第24课时简单机械.docx
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第24课时简单机械
第24课时简单机械
(1)杠杆
1、杠杆:
在力的作用下可以绕一固定点转动的硬棒叫做杠杆。
说明:
①杠杆可直可曲,形状任意。
2、杠杆的5个要素:
①支点:
杠杆绕着转动的点,用O点表示;
②动力:
使杠杆转动的动力,用
表示;
③阻力:
阻碍杠杆转动的力,用
表示;
说明:
动力、阻力都是杠杆的受力,所以作用点在杠杆上.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
④动力臂:
从支点到动力作用线的距离,用
表示;
⑤阻力臂:
从支点到阻力作用线的距离,用
表示
3、画力臂方法:
一找支点(0)、二画线、三画力臂、四标签。
即:
⑴找支点O;⑵画出力的作用线(虚线);⑶画力臂(虚线,过支点垂直力
的作用线作垂线);⑷标力臂(大括号,垂足符号,字母)。
4、例如:
5、画力臂练习
5、杠杆平衡的条件(杠杆原理):
动力×动力臂=阻力×阻力臂,即
(1)杠杆静止或绕支点匀速转动时,说明杠杆处于平衡状态
(2)调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡的目的是:
便于直接从杠杆上量出力臂。
(3)让支点通过杠杆重心的目的是:
消除杠杆自身重力对实验产生的影响。
例、在“探究杠杆平衡条件”的实验中:
(1)实验前没有挂钩码时,若杠杆右端下倾,则应将右端的平衡螺母______(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡,目的是_______________________________________________________。
(2)如图所示,杠杆在水平位置平衡后,若将左侧的3个钩码该挂在D处,要是杠杆仍然保持平衡,则应将右端钩码该挂在__处
(3)如图所示,杠杆在水平位置平衡后,若在左侧的3个钩码下添加1个钩码,要使杠杆仍然保持平衡,则应将右侧钩码改挂在______处
(4)分析有关实验数据,可得出杠杆平衡条件是:
________
(1)左消除杠杆的重力对实验的影响(使杠杆的重力的力臂为0),便于测量力臂
(2)M(3)K(4)动力×动力臂=阻力×阻力臂
例.在探究“杠杆平衡条件”的实验中,杠杆上每格等距:
(1)实验前没挂钩码时,发现杠杆左端上翘,应将左端平衡螺母向_____旋一些(选填“左”或“右”),使杠杆在_____位置平衡。
(2)实验中,用图12所示的方式悬挂钩码,杠杆也能平衡,但采用这种方式是不妥当的。
这主要是因为()A.一个人无法独立操作B.需要使用太多的钩码C.力臂与杠杆不重合D.力和力臂数目过多
(3)图12中,不改变支点O右侧所挂的两个钩码及其位置,保持左侧第______格的钩码不动,将左侧另外两个钩码改挂到它的下方,杠杆仍可以平衡。
答案:
(1)左水平
(2)D(3)2
6、杠杆的分类与应用
名称
结构特征
特点
应用举例
省力杠杆
动力臂>阻力臂
省力、费距
扳手、动滑轮、钢丝钳
费力杠杆
动力臂<阻力臂
费力、省距
理发剪刀、钓鱼竿、筷子、船桨
等臂杠杆
动力臂=阻力臂
不省力、不费距
天平、定滑轮
二、滑轮
1、定滑轮:
①定义:
中间的轴固定不动的滑轮。
②实质:
定滑轮的实质是:
等臂杠杆
③特点:
使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。
④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦)F=G
绳子自由端移动距离SF(或速度vF)=重物移动的距离SG(或速度vG)
2、动滑轮:
①定义:
和重物一起移动的滑轮。
(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:
使用动滑轮能省一半的力,但不能改变动力的方向。
④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:
F=1/2G,
只忽略轮轴间的摩擦则拉力:
F=1/2(G物+G动),
绳子自由端移动距离S=2h;绳子自由端移动速度:
V绳=2V物
3、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=1/nG。
只忽略轮轴间的摩擦,则拉力
F=1/n(G物+G动)
绳子自由端移动距离S=nh;绳子自由端移动速度:
V绳=nV物
④组装滑轮组方法:
绳子股数:
n=(G物+G动)/F。
绕绳原则:
“奇动偶定”
三、机械效率:
1、有用功:
(1)定义:
对人们有用的功。
公式:
W有用=Gh(提升重物)=W总-W额=ηW总
斜面:
W有用=Gh
2、额外功:
(1)定义:
并非我们需要但又不得不做的功
公式:
W额=W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)
斜面:
W额=fL
3、总功:
(1)定义:
有用功加额外功或动力所做的功
公式:
=FS=W有用/η
斜面:
W总=fL+Gh=FL
4、机械效率:
(1)定义:
有用功跟总功的比值。
即:
公式:
滑轮组;η=Gh/FS或η=Gh/F.nh=G/F.n(n段绳子)
斜面:
η=Gh/FL(h:
斜面高L:
斜面长)
(2)有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。
通常用百分数表示。
某滑轮机械效率为60%表示:
有用功占总功的60%。
5、提高机械效率的方法:
(1)增加物体的重.
