第十章 机械与人复习.docx
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第十章机械与人复习
第十章机械与人复习(杠杆)
考点一、杠杆模型-杠杆五要素作图
1.一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点转动,这根硬棒就是杠杆。
说明:
①杠杆可直可曲,形状任意。
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.杠杆的五要素
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。
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。
用字母L1表示。
⑤阻力臂:
从支点到阻力作用线的距离。
用字母L2表示。
什么是力臂?
最长力臂的条件是力的作用点在杠杆上离支点最远;从支点到力的作用线的距离最长
3.力臂的画法:
一找点、二画(延)线、三垂线、四标注
⑴找支点O(找准支点);⑵画力的作用线(力的作用线实线—延长线虚线);⑶画力臂(虚线,过支点垂直力的作用线作垂线);⑷标力臂(标注垂足符号;标注大括号;标注力臂符号L1或L2)。
例1 如图所示为吊车起吊货物的工作示意图,请在图中画出动力、阻力和阻力臂.
例2 如图所示,活塞式抽水机AOB部分可视为杠杆,O为支点,当与连杆相连的B点向上运动时,画出作用在手柄A点的最小动力F1及动力臂l1和B点所受的阻力F2.
练一练:
1.找出下列杠杆的五要素并画出其力臂。
练一练:
2.找出下列杠杆的五要素并画出其力臂。
变式练习:
1.
(1)在A图杠杆中,画出B处最省力的用力方向。
(2)在B图杠杆中,画出阻力的作用点和方向。
2.按下列要求作图.
(1)如果将如图甲所示的斜拉索桥梁的结构进行简化,取其部分抽象成如图乙所示的模型,O为支点,请在简化后的模型中标出拉力F1的力臂l1和F2的力臂l2.
(2)请在图丙中画出用羊角锤起钉时所用的最小力F.(要求保留作图痕迹)(3)许多居民楼墙外用铁三角架搁放空调主机,如图乙所示,要使铁架较为牢固、安全.应把主机放在A处还是B处,请你在选择的主机上画出它的重力示意图和重力对O点的力臂.
考点二杠杆平衡条件实验
在研究杠杆的平衡条件的实验中:
杠杆平衡是指:
杠杆静止或匀速转动。
命题点:
1.平衡螺母的调节(①实验前遵循“螺母向高端调”;②实验过程中不能再调节平衡螺母);2.选择杠杆中间为支点的原因(减小杠杆自重对实验的影响);3.调节杠杆在水平位置平衡的目的(方便直接读出杠杆的力臂);
4.弹簧测力计从竖直拉杠杆变成倾斜拉杠杆时示数的变化(示数变大,因为拉力力臂变小);5.杠杆平衡条件的应用(①杠杆平衡时,两边增减砝码后判断杠杆能否再次平衡;②力或力臂的计算)
实验结论:
杠杆的平衡条件:
动力×动力臂=阻力×阻力臂,即F1L1=F2L2.
【例题】(2017莱芜)在探究“杠杆平衡条件”的实验中,采用了如图所示的实验装置:
(1)实验前,小明同学发现实验处于如图甲所示的状态,使用时,首先应将杠杆两端的平衡螺母向___(选填“左”或“右”)调节,使杠杆在水平位置平衡,这样做的好处是_____________.
(2)把图乙中A点的钩码取下,在A点用弹簧测力计施加一个竖直向下的拉力F时,杠杆仍能在水平位置平衡,如图丙所示.当拉力F向左倾斜时,要保持杠杆仍在水平位置平衡,则拉力F将____(选填“变大”、“变小”或“不变”).
(3)小红同学采用了图丁所示的装置进行探究,发现当杠杆水平平衡时,与其他同学得出的正确的杠杆平衡条件不相符,其可能的原因是__________________________.
(4)实验操作中如果中轴线位置摩擦较大,会干扰甚至影响实验的顺利进行,减小中轴处摩擦的可行方法是_________.
