初三一轮复习11简单机械与机械效率.docx
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初三一轮复习11简单机械与机械效率
名言
简单机械与机械效率
本章中考知识目标:
了解杠杆、力臂的概念、杠杆平衡条件,了解定滑轮、动滑轮和滑轮组的作用,了解有用功、额外功、总功和机械效率,会运用杠杆平衡条件解决有关问题,会运用机械效率公式解决有关问题。
中考年份
2013
2012
2011
2010
2009
所占分值
0分
6分
2分
4分
7分
考试题型
无
填空、实验
单选
单选、实验
单选、实验
杠杆可以是直的也可以是弯的
力臂的画法:
先找出支点,再延长力所在的作用线,最后作支点到力所在的延长线的垂线,该垂直线段即为力臂。
学海拾贝
你知道吗?
1、杠杆与杠杆的平衡
a.杠杆:
在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒
杠杆的五要素:
支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂
b.杠杆的平衡:
杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动
杠杆的平衡条件:
动力F1×动力臂L1=阻力F2×阻力臂L2,即F1L1=F2L2
①当L1=L2时,F1=F2,此时该杠杆称为等臂杠杆
如天平
②当L1>L2时,F1 如: 门、撬棒、扳手、钳子、普通剪刀、指甲刀、拔钉器 ③当L1 如: 筷子、镊子、钓鱼竿,理发的剪刀、坩埚钳、扫帚 2、滑轮与滑轮组 a.滑轮 动滑轮: 轴随重物一起运动的滑轮,实质是省力杠杆,可以省一半的力,但要多费一倍的距离。 定滑轮: 轴固定不动的滑轮, 实质是等臂杠杆,可以改变力 方向,但不能省力,不能省距 离。 b. 左图中同一根绳子上力是相同的。 左图中竖直方向的滑轮和水平方向的滑轮较常见,用同样的分析方法,也能对非常规的滑轮受力分析,如下: F=2F拉+G动=2G+G动 S=2h 以农民用桶从井中提水为例: 对水做的功为有用功 对桶和绳做的功为额外功 机械不省功 机械效率恒小于1 实验时拉力的方向应尽量竖直向上,且应在钩码匀速移动的过程中读取拉力的大小。 滑轮组 将定滑轮和动滑轮组合在一起,既能省力,又可以改变力的 方向。 c.对滑轮组的受力分析(着重对动滑轮进行分析) 如下(以n=3为例): S h h S 3F=G动+F拉=G动+G3F=G动+F拉=G动+G-F支 s=3hs=3h h S h S 3F=F拉=f3F=F拉=F1-f s=3hs=3h 3、机械效率 a.有用功W有用: 对人们有用的功; 额外功W额外: 对人们没有用但又不得不做的功; 总功W总: 有用功和额外功的总和。 机械效率: 反映有用功在总功中所占的比例,用符号η表示。 b.探究影响滑轮组的机械效率的因素 实验原理: 实验器材: 刻度尺、钩码、弹簧秤、滑轮 组两个、铁架台、长约2m的细绳。 需要直接测量的物理量: 绳端的拉力F、 物体重G、物体上升距离h和绳自由端移 动距离S。 任何一个机械的机械效率都不是固定的。 影响滑轮组效率的因素有: ①动滑轮重 ②被提升的物重 有用功和总功的寻找方法: 1、W有为滑轮组对物体的拉力所做的功。 (一般从滑轮组直接对物体施加的力入手) 2、W总为动力对滑轮组所做的功。 (一般从动力为人手处入手) 当只改变物重时,实验数据如下: 拉力 F/N 拉力移动距离s/m 总功 W总/J 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 有用功W有用/J 机械 效率 0.5 0.3 0.15 1.0 0.1 0.1 66.7% 0.9 0.3 0.27 2.0 0.1 0.2 74.1% 由实验数据得: 使用同一滑轮组时,物体越重,做的有用功 越多,滑轮组的机械效率越高。 当物重相同,使用不同滑轮组时,实验数据如下: G/N 4.0 4.0 h/m 0.1 0.1 W有用/J 0.4 0.4 F/N 1.5 1.2 s/m 0.3 0.5 W总/J 0.45 0.6 η 88.9% 66.7% 由实验数据得: 当物重相同,使用不同滑轮组时,动滑轮的 个数越多,滑轮组的机械效率越低。 c. 不计绳重 滑轮组的机械效率 1 和摩擦时 竖直方向: ②竖直方向(水中): ③水平方向(省力): ④水平方向(费力): 沙场点兵 ◆考点1: 杠杆的平衡与应用 重点考查省力、费力杠杆的判断、力臂的画法、杠杆平衡条件及其探究实验、杠杆的动态平衡等。 