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简单机械课堂笔记
第十一章简单机械和功
第一节杠杆
1.定义:
一根____棒,在力的作用下如果能绕着固定点______,这根硬棒叫做杠杆。
注意:
①杠杆是由硬棒和支点组成的,棒可以是直的,也可以是弯的,但必须是硬的。
②研究问题的方法:
模型法。
题型一:
判断杠杆
例1下列仪器或工具在使用过程中,利用了杠杆原理的一组是①量筒②剪刀③烧杯④试管夹⑤托盘天平⑥弹簧测力计()A.①②③B.②④⑤C.①③⑤D.④⑤⑥
2.五要素:
(1)支点:
杠杆绕着转动的________,用O表示。
(2)动力:
使__________的力,用F1表示。
(3)阻力:
__________的力,用F2表示。
(4)动力臂:
从____到__________的距离,用L1表示。
(5)阻力臂:
从_____到______________的距离,用L2表示。
注意:
①不论动力和阻力,都是杠杆所受的力,即杠杆是受力物体。
力臂是从支点到力的作用线的垂直距离,不能理解为支点到力的作用点的长度,且力臂不一定在杠杆上。
②如果力的作用线过支点,则力臂为0,该离对杠杆没有转动效果。
题型二:
作一般力的力臂例2
题型三:
已知力臂作力
3.探究杠杆平衡条件
(1)平衡条件:
杠杆平衡是指杠杆_______或__________。
(2)首先应调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在___________平衡,目的是___________。
(3)调节杠杆平衡的方法:
左高左调,右高右调。
(4)要改变钩码的数量和位置测三次,目的是____________________。
(5)每次操作都要求杠杆在水平位置平衡,目的是____________________。
(6)实验证明,杠杆的平衡条件是___。
表示为:
F1l1=F2l2即
。
杠杆平衡时,力和力臂成____比,即力臂越长,力就________。
题型三:
最小力的问题
例3如图所示的弯曲杠杆,AC=20cm,BO=40cm,OC=30cm,AC⊥CO,BO⊥CO,O为转轴.在B处挂一重为100N的重物,要求在A处作用一个最小的力F使杠杆平衡.请在图上画出这个力的方向并求出这个力的大小.
例4如图所示,在杠杆上施加一个力能使杠杆处于平衡状态,请准确地画出最小的力的示意图.
例5甲、乙、丙三个相同的杠杆,所挂的物体的物重相等,三个杠杆分别在力F1、F2、F3作用下处于平衡状态,那么这三个力中() A、F1最大B、F2最大C、F3最大D、F1、F2、F3一样大
例6在海南举办的大力士比赛中,有一个项目是把车轮推上台阶。
下面把车轮推上台阶的四种方法,推力的作用点相同,推力的方向不同,如图所示,则哪一种推法最省力
题型四:
利用F1L1=F2L2进行计算
例7有一根1m长的均匀木棍,左端挂6kg的物体,右端挂8kg的物体①要使木棍平衡,支点应选在什么位置?
②如果两端再各加2kg的物体,应怎样移动支点的位置?
例8如图3所示长1m重1.5N的均匀木板放在水平桌面上,木板左端离桌面沿4dm,上面挂一诱铒,若一重0.5N的老鼠偷吃食物,沿木板向左端爬去,当老箭爬过离桌沿______________dm时,木板会失去平衡,而使它落入桌子下面的水桶中。
例9如图20所示,OA是起重机的吊臂,可绕O点转动.在距O点6m远的B处吊有重3000N的物体.为保证吊臂在水平位置平衡,则绕过定滑轮斜向下的拉力F为_____N.将吊臂缓慢拉起,使用A点升高2m的过程中,拉力变______.(绳重、吊臂重、摩擦均不计)
例10如图所示,前后两人抬一个大而均匀的重木箱上楼.
①作出木箱的受力示意图;②以木箱重心为支点,画出每个力的力臂.比较两人用力F前F后.③要使两人用力相等,应怎样抬?