(5)如图乙所示,若将杠杆两侧同时去掉一个钩码,则杠杆____端将下沉(选填“左”或“右”).
(6)实验过程中,小明发现钩码不够,于是通过调节平衡螺母使杠杆平衡.他的做法______.理由是___________.
(7)实验小组在正确操作过程中,得出的实验数据如下表.小明同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是:
动力+动力臂=阻力+阻力臂;小华同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是:
动力×动力臂=阻力×阻力臂.两个同学都认为自己是对的,对方是错误的.那么你认为他们中正确的应该是_____同学.原因是______________________________________.
(8)实验小组在正确操作过程中,得出的实验数据如下表.其中记录数据有误的是_____。
(填序号)
实验次数
动力F1/N
动力臂l1/cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
1
2
5
5
2
2
3
6
6
3
3
4
2
2
4
4
3
4
2
6
5
3
6
9
2
6
4
4
2
4
【练习巩固】:
1.
(1)实验前:
应调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。
这样做的目的是:
可以方便的从杠杆上量出力臂。
实验前没有挂钩码时发现杠杆左端下倾,应将横梁右端的螺母向边旋一些,或将横梁左端的螺母向边旋一些,使杠杆水平平衡.
(2)实验时准备了10个相同的钩码,杠杆上每格等距,当在A点挂4个钩码时(图甲),怎样挂钩码可以使杠杆在水平位置平衡?
(请设计方案)
(3)下列是某同学实验时记录的部分数据,请在空格处填上适当的数据.
实验次数
动力/N
动力臂/cm
阻力/N
阻力臂/cm
1
2.5
4
20
2
5
1.5
10
3
6
3
8
(4)如果实验正确无误,该同学所得的实验结论是·他想用弹簧测力计验证杠杆平衡条件,如图乙所示,他发现F·OB和G·OA并不相等,其原因是
(5)小明和小华合作做“研究杠杆平衡条件”的实验.
①实验时,小明先调节杠杆在水平位置平衡,你认为这样做的好处是
②小华将4个重为0.5N的钩码挂在杠杆左端后,又将弹簧测力计钩在杠杆A处的细线上,如图丙所示,要使杠杆在水平位置平衡,且弹簧测力计示数最小,则小华应沿方向拉弹簧测力计.在此情况下,小华读出弹簧测力计示数为4.2N.小明和小华对实验数据分析后得到的结论是:
在误差允许范围内,动力×动力臂=阻力×阻力臂.你认为他们这样就得出结论是否合理?
.简述理由:
·
考点三力臂及杠杆平衡条件的应用
1.三类杠杆:
名称
结构特征
特点
应用举例
省力杠杆
动力臂大于阻力臂
省力、费距离
撬棒、铡刀、动滑轮、羊角锤、钢丝钳、手推车、花枝剪刀
费力杠杆
动力臂小于阻力臂
费力、省距离
缝纫机踏板、起重臂、人的前臂、理发剪刀、钓鱼竿
等臂杠杆
动力臂等于阻力臂
不省(费)力、距离
天平、定滑轮
说明:
省力杠杆、费力杠杆判别的“土方法”:
徒手就能完成的工作,选择杠杆基本上是费力杠杆。
徒手无法完成的工作,此时使用杠杆——目的基本上是省力杠杆。
例题:
如图所示的几种杠杆类工具,在使用时属于省力杠杆的是()
【针对训练】
1.下列杠杆中,属于省力杠杆的是( )
2.在杠杆的两侧分别挂两个物体,当杠杆平衡时( )
A.两个物体的质量相等B.两个物体受到的重力相等C.两个物体距支点的距离相等D.杠杆两侧受到的力与对应的力臂的乘积相等
3.如图所示,所使用的杠杆属于费力杠杆的是( )
4.在下图的杠杆中,有可能平衡的是( )
【杆秤原理的研究】
思考1.杆秤上的刻度线是否均匀分布?
