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1、第十一章:簡單機械第一節(jié):杠桿1、 定義:在 的作用下繞著 轉(zhuǎn)動的 叫杠桿?!菊f明】:杠桿可 可 ,形狀 。 有些情況下,可將杠桿實際轉(zhuǎn)一下,來幫助確定支點。如:魚桿、鐵鍬。圖132、 五要素組成杠桿示意圖。支點:杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點。用字母O 表示。 動力:使杠桿轉(zhuǎn)動的力。用字母 F1 表示。阻力:阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力。用字母 F2 表示。動力臂:從 到 的距離。用字母L1表示。阻力臂:從 到 的距離。用字母了L2表示?!菊f明】1、 動力、阻力都是杠桿的受力,所以作用點在杠桿上。 2、動力、阻力的方向不一定相反,但它們使杠桿的轉(zhuǎn)動的方向相反。 3、動力臂、阻力臂不一定在杠桿上。 4、力臂是指“點到線
2、”的距離,即支點到力的作用線的距離,而不是“點到點”的距離。畫力臂方法:一定點(支點)、二畫線(力的作用線)、三連距離、四標簽 找支點O; 畫力的作用線(虛線); 畫力臂(虛線,過支點作力的作用線的垂線,); 標力 臂(用大括號,一端括支點,一端括垂足,標上相應(yīng)的符號L1或L2)。圖3圖4例如:圖20圖21圖193、探究杠桿的平衡條件: 杠桿平衡是指: 或 選擇杠桿中間為支點的目的(或不掛鉤碼時使杠桿在水平位置平衡的目的): 。 實驗前:應(yīng)調(diào)節(jié)杠桿兩端的 ,若杠桿右端下沉,杠桿兩側(cè)的平衡螺母向 調(diào)(即左高左調(diào)),使杠桿在 位置平衡。這樣做的目的是: 。 多次實驗的目的: 當彈簧測力計的方向由豎
3、直傾斜時,杠桿仍然平衡,示數(shù)變 ,原因: 。 當把左側(cè)的鉤碼拿掉。杠桿將處于豎直位置,在右側(cè)施加一個力,卻發(fā)現(xiàn)無論用多大的力都不能將杠桿拉到水平位置平衡,其原因:水平位置時動力臂為零,杠桿無法平衡 實驗結(jié)論:杠桿的平衡條件(或杠桿原理)是: ;寫成公式 也可寫成: 。其含義是:如果動力臂是阻力臂的幾倍,那么動力就是阻力的 。圖94、求最大動力臂的方法:若動力作用點確定了,則支點到動力作用線的距離就是最大動力臂。 若動力作用點沒有確定,應(yīng)看杠桿上哪一點離支點最遠,則這一點到 支點的距離即為最大動力臂。5、杠桿平衡時動力最?。簞恿σ钚r,動力臂要最大;動力臂要最大,則過已知力的作用 點,作最大動
4、力臂的垂線;根據(jù)實際,確定動力的方向。6、杠桿平衡時動力最大:動力要最大時,動力臂要最小,動力臂要最小,力的作用線的延長線過 支點。圖14圖8圖7例如:1、如圖14若將圓形的油桶滾上臺階,請畫出最小的力。2、用撬棒撬起一石塊,圖7,沿不同方向用力作用于撬棒,哪個力最小( )A F1 B. F2 C. F3 D. 都一樣3、如圖8所示要使杠桿平衡,作用在A點上的力分別為F1 、F2 、F3 ,其中最小的力是( )A.沿豎直方向的力F1最小 B.沿垂直杠桿方向的力F2最小C.沿水平方向的力F3最小 D.無論什么方向用力一樣大 7、杠桿的分類名稱結(jié) 構(gòu)特 征特 點應(yīng)用舉例省力杠桿動力臂&g