【例1】如图所示的四个用具中,属于费力杠杆的是() 钳子 核桃夹 A B C D 镊子 托盘天平 例题解析: A选项: 镊子在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;B选项: 托盘天平在使用过程中,动力臂等于阻力臂,是等臂杠杆;C选项: 钳子在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;D选项: 核桃夹在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆。 有时题目中给的图,看不出省力还是费力的,这时根据生活经验来判断,我们使用钳子、核桃夹等,是为了方便省力,手或者普通工具没办法直接达到目的的,是省力杠杆;我们使用筷子,镊子,钓鱼竿等,不在意用力的大小,更多的是想省距离,比如夹菜不需要很大的力,但是我们不希望手动的幅度太大,即为费力杠杆。 答案: A。 【例2】如图的弯曲杠杆A端吊一重物G,要想在B端加一最小的力F,使AO保持水平平衡,试画出此力的方向和力臂。 例题解析: 由杠杆的平衡条件: 动力×动力 臂=阻力×阻力臂知,阻力×阻力臂是定值时 ,当支点到力的作用点是力臂时,力臂最大, 即OB是力臂时,动力是最小的,再作力臂 的垂线,标出动力F。 【例3】在“探究杠杆平衡条件”的实验中,把杠杆的中点支在支架上,杠杆停在如图甲所示的位置。 (1)甲图中杠杆处于(填“平衡”或“不平衡”)状态,为了使杠杆在水平位置平衡,应调节右端的平衡螺母向 (填“左”或“右”)移动。 (2)调节好的杠杆,如图乙,用弹簧测力向上拉动杠杆使其水平平衡,若每个钩码重为2N, 则弹簧测力计的读数为 N。 (3)如图丙,当弹簧测力计由M位置倾斜至N位置时,用力使杠杆在水平位置处于平衡,弹簧测力计的示数将会变________,这是因为________________。 (4)如图丁,用调节好的杠杆进行了一次实验,所得数据如下表: 动力/N 阻力/N 动力臂/cm 阻力臂/cm 4 6 3 2 于是他得出了杠杆的平衡条件: F1L1=F2L2, 请你对此作出评价: __________________________________________________。 例题解析: (1)如图杠杆静止,所以杠杆处于平衡状态。 杠杆左端上翘,无论左端还是右端的平衡螺母都向左端移动。 (2)一个钩码重为2N,杠杆上一个小格代表L,所以,6N×2L=F拉×5L,所以F拉=2.4N。 (3)当弹簧测力计从M位置移动N位置时,阻力不变,阻力臂不变,动力臂变小,动力变大,所以弹簧测力计示数变大。 (4)由表格数据得,杠杆的平衡条件是F1L1=F2L2。 只有一次实验数据总结实验结论,实验结论很具有偶然性,要进行多次实验,使实验具有普遍性。 答案: (1)平衡;左; (2)2.4N;(3)变大;力臂变小;(4)没有多次实验,结果具有偶然性。 【例4】F的方向始终竖直向上,在匀速提升重物G的过程中() A.F大小不变 B.F逐渐变大 C.F逐渐变小 D.F先逐渐变小后逐渐变大 例题解析: 如图,动力臂为LOB,阻力臂为LOD, LOB: LOD=LOA: LOC, 因为匀速提升重物,杠杆匀速转动,杠杆平衡, 所以有FLOB=GLOD,所以有F=GLOD/LOB=GLOC/LOA, C点在杆上不动,故LOC/LOA为定值, 所以F=GLOC/LOA也为定值。 答案: A。 你会了吗? 能力提升1: 下列简单机械中,属于省力杠杆的是() A. B. C. D. 筷子理发剪羊角锤钓鱼竿 答案: C 能力提升2: 如图所示要使杠杆平衡,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 答案: B O A 能力提升3: 实验台上有如下实验器材: 如图所示,一个带支架的杠杆(杠杆上有刻度)一个满足实验要求的弹簧测力计、六个质量均为100g的钩码和两段细绳(质量忽略不计)。 小芳利用上述实验器材设计了一个实验,证明“在杠杆水平平衡时,如果阻力和阻力臂保持不变,则动力跟动力臂成反比”。 (1)以下是她设计的实验步骤,请你补充完整。 ①将弹簧测力计的指针位置; ②调节杠杆使其在平衡,然后用细绳做成两个绳 套,将一个绳套拴牢在杠杆的A点,记录阻力臂L阻表格中; 在A点处挂6个钩码,计算出它的重力G阻,即为它的阻力 F阻并记录在表格中; ③在支点侧(填“左”或“右”),将另一个绳套拴在B点处,, 使杠杆在水平位置平衡,记下弹簧测力计的示数F1和动力臂L1,记录在表格中; ④。 (2)请画出实验记录表格 答案: (1)①零刻度线②水平位置 ③左;用弹簧测力计竖直向上拉B处绳套 ④依次改变B点的位置,仿照步骤③再做5次实验,分别记下弹簧测力计的示数F2~F6 和动力臂L2~L6,并记录在表格中。 (2)实验数据记录表 L动/cm L阻/cm F阻/N F动/N 能力提升4: 如图所示,在轻质杆OB的中点A处,悬挂有重为G的物体M,在端点B施加方向始终跟杆垂直的拉力F,杆从虚线位置沿逆时针方向匀速转至图示位置的过程中,下列叙述中错误的是( ) A.拉力F逐渐变大 B.拉力F始终小于G/2 C.拉力F跟它力臂的乘积不变 D.重物M对杠杆拉力的力臂逐渐变大 答案: C 能力提升5: 古代护城河上安装的吊桥可以看成一个以O为支点的杠杆,如图所示.一个人通过定滑轮用力将吊桥由图示位置缓慢拉至竖直位置,若用L表示绳对桥板的拉力F的力臂,则关于此过程中L的变化以及乘积FL的变化情况,下列说法正确的是() A.L始终在增加,FL始终在增加 B.L始终在增加,FL始终在减小 C.L先增加后减小,FL始终在减小 D.L先减小后增加,FL先减小后增加 答案: C *************************************** ◆考点2: 滑轮和滑轮组 重点考查不同类型的滑轮组的力的关系和移动距离的关系。 【例5】如右图,物体A重120N,在重力为GB的物体B的作用下在水平桌面上做匀速直线运动,A与桌面之间的摩擦力为fA。 如果在A上加一个水平向左大小为180N的拉力F,物体B匀速上升(不计摩擦、绳重及滑轮重),则下列选项正确的() A.GB=30NB.GB=90N C.fA=180ND.fA=90N 例题解析: 对动滑轮进行受力分析,如右图, 物体匀速运动,得F拉左=2F拉右,即fA=2GB①; 若在A上加一个水平向左大小为180N的拉力F, 物体向左做匀速运动,F拉左=2F拉右仍成立,F拉右仍为 B的重力,但此时F拉左=180N-fA, 则有180N-fA=2GB②,联立①②得: f=90N,GB=45N 答案: D。 你会了吗? 能力提升1: 如右图所示,G1=20N,台秤示数8N,不计滑轮重,物体G2重() A.2NB.18N C.28ND.20N 答案: B 能力提升2: 如右图所示,不计绳重和摩擦,吊篮与动滑轮总重 为450N,定滑轮重力为40N,人的重力为600N,人在吊篮里拉 着绳子不动时需用拉力大小是( ) A.218NB.220N C.210ND.236N 答案: C 能力提升3: 如图所示,用200N的拉力拉着物体A在水平面上匀速向左运动,A与滑轮相连的绳子所受的拉力为A所受摩擦力的3倍,若不计滑轮重、绳重及滑轮装置的摩擦,则B与地面间的摩擦力为______N。 答案: 75N 能力提升4: 如右图所示,每只滑轮重都是2N,当拉力F为5N时,物体G可保持静止。 则物重G为N,图中所标a绳承受的力是N,b绳承受的力是N。 答案: 8N;12N;5N ************************************** ◆考点3: 机械效率 重点考查对机械效率的理解,机械效率相关的实验以及滑轮组机械效率的计算等。 【例6】关于机械效率,下列说法中正确的是( ) A.机械做功越快,机械效率越高 B.机械所做的总功越少,机械效率越高 C.机械做的有用功在总功中占的百分比越大,机械效率越高 D.使用机械时,所用动力跟物重的比值越小,机械效率越高 例题解析: A: 机械做功越快,表示功率越大,单位时间内做的功越多,但机械效率不一定就高,机械效率与功率,没有必然联系,错误;B: 从η=W有用/W总可知,总功多,机械效率的大小还要看有用功的大小,题中未控制变量,错误;C: 总功包括有用功和额外功,有用功在总功中占比例越大,机械效率越高,正确;D: 使用机械时,所用动力跟物重的比值与有用功占总功的比例没有关系,错误。 答案: C。 F 【例7】如图所示,定滑轮重2N,动滑轮重1N。 物体A在拉力F的作用下,1s内将重为8N的物体A沿竖直方向匀速提高了0.2m。 如果不计绳重和摩擦,则以下计算结果正确的是() A.绳子自由端移动速度为0.6m/s B.滑轮组的机械效率为80% C.拉力F的功率为1.8W D.