2.长期使用秤砣生锈对测量结果有什么影响?
3.有一种双提钮杆秤,双提钮的作用是什么?
【平衡要素的计算】
例、扁担长2m,两端物体的质量分别为50kg和30kg。
若不考虑扁担的重力。
人的肩头应在什么位置,扁担才平衡?
1.计算大象的质量?
【动态平衡的分析】
例、如图,质量可忽略的杠杆上所标的每一格长度都是相等的,0为支点,杠杆两边所挂的每一个钩码均相同,杠杆在水平位置平衡。
在下列情况下,杠杆仍在水平位置保持平衡的是()
A.两边都减少一个钩码B.两边的钩码下各加挂一个相同的钩码
C.左边钩码向右移一格,右边钩码同时向左移一格D.右边加挂一个相同钩码,左边钩码同时向左移一格
例、如图所示,一个轻质杠杆可绕轴O转动,在直杆的中点挂一重物,在杆的另一端施加一个动力F且始终与杠杆垂直,在将杠杆缓慢地由位置A拉到位置B的过程中,力F( )A.一直增大B.一直减小C.保持不变D.先变大后变小
例、如图所示,在一个轻质杠杆的中点挂一重物,在杆的另一端施加一个动力F,使杠杆保持平衡,然后向右转动F至水平方向,这一过程中F变化情况是()A.一直增大B.一直减小C.先变小后变大D.先变大后变小
【最小动力的确定】
【方法】
1.合理确定支点O和动力作用点;2.连线支点和动力作用点为最大动力臂;
3.作动力作用线,判断阻力作用效果;4.根据“顺逆原则”确定动力方向。
【针对训练】
1.不法商贩在商品交易中,把标准秤砣换成质量稍小的秤砣,则称出物品的读数比真实质量偏(填“大”或“小”).
2.如图所示,某人用一根轻质木棒挑着重为120N的物体站在水平地面上,木棒保持水平,棒AB长为1.2m,重物悬挂处离肩膀距离BO为0.8m,则手在A端对木棒竖直向下的作用力大小为N.
3.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拉至位置B,力F在这个过程中()
A.变大B.变小C.不变D.先变大,后变小
4.如图所示,杠杆AOB的A端挂重为G。
的物体,B端挂重为G的物体,杠杆平衡时AO处于水平位置,若AO=BO,杠杆自重不计,则GA和GB的大小关系是、GAGB.
第十章机械与人复习(滑轮)
考点一动、定滑轮及滑轮组的特点
滑轮在工作时,根据滑轮是否跟随物体移动,分为定滑轮和动滑轮两种。
不随物体移动的滑轮,叫定滑轮。
三种使用方式:
使用
定滑轮
动滑轮
滑轮组(定滑轮+动滑轮)
结构
实质
相当于等臂杠杆
相当于动力臂是阻力臂的2倍的杠杆
复杂机械
省力
不省力(F拉=G物)
省一半力(F拉=1/2G物)
兼顾省力和改变用力方向
省距离
不省距离(s=h)
多用2倍的距离(s=2h)
既省力又可以改变用力方向
使用好处
改变用力方向
省力
省力
【针对训练】
1.用三个方向不同的力拉起同一个物体,不计摩擦,则()A.F1最小B.F2最小C.F3最小D.一样大
2.关于滑轮,下面说法中错误的是( )
A.定滑轮可以改变力的方向,但不能省力B.动滑轮可以省力,但不能改变力的方向
C.滑轮组可以省力,也可以改变力的方向D.滑轮组可以省力,也可以同时省距离
3.如图,弹簧测力计读数是8N,不计滑轮重及摩擦,则( )
A.拉力F是8N,物重G是8NB.拉力F是16N,物重G是16NC.拉力F是8N,物重G是16ND.拉力F是16N,物重G是8N
4.将两个滑轮装配成如图样子,用力F拉动绳端时,物体会向移动。
其中A是滑轮,B是滑轮。
5.如图,升国旗用的旗杆顶上安装滑轮是为了,而吊车上使用滑轮组主要是为了。
6.两个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组,每个滑轮重为30N。
用这个滑轮组把重300N的物体匀速提升2m,不计绳重及摩擦,则拉力F是N;绳子末端被拉下的长度是m。
