物理简单机械复习.docx
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物理简单机械复习.docx
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物理简单机械复习
七简单机械
一、能量守恒定律
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一种形式转化为另一种形式,从一个物体转移到另一个物体,而在此过程中总能量保持不变.这叫做能量守恒定律
几种能量转化形式:
胶片感光——光能转化为化学能
激光切割金属——光能转化为内能
刹车——机械能转化为内能
光合作用——光能转化为化学能
后面的球将前面的求撞走——后面的球的一部分动能转移到前面球上
热传递——内能从一个物体转移到另一个物体上
简单机械
简单机械总是和力和做功的问题联系在一起,初中阶段主要研究的简单机械有杠杆,滑轮,滑轮组,转轴和斜面.
一、杠杆
1.定义:
在力的作用下,能绕固定点转动的硬棒(刚体)叫做杠杆.
2.杠杆的七要素:
支点:
杠杆绕着转动的点
动力作用点:
动力的作用点(重心,浮心)
阻力作用点:
阻力的作用点
动力:
使杠杆转动的力
阻力:
阻碍杠杆转动的力
动力臂:
支点到动力作用线的距离
阻力臂:
支点到阻力作用线的距离
如图所示:
3.画力臂的方法
(1)确定支点
(2)画力的作用线(虚线)
(3)过支点画力的作用线的垂线(标上垂足),即为力臂
4.动力和阻力的作用效果
其中一个力使杠杆绕支点顺时针转动,另一个力使杠杆绕支点逆时针转动.
二、杠杆的平衡条件
1.平衡状态:
静止或匀速转动
2.杠杆的平衡条件:
动力动力臂=阻力阻力臂
(正力矩=反力矩)
=,
意义:
动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之几
3.探究时注意的问题:
(1)实验前要先调整杠杆两端的平衡螺母,是杠杆在水平位置平衡
(2)在实验时,不能移动平衡螺母
(3)在加减或移动钩码时,要是杠杆在水平位置平衡
(4)实验不能只凭一组数据得到的结论,必须在多次实验的基础上进行分析
三、杠杆的应用
1.省力杠杆
特点:
动力臂大于阻力臂(>),省力费距离
实例:
钳子、撬棍、刹车踏板、铡刀、瓶盖起子
2.费力杠杆
特点:
动力臂小于阻力臂(<),费力省距离
实例:
镊子、钓鱼竿、缝纫机踏板、人的前臂、理发剪子、摄影机摇杆等.
3.等臂杠杆
特点:
动力臂等于阻力臂(),不省力也不费力
实例:
天平
四、滑轮
1.定义和构造:
周边有小槽,能绕轴转动的小轮,叫做滑轮.
构造:
框,转轴,带槽的小轮
2.分类及特点:
滑轮分定滑轮、动滑轮和滑轮组.
(1)定滑轮:
使用时,轴固定不动,不能省力,但能改变力的方向,相当于等臂杠杆.(如图甲所示)
(2)动滑轮:
使用时,滑轮轴随重物一起运动,能省一半的力,但不能改变力的方向.相当于动力臂是阻力臂两倍的省力杠杆.(如图乙所示)
(3)滑轮组:
由定滑轮和动滑轮组合成的简单机械.使用时,滑轮和重物的总重力由几股绳子承担,每股绳子的受力就为总重力的几分之几.即:
=+,F=
且,重物上升h,绳子的自由端拉动距离为S=nh
(如图丙所示)
甲乙丙
丁戊
五、轮轴
1.定义和构造:
有轮(大轮)和轴(小轮)组成,两者同轴,轮转一圈,轴也转一圈.
2.实例:
汽车方向盘、门把手、卷扬机
3.轮轴平衡条件:
=,
(R为大轮半径,r为轴的半径如图丁所示)
轮的半径是轴的半径的几倍,力F就是重物的几分之几
六、斜面
斜面也是一种简单机械,如不计摩擦力,斜面场L是斜面高h的几倍,匀速把物体沿斜面上推时的推力F就是物重的几分之几,即:
FL=Gh,F=Gh/L
(如图戊所示)
所有的机械只能省力不能省功,即不能省能量.
