简单机械(课堂讲解) 2.doc

简单机械知识点和习题一、杠杆1、定义：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。（1）“硬棒”不一定是棒，泛指有一定长度的，在外力作用下不变形的物体。（2）杠杆可以是直的，也可以是任何形状的。2、杠杆的七要素（1）支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母“O”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中间，在杠杆转动时，支点是相对固定的。（2）动力：使杠杆转动的力，用“F1”表示。（3）阻力：阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示。（4）动力作用点：动力在杠杆上的作用点。（5）阻力作用点：阻力在杠杆上的作用点。（6）动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离，用“l1”表示。（7）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离，用“l2 ”表示。注意：无论动力还是阻力，都是作用在杠杆上的力，但这两个力的作用效果正好相反。一般情况下，把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力，而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。力臂是点到线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的，其力臂为零，对杠杆的转动不起作用。3、杠杆示意图的画法：（1）根据题意先确定支点O；（2）确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长；（3）从支点向力的作用线画垂线，并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂。如图所示，以翘棒为例。第一步：先确定支点，即杠杆绕着哪一点转动，用字母“O”表示。如图甲所示。对于处于平衡的杠杆，支点的确定可以不唯一。第二步：确定动力和阻力。人的愿望是将石头翘起，则人应向下用力，画出此力即为动力用“F1”表示。这个力F1作用效果是使杠杆逆时针转动。而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反，在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动，则阻力是石头施加给杠杆的，方向向下,用“F2”表示如图乙所示。第三步：画出动力臂和阻力臂，将力的作用线正向或反向延长，由支点向力的作用线作垂线，并标明相应的“l1”“l2”， “l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂，如图丙所示。l1l2F2F1F2F14分类： 名称结 构特 征优缺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、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车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、钓鱼杆等臂杠杆动力臂等于阻力臂不省力不费力天平，定滑轮例：1、如图所示的杠杆中，O是支点，水平力F的力臂是( )A、OAB、OBC、ABD、OC2、下列关于地F1力臂的作图中，正确的是：（）3、如图所示（1）为用螺丝刀撬图钉的示意图，请画出动力臂L1、阻力F2、阻力臂L2（2）是手动抽水机示意图，请画出动力臂L1、阻力F2、阻力臂L2（3）是用杠杆吊重物的示意图，请画出动力臂L1、阻力F2、阻力臂L2（4）.如图77所示，O点为杠杆的支点，请画出力F的力臂，并用字母L表示。杠杆的平衡3、杠杆的平衡条件：动力动力臂=阻力阻力臂，或F1l1=F2l2。杠杆如果在相等时间内能转过相等的角度，即匀速转动时，也叫做杠杆的平衡，这属于“动平衡”。一般我们观察到杠杆左右摆动幅度不大，且幅度左右相等，就认为它平衡了。而杠杆静止不动的平衡则属于“静平衡”。三、杠杆的应用1、省力杠杆：动力臂l1阻力臂l2，则平衡时F1F2，这种杠杆使用时可省力（即用较小的动力就可以克服较大的阻力），但却费了距离（即动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离，并且比不使用杠杆，力直接作用在物体上移动的距离大）。2、费力杠杆：动力臂l1阻力臂l2，则平衡时F1F2，这种杠杆叫做费力杠杆。使用费力杠杆时虽然费了力（动力大于阻力），但却省距离（可使动力作用点比阻力作用点少移动距离）。3、等臂杠杆：动力臂l1=阻力臂l2，则平衡时F1=F2，这种杠杆叫做等臂杠杆。使用这种杠杆既不省力，也不费力，即不省距离也不费距离。既省力又省距离的杠杆时不存在的。例：4、 在研究“杠杆的平衡条件”的实验中，第一步把杠杆的中点支在支架上，调节杠杆两端的螺母使杠杆在_位置平衡，这样做的目的是_。如图所示，物体重2N挂在A点，要使杠杆水平平衡，应在B点加_N的力，力的方向是_；若在C点加力，应加_N的方向向_的力才能使杠杆重新平衡。5、如图所示杠杆处于平衡状态，若使弹簧测力计的示数变为原来的1/2, 要保持扛杆仍然平衡，可以（ ）A减少一个钩码B减少二个钩码 C减少三个钩码 D把钩码向左移一个小格6、如图，杠杆处于平衡状态，若在两边的钩码下面，各加一个同样的钩码，则：O A杠杆仍保持平衡 B杠杆左端下降 C杠杆右端下降 D无法判断7、如图3所示，OB为一轻质杠杆，O为支点，OA=0.3m，OB=0.4m，将重30N的物体悬挂在B点，当杠杆在水平位置平衡时，在A点至少需加 _ N的拉力，这是一个 _ (选填“省力”或“费力”)杠杆图3其他简单机械一、滑轮1、滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。如右图所示。因为滑轮可以连续旋转，因此可看作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的平衡条件来分析。根据使用情况不同，滑轮可分为定滑轮和动滑轮。2、定滑轮（1）定义：工作时，中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。如下左图所示。（2）实质：是个等臂杠杆。