初中物理第12章简单机械知识点及同步练习【打印版】

第十二章 简单机械一、杠杆 定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。 说明：杠杆可直可曲，形状任意。 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。 五要素组成杠杆示意图。 支点：杠杆绕着转动的点。用字母O表示。 动力：使杠杆转动的力。用字母F1表示。 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。 动力臂：从支点到动力作用线的距离。用字母L1表示。 阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。用字母L2表示。 画力臂方法：一找支点、二画线、三连距离、四标签。 找支点O；画力的作用线（虚线）；画力臂（虚线或实线，过支点垂直力的作用线作垂线）；标力臂（大括号）。 研究杠杆的平衡条件： 杠杆平衡是指：杠杆静止或匀速转动。 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。 结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是： 动力动力臂阻力阻力臂。写成公式F1L1=F2L2也可写成：F1/F2=L2/L1。 解题指导：分析解决有关杠杆平衡条件问题，必须要画出杠杆示意图；弄清受力与方向和力臂大小；然后根据具体的情况具体分析，确定如何使用平衡条件解决有关问题。（如：杠杆转动时施加的动力如何变化，沿什么方向施力最小等。） 解决杠杆平衡时动力最小问题：此类问题中，阻力阻力臂为一定值，要使动力最小，必须使动力臂最大，要使动力臂最大需要做到：在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。 4应用：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、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 说明：应根据实际来选择杠杆，当需要较大的力才能解决问题时，应选择省力杠杆，当为了使用方便，省距离时，应选费力杠杆。二、滑轮 1定滑轮： 定义：中间的轴固定不动的滑轮。 实质：定滑轮的实质是：等臂杠杆。 特点：使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。 对理想的定滑轮（不计轮轴间摩擦）F=G。 绳子自由端移动距离S（或速度vF）=重物移动的距离h（或速度vG） 2动滑轮： 定义：和重物一起移动的滑轮。（可上下移动，也可左右移动） 实质：动滑轮的实质是：动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。 特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。 理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F=G。只忽略轮轴间的摩擦则：拉力F=（G物+G动），绳子自由端移动距离S（或vF）=2倍的重物移动的距离h（或vG） 3滑轮组 定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。 特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向。 理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）,拉力F=G。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力F=（G物+G动）。绳子自由端移动距离S（或vF）=n倍的重物移动的距离h（或vG）。 组装滑轮组方法：首先根据公式n=（G物+G动）/F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。 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=fL 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、减小机械间的摩擦、增加物重。