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组—绕线规律:
偶数滑轮固定在定滑轮上或动滑轮上;奇数滑轮固定在少的那边。
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组--n的确定:
方法:
在定滑轮与动滑轮之间横切一刀,然后数吊着动滑轮的绳子股数
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组–距离关系:
S=nhVs=nVh(S→绳子自由段移动的距离。
h→物体物体移动的距离。
)
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组–力的关系(竖直提克服重力做功)
不计摩擦,不计绳重:
(G总=G物+G动)G动=nF拉−G物实际滑轮:
F拉=G物/ηn
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组–力的关系(水平拉克服摩擦力做功)
不计摩擦,不计绳重,此时都不计动滑轮的重:
F拉=1/n×f实际滑轮:
F拉=f/nη
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组–非常规滑轮受力分析
例:
如图,物重G=40牛,绳的一端固定在地上当滑轮在力F的作用下均匀上升时,若滑轮重和摩擦不计,则力F为牛,若F向上移动10厘米,则物体上升厘米。
方法总结:
1.找好对应关系:
2.选取研究对象,进行受力分析,利用二力平衡解决。
注意:
同一根绳子上的拉力处处相等。
例题1.如图所示,利用滑轮组把物体举高,用力的方向应向____。
如果动滑轮重2牛,要提起40牛的物体,至少要用__牛的拉力。
若要使物体上升2米,应将绳的自由端拉动____米。
若物体以0.2m/s的速度向上运动,则绳的自由端移动的速度是。
(不计绳重和摩擦)
例题2.在水平桌面上放一个200N的重物,现用如图所示装置将物体匀速拉动,物体与桌面的摩擦力是48N,不考虑滑轮重力和滑轮与绳间摩擦,水平拉力F为______N。
若绳子自由端移动速度为0.6m/s,则物体移动速度为。
【针对训练】
1.如图,三个滑轮下悬挂的重物的质量相等。
若滑轮、绳的重力及滑轮与轴的摩擦忽略不计,则F1、F2、F3的关系为( )A.F1=F2=F3B.F1>F2>F3C.F2>F3>F1D.F3>F1>F2
2.如图,木箱重300N,与地面摩擦力是60N,要让木箱匀速运动,拉力F是( )A.360NB.180NC.120ND.20N
3.如图所示,用四个滑轮组分别匀速提升重力相同的物体,若不计滑轮重、绳重及摩擦,其中用力最大的是( )
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组–作图
偶数滑轮组的两种绕法:
较省力的绕法
固定在定滑轮上
n=滑轮个数
能改变用力方向
最省力的绕法
固定在动滑轮上
n=滑轮个数+1
不能改变用力方向
奇数滑轮组只有一种绕法:
固定在滑轮少的那边。
例题1.请在图中画出用滑轮组提升重物最省力的绕绳方法。
例
4
5
6
练习:
站在地上的工人将货物提起,在图中画出滑轮组的绕线。
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组–作图设计滑轮组
1.如何确定绳子股数?
1)根据S与h的关系确定:
n=S/h2)根据G与F的关系确定:
n=(G物+G动)/F拉
2.如何确定动滑轮和定滑轮个数?
滑轮个数:
滑轮个数=n或n-1
3.如何确绳子绕法?
奇定偶动
例题2.缠绕滑轮的绳子能承受的最大拉力为300牛,用它连接成如图的滑轮组,能否提升重为600牛的重物?
应采取什么办法才能提的起?