5、t;阻力臂L1>L2省力、費距離撬棒、鍘刀、動滑輪、獨輪車、羊角錘、鋼絲鉗、自行車閘、核桃夾、起子、手推車、花枝剪刀費力杠桿動力臂<阻力臂L1<L2費力、省距離縫紉機踏板、起重機的前臂、理發(fā)剪刀、釣魚桿、筷子、船槳、面包夾、鑷子、掃帚等臂杠桿動力臂=阻力臂L1=L2不省力不費力天平,定滑輪、蹺蹺板【說明】:應(yīng)根據(jù)實際來選擇杠桿,當需要較大的力才能解決問題時,應(yīng)選擇 ,當為了使用方便,省距離時,應(yīng)選 。第二節(jié):滑輪一、定滑輪:定義:軸不隨物體一起移動的滑輪。實質(zhì):定滑輪的實質(zhì)是: 杠桿特點:A 。利用定滑輪提起重為G的物體時,拉力F G,,只有不考慮繩重和摩擦時(理想的定滑輪)
6、,拉力F GB不省距離:繩子自由端移動距離S繩 = 重物移動的距離 h物,,繩子自由端移動速度v繩=重物移動的速度v物。即 , 二、動滑輪:定義:軸會隨物體一起移動的滑輪。(可上下移動,也可左右移動)實質(zhì):動滑輪的實質(zhì)是:動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿。特點:使用動滑輪能 ,但不能 。理想的動滑輪(不計軸間摩擦和動滑輪重力)則:F= ,只忽略輪軸間的摩擦則拉力F= ,繩子自由端移動距離S繩 = 2倍重物移動的距離 h物,,繩子自由端移動速度v繩=2倍重物移動的速度v物。即 , 【注意】 判斷滑輪時動滑輪還是定滑輪關(guān)鍵是看軸是否隨著物體一起運動,軸隨物體起運動的 是 滑輪,軸隨物體起運動的是 滑輪
7、,5、幾種常見的使用滑輪情況1、 2、F G、S h、V繩 V物 F F拉 f、S繩 S物、V繩 V物3、 4、F= G(不計摩擦和動滑輪重力)、 F F拉 f、S繩 S物、V繩 V物F= (只忽略輪軸間的摩擦)S h、V繩 V物5、 6、F= G(不計摩擦和動滑輪重力)、 F F拉 f、F= (只忽略輪軸間的摩擦) S輪 S物、V輪 V物S輪 S物、V輪 V物7、【注意】A使用定滑輪提起同一重物,沿不同方向的拉力 ;即: B使用動滑輪提起同一重物,沿不同方向的拉力 ;當拉力作用線與阻力作用 線平行時最省力,當偏離豎直方向角度越大,拉力 ;即: C人對繩子的拉力最大只能達到自身的重力的大小與人
8、的舉力無關(guān)。 例如:小李m1=50Kg,能舉起80Kg的杠鈴,小李m2=70Kg,能舉起60Kg的杠鈴,如圖, 兩人比賽,誰把對方拉起,比賽結(jié)果是: 拉起來。 三、滑輪組、1、定義:定滑輪、動滑輪組合成滑輪組。2、特點:使用滑輪組既能省力又能改變動力的方向3、理想的滑輪組(不計輪軸間的摩擦和動滑輪的重力)拉力F= G 。只忽略輪軸間的摩擦, 則拉力F= ,繩子自由端移動距離S繩 = 倍重物移動的距離 h物,,繩子自 由端移動速度v繩= 倍重物移動的速度v物。即 , 4、判斷繩子根數(shù)(n)的方法:方法(一):從定滑輪和動滑輪之間畫一條虛線,數(shù)直接與動滑輪相連的根數(shù)即為 n的值,其中,繩 子自由端
9、方向向上的要數(shù)上。方法(二):已知G和F,求繩子的根數(shù),則n= ,若n不是整數(shù),則小數(shù)點“只入不舍” 例如:已知G=960N,F(xiàn)=400N,求繩子的根數(shù)n= = = 方法(三):已知s和h,求繩子的根數(shù),則n= 例如:已知s=6m,h=2m,求繩子的根數(shù)n= = = 5、繩子的繞法題型(一)已知繩子的根數(shù),畫繩子的繞法-奇動偶定-若繩子的根數(shù)為奇數(shù),繩的固 定端接在動滑輪上,然后繞到定滑輪上,由內(nèi)向外繞;若繩子的根數(shù)為偶數(shù),繩的固定端 接在定滑輪上,然后繞到動滑輪上,由內(nèi)向外繞;題型(二)使用滑輪組時要最省力,則繩子的根數(shù)應(yīng)為奇數(shù),再根據(jù)“奇動偶定”,繩的固 定端接在動滑輪上,然后繞到定滑輪上
