学案-简单机械及运用.docx

10.28学案简单机械与运用1杠杆的平衡条件【知识点的认识】（1）杠杆平衡：杠杆静止不动或匀速转动都叫做杠杆平衡，注意：我们在实验室所做的杠杆平衡条件的实验是在杠杆水平位置平衡进行的，但在实际生产和生活中，这样的平衡是不多的在许多情况下，杠杆是倾斜静止，这是因为杠杆受到平衡力作用所以说杠杆不论处于怎样的静止，都可以理解成平衡状态，（2）杠杆平衡条件的表达式：动力动力臂=阻力阻力臂，即=（3）公式的表达式为：F1l1=F2l2，即：=【命题方向】谁最早提出了杠杆原理，什么状态下是杠杆平衡，以及杠杆平衡条件的含义（动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一）都是命题方向例1：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处靠近，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，省力故选D点评：灵活运用杠杆的平衡条件分析有关杠杆的实际做法，多积累，能恰当的使用好杠杆（省力或省距离）例2：俗话说“小小秤砣压千斤”，这可以根据 来解释只要秤砣对秤杆作用的力臂比所挂物对秤杆作用的力臂 （选填“大得多”或“小得多”），那么“小小秤砣压千斤”是完全可以实现的2杠杆的分类【知识点的认识】（1）人类发明各种杠杆应用于生活，其目的有三：省力、省距离和改变用力的方向因此我们把杠杆分为三类：省力杠杆（动力臂大于阻力臂，省力费距离）、费力杠杆（动力臂小于阻力臂，费力省距离）和等臂杠杆（动力臂等于阻力臂，不省力不费力，不省距离不费距离）（2）天平是等臂杠杆关于天平的使用，我们已学过，天平是支点在中间的等臂杠杆，它是根据物体的重力跟质量成正比和杠杆平衡条件来工作的，天平平衡时，砝码加游码的总质量等于被称物体的质量3）秤是用来称量物体的质量的工具，它是根据杠杆平衡条件制成的，使用时，可以是等臂杠杆，也可以是不等臂杠杆（4）生活中常见的省力杠杆：羊角锤头撬钉子、手推独轮车、剪树枝的剪刀、瓶盖起子、核桃夹等生活中常见的费力杠杆：人的前臂、钓鱼竿、裁缝用的剪刀、筷子、镊子等【命题方向】判断生活中的杠杆式什么杠杆是命题的关键，例如：人体的运动系统相当复杂，但最基本的运动形式是，骨骼在肌肉提供的动力作用下绕关节转动如图所示是手端起茶杯的情景，其前臂骨骼相当于杠杆，肱二头肌收缩提供动力由图可以看出，这是一个杠杆例1：如图所示的器具，属于省力杠杆的是（）A B 镊子 独轮车C D 托盘天平 筷子故选：B点评：此题考查的是杠杆的分类主要包括以下几种：省力杠杆，动力臂大于阻力臂；费力杠杆，动力臂小于阻力臂；等臂杠杆，动力臂等于阻力臂例2：如图所示，一直杆可绕O点转动，杠杆下端挂一重物，为了提高重物，用一个始终跟杠杆垂直的力使杠杆由竖直位置慢慢转到水平位置，在这个过程中直杆（）A始终是省力杠杆B始终是费力杠杆C先是省力的，后是费力的D先是费力的，后是省力的故选C点评：能否正确分析重力的阻力臂与动力臂的大小关系是本题的解题关键【解题方法点拨】解题的关键是要看动力臂与阻力臂之间的大小关系要与生活实际相联系，例如上面的例题由于人的前臂相当于杠杆，动力臂和阻力臂已经固定，且阻力臂大于动力臂，是一个费力杠杆根据杠杆平衡条件可知：在动力臂和阻力臂确定的情况下，手托起的物体越重，肌肉提供的动力越大，感觉越累3杠杆的动态平衡分析【知识点的认识】杠杆动态平衡是指构成杠杆的某些要素发生变化，而杠杆仍处于静止状态或匀速转动状态，分析杠杆的动态平衡时，一般是动中取静，根据杠杆平衡条件，分析比较，得出结论【命题方向】杠杆动态平衡问题是初中物理力学中的重点和难点题型之一，该题型主要考查学生对杠杆平衡条件的理解和分析推理能力由于此类题型构思新颖，变化灵活，注重对学生能力和思维品质的培养，符合当前素质教育的主旋律，已成为各地大型选拔性考试的热门题型第一类：阻力一定，判断动力的变化情况如图所示，轻质杠杆可绕O转动，在A点始终受一垂直作用于杠杆的力，在从A缓慢转动A位置时，力F将（）A变大 