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。四、简单机械的机械效率（1）斜面 W有用=Gh W额外=fSW总=FS=GhfS（2）杠杆 W有用=G物h W额外 W总=FS（3）定滑轮竖直方向提升重物（a）W有用=GhW额外：摩擦及绳重W总=FS=Fh（4）定滑轮水平方向拉动物体（b）W有用=fS物W额外：滑轮转动摩擦W总=FSF=FS物（5）动滑轮（a）及竖直方向滑轮组W有用=G物h W额外=不计绳重和摩擦时W总=FS=Fnh=（G物G动）h （n为连接动滑轮绳子段数） （6）动滑轮（b）及水平方向滑轮组W有用=fS物 W额外：绳重及滑轮转动摩擦W总=FS=FnS物 （n为连接动滑轮绳子段数）注：a、所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分，故对机械进行润滑一般都可以 提高机械效率 b、所有的有用功均等于不使用机械时所做的功c、对于所有机械均有第一节 杠杆 （1）人的肱二头肌收缩使人曲臂时的情况如图8-4-1所示，图中已标出了支点的位置，桡骨及茶杯的受力方向，人的前臂是一个 力杠杆，这种结构给人带来的好处是 。图8-4-4图8-4-3图8-4-1图8-4-2（2）研究杠杆平衡条件条件的实验中，杠杆静止时的位置如图8-4-2所示，此时应调节左端的螺母使其向 ，或者调节右端的螺母，使其向 才能使杠杆在水平位置平衡。 （3）三国的时候，曹操和袁绍大战，有个叫刘晔的建议：“可做发石车来破袁军”。当如图8-4-3发石车将石头抛射到袁军，袁军大乱，死伤很多，请问：刘晔的发石车是利用 ，原理向外抛出石头，仔细看着抛石车，它的阻力臂 动力臂。日常生活中这类机械很多，如 、 等。图8-4-5 （4）如图8-4-4所示，轻质杠杆OA中点悬挂一重G60N的物体，在A端施加一竖直向上的力F，杠杆在水平位置平衡，则F N；保持F的方向不变，将杠杆A位置匀速提到B位置的过程中，力F将 （填“变大”、“不变”或“变小”）。 （5）杆称（又叫中国称）是运用不等臂的杠杆的特点制作的，测量物体 的工具，如图8-4-5所示，若秤砣质量为0.75kg，OAOB/20，该称最多能称量 kg的物体（不计秤杆、秤钩的质量），若把杆秤的秤砣磨掉一些，则秤得物体的质量比物体真实质量 （填“偏大”或“偏小”）。 （6）下列关于杠杆的说法正确的是 【 】 A杠杆必须是一根直棒 B杠杆的支点一定在杠杆的中间 C杠杆可以是直的，也可以是弯曲的 D所谓动力、阻力都是杠杆给其它物体的力图8-4-6 （7）人在踮脚时主要靠腓肠肌收缩，如图8-4-6所示，若某人的重量为500N，MO2NO，则双脚同时踮起时，每只脚的腓肠肌的作用力是【 】 A125N B.250N C.500N D.1000N （8）如图8-4-7所示杠杆中费力杠杆的是 【 】 BCDA 图8-4-7 （9）用扳手拧生锈的螺母时，工人师傅常在扳手柄上再套一节管子，这样就能容易的拧下螺母 【 】 A套上的管子较重，可以省些力 B套上的管子较粗，使用比较方便 C套上管子后，可以用较大的力 D套上管子后，增大了力臂 （10）请你仔细观察如图8-4-8所示的漫画，究竟小猴和小兔谁分的萝卜重？简要说明理由。图8-4-8 （11）用一根细棉线把一段直铁丝吊起来，让铁丝能在水平位置平衡，再将棉线右边的铁丝对折一下，铁丝还能在水平位置平衡吗？实际做一做，然后回答： 你看到的现象是： ；猜想可能的原因是： ；猜想的依据是： 。 （12）在探究杠杆平衡条件的实验中： 在实验时，使杠杆在 位置平衡，其目的是 。实验中共有6个钩码，杠杆上每格距离相等，调节好杠杆后，在杠杆左边离支点2格的A处挂有3个钩码，为使杠杆在水平位置平衡，请你在杠杆的上挂上钩码（用一种方法），你的方法是 动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm4554有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力动力臂阻力阻力臂”。他们经过实验，获得了以下数据： 于是，他们认为自己的猜想得到了验证，你认为他们的实验过程存在什么问题？第二节 滑轮 （1）升旗时，人站在地面上向 拉绳子，旗向上运动，这是因为旗杆顶部有个 。 （2）如图8-5-2所示，甲图中使用的是 ，使用这种机械的好处是 。缺点是 ；乙图使用的是 ，使用这种机械的好处是 ，缺点是 。