专题06简单机械教学案(解析版)

1、简单机械专题 06 简单机械教学案（解析版）知识网络概 定义： 在力的作用下如果能绕着固定点转动的硬棒叫做杠杆念 五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂杠杠杆的平衡：杠杆在动力和阻力作用下静止不转或匀速转动叫杠杆平衡杆平衡条件：动力×动力臂阻力×阻力臂（ F1L1F 2L 2）省力杠杆： L1 L2， F1 F2特点：省力费距离分费力杠杆： L 1<L2，F 1 F 2特点：费力省距离类等臂杠杆： L1L 2， F1 F2特点：不省力、不省距离，能改变力的方向滑轮是变形的杠杆定义：中间的轴固定不动的滑轮定实质：等臂杠杆滑轮特点：使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向

2、滑（不计轮轴间摩擦） F=G 物 。绳子自由端移动距离SF=重物移动的距离 SG定义：和重物一起移动的滑轮轮动滑实质：动力臂为阻力臂2 倍的省力杠杆轮特点：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： F=1/2G 物 ，或 F=1/2（ G 物 +G 动）； S=2h定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组滑特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向轮组理想的滑轮组： F=1/nG 物 或 F=1/n（ G 物 +G 动）； S=nh绕绳方法：根据 “奇动偶定 ”的原则有用功：定义：对人们有用的功功额外功：定义：我们不需要但又不得不做的功分类总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功机定

3、义：有用功跟总功的比值。械效特点：有用功总小于总功，所以机械效率总小于1，常用百分数表示率提高方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦实测滑轮组机械效率实验验结论：影响滑轮组机械效率的主要因素有：动滑轮自重、物重、摩擦重难突破一 . 杠杆、五要素、力臂画法、平衡条件杠杆1、定义： 一根硬棒，在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒叫杠杆。2、五要素 ：一点、二力、两力臂。 “一点 ”即支点，杠杆绕着转动的点，用 “O”表示。 “二力 ”即动力和阻力，它们的作用点都在杠杆上。动力是使杠杆转动的力，一般用“F 1”表示，阻力是阻碍杠杆转动的力，一般用 “F 2”表示。 “两力臂 ”即动力臂和阻力臂，

4、动力臂即支点到动力作用线的距离，一般用“L 1”表示，阻力臂即支点到阻力作用线的距离，一般用 “L 2”表示。）3、杠杆的平衡 ：杠杆在动力和阻力作用下静止不转或匀速转动叫杠杆平衡。4、平衡条件 ：动力 ×动力臂阻力×阻力臂；公式： F1L1 F2L2。5、杠杆的分类和应用（ 1）省力杠杆： L 1 L 2， F 1 F2 特点：省力费距离，应用：撬棒、铡刀、动滑轮、羊角锤、钢丝钳、手推车；（ 2）费力杠杆： L1<L2， F1 F2特点：费力省距离，应用：理发剪刀、钓鱼杆。（ 3）等臂杠杆： L 1 L 2， F 1 F2特点：不省力、不省距离，能改变力的方向；应用

5、：天平 . 许多称质量的秤，如杆秤、案秤。典例 1（ 2018?黑龙江） 如图所示的简单机械中一定费力的是（）ABCD起瓶器撬棒羊角锤钓鱼竿【答案】：D【解析】：A 、起瓶器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B 撬棒在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B 错误；A 错误；C、羊角锤在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故 D 、钓鱼竿在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故C 错误；D 正确【变式】 如图的常见器具都应用了杠杆，其中属于省力杠杆的是（）ABCD托盘天平独轮车筷子船桨【答案】：B【解析】：A 、托盘天平在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，

6、不省力也不费力；B 、独轮车在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；C、筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；D 、船桨在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆典例 2（ 2018 ?广东） 如图所示，轻质杠杆 OA 可绕 O 点转动，请在图中画出杠杆OA 的动力臂 L 。【答案】：【解析】：由图知，杠杆所受动力作用在杆 OA 的动力臂 L如图所示：A 端，动力的方向向上，过支点O 作动力作用线的垂线段，即为杠【变式】 （2018?眉山） 如图所示，轻质杠杆OA衡的最小的力F 的示意图（要求保留作图痕迹）。能绕O 点转动，请在杠杆中的A 端画出使轻质杠杆保持平【答案】：【解析】