(2)减小机械自重、减小机件间的摩擦。
6、机械效率的方法:
①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器材:
除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。
④步骤:
必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:
保证测力计示数大小不变。
⑤结论:
影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:
A、动滑轮重:
个数越多则额外功相对就多。
B、提升重物越重:
做的有用功相对就多。
C、摩擦若各种摩擦越大做的额外功就多。
注:
绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
四、探究测滑轮组机械效率
1、实验原理
2、实验器材:
弹簧测力计、刻度尺
3.要测的物理量:
物重G、拉力F、重物上升的距离h、弹簧测力计移动的距离S
4.操作注意点:
(1)匀速竖直向上拉动弹簧测力计.
(2)不能在静止时读弹簧测力计的示数,应在匀速拉动过程中读数.
5.相同的滑轮组,绕绳方法虽不同,但提升相同的重物时,机械效率是相同的;用同样的滑轮组提升不同的重物,重物越重滑轮组的机械效率越大。
五、探究斜面的机械效率
1、实验原理:
2、所测物理量:
物重G、拉力F、重物上升的距离h、弹簧测力计移动的距离S
3、测量仪器:
弹簧测力计、刻度尺
4、注意事项
(1)在实验过程中,拉力方向应与斜面保持一致且要匀速向上拉动弹簧测力计。
(2)不能在静止时读弹簧测力计的示数,应在匀速拉动过程中读数。
(3)斜面机械效率的影响因素:
斜面的倾斜程度斜面的粗糙程度
5、实验结论:
(1)在斜面粗糙程度相同时,斜面越陡,机械效率越高。
(2)在斜面倾斜程度相同时,斜面越粗糙,机械效率越低。
例:
下图是小明同学斜面机械效率跟什么因素有关的实验装置。
实验时他用弹簧测力计拉着同一物块
沿粗糙程度相同的斜面向上做匀速直线运动。
实验的部分数据如下:
实验次数
斜面倾斜度
物块重量G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长s/m
机械效率
1
较缓
10
0.1
5.0
1
2
较陡
10
0.3
6.7
1
45%
3
最陡
10
0.5
8.4
1
60%
⑴小明探究的是斜面的机械效率跟_______的关系。
在第1次实验中,斜面的机械效率为,物块和斜面的内能增加了约__.
⑵分析表格中数据可以得出结论:
在斜面粗糙程度相同时,斜面越陡,机械效率越。
若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系,应保持______不变。
(3)在第1次实验中物体和斜面间的摩擦力为____N。
(4)若要探究斜面机械效率跟物重的关系,应保持__________________________________不变。
(5)若要探究斜面机械效率跟斜面的粗糙程度的关系,需增加的器材有_______________________。
(6)从表中还能得到的结论:
____________________________________________________________。
⑴斜面的倾斜程度20%4⑵高斜面的倾斜程度(3)5
(4)斜面的倾斜程度和斜面的粗糙程度(5)毛巾、棉布、玻璃板等
(6)使用斜面省力;斜面的粗糙程度一定时,当斜面越平缓时,越省力;使用斜面不省功
斜面在我们生活中的应用有(盘山公路)。
简单机械综合练习
一、选择题
1、在你学过的简单机械里,既可以省力又可费力的机械是()
A.杠杆B.定滑轮C.斜面D.滑轮组
2、如图所示,使用中属于费力杠杆的工具是()
3、图所示的简单机械,在使用中属于费力杠杆的是()
4、如图所示是安置在公路收费站栏杆的示意图,当在A处施加一个力时,可将栏杆逆时针拉起来,
它是一根()
A.省力杠杆;B.费力杠杆;C.等臂杠杆;D.无法确定。
5、分别沿如图所示的四个方向用力,其中最省力的是()
A.沿F1方向B.沿F2方向C.沿F3方向D.沿F4方向
6、在图中,要将一圆柱体重物推上台阶,最小的作用力应是()
A.F1B.F2 C.F3D.F4
7、下列各图中利用了动滑轮的是()
A
B
C
D
8、用图所示的四种机械提起同一重物,不计机械自重和摩擦,最省力的是()
9、同一物体沿相同水平地面被匀速移动,如下图所示,拉力分别为F甲、F乙、、F丙,不记滑轮与轻绳
间的摩擦,比较它们的大小,则()
A、F甲<F乙、<F丙B、F甲>F乙、>F丙C、F甲>F乙、=F丙D、F甲=F乙、>F丙
10、如图所示的杠杆处于平衡状态,若使弹黄秤的示数变为原来的1/2,杠杆仍
然保持平衡状态,可以采取哪些措施?
