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简单机械知识点汇总
第十一章:
简单机械
第一节:
杠杆
1、定义:
在的作用下绕着转动的叫杠杆。
【说明】:
①杠杆可可,形状。
②有些情况下,可将杠杆实际转一下,来帮助确定支点。
如:
鱼杆、铁锹。
2、
五要素——组成杠杆示意图。
①支点:
杠杆绕着转动的点。
用字母O表示。
②动力:
使杠杆转动的力。
用字母F1表示。
③阻力:
阻碍杠杆转动的力。
用字母F2表示。
④动力臂:
从到的距离。
用字母L1表示。
⑤阻力臂:
从到的距离。
用字母了L2表示。
【说明】1、动力、阻力都是杠杆的受力,所以作用点在杠杆上。
2、动力、阻力的方向不一定相反,但它们使杠杆的转动的方向相反。
3、动力臂、阻力臂不一定在杠杆上。
4、力臂是指“点到线”的距离,即支点到力的作用线的距离,而不是“点到点”的距离。
画力臂方法:
一定点(支点)、二画线(力的作用线)、三连距离、四标签
⑴找支点O;⑵画力的作用线(虚线);⑶画力臂(虚线,过支点作力的作用线的垂线,);⑷标力
臂(用大括号,一端括支点,一端括垂足,标上相应的符号L1或L2)。
例如:
3、探究杠杆的平衡条件:
1杠杆平衡是指:
或
2选择杠杆中间为支点的目的(或不挂钩码时使杠杆在水平位置平衡的目的):
。
3实验前:
应调节杠杆两端的,若杠杆右端下沉,杠杆两侧的平衡螺母向调(即左高左调),使杠杆在位置平衡。
这样做的目的是:
。
4多次实验的目的:
5当弹簧测力计的方向由竖直倾斜时,杠杆仍然平衡,示数变,原因:
。
6当把左侧的钩码拿掉。
杠杆将处于竖直位置,在右侧施加一个力,却发现无论用多大的力都不能将杠杆拉到水平位置平衡,其原因:
水平位置时动力臂为零,杠杆无法平衡
7实验结论:
杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是:
;
写成公式也可写成:
。
其含义是:
如果动力臂是阻力臂的几倍,那么动力就是阻力的。
4、求最大动力臂的方法:
①若动力作用点确定了,则支点到动力作用线的距离就是最大动力臂。
②若动力作用点没有确定,应看杠杆上哪一点离支点最远,则这一点到
支点的距离即为最大动力臂。
5、杠杆平衡时动力最小:
①动力要最小时,动力臂要最大;②动力臂要最大,则过已知力的作用
点,作最大动力臂的垂线;③根据实际,确定动力的方向。
6、杠杆平衡时动力最大:
动力要最大时,动力臂要最小,动力臂要最小,力的作用线的延长线过
支点。
例如:
1、如图14若将圆形的油桶滚上台阶,请画出最小的力。
2、用撬棒撬起一石块,图7,沿不同方向用力作用于撬棒,哪个力最小()
A.F1B.F2C.F3D.都一样
3、、如图8所示要使杠杆平衡,作用在A点上的力分别为F1、F2、F3,其中最小的力是()
A.沿竖直方向的力F1最小 B.沿垂直杠杆方向的力F2最小
C.沿水平方向的力F3最小 D.无论什么方向用力一样大
7、杠杆的分类
名称
结构特征
特点
应用举例
省力杠杆
动力臂>阻力臂L1>L2
省力、费距离
撬棒、铡刀、动滑轮、独轮车、羊角锤、钢丝钳、、、自行车闸、核桃夹、起子、手推车、花枝剪刀
费力杠杆
动力臂<阻力臂L1 费力、省距离 缝纫机踏板、起重机的前臂、理发剪刀、钓鱼杆、筷子、船桨、面包夹、镊子、扫帚 等臂杠杆 动力臂=阻力臂 L1=L2 不省力不费力 天平,定滑轮、跷跷板 【说明】: 应根据实际来选择杠杆,当需要较大的力才能解决问题时,应选择,当为了使用方便,省距离时,应选。 第二节: 滑轮 一、定滑轮: ①定义: 轴不随物体一起移动的滑轮。 ②实质: 定滑轮的实质是: 杠杆 ③特点: A。 利用定滑轮提起重为G的物体时,拉力FG,, 只有不考虑绳重和摩擦时(理想的定滑轮),拉力FG B不省距离: 绳子自由端移动距离S绳=重物移动的距离 h物,,绳子自由端移动速度v绳=重物移动的速度v物。 即, 二、动滑轮: ①定义: 轴会随物体一起移动的滑轮。 (可上下移动,也可左右移动) ②实质: 动滑轮的实质是: 动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。 ③特点: 使用动滑轮能,但不能。 ④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则: F=,只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=,绳子自由端移动距离S绳=2倍重物移动的距离h物,,绳子自由端移动速度v绳=2倍重物移动的速度v物。 即, 【注意】判断滑轮时动滑轮还是定滑轮关键是看轴是否随着物体一起运动,轴随物体起运动的 是滑轮,轴随物体起运动的是滑轮, 5、几种常见的使用滑轮情况 1、2、 FG、Sh、V绳V物FF拉f、S绳S物、V绳V物 3、4、 F=G(不计摩擦和动滑轮重力)、FF拉f、S绳S物、V绳V物 F=(只忽略轮轴间的摩擦) Sh、V绳V物 5、6、 F=G(不计摩擦和动滑轮重力)、FF拉f、 F=(只忽略轮轴间的摩擦)S轮S物、V轮V物 S轮S物、V轮V物 7、【注意】A使用定滑轮提起同一重物,沿不同方向的拉力;即: B使用动滑轮提起同一重物,沿不同方向的拉力;当拉力作用线与阻力作用 线平行时最省力,当偏离竖直方向角度越大,拉力;即: C人对绳子的拉力最大只能达到自身的重力的大小与人的举力无关。 例如: 小李m1=50Kg,能举起80Kg的杠铃,小李m2=70Kg,能举起60Kg的杠铃,如图, 两人比赛,谁把对方拉起,比赛结果是: 拉起来。 三、滑轮组、 1、定义: 定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。 2、特点: 使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向 3、理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=G。 只忽略轮轴间的摩擦, 则拉力F=,绳子自由端移动距离S绳=倍重物移动的距离h物,,绳子自 由端移动速度v绳=倍重物移动的速度v物。 即, 4、判断绳子根数(n)的方法: 方法 (一): 从定滑轮和动滑轮之间画一条虚线,数直接与动滑轮相连的根数即为n的值,其中,绳 子自由端方向向上的要数上。 方法 (二): 已知G和F,求绳子的根数,则n=,若n不是整数,则小数点“只入不舍” 例如: 已知G=960N,F=400N,求绳子的根数n=== 方法(三): 已知s和h,求绳子的根数,则n= 例如: 已知s=6m,h=2m,求绳子的根数n=== 5、绳子的绕法 题型 (一)已知绳子的根数,画绳子的绕法---------奇动偶定--------若绳子的根数为奇数,绳的固 定端接在动滑轮上,然后绕到定滑轮上,由内向外绕;若绳子的根数为偶数,绳的固定端 接在定滑轮上,然后绕到动滑轮上,由内向外绕; 题型 (二)使用滑轮组时要最省力,则绳子的根数应为奇数,再根据“奇动偶定”,绳的固 定端接在动滑轮上,然后绕到定滑轮上,由内向外绕。 题型(三)使用滑轮组时既要省力又能改变力的方向,则绳子的根数应为偶数,再根据“奇动偶定”, 绳的固定端接在定滑轮上,然后绕到动滑轮上,由内向外绕。 5、装滑轮组方法: 第一、求段数: 根据公式或求出绳子的股数。 第二、定个数: 确定动滑轮的个数N动,当绳子的根数n为奇数时,N动=,当绳 子的根数n为偶数时,N动=,确定定滑轮的个数N定,一般按“一动配一定”来确 定定滑轮的个数,N定=,若绳子的根数为偶数,则由“偶数减一定”得到N定=, 若方向要发生改变(人在地面上拉物体),则由“变向加一定”得到N定=。 第三、找起点(固定端): 则由“奇动偶定”找到 第四、画绳子: 若绳子的根数为奇数,绳的固定端接在动滑轮上,然后绕到定滑轮上,由内向外绕; 若绳子的根数为偶数,绳的固定端接在定滑轮上,然后绕到动滑轮上,由内向外绕; 例如: 把重为5100N的物体用1200N的力提起,请你设计这个滑轮组,要求滑轮个数最少,请画出这个滑轮组? 