（3）用一根最多能承受200N拉力的细绳。一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，在不考虑摩擦，绳重和滑轮重的情况下，最多能吊起 N的重物。图8-5-2 图8-5-5图8-5-4图8-5-3 （4）如图8-5-3，图中的滑轮是 滑轮，如果重物重100N（滑轮重不计），滑轮上升速度5cm/s，则拉力F N，重物上升速度为 ，分析以下，这样使用滑轮组的好处在哪里？ 。 （5）如图8-5-4所示，用一根结实的绳子在两根光滑的木棒上绕几圈，一小朋友用力一拉，两位大力士竟撞在一起了，这幅漫画说明了 。 （6）有一位举重运动员，他的体重为600N，他最多能举起800N的杠铃，这位运动员运用一个定滑轮提升一个重物时【 】 A最多能提起600N的重物 B最多能提起800N的重物 C最多能提起大于600N，小于800N的重物 D最多能提起1400N的重物 （7）使用定滑轮沿不同方向将物体匀速拉起时，拉力分别为F1、F2、F3，如图8-5-5所示，则三个力之间的关系是【 】 AF1F2F3 BF1F2F3 CF1F2F3 DF1F2F3 （8）一滑轮组承担动滑轮和货物总重的绳子股数为6段，若一个动滑轮重10N，作用在绳子自由端的力F50N，摩擦不计，则货物重为【 】 A15N B.270N C300N D.900N （9）工厂为了搬运一根笨重的机械近车间，某工人设计了如图8-5-6所示的四种方案（机械下方的小圆表示圆形钢管的截面），其中最省力方案是 【 】图8-5-6 （10）一根绳子只能承受1000N的拉力，要用它提起2400N的重物，要求使用的滑轮的个数最少，且人的拉力方向向下，画出符合要求的滑轮组的装置图（滑轮重和摩擦不计）（11）如图8-5-7所示，观察这幅漫画并回答 这幅漫画有什么科学道理？图8-5-7如果你是图中的瘦子，为了防止图中出现的尴尬场面，你会如何改进装置？（画图说明）（12）小红学习了简单机械后发现，所有的简单机械“省力、必然费距离”，没有即省力，又省距离的。如果想省一半的力，是否就要费一倍的距离呢？为了弄清这个问题，她设计了实验装置，如图8-5-8所示来进行探究。请你回答：图8-5-8实验中不用刻度尺能行吗？应该记录的数据，除砝码和滑轮总重外，还应有哪些？（画一个记录数据的表格）探究结论，有可能用一个等式来表示吗？第三节 机械效率1对完成工作任务无用而又必须做的功叫做_，有用功和额外功之和叫做_。2因为_功总小于_功，所以机械效率总小于1。提高机械效率的途径是减小_功。3板车上装有货物，一人拉着该板车将货物送到目的地，对货物所做的功叫_功，对板车所做的功叫_功，如果目的是送板车，则对板车所做的功叫_功，对货物所做的功叫_功。4一台起重机将3600N的货物提高4m，如果额外功是9600N，起重机做的有用功是_，总功是_，机械效率是_。5利用一个动滑轮将重70N的物体匀速提高6m，设动滑轮重10N，绳重和摩擦不计，则利用动滑轮所做的额外功是_，总功是_，这个滑轮组的机械效率是_。6如图1所示，物重40N，滑轮重10N，用力F匀速向上提起重物时，拉力F的大小为_，滑轮组的机械效率是_。（绳重和摩擦不计）7某机械的机械效率为80%，使用它做400J的有用功，需同时做_J的额外功。8如图2是测定滑轮组的机械效率的实验装置，除了图中器材外，还需要_和_；除钩码重外，还要测出的数据有_、_、_；弹簧测力计的拉力方向应_，钩码应_上升；将图中钩码减少一个，则滑轮组的机械效率将_。9如图3所示，物体A的质量是100kg，在力F的作用下物体以05m/s的速度沿水平方向匀速前进。若A与水平面间的摩擦力为物重的1/2，滑轮组的机械效率为80%，则5s内拉力的有用功是_J，拉力F是_N。（g取10N/kg）10用图4所示的滑轮组甲和乙，提起同样重的物体时甲滑轮组的机械效率为甲，乙滑轮组的机械效率为乙，则可判定甲_乙；如果用乙滑轮组第一次提起重G1的重物，机械效率为1，第二次提起重为G2的重物（G1 G2），机械效率为2，则可判定1_2。