()
A、把弹簧秤向左移动一个小格
B、减少三个钩码
C、把钩码向左移动一个小格
D、把钩码向右移动一个小格
11、如图所示的各种情况中,用同样大小的力F将重物匀速提升,若不计摩擦和滑轮重,物重最大的是()
12、某同学设计了一种如图所示的简易电梯,由图可知()
A.A是动滑轮B.B是定滑轮
C.如果电动机向下拉动绳子,电梯厢将上升
D.电梯厢运动的速度与电动机拉绳的速度相等
13、
如图所示,作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力F,将杠杆缓慢地
由位置A拉至水平位置B,力F的大小在这个过程中的变化情况是()
A.变大B.变小C.不变D.先变大后变小
14、分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举到相同高度,做的有用功
A.杠杆最多. B.斜面最多C.滑轮组最多. D.一样多.
15、如图所示物体重G=180N,若将物体匀速提高h=2m,需要
用F=80N的拉力.则拉力F做的功和滑轮组的机械效率分别是
A.360J,75% B.480J,75% C.320J,88.9% D.480J,133%
16、如图所示,甲物重5N,乙物重3N,甲、乙均保持
静止状态,不计弹簧测力计自重。
则甲受到的合力和弹簧
测力计的示数分别是
A.0,3NB.0,5NC.2N,5ND.2N,3N
二、填空题
17、指出图中所列工具分别属于那种简单机械,剪刀;扳手;钻头。
18、观察图人们利用简单机械的情景。
其中,甲的目的是,乙的目的是。
19、一根杠杆,动力臂与阻力臂之比是5:
3,要使杠杆平衡,则动力和阻力之比为。
这是一个杠杆。
(省力、费力或等臂)
19、图甲所示的是现在比较流行的新型拖把,只需要用手在A处向上拉动即可把海绵拧干,非常方便卫生。
这里拉杆DAO是(选填省力或费力)杠杆。
从图乙海绵的形状变化可说明
20、如图所示,物体重力G=500N,滑轮重力10N,当物体G匀速上升
时,挂钩B承受拉力为500N,
挂钩A承受255N的拉力,拉力F为255N,若绳子自由端向上拉动2m,则物体
向上移
动1m。
(不计摩擦、不计滑轮重)。
21、如图所示,分别利用甲、乙两滑轮匀速提起重力均为50N的物体,其中甲装置为定
滑轮,它的优点是可以改变用力的方向
,若滑轮重力和摩擦均不计,分别用力FA、FB和
FC匀速提起重物时,FC=N2NN,且FA=FB(选填“>”、“=”或“
<”)。
22、已知物体在拉力F作用下处于静止,不计滑轮重,若物体重10N,则拉力F=N,
弹簧测力计示数为N。
23、如图所示装置中,不计两个滑轮的重力、绳子的重力、绳子与滑轮间的摩擦,拉力F作用时,
若弹簧秤甲的读数是12N,则弹簧秤乙的读数是12N,此时8N拉力F=。
三、作图题
24、两位同学利用左下图所示的可以绕O点自由转动的健身器材进行锻炼,甲同学竖直向下用力F1将另一端的乙同学拉起。
请画出拉力F1的力臂L1。
第24题图第25题图第26题图
25、如图所示,是一个Z形杠杆,请在图中画出力F对支点O的力臂L。
26、请在图中画出滑轮组最省力的绕线。
27、
(1)如图所示,一个绕O点转动的轻质杠杆处于静止状态,已知阻力F2及动力臂l1。
在图中补全阻力臂l2以及动力F1。
(2)轻质杠杆OA在力F1、F2的作用下处于静止状态,l2是F2的力臂。
在图中画出力F1的力臂l1和力F2。
(3)如图所示,杠杆在力F1、F2作用下处于平衡状态,l1为F1的力臂。
请在图中作出F2的力臂l2及力F1。
四、实验探究题
28、用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升.