10、,由內(nèi)向外繞。題型(三) 使用滑輪組時既要省力又能改變力的方向,則繩子的根數(shù)應(yīng)為偶數(shù),再根據(jù)“奇動偶定”, 繩的固定端接在定滑輪上,然后繞到動滑輪上,由內(nèi)向外繞。5、裝滑輪組方法:第一、求段數(shù):根據(jù)公式 或 求出繩子的股數(shù)。 第二、定個數(shù):確定動滑輪的個數(shù)N動,當繩子的根數(shù)n為奇數(shù)時,N動= ,當繩 子的根數(shù)n為偶數(shù)時,N動= ,確定定滑輪的個數(shù)N定,一般按“一動配一定”來確 定定滑輪的個數(shù),N定= ,若繩子的根數(shù)為偶數(shù),則由“偶數(shù)減一定”得到N定= , 若方向要發(fā)生改變(人在地面上拉物體),則由“變向加一定” 得到N定= 。 第三、找起點(固定端):則由“奇動偶定”找到第四、畫繩子:若繩子的
11、根數(shù)為奇數(shù),繩的固定端接在動滑輪上,然后繞到定滑輪上,由內(nèi)向外繞; 若繩子的根數(shù)為偶數(shù),繩的固定端接在定滑輪上,然后繞到動滑輪上,由內(nèi)向外繞;例如:把重為5100N的物體用1200N的力提起,請你設(shè)計這個滑輪組,要求滑輪個數(shù)最少,請畫出這個滑輪組?例如:一個人站在地面上把重為5100N的物體用1200N的力提起,請你設(shè)計這個滑輪組,要求滑輪個 數(shù)最少,請畫出這個滑輪組?例如:用如圖所示的滑輪組,拉自己勻速上升,已知:吊筐重200N,人重600N,每個滑輪重40N,人拉繩的力至少多少N才能將自己吊起,此時人對筐底的壓力是多少。(不計摩擦)若吊筐上升0.5m,則繩索被拉下多少米?四、斜面1、斜面也
12、是一種 力的 。2、理想斜面(斜面光滑)遵從功的原理-使用任何機械 。3、理想斜面公式:FL=Gh的推導(dǎo): -由功的原理推導(dǎo)其中:F:沿斜面方向的推力;L:斜面長;G:物重;h:斜面高度。4、理想斜面的特點:(1) 但 ,(2)當高度(坡度)一定時,斜面越長越 。(3)、斜面長是斜面高的幾倍,推力就是物重的 (4)、如果斜面與物體間的摩擦為f ,則:FL=fL+Gh;這樣F做功就大于直接對物體做功Gh 。 5、應(yīng)用:斜坡、推貨上車所達的木板、盤山公路、走S路、螺絲釘、滑梯、劈柴五、輪軸1、定義:由 和 組成,且能繞著固定點轉(zhuǎn)動的一種 。2、實質(zhì):輪軸是一種 的杠桿。 3、特點:(1) 同心,
13、大 小。(2)若動力作用在輪上,輪軸是一個 杠桿,但 ;由杠桿平衡條件得, ,即輪的半徑是軸的半徑的幾倍,則作用在輪上的力(F1)就是作用在軸上的力(F2)的 ;(3)若動力作用在軸上,輪軸是一個 杠桿,但 ;4、輪軸的應(yīng)用:方向盤、轆轤、門鎖、水龍頭第三節(jié):機械效率一、有用功(W有用):1、定義:對人們有用的功(或機械對物體(研究對象)所做的功)。2、當討論提升重物有用功時,只考慮物重和提升的高度,不管路徑或方式是否相同,即公式:W有用Gh(提升重物) 二、額外功(W額):1、定義:利用機械做功時,并非人們需要但又不得不做的功2、例如:客服機械重力所做的功、機械之間摩擦力所做的功 【注】1、
14、有用功和額外功的判斷要根據(jù)工作目的來確定,工作目的不同,有用功和額外功可能不同例如:1、從井中打水:(W有用:人對 所做的功,W額:人對 所做的功;工作目的: )2、從井中撈桶:(W有用:人對 所做的功,W額:人對 所做的功;工作目的: )三、 總功(W總):1、定義:有用功與額外功之和(或動力所做的功或人們對機械所做的功)2、總功等于作用在機械上的動力和動力作用點移動的距離的乘積。3、公式: 4、對于理想機械(W額=0), ;對于非理想機械(W額 0), 四、 機械效率( ):1、定義: 跟 的比值。2、公式: 3、【注】(1)機械效率是一個 , 單位。(2)因為 ,所以機械效率總 1 ,通