拉力F的大小为5N 例题解析: A: s=2h=2×0.2m=0.4m,v=s/t=0.4m/1s=0.4m/s,故A错误; B: W有=Gh=8N×0.2m=1.6J,W额=G动h=1N×0.2m=0.2J,W总=W有+W=1.6J+0.2J=1.8Jη=(W有/W总)×100%=(1.6J/1.8J)×100%=88.9%,故B错误; C: 拉力功率P=W总/t=1.8J/1s=1.8W,故C正确; D: 因为W总=Fs=F×0.4m=1.8J,所以F=4.5N,故D错误。 答案: C。 【例8】交流与评估是科学探究的一个重要环节.盐城市田家炳中学初三年级的活动小组的同学,利用如图所示的实验装置完成了“再探动滑轮”的活动以后,进行了小组交流,下表是各小组的实验数据记录: 实验小组 钩码重G(N) 动滑轮G′(N) 拉力F(N) 机械效率η 1 0.5 0.4 0.35 47.6% 2 0.5 0.4 0.38 43.9% 3 1 0.6 0.62 53.8% 4 1 0.8 0.71 46.9% 5 2 0.6 0.98 68.0% 6 2 0.8 1.06 62.9% 请你对表中各小组的实验数据进行分析比较,回答下列问题: (1)实验中影响动滑轮机械效率的主要因素是和。 (2)1、2两个小组的动滑轮重相同,提起的钩码重也相同,测出的动滑轮的机械效率却不 同,原因可能是(写出一点即可)。 (3)请你就如何提高动滑轮的机械效率提出自己的建议(要求写两点): ① ② 例题解析: (1)由3、4或5、6可以看出,钩码重相同,动滑轮越重,机械效率越低;由3、5或4、6可以看出,动滑轮重相同,钩码越重,机械效率越高,所以钩码重和动滑轮重对机械效率的大小有影响; (2)除了动滑轮和物体影响机械效率外,绳重和摩擦也会影响动滑轮的机械效率;(3)动滑轮的重力越小、绳重和摩擦越小,动滑轮的效率越高。 答案: (1)钩码重;动滑轮重; (2)绳重或摩擦;(3): ①减小动滑轮的重力;②加润滑油。 你会了吗? 能力提升1: 如图,质量相同的滑轮,各挂有重力相同的物体G,相同时间内匀速提高相同的高度,且每个滑轮的重均为G0(G>G0),滑轮组的机械效率分别为η甲和η乙,拉力功率分别为P甲和P乙,则下列关系式中正确的是(不计摩擦和绳重)() A.P甲=P乙,η甲=η乙 B.P甲>P乙,η甲>η乙 C.P甲<P乙,η甲<η乙 D.P甲<P乙,η甲>η乙 答案: D 能力提升2: (多选)如图所示,用滑轮组将重为G=1200N的金属块打捞出水面,不计绳重、摩擦和水对金属块的阻力,作用在绳自由端拉力F的功率始终保持1500W,金属块浸没在水中时匀速提起的速度为v=1m/s,金属块的密度ρ=6×103kg/m3,取g=10N/kg,则() A.金属块露出水面之前,绳子自由端移动的速度为v=4m/s B.金属块露出水面之前滑轮组的机械效率η=66.7% C.滑轮组中动滑轮的重力为G动=500N D.金属块全部出水面后作用在绳子自由端的拉力F,比F大100N 答案: BC 能力提升3: 如右图所示,重为30N的物体A在拉力F=12N的作用下,以0.2m/s的速度在水平桌面上做匀速直线运动,此时物体A与地面间的摩擦力为5N,则拉力的功率P=W,该装置的机械效率η=。 答案: 1.2;83.3% *************************************** 初露锋芒 1.(2013年密云一模10)下列工具中在使用时,属于费力杠杆的是() A.用瓶起子起瓶盖B.用羊角锤起钉子C.用天平称质量D.用镊子夹螺母 2.(2013年丰台一模6)下列用具中,属于省力杠杆的是() A.食品夹B.瓶盖起子C.筷子D.餐具夹 3.(2012年西城一模7)在图所示的四种剪刀中,正常使用时属于费力杠杆的是() A B C D 4. (2013年顺义一模11)如图所示,直杆OA可O绕点转动,直杆下端挂一重物G。 现用一个始终跟直杆垂直的力F将直杆由竖直位置缓慢转动到水平位置,在转动过程中这个直杆() A.始终是省力杠杆 B.始终是费力杠杆 C.先是费力杠杆,后是省力杠杆 D.先是省力杠杆,后是费力杠杆 5.(2009石景山二模11)如图所示,用一个可以绕O点转动的硬杆提升重物,若在提升重物的过程中动力F始终沿水平方向,则在如图所示的过程中,动力F(硬杆重力忽略不计)() A.由小变大B.由大变小 C.先变大后变小D.保持不变 6. F A (2013年石景山二模12)如图所示,重为80N的物体A,在大小为10N方向向左的水平拉力F的作用下做匀速直线运动,经过2秒,物体A在水平面上向左移动了60cm的距离,滑轮与绳子质量 不计,滑轮与绳子之间摩擦不计。 