7、： O 为支点，所以力作用在杠杆的最右端A 点，并且力臂是 OA 时，力臂最长，此时的力最小。确定出力臂然后做力臂的垂线即为力F如图所示：典例 3（ 2018?齐齐哈尔） 如图所示的杠杆（自重和摩擦不计），O 是支点， A 处挂一重为 50N的物体，为保证杠杆在水平位置平衡， 在中点 B 处沿（选填 “F为N。1”、“F”或2 “F”）方向施加的力最小，3【答案】 F2； 100。【解析】：为使拉力最小，动力臂要最长，拉力F 的方向应该垂直杠杆向上，即竖直向上（F2），动力臂为OB 最长，杠杆在水平位置平衡，根据杠杆的平衡条件：F2× OB=G × OA ，由于 OA 是

8、OB 的二倍，所以：F=2G=100N 。【变式】（ 2018?连云港） 如图所示， O 为杠杆的支点，杠杆右端挂有重为G 的物体，杠杆在力F1 的作用下在水平位置平衡。如果用力F2 代替力 F1 使杠杆仍在水平位置保持平衡，下列关系中正确的是（）AF1F2BF1F2CF2GDF1=G【答案】 B【解析】：AB 、设动力臂为L 2，杠杆长为L （即阻力臂为L ）；由图可知， F2 与杠杆垂直，因此其力臂为最长的动力臂，由杠杆平衡条件可知F2 为最小的动力，则Fl F2，故 A错误，B正确；CD 、用力 F2 使杠杆在水平位置保持平衡时，由杠杆平衡条件可得：F2 ?L2=G?L ，由图知 L2

9、L ，所以 F2 G；故 C 错误；因为 Fl F2， F2 G，所以 Fl F2 G，故 D 错误。典例 4 小兰和爸爸、妈妈一起参加了一个家庭游戏活动活动要求是：家庭成员中的任意两名成员分别站在如图所示的木板上，恰好使木板水平平衡若小兰和爸爸的体重分别为 400N 和 800N，小兰站在距离中央支点 2 米的一侧，爸爸应站在距离支点 l 米的另一侧，木板水平平衡现在他们同时开始匀速相向行走，小兰的速度是 0.5 米/ 秒，则爸爸的速度是多大才能使木板水平平衡不被破坏？A1.0 米/ 秒B0.75 米/ 秒C0.5 米/ 秒D0.25 米/ 秒【答案】 D【解析】：木板平衡时，小兰和爸爸对木

10、板施加的力大小等于各自重力，所以小兰和爸爸对杠杆施加的力分别为F1=400N， F2=800N，由题意可知，两力臂分别为l 1=2m， l2=1m，他们同时开始匀速相向行走，设小兰和爸爸匀速行走的速度分别为v1 和v2，行走时间为t ，要保证杠杆水平平衡，根据杠杆的平衡条件有：，解得 v2=0.25m/s 。二 . 滑轮、定滑轮、动滑轮、滑轮组1、滑轮是变形的杠杆。2、定滑轮 ：定义：中间的轴固定不动的滑轮。实质：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 物 。绳子自由端移动距离SF（或速度vF） =重物移动的距离SG（或速度vG）3、动

11、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。1理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：FG物2只忽略轮轴间的摩擦则，拉力。绳子自由端移动距离 SF（或 vF）=2 倍的重物移动的距离 SG（或 vG）4、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。1理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力FG物 。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力n。绳子自由端移动距离SF（或 vF） n 倍的重物移动的距离SG（或 vG）。滑轮组绕绳方法：首先根据公式

12、n（ G物G动）求出绳子的股数。然后根据 “奇动偶定 ”的原则。F典例 1 （ 2019?济南一模） 如图所示， 分别用定滑轮和动滑轮将重为G的物体提升相同的高度。 不计滑轮重、绳重及摩擦，下列说法正确的是（）AF1 大于F2B F1 小于F2CF1 等于F2D F1 大小随方向改变【答案】A【解析】由图可知，图1 是定滑轮，定滑轮是一个等臂杠杆，它不省力但可以改变力的方向，不计滑轮重、绳重及摩擦F1=G；图 2 是动滑轮，动滑轮是省力杠杆，不计滑轮重、绳重及摩擦F2=1/2 错误！未找到引用源。 G；所以 F1 大于 F2，故 A 正确。典例 2 如图所示， B 装置是 _滑轮（选填“定”或