画出其绕线。
(已知动滑轮重20牛,摩擦及绳的重力不计)
变式练习:
1.人站在二楼阳台上,要将楼下500N的重物拉上来,绳子的最大承重是300N,动滑轮每个重50N,应怎样设计滑轮组,能将重物提起且使用滑轮的个数最少(摩擦及绳子重不计)?
2.画一个滑轮组,使拉力是物体重G的1/3,人的拉力方向向下,要求所用的滑轮最少。
(不计滑轮重力和摩擦力)
3.一人站在地面上要把2500N的物体吊到高处,现有一条能承受1500N拉力的绳子,人重650N,每个动滑轮重25N。
问:
怎么选配滑轮的个数最少,画出装配图。
(不计绳重及绳子摩擦)
4.山东如图装置绳重及摩擦不计。
装卸工人将重为800N的货物提至高处,人对绳的拉力F1为500N,货物在1min内匀速上升了5m。
画出绕法;求出动滑轮重;自由端移动距离。
5.广州如图人以600N的力向下拉动绕在滑轮组的绳子一端向下移动了1.5m、重物匀速上升了0.5m,动滑轮重60N。
不计摩擦。
求:
被吊起的重物质量多大?
按题意画出滑轮组的绕绳.
6.站在地面上的人想用尽可能小的力提升水桶.请在图中画出滑轮组绳子的绕法.
一、定滑轮、动滑轮和滑轮组--受力分析
以滑轮为研究对象进行受力分析,对非常规使用滑轮特别有效。
例:
如图所示,物体A重100牛,在水平拉力F的作用下,匀速前进了2米,此时弹簧测力计的示数为10牛(不计滑轮重及滑轮间的摩擦),则:
拉力F为( )牛;绳子自由端通过的距离为( )米;A所受的摩擦阻力为( )牛。
注意:
同一根绳子上的拉力处处相等,方向则相对于研究对象来画,因为力的作用是相互的。
【针对训练】1.如图T5-1所示,水平桌面上放一重100N的物体A,A与桌面的摩擦力为40N,当用力F拉绳子的自由端使A匀速运动时,拉力F的大小为(不计滑轮摩擦及重力)( )A.20NB.50NC.60ND.70N
2.如图5所示,重600N的人站在重5400N的船上,通过滑轮把船匀速拉向岸边。
人拉绳的力为500N,人和船相对静止。
不计绳重和滑轮处摩擦,船受到水的阻力为()A.500NB.1000NC.2500ND.3000N
3.如图所示,物体的重均为20N,物体与地面间的摩擦力为4N,若这物体分别在水平拉力Fl、F2、F3的作用下沿水平面做匀速直线运动,则拉力Fl=N,F2=N,F3=N.
考点二、滑轮组机械效率的计算—概念
机械效率—η:
反映机械做功效率的物理量.有用功在总功中所占的比例称为机械效率。
η总小于1
有用功:
直接对物体做的功。
W有=G物h——竖直提升物体,克服重力做功;W有=fs——水平移动物体,克服摩擦做功
总功:
使用机械后人做的功。
W总=F拉s——拉力做功;W总=P拉t——电动机等做功例:
如人拉绳子做的功;车辆发动机做的功等
二、滑轮组机械效率的计算--公式
学会区分有用功、总功
例1.工人师傅用动轮组将重500N货物提升到3m高楼顶。
实际上,工人师傅做的功只有总功。
有用功、额外功都是理论分析出来的。
并不能分开单独做。
例2.起重机在5s内将重500N货物提升到3m高楼顶。
此过程中起重机的功率是1000W。
二、滑轮组机械效率的计算—测量
①原理:
②应测物理量:
钩码的总重力G、钩码提升的高度h、弹簧测力计拉力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操作细节:
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大小的主要因素有:
A、动滑轮越重,个数越多——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; D、绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
例(’14雅安)某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表所示,实验装置如图所示.