例如: 一个人站在地面上把重为5100N的物体用1200N的力提起,请你设计这个滑轮组,要求滑轮个 数最少,请画出这个滑轮组? 例如: 用如图所示的滑轮组,拉自己匀速上升,已知: 吊筐重200N,人重600N,每个滑轮重40N,人拉绳的力至少多少N才能将自己吊起,此时人对筐底的压力是多少。 (不计摩擦)若吊筐上升0.5m,则绳索被拉下多少米? 四、斜面 1、斜面也是一种力的。 2、理想斜面(斜面光滑)遵从功的原理----------使用任何机械。 3、理想斜面公式: FL=Gh的推导: ---------由功的原理推导 其中: F: 沿斜面方向的推力;L: 斜面长;G: 物重;h: 斜面高度。 4、理想斜面的特点: (1)但, (2)当高度(坡度)一定时,斜面越长越。 (3)、斜面长是斜面高的几倍,推力就是物重的. (4)、如果斜面与物体间的摩擦为f,则: FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功Gh。 5、应用: 斜坡、推货上车所达的木板、盘山公路、走S路、螺丝钉、滑梯、劈柴 五、轮轴 1、定义: 由和组成,且能绕着固定点转动的一种。 2、实质: 轮轴是一种的杠杆。 3、特点: (1)同心,大小。 (2)若动力作用在轮上,轮轴是一个杠杆,但; 由杠杆平衡条件得,,即轮的半径是轴的半径的几倍, 则作用在轮上的力(F1)就是作用在轴上的力(F2)的; (3)若动力作用在轴上,轮轴是一个杠杆,但; 4、轮轴的应用: 方向盘、辘轳、门锁、水龙头 第三节: 机械效率 一、有用功(W有用): 1、定义: 对人们有用的功(或机械对物体(研究对象)所做的功)。 2、当讨论提升重物有用功时,只考虑物重和提升的高度,不管路径或方式是否相同,即公式: W有用=Gh(提升重物) 二、额外功(W额): 1、定义: 利用机械做功时,并非人们需要但又不得不做的功 2、例如: 客服机械重力所做的功、机械之间摩擦力所做的功 【注】1、有用功和额外功的判断要根据工作目的来确定,工作目的不同,有用功和额外功可能不同 例如: 1、从井中打水: (W有用: 人对所做的功,W额: 人对所做的功;工作目的: ) 2、从井中捞桶: (W有用: 人对所做的功,W额: 人对所做的功;工作目的: ) 三、总功(W总): 1、定义: 有用功与额外功之和(或动力所做的功或人们对机械所做的功) 2、总功等于作用在机械上的动力和动力作用点移动的距离的乘积。 3、公式: 4、对于理想机械(W额=0),;对于非理想机械(W额0), 四、机械效率(): 1、定义: 跟的比值。 2、公式: 3、【注】 (1)机械效率是一个,单位。 (2)因为,所以机械效率总1,通常用表示。 (3)率是机械性能好坏的一个标志,越高,机械性能越。 (4)机械效率与、的多少无关。 五、W有用、W额、W总、的计算 1、W有用的计算 (1)由定义得,竖直提升物体: ;水平匀速拉动物体 (2)由总功定义得: (3)由机械效率得: 2、W额的计算 (1)由定义得: (G动为动滑轮的重力) (2)由总功定义得: (3)由机械效率得: 3、W总的计算 (1)由定义得: (2)由总功定义得: (3)由机械效率得: 4、η的计算 (1)由定义得: 六、探究斜面的机械效率 1、猜想与假设: 斜面的机械效率是与、、有关 2、设计实验: (1)实验器材: (一)、探究斜面机械效率与斜面的关系 (1)实验表格及数据 实验次数 斜面坡度 斜面材料 斜高h/m 物重G/N 斜面长S/m 拉力F/N 机械效率 1 较缓300 木板 0.6 5 1 4 75% 2 较陡450 木板 0.8 5 1 5 80% 3 最陡600 木板 1 5 1 6 83.3% (2)实验步骤: ①测量小车的重量 ②把小车用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉;分别记录拉力F、小车沿斜面移动的距离S、 小车上升的高度h。 ③改变斜面的倾斜程度,重复步骤②。 (4)计算: W有用=;W额=(光滑);W额=(不光滑) W总=;(光滑);W总=;(不光滑) η=;(光滑);η=;(不光滑) 结论: 斜面机械效率与斜面有关,越大,机械效率。 (二)、探究斜面机械效率与斜面的关系 结论: 斜面机械效率与斜面有关, 越大,机械效率。 (三)、探究斜面机械效率与的关系 结论: 斜面机械效率与关。 【注意】①要拉动物体;②拉力要与斜面; 七、测量滑轮组的机械效率 1、实验原理: 2、应测物理量: 钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S 3、实验器材: 滑轮组、铁架台、钩码若干,还需要、 4、、实验步骤: (1)、用弹簧测力计测出钩码的重力为G,; (2)、缓慢匀速竖直向上拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出弹簧测力计的示数F,用刻度尺 测出钩码上升的高度为h和弹簧测力计移动的距离为s; (3)、根据W有=、W总=、再根据η=算出机械效率 (4)、改变钩码的数量,在做两次上面的实验 (5)、改变动滑轮的重力,在做两次上面的实验 5、得出结论: 影响滑轮组机械效率高低的主要因素有: A、物体的重力大小: 用同一滑能组所提升不同重物,重物越重,做的有用功就,而额外功,机械效率就越。 B、动滑轮重力大小(或个数多少): 使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,额外功,有用功,滑轮组的机械效率 ; C、绳重及绳与滑轮之间的摩擦: 若各种摩擦越大,做的额外功,机械效率。 【注】1、缓慢匀速竖直向上拉动弹簧测力计目的: 保证弹簧测力计的示数不变,方便读数。 2、不能在静止时读数的原因: 静止时,没有绳与滑轮之间的摩擦,测出的机械效率会偏 3、不影响滑轮组的机械效率高低有: 物体上升的高度、物体上升的速度、绳子的根数或绕法 八、分析机械效率的高低 1、当W总一定时 A由得,当一定时,越大,越高 B由得, 当一定时,越大,越高 2、当W有一定时 A由得,当一定时,越大,越高 B由得, 当一定时,越大,越高 2、当W额一定时 A由得, 当一定时,越大,越高 B由得, 当一定时,越大,越高 九、提高机械效率的方法: 1、尽量增大有用功: 在机械承受的范围内,尽量增加每次提升物体的重力 2、尽量减少额外功: A减小 B减小-----加润滑剂 十、几种简单机械的机械效率 (1)斜面①W有用= ②W额外= ③W总= (2)杠杆 ①W有用= ②W额外= ③W总= (3)定滑轮竖直方向提升重物(a)图 ①W有用= ②W额外: 摩擦及绳重 ③W总=F·S=F·h (4)定滑轮水平方向拉动物体(b)图 ①W有用=f·S物 ②W额外: 滑轮转动摩擦 ③W总=F·SF=F·S物 (5)动滑轮(a图)及竖直方向滑轮组 ①W有用= ②W额外 ③W总=F·S=F·nh=(G物+G动)·h (6)动滑轮(b)竖直方向滑轮组 ①W有用= ②W额外: ③W总= (7)动滑轮(b图)及水平方向滑轮组 ①W有用=G物·h ②W额外 ③W总=③W总=F·SF=F·nS物 (8)动滑轮(C图)及水平方向滑轮组 ①W有用= ②W额外: ③W总= 【注】: a、所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分,故对机械进行润滑可以提高机械效率. b、所有的有用功均等于不使用机械时所做的功 c、对于所有机械均有: 即: 机械效率还等于有用功率与总功率的比值 d、当不考虑绳重和摩擦,且各滑轮重力相同,提升同一重物时,可以直接数动滑轮的个数,动滑 轮个数越少,机械效率越高。 (一般η定>η动>η组)
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