（如下中图所示）轴心O点固定不动为支点，其动力臂和阻力臂都等于圆的半径r，根据杠杆的平衡条件：，可知，因为重物匀速上升可知，则，不省力。F1BBGGAAshF2F1BAGOl1l2不动可动（3）特点：不省力，但可改变力的方向。 S=h所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力（图中F1方向向下）能得到一个与该力方向不同的力（图中得到使重物G上升的力）。（4）动力移动的距离与重物移动的距离相等。（如上右图所示）对于定滑轮来说，无论朝哪个方向用力，定滑轮都是一个等臂杠杆，所用拉力都等于物体的重力G。（不计绳重和摩擦）3、动滑轮（1）定义：工作时，轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。（如下左图所示）OF2GF1l1l2F1向上向上hs=2h（2）实质：是个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。（如上中图所示）图中O可看作是一个能运动的支点，其动力臂l1=2r ，阻力臂l2=r，根据杠杆平衡条件：F1l1=F2l2，即F12r=F2r，得出，当重物竖直匀速向上时，F2=G，则。（3）特点：省一半力，但不能改变力的方向。（4）动力移动的距离是重物移动距离的2倍。（如上右图所示）对于动滑轮来说：（1）动滑轮在移动的过程中，支点也在不停地移动；（2）动滑轮省一半力的条件是：动滑轮与重物一起匀速移动；动力F1的方向与并排绳子平行；不计动滑轮重、绳重和摩擦。二、滑轮组1、定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。2、特点：可以省力，也可以改变力的方向。使用滑轮组时，有几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即（条件：不计动滑轮、绳重和摩擦）。注意：如果不忽略动滑轮的重量则：3、动力移动的距离s和重物移动的距离h的关系是：使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子（但这n段绳子都在一根绳子上，所以张力必然相等）吊着物体，提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍，即s=nh。如下图所示。（n表示承担物重绳子的段数）4、绳子端的速度与物体上升的速度关系：FFFFFFn=2 n=3 n=3 n=4 n=4 n=5 s=2h s=3h s=3h s=4h s=4h s=5h A B C D E FF1F2l1l2O4、滑轮组的组装：（1）.根据的关系，求出动滑轮上绳子的段数n；（2）确定动滑轮的个数；（3）根据施力方向的要求，确定定滑轮个数。确定定滑轮个数的原则是：一个动滑轮应配置一个定滑轮，当动滑轮上为偶数段绳子时，可减少一个定滑轮，但若要求改变力的作用方向时，则应在增加一个定滑轮。在确定了动、定滑轮个数后，绳子的连接应遵循“奇拴动、偶拴定”的规则，由内向外缠绕滑轮。例;1、用定滑轮匀速提起重物的三种拉法，所用的拉力分别以F1、F2、F3表示，（ ）A.拉力F1最小 B.拉力F2最小 C.拉力F3最小 D.三种拉力一样2、如图所示，滑轮组承担重物的绳子股数为 股。若绳子自由端在拉力F作用下，竖直向上移动0.2m，则重物G上升距离为 m；若物体重为100N，不计滑轮重，则匀速向上的拉力F为 N；若四个滑轮重量各是2N，则拉力F又为 N（摩擦不计）。3、如图5，小森用同样的力把甲、乙两物体匀速提升，不计摩檫和滑轮重，则重力G甲G乙GF图54、在滑轮组提升物体，当绳子自由端被拉下2m时，物体升高了0.5m，被提升物的质量是20kg。若不计动滑轮重力和摩擦阻力，绳子的力应为A40N B50N C100N D5N三、轮轴1、定义：由两个半径不同的轮子固定在同一转轴的装置叫做轮轴。半径较大的轮叫轮，半径较小的轮叫轴。2、实质：轮轴可看作是杠杆的变形。如右图所示。3、特点：当把动力施加在轮上，阻力施加在轴上，则动力臂l1=R，阻力臂l2=r，根据杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2，即F1R=F2r，Rr，F1F2，即使用轮轴可以省力，也可以改变力的方向，但却费了距离。四、斜面（1）如图所示斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。（2）如上图所示：当斜面高度h一定时，斜面L越长，越省力（即F越小）；当斜面长L相同时，斜面高h越小，越省力（即F越小）；GFLh当斜面L越长，斜面高h越小时，越省力（即F越小）。（3） 如果斜面光滑，就有GH=FL。 三、机械效率： 、有用功：定义： 对人们有用的功。 公式： W有用Gh（提升重物）=W总W额=W总 斜面： W有用= Gh 2、额外功：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=f L 3、总功： 定义： 有用功加额外功或动力所做的功 公式： W总=W有用W额=FS= W有用 斜面： W总= fL+Gh=FL 4、机械效率： 定义：有用功跟总功的比值。W有用W总 =GhFL=GhFS=GhFh=GF=GhFS=GhF2h=G2F=GhFS=GhFnh=GnF= 公式： 斜 面： 定滑轮： 动滑轮： 滑轮组 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% 。 提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。W有用W总 =GhFS= 5、机械效率的测量： 原 理： 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 器 材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。 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。 结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有： A动滑轮越重，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。 绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。 达标检测：1关于机械效率的说法中正确的是（ ）A越省力的机械，效率越高B做有用功越多的机械，效率越高C做相同的功，额外功的值越小，则机械效率一定越高D做功越快的机械，机械效率越高2.下列关于机械效率的说法错误（）A、当总功一定时，