例11(提高)“塔吊”是建筑工地上普遍使用的起重设备.如图26,AB是竖直支架,CD是水平臂,期上OC段叫平衡臂,C端装有配重体,OD段叫吊臂,E处装有滑轮组,可在O、D两点间移动,滑轮组重力及摩擦忽略不计.OE=15m时,若用此“塔吊”能起吊重物的最大质量是0.8t,则当滑轮组移到D点(OD=25m)时能够安全起吊重物的最大质量是多少?
例12(提高)如图所示,均匀木棒AB长为1m,水平放置在O、O'两个支点上。
已知AO、O'B长度均为0.25m。
若把B端竖直向上稍微抬起一点距离,至少需要用力20N;若把B端竖直向下稍微压下一点距离,则至少需要用力A.20N B.40N C.60N D.8ON
题型五:
杠杆的重新平衡问题
例13如图杠杆处于平衡状态,若在两边的钩码下面,再各挂一个同样的钩码,则()
A.杠杆仍保持平衡B.杠杆B端下降C.杠杆A端下降D.无法判断
例14不等臂直杠杆在动力和阻力作用下,已处于平衡状态,采用下列办法不能使杠杆平衡的是()
A、在杠杆上再施加一个力,使这个力的作用线通过杠杆的中点,但不通过支点。
B、在杠杆上再施加一个力,使这个力的作用线通过支点
C、使动力和阻力同时减小到原来的1/2
D、使动力臂和阻力臂同时变为原来的2倍
例15挂在竖直墙壁上的石英钟,它的秒针在走动时会受到转轴处的摩擦阻力和重力的作用。
当石英钟内电池的电能将耗尽而停止走动时,其秒针往往停在表盘上的()
A.“3”的位置B.“6”的位置C.“9”的位置D.“12"的位置
题型五:
动力的变化问题
例16如图所示,一个直杠杆可绕轴O转动,在直杆的中点挂一重物,在杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力F,将直杆从竖直位置慢慢抬起到水平位置过程中,力F大小的变化情况是()
A.一直增大B.一直减小C.先增大后减小D.先减小后增大
例17一根直杆可绕轴O转动,在直杆的中点挂一重物,在杆的另一端施加一个方向始终杠杆垂直的力F,如图所示,当直杆从竖直位置慢慢抬到水平位置的过程中,力F的大小变化情况应是()
A.一直增大B.一直减小C.先增大后减小D.不变
例18用右图所示的杠杆提升重物,设作用在A端的力F始终竖直向下,在将重物慢慢提升到一定高度的过程中,F的大小将()A.保持不变B.逐渐变小C.逐渐变大D.先变大,后变小
例19如图所示,在“研究杠杆的平衡条件”的实验中,若实验时在杠杆的左端悬挂一个物体,右端用弹簧秤拉着,使杠杆在水平位置保持平衡,今握着弹簧秤缓慢地沿图中虚线的位置1移动到2(杠杆始终在水平位置保持平衡),则弹簧秤的示数()
A.不断增大B.先减小,后增大C.不断减小D.先增大,后减小
例20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:
A、GA>GBB、GA=GBC、GA 例21(提高)如图所示装置中,均匀木棒AB的A端固定在铰链上,悬线一端绕过一固定定滑轮,另一端用线套套在木棒上使棒保持水平。 现使线套逐渐向右移动,但始终使木棒保持水平,则悬线上的拉力T(棒和悬线足够长) A.逐渐变小B.逐渐变大 C.先逐渐变大,后又逐渐变小D.先逐渐变小,后又逐渐变大 题型六: 杠杆的平衡的实验 例22右图所示是探究杠杆平衡条件的实验装置。 (1)你认为杠杆两端螺母的作用是什么? ;若发现杠杆在使用前右端低左端高,要使它在水平位置平衡,应将杠杆右端的平衡螺母向调节;也可将杠杆左端的平衡螺母向调节;这样做是为了;此后在整个实验过程中,是否还要再旋动两侧的平衡螺母? 。 (2)若某次实验中用弹簧测力计竖直向上拉杠杆一端的A点,如图所示,杠杆平衡时弹簧测力计的示数为Fa,若在A点斜向上拉,杠杆要求在水平位置再次平衡时,弹簧测力计的示数为Fb,则FaFb (3)某同学进行正确的实验操作后,得到的数据为F1=: =6N、l1=20cm、F2=4N和l2=30cm。 