B变小 C先变大，后变小 D先变小，后变大分析：此题考查力矩的动态平衡，只需找到F力矩和重力力矩平衡，而重力不变，找到力臂的变化即可求解解：在转动过程中，力F的力矩克服重力力矩而使杠杆运动，可认为二力矩相等，重力不变，而重力的力矩在杠杆水平时最大，力矩最大，所以说从A到A过程中重力力矩先变大后变小，而F的力臂不变，故F先变大后变小故选C点评：如果杠杆的转动速度不大，可以认为杠杆处于一转动平衡状态，可以用力矩平衡分析第二类：动力与阻力不变，动力臂与阻力臂变化如图所示，用一细线悬挂一根粗细均匀的轻质细麦桔杆，使其静止在水平方向上，O为麦桔杆的中点这时有两只大肚皮的蚂蚁同时从O点分别向着麦桔杆的两端匀速爬行，在蚂蚁爬行的过程中麦桔杆在水平方向始终保持乎衡，则（）A两蚂蚁的质量一定相等B两蚂蚁的爬行速度大小一定相等C两蚂蚁的质量与爬行速度大小的乘积一定相等D两蚂蚁对麦桔杆的压力一定相等故选C点评：根据平衡条件，用顺推的方法得到答案，排除错误选项，为解题节省时间第三类：动力臂与阻力臂不变，动力与阻力改变如图所示的轻质杠杆，AO 小于 BO在 A、B 两端悬挂重物 G1 和 G2后杠杆 平衡，若将 G1 和 G2 同时向支点 O 移动相同的距离，则（）A杠杆仍保持平衡B杠杆的A端向下倾斜C杠杆的B端向下倾斜D无法判断分析：杠杆原来处于平衡状态，利用图示杠杆的力臂大小关系，根据杠杆平衡条件得到物体A、B的质量大小关系；利用现在的力臂和力分别表示出杠杆作用两边的力矩：力和力臂的乘积比较力矩的大小，即可确定杠杆是否平衡解：原来杠杆在水平位置处于平衡状态，此时作用在杠杆上的力分别为G1和G2，其对应的力臂分别为OA、OB，根据杠杆的平衡条件可得：G1OA=G2OB，由图示可知，OAOB所以：G1G2，当向支点移动相同的距离L时，两边的力臂都减小L，此时左边的力矩为：G1（OAL）=G1OAG1L，右边的力矩为：G2（OBL）=G2OBG2L，由于G1G2，所以G1LG2L；所以：G1OAG1LG2OBG2L，因此杠杆将向右端倾斜综上分析故选C点评：根据杠杆第一次处于平衡状态，利用杠杆的平衡条件，确定G1和G2，大小关系；然后根据现在作用在杠杆上的力和力臂表示出两者力矩，利用推导出物体的重力关系，和力臂关系，得出两个力矩的大小关系，从而确定杠杆的偏转方向这是此题的解题思路【解题方法点拨】（1）杠杆平衡时，力和力臂的大小成反比，即动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一（2）杠杆只要是静止或匀速转动，无论在什么位置都属于平衡状态如用手慢慢抬起木棒的一端时，整个过程都处于平衡状态4动滑轮及其工作特点【知识点的认识】（1）动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省力多费1倍距离（2）动滑轮的特点：使用动滑轮能省一半力，费距离这是因为使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半使用动滑轮虽然省了力，但是动力移动的距离大于钩码升高的距离，即费了距离 （3）动滑轮的原理：动滑轮实质是个动力臂（L1）为阻力臂（L2）二倍的杠杆【命题方向】利用定滑轮的特点解题是命题的方向，或者结合定滑轮的特点出题例1：如图所示，物体G在竖直向上的拉力F的作用下，匀速上升0.2m已知G=18N，F=10N这一过程中，不能得到的结论是（）A绳子自由端上升0.4mB拉力F做功4JC动滑轮重为2ND该动滑轮的机械效率为90%本题选择错误的，故选C点评：由图示求出绳子的有效股数，熟练应用滑轮组公式、功的公式、效率公式即可正确解题例2：如图所示的三个滑轮中，属于动滑轮的是乙，若滑轮的自重和摩擦不计，当分别沿力F1、F2和F3方向匀速提起同一物体时，则F1、F2、F3的