实验次数
物理量
1
2
3
钩码重G/N
4
4
6
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
0.1
绳端拉力F/N
1.8
1.6
2.4
绳端移动距离s/m
0.3
0.4
机械效率η
74.1%
62.5%
(1)实验中应沿竖直方向____________拉动弹簧测力计,使钩码上升.
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用_______(选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验.
(3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论:
使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率_______(选填“越高”、“不变”或“越低”).
(4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验,表中第3次实验中空缺的数据应为:
绳端移动距离s=______m,机械效率η=_______.
(5)比较第1次实验和第3次实验数据可得出结论:
使用同一滑轮组,_____________________________.
练习题1.用如图所示器材测滑轮组的机械效率.
(1)在图上画出滑轮组最省力的绕线方式.
拉力F/N
拉弹簧测力计的线端通过距离s/m
有用功W有用/J
总功W总/J
0.6
0.4
0.3
0.24
(2)安装好实验器材后,记下钩码和拴住弹簧测力计的线端原先的位置.
(3)某同学正确测得钩码上升的高度为0.2m,钩码重1.5N,其他被测和计算的数据如下表:
上表中肯定错误的数据是______和_______.
(4)若用上述装置提起重1.5N的钩码.机械效率为η1;提起重3N的钩码,机械效率为η2,则η1_____η2(选填“>”、“<”或“=”).
2.小雪和小红在“测滑轮组机械效率”的实验中,一起组装好如图所示的实验装置,他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置.
(1)小红向上拉动弹簧测力计,使钩码升高,并由弹簧测力计读出拉力为0.5N.同时,小雪用刻度尺测出钩码提升的高度为0.1m.以上测量准确无误,其他被测物理量和计算的数据如下表所示.
钩码重/N
弹簧测力计提升的高度
有用功/J
总功/J
机械效率
2
0.4
0.2
0.2
100%
(2)小雪和小红测得滑轮组的机械效率为100%,他们意识到出现了错误,请你帮助找出原因:
.
(3)该滑轮组的机械效率实际为.
(4)若提升的钩码重增加到6N,则该滑轮组的机械效率将(填“变大”、“变小”或“不变”).
类型一:
般机械效率计算
例1.如图所示,用滑轮组把重为270N的货物匀速提到1m高的楼上,所用拉力100N,则有用功、总功和滑轮组的机械效率分别是___、___、__
【竖直提适应性训练】
1.一物体质量为18kg,其所受重力为N.如图所示,小明用定滑轮将该物体在4s内匀速提高2m.所用拉力为200N.此过程中,小明做的有用功是J,定滑轮的机械效率是,(取g=10N/kg)
2.工人用滑轮组将一重60N物块匀速提升到5m的高度,施加的拉力是40N。
则绳子末端被拉出m。
在此过程中,工人做的有用功是J,总功是J。
该滑轮组的机械效率是。
3.用滑轮组将一个重为5N的物体匀速提升10cm,由图可知,绳端受到的拉力F为N,绳端移动的距离s为cm,滑轮组的机械效率η为。
4.小明同学用如图所示的装置测滑轮的机械效率,当弹簧测力计竖直上拉,匀速提升一个钩码时,弹簧测力计的示数正好等于钩码的重,滑轮的机械效率为。
【水平拉适应性训练】
5.如图是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图。
已知货物的质量为600kg,所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍,滑轮组的机械效率为75%.若人以0.5m/s的速度匀速前行,经100s将货物拉出仓库.求过程中:
(g取10N/kg)
(1)人做的有用功为多大?
(2)人的拉力为多大?
(3)人拉力的功率为多大?
例2.
1.
2.
6.如图所示,在拉力F的作用下,重80N的物块A正以0.2m/s的速度在水平面上做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数为20N,该装置的机械效率为80%,则:
拉力F的大小为 ____ N;拉力F做功的功率为 _______ W.
类型二:
涉及动滑轮重力的机械效率计
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- 第十章 机械与人复习 第十 机械 复习