(1)实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F为_______N,钩码总重G为1.0N,钩码上升
高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,则杠杆的机械效率为_______%.请写出使用该杠杆做
额外功的一个原因:
______________________________________.
(2)为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B
两点,测量并计算得到下表所示的两组数据:
次数
钩码悬挂点
钩码总重G/N
钩码移动距离h/m
拉力F/N
测力计移动距离s/m
机械效率η/%
1
A点
1.5
0.10
0.7
0.30
71.4
2
B点
2.0
0.15
1.2
0.30
83.3
根据表中数据,能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论?
答:
_______;请简要说明两条理由:
①_________________________________________;
②_________________________________________。
(1)0.566.7由于使用杠杆时需要克服摩擦做功
(2)不能①两次实验时钩码没有挂在同一位置②仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的
29、右图为测量滑轮组机械效率的实验装置,钩码总重6N.
(1)实验时要竖直向上拉动弹簧测力计,
(2)由图可知拉力大小为N,
(3)若钩码上升的高度为0.1m,所做的有用功是J.
(4)该滑轮组的机械效率为.(百分数表示,保留一位小数)
(5)若仅增加钩码的个数,该滑轮组的机械效率将____
(选填“增大”、“减小”或“不变”).
(1)匀速;
(2)2.4;(3)0.6;(4)83.3%;(5)增大
30、小明同学用如图所示的装置测定斜面的机械效率,实验记录结果
如下表:
实验
次数
斜面倾
斜程度
物体重
量G/N
斜面高
度h/m
沿斜面
拉力F/N
斜面长
S/m
有用功
W有/J
总功
W总/J
斜面的机
械效率η
1
较缓
5
0.1
1.5
1
0.5
1.5
33.3%
2
较陡
5
0.2
2
1
1
2
50%
3
较陡
10
0.2
4
1
2
4
50%
4
最陡
5
0.3
2.4
1
(1)根据表格中数据,第四次(最陡)实验的有用功是______J,总功是J,机械效率是______;
(2)分析数据可知,斜面越陡,机械效率_____________(选填“越高”、“越低”或“不变”);
(3)分析实验数据还可知道,斜面越陡越___________(选填“省力”或“费力”);
(4)分析实验数据还可知道,斜面的机械效率与物重_______(填“有关”或“无关”)
(5)第一次实验中,若拉力作用时间是5s,则拉力的功率是___________W。
(1)1.5;2.4;62.5%
(2)越高(3)费力(4)无关;(5)0.3
四、计算题
31、用图所示的滑轮组将重G=12N的物体匀速提升20cm,所用的拉力F=5N,忽略摩擦阻力。
求:
(1)所做的有用功;
(2)此时滑轮组的机械效率;
(3)当改为提升27N的重物时,该滑轮组的机械效率。
(1)W有=Gh=12N×0.2m=2.4J
(2)W总=FS=5N×3×0.2m=3Jη=W有/W总=2.4J/3J=80%
(3)G动=3F-G物=5N×3-12N=3NF1=(G物1+G动)/3=(27N+3N)/3=10N
η=W有/W总=Gh/FS=G/3F=27N/30N=90%
32、如图所示,斜面长S=10m,高h=4m.用沿斜面方向的推力F,将一个重为100N的物体由斜面底端A匀速推到顶端B.运动过程中物体克服摩擦力做了100J的功.求:
(1)运动过程中克服物体的重力做的功;
(2)斜面的机械效率;(3)推力F的大小.
(1)W有用=Gh=100N×4m=400J
(2)机械效率η=W有用/W总=W有用/(W有用+W额外)=400J/(400J+100J)=80%
(3)W总=FS,则F=(W有用+W额外)/S=(400J+100J)/10m=50N
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