大小关系是F1=F3F2分析：定滑轮的轮轴是固定的，使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向；动滑轮的轮轴与物体一起运动，使用动滑轮可以省力故答案为：乙；F1=F3F2点评：本题通过比较作用力的大小考查了定滑轮和动滑轮的特点，属于基础题目【解题方法点拨】动滑轮是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆如图所示，动滑轮由于一边悬于固定点，重物的重力作用线通过滑轮中心轴，滑轮的“支点”位于绳与轮相切的地方过“支点”的轮的直径相当于杠杆，重物的重力为作用在杠杆上的阻力，人施加的力为动力，因此动力臂是直径，阻力臂是半径，动力臂是阻力臂的二倍5滑轮组及其工作特点【知识点的认识】（1）定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离（2）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F=若忽略滑轮重，则有F=其中n为承担物重的绳子的段数 （3）用滑轮组提升物体时，虽然省了力，但是费了距离，滑轮组有几段绳子吊着物体，绳子自由端移动的距离就是重物升高距离的几倍设物体升高的距离为h，则绳子自由端移动的距离为s=nh（n表示承担物重的绳子的段数）（4）确定承担物重的绳子的段数n的方法 在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只计算绕在动滑轮上的绳子段数如图甲所示，有两段绳子吊着动滑轮，n=2，F1=G，图乙有三段绳子吊着动滑轮，n=3，F2=G【命题方向】利用滑轮组的特点、用途及关系式解题是命题一个方面，滑轮组的绕法也是命题关键，例1：如图所示的简单机械，忽略各种摩擦及杠杆和滑轮的重力，当提起相同重物时，最省力的是（）A B C D分析：（1）杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一在使用杠杆时，为了省力，就应该用动力臂比阻力臂长的杠杆（2）定滑轮的优点是改变力作用的方向，使用一个动滑轮的优点是可以省一半的力，而它们匹配成滑轮组，可以达到既省力又改变力作用方向的目的解：使用的简单机械，在忽略各种摩擦及杠杆和滑轮的重力的条件下；A、由杠杆的平衡条件F1L1=F2L2，得：F1=B、使用的是一个定滑轮，改变力作用的方向，但不省力，F2=GC、使用的是一个动滑轮，可以省一半的力，则F3=D、使用的是一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，动滑轮被两根绳子承担，绳子的拉力就是物重的二分之一即F4=比较各机械使用时绳子的拉力可知：A图中的机械最省力故选A点评：本题考查杠杆、动滑轮、定滑轮和滑轮组的工作特点，比较拉力大小时，需逐个计算后再比较例2：请你在如图中画出用滑轮组提升重物的最省力的绕绳方法分析：要使滑轮组省力，就是使最多的绳子段数来承担动滑轮的拉力，根据此特点可解此题（1）最省力时绳子段数n与滑轮个数n的关系是：n=n+1；（2）若n为偶数，绳子固定端在定滑轮上；若n为奇数，绳子固定端在动滑轮上；即：“奇动偶定”解；动滑轮被几根绳子承担，拉力就是物体和动滑轮总重的几分之一，由图知：滑轮个数n=2，所以绳子段数n=3，根据“奇动偶定”的方法，绳子从定滑轮开始绕，每个滑轮只能绕一次，如图所示：此题最多可由3段绳子承担动滑轮的重故答案为：如图点评：要使滑轮组省力，就是使最多的绳子段数来承担动滑轮的拉力，图中滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成，有两种绕线方法若n为偶数，绳子固定端在定滑轮上；若n为奇数，绳子固定端在动滑轮上；即：“奇动偶定”【解题方法点拨】（1）求绳子的“段数”：求解方法有两种，一是根据省力情