则下列结论正确的是() A.物体运动的速度为30m/sB.物体与地面之间的摩擦力为20N C.拉力F的功率为3WD.拉力F做的功是300J 7. F B A (2013年东城一模14)如图所示,用12N的水平拉力F拉滑轮,使足够长的物体A以0.2m/s的速度在水平地面上匀速运动,弹簧测力计的示数为2N。 若不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和轴摩擦,则下列说法中正确的是() A.地面受到的摩擦力为6N B.滑轮移动的速度为0.4m/s C.绳子拉物体A的功率为1.6W D.在运动过程中若将拉力F增大到16N,弹簧测力计的示数仍为2N 8. 甲 F 乙 F′ A (2013年昌平一模14)用如右图甲所示的滑轮组(不计绳的质量和滑轮与轴的摩擦)将一个重为78N的铁块A匀速提升2m,拉力F做的功为200J。 若将铁块置于水中,如图乙所示,仍用此滑轮组将铁块A在水中匀速提升2m(不计水的阻力,铁的密度为7.8×103kg/m3)则下列说法正确的是() A.两次提升过程,滑轮组的机械效率不变 B.图乙所示提升过程与图甲所示提升过程相比 ,滑轮组的机械 效率减小了2% C.拉力F′做了180J的功 D.动滑轮所受重力为20N 9. 甲 F1 乙 F2 (2013年东城二模11)用相同的滑轮和绳子分别组成如右图所示的甲、乙两个滑轮组,绳子受的拉力分别为F1、F2,保持甲、乙两绳自由端的速度相同,把相同的物体匀速提升相同的高度。 若不计绳重及轴处摩擦,下列说法正确的是() A.F1和F2大小不相等,滑轮组的机械效率相同 B.F1和F2大小不相等,F1和F2的功率相同 C.绳子自由端移动的距离不相等,物体运动的时间相同 D.绳子自由端移动 的距离相等,F1和F2做的功相同 10. (2012年门头沟二模12)如图所示,甲、乙两个滑轮组通过细绳悬挂在天花板上,用滑轮组匀速提升重为600N的物体时,悬挂甲、乙两滑轮组的细绳所受的拉力分别为F甲、F乙,已知每个滑轮重30N,不计绳重及滑轮轴间的摩擦,则拉力F甲、F乙的大小分别为() A.F甲=630N,F乙=630N B.F甲=900N,F乙=975N C.F甲=870N,F乙=975N D.F甲=975N,F乙=450N 11. A (2012年平谷一模12)如图所示,用滑轮组拉重400N的物体A沿水平方向以0.02m/s的速度匀速运动,滑轮组的机械效率为80%。 运动中物体A受到地面的摩擦阻力为200N,人对地面的压强为20000Pa。 不计绳重、滑轮摩擦,地面上的定滑轮与物体A相连的绳子沿水平方向,地面上的定滑轮与动滑轮相连的绳子沿竖直方向,人对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上。 已知人与地的接触面积为300cm2。 则下列计算结果正确的是() A.绳子自由端受到拉力的大小是100NB.人的重力为725N C.绳子自由端运动的速度是0.01m/sD.动滑轮重为100N 12. 甲 (2013年昌平二模14)为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处。 小明同学设计了图甲所示的滑轮组装置。 当用图乙所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时,重物的速度υ和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图丙和丁所示。 若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2,不计绳重和摩擦,绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。 则下列选项正确的是() A.在2~3s内,拉力F的功率P为150W B.在0~1s内,重物对地面的压强p为600Pa C.在1~2s内,拉力F做的功W为375J D.在2~3s内,滑轮组的机械效率η保留两位有效数字后为53% 13.(2012年东城一模11)如下图甲所示,重为80N的物体在大小为10N,水平向左的拉力F1作用下,沿水平地面以3m/s的速度做匀速直线运动。 如图乙所示,保持拉力F1不变,用水平向
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