養探究全練11.(1)木桿自重0(2)4.2(3)32.8×103(4)不變解析(1)將木桿的中點O懸掛于線的下端,木桿的重力作用線過支點,重力的力臂為零,可以消除木桿的重力對平衡的影響;(2)如圖,彈簧測力計的拉