该同学根据这些数据能否得出探究结论? _________。 理由是: _________________________________________________。 (4)使杠杆在倾斜一定角度的位置做实验,也能得出杠杆平衡条件。 这种实验方案与杠杆在水平位置做实验的方案相比较,你认为哪种实验方案好并说明理由: __________________________。 例23如图6所示,绳子OO′悬吊着质量忽略不计的杆,在杆的a点挂上重物G,在O右侧某点b处挂上钩码.重物G的质量及a到O的距离不变,要使杆保持水平,b点挂的钩码个数(各个钩码质量相同)和b到O的距离的关系是图7中哪一幅图 4.杠杆的应用 (1)杠杆的分类: ①省力杠杆: 动力臂______阻力臂的杠杆,杠杆平衡时F1_____F2。 特点: 省力但费_______; ②费力杠杆: 动力臂_____阻力臂的杠杆,杠杆平衡时,F1_____F2。 特点: 费力但省_______; ③等臂杠杆: 动力臂______阻力臂的杠杆,杠杆平衡时,F1____F2。 特点: 既不省力也不费力,既不省距离,也不费距离; 注意: 又省力又省距离的杠杆是______的。 (2)判断所使用的杠杆是省力还是费力 方法: 可利用杠杆平衡时,通过比较F1与F2的大小来比较;也可以通过比较动力臂l1与阻力臂l2的大小来确定。 题型七: 判断省力和费力杠杆 例24下列工具中: ⑴镊子;⑵羊角锤;⑶铡刀;⑷钳子;⑸理发剪刀;⑹裁衣剪刀;⑺天平;⑻大扫帚;⑼筷子;⑽剪铁皮的剪刀;⑾道钉撬;⑿火钳;⒀起重机的起重臂;⒁撬棒;⒂汽车的脚踏板.其中属于省力杠杆的是______________,属于等臂杠杆的是___________,属于费力杠杆的是_____________.(填序号) 例25园艺师傅使用如图所示的剪刀修剪树枝时,常把树枝尽量往剪刀轴O靠近,这样做的目的是为了() A.增大阻力臂,减小动力移动的距离B.减小动力臂,减小动力移动的距离 C.增大动力臂,省力D.减小阻力臂,省力 例26各式各样的剪刀都是一对对的杠杆.如图所示,要剪开铁皮,应该用最合适,剪纸或布时,应该用最合适.(选填对应的标号) 例27如图所示是古代战争中的“大炮”——抛石机,用它把大石块 抛出去,打击远处的敌人,它实际是一个() A.费力杠杆B.等臂杠杆C.省力杠杆D.斜面 例28人的前臂可以看成是以肘关节为支点的杠杆,当手托物件曲肘时,胳膊上的肱 二头肌对前臂施加一个动力,物件对前臂施加一个阻力, (1)前臂属于杠 杆,这种结构的处是。 (2)当将物件抬高时,阻力臂将(填“变小”、“变大”或“不变”) 例29观察图所示的指甲刀的结构图,其中分析正确的是 A.一个杠杆,且是省力杠杆 B.两个杠杆,一个省力杠杆,一个费力杠杆 C.三个杠杆,一个省力杠杆,两个费力杠杆 D.三个杠杆,一个费力杠杆,两个省力杠杆 第二节滑轮 1.定滑轮 (1)定义: 使用时滑轮时轴的位置,这种滑轮称为定滑轮; (2)特点: 使用定滑轮省力,但是可以改变_________。 (3)实质: 是一个______杠杆。 (在右侧画出杠杆示意图) ①FG②支点在 ③动力臂阻力臂④拉力的方向与重物移动的方向 ⑤如果改变F的方向,则FG (4)使用定滑轮的公式: FG,Sh. 注: S为绳子自由端移动的距离,h为物体上升的高度。 2.动滑轮 (1)定义: 使用时滑轮时轴的位置随被拉物体一起,这种滑轮称为动滑轮; (2)特点: 使用动滑轮能省,但改变动力的方向且距离。 (3)实质: 是一个杠杆。 (在右侧画出杠杆示意图) (不计动滑轮重力的情况下) ①FG②支点在 ③动力臂阻力臂④拉力的方向与重物移动的方向 ⑤如果改变F的方向,则FG (4)使用动滑轮的公式: FG,Sh.(不计动滑轮重力的情况下) 题型一: 判断滑轮类型 例1升国旗的旗杆顶上有个重要的装置是 A.定滑轮B.动滑轮C.滑轮组D.省力杠杆 例2下列各图中利用了动滑轮的是 例3如图是一个可以测人体重心位置的装置,取一块与自己等长的木板,一端固定,另一端用细绳通过滑轮悬挂起来,在绳子末端的托盘上放一些重物,使木板水平平衡。 如果人身高160cm、质量40kg,平躺到木板上后在托盘中再加上重为137.2N的物体,木板再次水平平衡。 (1)该装置中滑轮的作用是 (2)在测人体重心之前,先“在绳子末端的托盘上放一些重物,使木板水平平衡”,这样做的目的是 (3)请通过计算说明该同学的重心位置(g取10N/kg)。 题型二: 分析滑轮的受力情况 分析方法: (1)利用杠杆原理(滑轮特点) (2)利用平衡力(每段绳子上的拉力是相等的) 例4①如图1: FG ②如图2: Ff ③如图3: 若动滑轮重G动不计,拉力F 若动滑轮重G动不能忽略,那么拉力F ④如图4: 若动滑轮重G动不计,拉力F 若动滑轮重G动不能忽略,那么拉力F ⑤如图5: 拉力F;拉力F ⑥如图6: 拉力F;拉力F 例5如图,不计摩擦,绳重和滑轮重,若G=100N,F=_______N,若物体上升1米,动力作用点移动距离为__________米. 例6利用定滑轮提起重物,沿着如图13所示方向的F1、F2、F3来施力拉绳子时拉力大小的关系是F1______F2______F3(以上两空选填“=”或“≠”),这是因为F1、F2、F3的力臂________(选填“相等”或“不等”) 例7如图示为滑轮,用它提升重为100N的物体,则F1=N,F2=N,F3=N。 例8如图所示,物体重180N,绳重和摩擦不计.在拉力F的作用下,物体匀速上升了2米,.求: (1)不计动滑轮重,求拉力F; (2)若动滑轮重20N,求拉力F (3)绳自由端(F处)上升的距离 例9如图所示,重为50N的物体在力F的作用下,以2m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动,若物体与水平地面之间的摩擦力f为20N,不绳的摩擦 求 (1)拉力F (2)绳自由端移动的速度 例10如图所示,不计滑轮重及轮与轴之间的摩擦,用力F将重为40N的物体A匀速向左移动,A受到地面的摩擦力为5N, 求 (1)拉力F (2)绳自由端移动的速度 题型二: 探究定动滑轮特点的实验 例11某同学研究定滑轮的使用特点,他每次都匀速提起钩码,研究过程如下图,请仔细观察图中的操作和测量结果,然后归纳得出结论; (1).比较(a)(b)两图可知 (2).比较(b)(c)(d)可知 例12某小组同学研究动滑轮的使用特点,他们先用弹簧测力计缓慢提起钩码,如图5(a)所示,再分别用重力不同的动滑轮甲、乙、丙(G甲>G乙>G丙)缓慢提起相同钩码,如图9(b)、(c)、(d)所示。 请仔细观察图是的操作和弹簧测力计的示数,然后归纳得出结论。 (1).比较图9(a)与(b)[或(a)与(c),或(a)与(d)]两图可得: _________________________; (2).比较图9(b)与(c)与(d)三图可得____________________________________________。 例13 (1).在探究定滑轮的实验中,某人所做实验如图所示,他发现F明显小于G,你认为其原因是什么? 你准备如何来改进实验? (2).在探究动滑轮的实验中,某人发现F明显大于G/2,你准备如何改进实验,使F更接近于G/2? 3.滑轮组 (1)定义: 将定滑轮和动滑轮组合在一起的组合装置称为滑轮组。 (2)特点: 既能省力又能改变力的方向但费距离。 (3)判断方法: 重物和动滑轮的重力由几段绳子承担,提起重物所用力就是物重的。 (4)使用滑轮组的公式: FG,Sh. 题型三: 数绳子段数判断F的大小 例14如图所示,已知物体重200牛,受到的摩擦力为80牛,物体匀速移动1米,不计滑轮重,则: ( ) A.拉力为80牛 B.拉力为40牛; C.绳的自由端拉出4米 D.绳的自由端拉出1米。 例15一名体重为500N的举重运动员,他最大能提供向上的拉力为1200N.如他站在地面上,利用图5所示的装置来提升重物,在给定的以下四个物体中,他站在地面上所能匀速提起的最重的物体可能是() A、重500N的物体B、重900N的物体 C、重1200N的物体D、重2300N的物体 例16如图滑轮重不计,若拉力F为4N,则甲弹簧测力计示数为N,乙弹簧测力计示数为N。 例17(提高)如图,A重为100N,B和动滑轮总重为40N且以2米每秒下降,则A受到的摩擦力为__________N,A移动的速度为__________米每秒.若要使A匀速向左移动,则必须施加一个向左的___________N的拉力。 例18(提高)已知重500N的人站在2500N的船上,如图,当他用50N的力拉绳时,船做匀速直线运动,则船所受阻力为__________ 例19(提高)如图所示,吊篮的重力为400牛,动滑轮重力为50牛,定滑轮重力为40牛,人的重力为600牛,人在吊篮里拉着绳子不动时需用力: () A.218牛B.220牛C.210牛D.236牛 题型四: 简单滑轮组的设计与组装 组装口诀: 奇动偶定,由里向外(绕)。 ①求出承担总重的绳子段数n。 ②判定绳子固定端位置: n为偶数,绳子固定在_____滑轮上;n为奇数,绳子固定在______滑轮上。 ③确定动、定滑轮的个数。 ④画图。 例20按照要求组装下列滑轮组。 (动滑轮自重不计) 例21在图中画出滑轮组的绳的绕法。 例22画出图c中最省力的绕绳方法。 例23若拉力F将绳子的自由端移动1.5m时,重物升高0.5m,请你在图中画出绳子绕法。 第三节功 1.定义: 如果一个力作用在物体上,使物体沿着_____的方向通过了_____,我们就说这个力对物体做了功。 2.两个必要因素: (1)是作用在物体上的_____, (2)是物体在________方向上通过的距离。 注意: 在下列三种情况下,力对物体没有做功。 ①物体没有受到力的作用,但因为惯性通过一段距离,也就没有什么力做功。 (有S无F) ②物体受力的作用,但没有移动距离。 (有F无S) ③物体受到了力的作用,同时也运动了一段路程,但力的方向与运动方向垂直。 (F垂直S) 题型一: 判断物体是否做功 例1下列说法中正确的是() A.用手从地面提起水桶,手的拉力对水桶做了功 B.提着水桶在路面上水平向前移动一段路程,手的拉力对水桶做了功 C.抛出手的铅球在空中向前运动的过程中,推力对它做了功 D.用力推一辆汽车,汽车静止不动,推力在这个过程中对汽车做了功 例2一木块重30N,在大小为10N的水平拉力作用下,10s内沿水平地面匀速前进5m,则重力对木块做的功是()A.0JB.150JC.50JD.200J 3.计算公式: 功等于___跟物体在____________的乘积。 功的计算公式是W=_______。 注意: ①要明确是哪个力对哪个物体做功。 ②公式中的F是,公式中的s是。 4.单位: 在国际单位制中,功的单位是_____,符号是_____。 1J=1N·m 题型二: 功的计算 例3运动员用200N推一个重50N的铅球,人对铅球做功为____________;铅球离开手以后在空中飞行过程中人对它做功为_____。 