七、杠杆最小动力的求解
由杠杆平衡条件可以知道,在阻力和阻力臂一定的情况下,动力臂越大,动力可以越小,所以问题实际上就是找到最大的动力臂.一般步骤为:
1.确定杠杆转动的支点,找到最大动力臂
2.根据杠杆的转动情况,确定动力的方向
3.列力矩平衡方程求解
找最大动力臂一般有两种情况:
(1)当力的作用点已知时,最大动力臂就为支点到动力作用点的距离
(2)当动力的作用点未知时,则要根据杠杆的几何特征求解,如圆上的最远距离为直径长,直角三角形的斜边大于直角边等
八、滑轮组的承重绳子股数n的确定方法和组装方法
1.滑轮组承重绳子股数的确定方法
(1)确定哪些是定滑轮,哪些是动滑轮
(2)在定滑轮和动滑轮之间画一条线,看与定滑轮相连的有几段绳子,则承重的绳子股数n就为几.
2.滑轮组的简单组装方法
(1)承重绳子股数n是奇数时,绳子一端固定在定滑轮的挂钩上,然后依次穿过各个滑轮.
(2)承重绳子股数n是偶数时,绳子一端固定在动滑轮的挂钩上,然后依次穿过各个滑轮.
3.计算绳子的最少股数时,如果出现小数,四舍五入都要入不能舍.
如需要3.2股,则取4股,不取3股.
九、机械效率
1.几个概念
有用功:
对我们有用的功或实际所需要的功叫做有用功
额外功:
不需要,但不能避免的额外消耗的功叫做额外功
总功:
有用功和额外功的总和叫做总功.
机械功率:
有用功和总功的比值叫做某个机械装置的机械功率
即:
(η希腊字母读音:
|eta|、|eit|艾塔)
实际使用机械过程中,机械本身受到重力,机件之间,物体和机件之间摩擦力总是存在,所以额外功总是存在,机械效率总会小于1,即达不到100.
2.滑轮组的机械效率求解
用滑轮组匀速提升重物,或拉物体匀速移动一段距离,
有用功:
为重物的重力势能增加量,即:
.H(注意不是.H)
或在平面上克服摩擦力做的功f.s
总功:
拉绳子的力与绳子末端前进的距离的乘积,即:
F.
匀速提升重物时,如果摩擦力和绳子的重力不计,则滑轮组的机械效率小于1的原因是动滑轮也存在重力.此时滑轮组的机械效率只与所提升重物的重力和动滑轮重力的比值有关,与绳子的绕法(即承重绳子股数n)无关.
=.H,=F.,=n.H,F,所以
,
即只取决于和,与绳子的绕法无关.
或者,如果摩擦力和绳子的重力不计,则拉力做的总功就分为两部分:
一是重物重力势能增加量.H,二是使动滑轮的重力势能增加.H,前者为有用功,后者为额外功,两者之比为,所以机械效率为
注意:
一般而言,机械效率不是恒定不变的,如滑轮组在提升不同重量的物体时,机械效率不同.除非题目中指出某个机械的机械效率不变.
3.斜面的机械效率求解
用力沿斜面向上的F匀速将一重物从斜面底端拉到顶端的过程中
有用功:
为重力的势能增加量,即:
G.H
总功:
为力F与斜面长度L的乘积,即:
F.L
斜面的机械效率与斜面的粗糙程度(即摩擦因素)有关,与斜面高度和长度比值有关(即斜率)
提示概要
杠杆
定义:
一根硬棒,在力的作用下,如果能绕着一个固定点转动,这根硬棒叫杠杆。
杠杆的几个要素:
支点O:
杠杆绕着转动的固定点;
动力F1:
使杠杆转动的力;
阻力F2:
阻碍杠杆转动的力;
动力臂(L1)从支点到动力作用线的垂直距离;
阻力臂(L2)从支点到阻力作用线的垂直距离;
杠杆的平衡条件
所谓杠杆的平衡状态是指杠杆静止不转或发生均速转动状态,此时杠杆满足;
动力×动力臂=阻力×阻力臂
用字母表示:
F1×L1=F2×L2或
上式表明:
要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力的大小跟它们的力臂成反比,即动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。
杠杆应用分类
省力杠杆:
动力臂大于阻力臂,省力,但费距离。
费力杠杆:
动力臂小于阻力臂,费力,但省距离。
等臂杠杆:
动力臂等于阻力臂,既不省力,也不省距离。
滑轮
(1)定滑轮
特征:
轴心固定不定的滑轮。
实质及作用:
定滑轮实质是一个等臂杠杆,作用是不省力,但可以改变力的方向。