13、“动”）。若物体 A 所受重力为100 牛，当分别用不同方向的力匀速提起物体A 时，拉力F1_F2（选填“大于” 、“等于”或“小于” ）。【答案】定；等于【解析】（1）提升物体A 时，滑轮的轴固定不动，是定滑轮；（ 2）因为定滑轮相当于一等臂杠杆，只能改变力的方向，而不省力，故定滑轮拉同一物体A，沿不同方向用的拉力大小相等，所以F1=F2，故答案为：定；等于。典例 3（ 2018?天津） 利用图甲中的撬棒撬石块时，撬林相当于（选填 “省力 ”或 “费力 ”）杠杆：利用图乙中的滑轮组匀速提升900N 的重物时， 若忽略滑轮自重、 绳重及摩擦， 人对绳的最小拉力为N。【答案】省力； 300【解析

14、】（1）用撬棒撬石头时，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；（ 2）由乙图可知绳子的有效股数n=3，拉力 F=1/nG 物=1/n× 900N=300N 。【变式】：（ 2018?湖州） 在拓展课上，小泉同学模拟某建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组。他用该滑轮组在 4 秒内将一个重为100 牛的物体，沿着水平地面匀速拉动了2 米。人的拉力为18 牛，物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35 倍，不计绳重及机械的摩擦。求：（ 1）人的拉力所做的功。（ 2）人的拉力做功的功率。（ 3）动滑轮受到的重力。【答案】（1）人的拉力所做的功为72J。（ 2）人的拉力做功的功率18W。（

15、 3）动滑轮受到的重力为1N。【解析】（1）由图知， n=2 ，则绳端移动的距离：s 绳=ns 物 =2× 2m=4m ，人的拉力所做的功：W=Fs 绳=18N × 4m=72J；（ 2）拉力 F 做功的功率： P=W/t=72J/4s=18W ；（ 3）因为物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35 倍，所以物体受到的摩擦力：f=0.35G=0.35 × 100N=35N ；因物体匀速移动时处于平衡状态，物体受到的拉力F 拉 和摩擦力是一对平衡力，所以，滑轮组对物体的拉力：F 拉 =f=35N ，不计绳重及机械的摩擦，由F=1/n （ G 动 +F 拉）可得，动

16、滑轮的重力：G 动 =nF F 拉 =2× 18N 35N=1N 。三、功的分类、机械效率1、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 Gh2、额外功 ：定义：我们不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 fL3、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 FL4、机械效率 ：定义：有用功跟总功的比值。W有用公式：=斜面：=W总GhFL定滑轮：= GhGhGFSFhF动滑轮：= G

17、hGhGFSF 2h2F滑轮组：= GhGhGFSFnhnF5、有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。6、提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。7、测量机械效率的实验：（ 1）原理：=W有用GhW总FS（ 2）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。（ 3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。（ 4）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。（ 5）结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。提升重物越重，做的有用功相对就多。摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就

18、多。8、绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。典例1（2018?自贡） 如图所示，用滑轮组提升重物时，重400N 的物体在10s内匀速上升了1m。已知拉绳子的力F 为250N，则提升重物的过粒中（）A做的总功是 400J C绳子自由端被拉下B1m拉力 F 的功率是 25W D滑轮组的机械效率是80%【答案】D【解析】 AC、由图知， n=2，则绳子自由端移动的距离：s=2h=2 × 1m=2m，故 C 错误；拉力做的总功：W总 =Fs=250N× 2m=500J，故 A 错误；B、拉力 F 的功率： P=W总 ÷ t=500J ÷ 10s=50W，故 B 错误；D、有用功： W有用 =Gh=400N× 1m=400J，滑轮组的机械效率： =W有 ÷ W总× 100%=400J÷ 500J×100%=80%，故 D正确。典例 2（2018?东营） 对物理概念的理解是学好物理的关键。关于功、功率和机械效率，下列说法正确的是（）A通过改进机械的性能可以使机械效率达到100%B做功多的机械，功率一定大C功率大的机械，做功一定快D做功快的机械，机械效率一定高【答案】 C【解析】A、使用任何机械都要做额外功，所以总功一定大于有用功，即有用功与总功的比值一定小于1，也就是机械效率小