例4如果枪膛长30cm,火药在枪膛内对子弹的推力是100N,子弹离开枪膛后前进了50m,则火药对子弹所做的功是J。 例5(提高)绳子的—端固定,另一端绕过一重为G的油桶,在绳子的自由端大小不变的水平拉力下,使油桶沿水平地面匀速滚动了一段距离s,在此过程中,拉力F所做的功为() A、FsB、GsC、2FsD、(G+F)s 例6物体A在拉力作用下沿同一水平面匀速运动了一段距离,如图所示,试比较拉力F1、F2及拉力所做的功W1、W2的大小(滑轮重、绳重及绳与滑轮间摩擦不计)() 5.功的原理 功的原理的两种表述方式: (适用于理想机械) ①使用机械时,人们所做的功,等于不用机械而直接用手做的功。 ②使用任何机械都不省功。 题型三: 利用功的原理解题 例7例8例9 第四节功率 1.意义: 表示物体做功_____的物理量。 2.定义: _______________________________________。 3.公式: P= 推导公式: P= =F·v。 (以速度v匀速运动时) 注: 汽车上坡时减速是为了_________。 (知识对比)骑自行车加速上坡是为了_____________。 4.单位及换算: 功率的单位是______,还常用_______,_______。 1MW=kW1kW=W,1W=J/s 5.比较功率大小的方法 (1)时间相同比做功; (2)做功相同比时间;(3)用单位时间内做的功比较(公式)。 6.估测上楼时的功率 (1)比较上楼时的功率有三种方案 (2)估测功率的公式: P= =_____=_____ (3)需要测量的物理量: m用_____测,h用_____测,t用_____测。 题型一: 一般的功率计算 例1中考体育跳绳项目测试中,小明同学在lmin内跳了120次,则他跳绳时的功率大约是() A.0.5WB.5WC.50WD.500W 例2一个物体由A点自由下落时,相继经过B、C两点,如图所示,已知AB=BC,物体在AB段 重力做功W1,功率P1;在BC段重力做功W2,功率P2,则下列关系正确的是() A.W1=W2,P1>P2B.W1=W2,P1=P2C.W1=W2,P1 例3要粗测小明同学做“引体向上”时的功率。 下面所列的物理量中,不需要测量的是( ) A.他的质量 B.单杠的高度 C.每次身体上升的高度 D.做“引体向上”的时间 例4如图所示的滑轮组,绳与滑轮间的摩擦不计。 将质量为3kg的物体A放在粗糙的水平面上,以1m/s的速度匀速拉动时受到的摩擦力f=G/10,则物体的重力为N;在2s内物体移动的距离为m;拉力F为N;在2s内物体移动的距离为m;拉力F为______N;拉力F的功率为W。 例5如图所示,物体A以0.5m/s的速度在水平面上做匀速直线运动,此时弹簧测力计的读数为2N,物体A受到的摩擦力为_____N,2S内拉力F所做的功W=_____J,拉力F做功的功率为______W. 题型二: 利用P=F·v的功率计算 例6(提高)某驾驶员为了粗略测定汽车上货物的质量,采用了这样的办法: 让一辆汽车以不变的输出功率P沿一段平直公路匀速行驶,从速度表上读出此时汽车的速度为v。 如果汽车运动时受到的阻力与整车重力成正比,比例系数为k,已知汽车自身的质量为M,车上货物的质量设为m。 (1)求货物的质量m; (2)如果减少货物质量,使整辆车的质量变为原来整辆车质量的9/10,而汽车的输出功率仍为P,汽车原来沿一段平直公路匀速行驶需要10min。 那么,减少质量后,汽车匀速经过同一路段需要多少时间? 第五节机械效率 1.有用功,额外功和总功 (1)定义 有用功: _______________________________________。 () 额外功: _
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