（不考虑绳重和摩擦的影响，且动滑轮的重力相等） 二、选择题（每题3分，共30分）1分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举升相同高度，做的有用功（）A杠杆最多B斜面最多C滑轮组最多D一样多2在下列有关机械效率说法中正确的是（）A机械效率较大的，所做功少 B机械效率较大的，所做的额外功较少C机械效率较大的，有用功和额外功的比值较大D机械效率较大的，额外功和有用功的比值较大3若把一个定滑轮改成动滑轮使用，除了可以省力外，还（）A可以省功B提高了机械效率C机械效率不变D降低了机械效率4机械效率不可能大于1的原因是（）A动力总大于有用阻力 B动力功总是大于机械克服全部阻力所做的功C阻力功总是大于动力功 D它符合功的原理5如图5所示，用甲、乙两个滑轮组来提相同重物G，甲图中两个动滑轮共重5N，乙图中一个动滑轮重3N，不计摩擦和绳重，则两个滑轮组的机械效率（） A甲比乙大B甲比乙小C一样大D以上三种情况都可能6如图6所示，用两个滑轮组提升货物，所用的动力之比为F1：F2=4：3，被提升货物的重力之比为G1：G2=1：2，则两个滑轮组的机械效率之比为（）A4：3B3：8C3：4D1：3 7利用一个滑轮组提升物体，不计摩擦阻力，则用这个滑轮组（）A提升的物体重力越小，机械效率越高B提升的物体重力越大，机械效率越高C把物体提的越高，机械效率越高D自由端拉力越大，机械效率越高8如图7所示的两个滑轮组分别把重力相等的两个物体提升相同的高度，所用的拉力F1=F2，比较两拉力所做的功W1W2及两滑轮组的机械效率12，则有（ ）AW1W2，12BW1W2，12 CW1=W2，1=2 DW129用两个定滑轮和两个动滑轮组成一个滑轮组，（动滑轮的重力不能忽略）用此滑轮组提起重力为200N的物体，如果提起物体所需要的力是50N，则此滑轮组的机械效率为（ ）A60%B65%C80%D85%10用相同的定滑轮和动滑轮，组成甲、乙两个滑轮组，如图8所示，用它们来提升同一重物，甲滑轮组将重物举高1m，乙滑轮组将重物举高2m，在不计绳重和摩擦的条件下，下列说法正确的是（ ）A甲滑轮组拉力大，机械效率低B乙滑轮组省力，所以它的机械效率高C乙滑轮组将重物举得高。所以它的机械效率高D乙滑轮组做的有用功多，但甲、乙机械效率相等三、多选题（以下各题至少有两个答案符合题意，请把正确序号填入括号内，选对但不全得1分，不填或填错不得分；每题3分，共15分）1下列关于机械效率的说法中，正确的是（ ）A机械效率总小于1B机械效率可能大于1或等于1C增加机械做功时间可以提高机械效率D有用功一定时，减少额外功可以提高机械效率2一个工人用如图9所示的滑轮组提起重2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子自由端被拉下4m，下列说法正确的是（ ）A总功是3200J，机械效率是40%B有用功是2000J，总功是3200JC有用功是3200J，机械效率是625%D总功是3200J，机械效率是625%3两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组提升物体，若已知物重400N，绳子自由端的拉力为120N，则滑轮组的机械效率可为（ ）A30%B67%C83%D100%4用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，把重物匀速提起，绳子的最大承受力为300N，滑轮组的机械效率为60%，这样一次提升的重物最多有多重？（ ）A360NB540NC600ND1000N5有一人用同一滑轮组分别将重1000N和2000N的物体匀速提升5m，动滑轮重200N，不计绳重和摩擦，则上述两种情况中正确的是（ ）A滑轮组的机械效率不相等B人做的额外功相等C人做的总功相等 D绳子自由端移动的距离相等四、作图和实验题（每空1分，2题4分，共13分）测定滑轮组的机械效率。选用的滑轮每个重06N，每个钩码重2N，弹簧测力计的最大量程为25N。现挂3个钩码：1要完成此实验最少需_个定滑轮，_个动滑轮。2在方框中画出实验装置图。3绳子自由端的拉力至少为_N。4在实验中_拉动绳子时，弹簧测力计示数为25N，钩码升高10cm，则有用功为_J，总功为_J，机械效率为_。5在实验中若被提升的物体重力一定，则适当_（填“增加”或“减小”）动滑轮个数，就越省力。滑轮组的机械效率就越_。五、计算题（1题6分，2题6分，共12分）1某建筑工地的工人利用滑轮组把一车砖匀速拉到5m高的楼上，共做有用功15104J：（1）这车砖重多少牛？（2）如果滑轮组的机械效率是60%，要用200N的力把车拉上去，绳子要拉下多少米？2方芳用一杠杆把重1000N的重物从地面匀速提升到二楼阳台上，她设计的杠杆动力臂与阻力臂之比为4：1，假定在提升过程中其力臂比不变，则在理想情况下，用多大的力就可达