(2)动滑轮
特征:
轴心连物体一起移动
实质及作用:
动滑轮实质是一个动力臂两倍的杠杆,作用是能省一半力,但不能改变力的方向。
滑轮组:
定滑轮和动滑轮组合在一起的叫滑轮组,其作用既能省力,又能改变用力的方向。
计算动力的方法:
重物和动滑轮的总重力由几段绳子承担,提起重物所用的力就是总重力的几分之一,即其中n经过动滑轮的绳子股数,如果物体上升h,则拉下绳子的距离为s=nh
3.轮轴
(1)定义:
由轮和轴组成,能绕着共同的轴线旋转的简单机械。
(2)实质:
轮轴实质是一个变形的杠杆,轮半径和轴半径就是力臂。
(3)轮轴省力原理:
使用轮轴时,如果动力作用在轮上,则轮半径是轴半径的几倍,作用在轮上的动力就是作用在轴上阻力的几分之一,即其中R一轮半径,r一轴半径。
4.斜面
(1)斜面省力原理:
使用斜面时,若不考虑摩擦,则斜面长l是斜面高h的几倍,均速将物体沿斜面向上推的力f就是重物G的几分之一,即,由公式可知,利用斜面可以省力,对同样高的斜面,斜面越长越省力,但也要多移动距离。
(2)螺旋省力原理:
其中h表示螺纹的螺距,L表示螺旋把手的末端到螺旋轴线的长,F表示作用在把手末端的力,G表示物重。
由于H总是比2小很多,因此F比G也就小很多,也就是说,使用螺旋很省力。
举证例题
342.一根粗细均匀的铁丝,中间用一根细线吊住,使其在水平位置平衡,如图7-1
(甲)所示,当将右边的铁丝弯曲,如图7-1(乙)所示,铁丝将()
A仍保持平衡B右端向下倾斜C左端向下倾斜D无法判断
解析:
题中铁丝可视为一条均匀的杠杆,其重心应在其中心处,当在中间用绳子吊住后,可理解为绳子左右两段的铁丝同时受到大小为1/2G,方向向下的重力的作用,并且这两个力臂L1=L2,所以铁丝平衡,将右边的铁丝弯折后,支点左、右两边的铁丝虽然重力的大小相同,但右边铁丝重力作用点向支点移近,使其力臂L2 故本题应选C 344,在00C时,将两根长度和质量相等的均匀的铜棒和铁棒连接在一起,并将支点放在接头处刚好平衡,如图7-3所示,当温度升高数百摄氏度时,能观察到现象是() A仍然保持水平方向平衡B左端向上翘起,右端向下降低 C右端向上翘起,左端向下降低D以上三种现象均有可能 解析: 因为铜的热膨胀性能比铁的好,当它们的温度同样升高数百摄氏度时,铜棒的体积膨胀得大些,长度变得长一些,铜棒的重心向左偏移比铁棒的重心向右偏移得大一些,由于温度的变化不影响质量,根据杠杆原理可知,左端向下降低,右端向上翘起。 故本题应选C 345,用不等臂天平称质量为4g的药品,先放在左盘中称,再放入右盘中称,记下两次结果,其记录数据可能是下列的哪一组()A.2g、6gB.4g、1gC.10g、6gD.2g、8g 解析: 物体先放右盘中称时,天平平衡所以又mgL1=m1gl2(L2、L1分别表示天平左、右两盘到支点的距离). 物体再放左盘中称时,由天平平衡由m2gl1=mgl2,两式相乘得m2=m1·m2故本题应选D. 346.如图7-4(甲)所示,杆OB的O端用铰链(可自由转动)固定在竖直壁上,杆的中点挂一重物G,杆的B点受水平拉力F而平衡,若拉力F沿逆时针方向逐渐转向竖直方向,而保持OB在原位置平衡,则在此过程中F将() A.大小保持不变B.逐渐变大 C.逐渐变小D.先变小后变大 解析: 阻力G的作用点不变,杆保持原位置,因而阻力臂不变,又阻力G的大小也不变,所以阻力和阻力臂的乘积不变;动力F的作用点不变,但由于方向改变,因而它的动力臂改变,当F的方向转到与OB垂直的位置时,动力臂的长度就等于杆OB的长度,而F的方向在其他任何位置时,其动力臂的长度就等于杆OB的长度,这就是说,只有当F的方向转向与OB垂直的过程中,力F是渐渐变小的,而在F离开与OB垂直的位置转向竖直位置的过程中,力F是渐渐变大的.概括地说,力F先变小后变大.故本题应选D. 353.如图7-12,物体M重100N,若不计摩擦、绳及滑轮自重,当滑轮在恒力F作用下以1m/s的速度匀速上升,物体M
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