15、常用 表示。(3) 率是機械性能好壞的一個標志, 越高,機械性能越 。(4)機械效率與 、 的多少無關(guān)。五、W有用、W額、W總、的計算1、W有用的計算(1)由定義得,豎直提升物體: ;水平勻速拉動物體 (2)由總功定義得: (3)由機械效率得: 2、W額的計算(1)由定義得: (G動為動滑輪的重力)(2)由總功定義得: (3)由機械效率得: 3、W總的計算(1)由定義得: (2)由總功定義得: (3)由機械效率得: 4、的計算(1)由定義得: 六、探究斜面的機械效率1、猜想與假設(shè):斜面的機械效率是與 、 、 有關(guān)2、設(shè)計實驗:(1)實驗器材: (一)、探究斜面機械效率與斜面 的關(guān)系(1)實驗表
16、格及數(shù)據(jù)實驗次數(shù)斜面坡度斜面材料斜高h/m物重G/N斜面長S/m拉力F/N機械效率1較緩300木板 0.65 14 75%2較陡450木板 0.8515 80%3最陡600木板1516 83.3%(2)實驗步驟:測量小車的重量 把小車用彈簧測力計沿斜面勻速向上拉;分別記錄拉力F、小車沿斜面移動的距離S、 小車上升的高度h。 改變斜面的傾斜程度,重復(fù)步驟。 (4)計算:W有用= ; W額= (光滑); W額= (不光滑) W總= ; (光滑); W總= ; (不光滑) = ; (光滑); = ; (不光滑)結(jié)論:斜面機械效率與斜面 有關(guān)
17、, 越大,機械效率 。(二)、探究斜面機械效率與斜面 的關(guān)系結(jié)論:斜面機械效率與斜面 有關(guān), 越大,機械效率 。(三)、探究斜面機械效率與 的關(guān)系結(jié)論:斜面機械效率與 關(guān)?!咀⒁狻恳?拉動物體;拉力要與斜面 ; 七、測量滑輪組的機械效率1、實驗原理: 2、應(yīng)測物理量:鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S3、實驗器材:滑輪組、鐵架臺、鉤碼若干,還需要 、 4、實驗步驟:(1)、用彈簧測力計測出鉤碼的重力為G,;(2)、緩慢勻速豎直向上拉動彈簧測力計,使鉤碼升高,讀出彈簧測力計的示數(shù)F,用刻度尺 測出鉤碼上升的高度為h和彈簧測力計移動的距離為s;(3)、根據(jù)W有= 、W總=
18、 、再根據(jù)= 算出機械效率(4)、改變鉤碼的數(shù)量,在做兩次上面的實驗(5)、改變動滑輪的重力,在做兩次上面的實驗5、得出結(jié)論:影響滑輪組機械效率高低的主要因素有:A、物體的重力大?。河猛换芙M所提升不同重物,重物越重,做的有用功就 ,而額外功 ,機械效率就越 。B、動滑輪重力大?。ɑ騻€數(shù)多少):使用不同的滑輪組,提升相同的重物時,動滑輪的個數(shù)越多,額外功 ,有用功 ,滑輪組的機械效率 ; C、繩重及繩與滑輪之間的摩擦:若各種摩擦越大,做的額外功 ,機械效率 。 【注】1、緩慢勻速豎直向上拉動彈簧測力計目的:保證彈簧測力計的示數(shù)不變,方便讀數(shù)。 2、不能在靜止時讀數(shù)的原因:靜止時,沒有繩與滑輪之間的摩擦,測出的機械效率會偏 3、不影響滑輪組的機械效率高低有:物體上升的高度、物體上升的速度、繩子的根數(shù)或繞法八、分析機械效率的高低1、當 W總一定時A由 得,當 一定時, 越大, 越高B由 得, 當 一定時, 越大, 越高2、當 W有一定時A由 得,當 一定時, 越大, 越高B由 得, 當 一定時, 越大, 越高2、當 W額一定時A由 得, 當 一定時, 越
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