1、第第1111講講簡單機(jī)械簡單機(jī)械機(jī)械效率機(jī)械效率20132015年初中學(xué)業(yè)水平考試試題統(tǒng)計與命題解讀考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)1杠桿五要素及平衡條件1.杠桿(1)定義:在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的硬棒叫杠桿。說明:杠桿可直可曲,形狀任意。在力的作用下不易發(fā)生形變。(2)五要素組成杠桿示意圖。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4說明:動力、阻力都是杠桿受到的力,所以作用點(diǎn)在杠桿上;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。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4方法提示畫力臂的方法:考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)42.研究杠桿的平衡條件(1)杠桿平衡是指:杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動。(2)調(diào)節(jié):調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母,使杠桿

2、在水平位置平衡。目的:可以方便地從杠桿上讀出力臂的大小;消除杠桿自身重力產(chǎn)生的力矩。調(diào)節(jié)方法與天平的調(diào)節(jié)相同:左偏右調(diào)、右偏左調(diào)。(3)杠桿的平衡條件(或杠桿原理):動力動力臂=阻力阻力臂。公式:F1l1=F2l2或考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4(4)應(yīng)用:說明:應(yīng)根據(jù)實(shí)際來選擇杠桿,當(dāng)需要較大的力才能解決問題時,應(yīng)選擇省力杠桿;當(dāng)為了使用方便,省距離時,應(yīng)選費(fèi)力杠桿;又省力又省距離的杠桿是不存在的。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)2滑輪與滑輪組考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4特別提醒1.分析繩子段數(shù):截線法:此法是在定滑輪和動滑輪之間作一條水平輔助線,假設(shè)它把滑輪組的繞線“截斷”。水平

3、線與繩的截點(diǎn)數(shù)就是“繩子的段數(shù)”;當(dāng)繩的末端從定滑輪出來這根不算,從動滑輪上去的這根則算。特殊情況:如丙圖,末端繩子雖然從定滑輪出來,但人拉繩和重物連在一起,這段也必須算,n=3。2.組裝滑輪組方法:首先根據(jù)公式求出繩子的股數(shù);然后根據(jù)“奇動偶定”的原則,結(jié)合題目的具體要求組裝滑輪。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)3斜面1.斜面:(1)定義:一個與水平面成一定夾角的傾斜平面。(2)特點(diǎn):省力機(jī)械。如圖:用F表示力,s表示斜面長,h表示斜面高,物重為G。理想情況下,根據(jù)功的原理,得W=Fs=Gh,變形得,當(dāng)h一定時,斜面越長越省力;例:盤山公路。說明:螺線可以看作是繞著圓柱上的斜面。例:飲料瓶瓶蓋、

4、螺絲釘、螺旋千斤頂?shù)取？键c(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4考點(diǎn)4機(jī)械效率1.相關(guān)概念:(1)有用功W有用:對人們有用的功。公式:W有用=Gh(提升重物)(2)額外功W額:并非我們需要但又不得不做的功。公式:W額=W總-W有用(3)總功W總:有用功加額外功或動力所做的功。公式:W總=Fs=W有用+W額(4)機(jī)械效率:有用功跟總功的比值。公式:考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)42.機(jī)械效率的測量:(1)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s;(3)器材:除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細(xì)線外還需彈簧測力計、刻度尺。(4)步驟要點(diǎn):必須勻速、豎直拉動彈簧測力計使鉤碼升高。目的:保證測

5、力計示數(shù)最小且大小不變。(5)影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有:動滑輪越重,個數(shù)越多則額外功相對就越多;提升重物越重,做的有用功相對就越多;若各種摩擦越大做的額外功就越多;繞線方法和重物提升高度不影響滑輪組機(jī)械效率。考點(diǎn)1考點(diǎn)2考點(diǎn)3考點(diǎn)4說明:有用功總小于總功,所以機(jī)械效率總小于1,通常用百分?jǐn)?shù)表示。提高機(jī)械效率的方法:減小機(jī)械自重、減小機(jī)件間的摩擦、增大物重。(6)結(jié)論:同一種滑輪組(額外功相同),提升的重物越重,機(jī)械效率越高;不同的滑輪組,提升相同的重物,額外功越多的機(jī)械效率越低;使用機(jī)械雖然不能省功,但人類仍然使用,是因?yàn)槭褂脵C(jī)械或者可以省力或者可以省距離、也可以改變力的方向,給人類

6、工作帶來很多方便。考法考法簡單機(jī)械作圖主要是杠桿五要素作圖、杠桿最小力問題作圖、定滑輪和動滑輪的杠桿本質(zhì)作圖、滑輪組繞繩作圖等。例題(2015四川雅安)請作出圖中:物體A所受重力G的示意圖;力F的力臂l。考法解析:過物體的重心沿豎直向下的方向畫一條帶箭頭的線段,并用符號G表示;過O點(diǎn)向F的作用線作垂線,垂線段的長就是該力的力臂。答案:如圖所示:方法點(diǎn)撥畫重力示意圖的關(guān)鍵是要把握它的三要素;畫杠桿的力臂則要找準(zhǔn)支點(diǎn)和力的作用線,并從支點(diǎn)向力的作用線作垂線。一、探究一、探究杠桿杠桿的的平衡條件平衡條件1.實(shí)驗(yàn)器材:鐵架臺或支架、帶刻度的杠桿、鉤碼。2.實(shí)驗(yàn)要求:(1)組裝器材,在不掛任何鉤碼,調(diào)節(jié)

7、杠桿水平位置平衡;這樣力臂的數(shù)值在杠桿上就能直接讀出或量出(同時也是為了消除杠桿自身重力的影響);(2)在杠桿左、右兩邊分別掛上不同數(shù)量的鉤碼,使杠桿在水平位置重新平衡;(3)讀出動力,動力臂,阻力,阻力臂,填寫實(shí)驗(yàn)記錄表1,并計算出實(shí)驗(yàn)中F1L1和F2L2的數(shù)值;(4)改變力及力臂的大小,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟(2)、(3),(要求每次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)改變鉤碼數(shù)目和懸掛位置),填寫實(shí)驗(yàn)記錄表;(5)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論;(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束,整理實(shí)驗(yàn)器材。3.實(shí)驗(yàn)記錄表:4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:杠桿的平衡條件:動力動力臂=阻力阻力臂或F1L1=F2L2。例1(2015江蘇蘇州)物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時,小美和小麗再

8、探有關(guān)杠桿平衡的問題。(1)小美先將杠桿調(diào)節(jié)至水平位置平衡,在左右兩側(cè)各掛如圖甲所示的鉤碼后,杠桿的端下降。要使杠桿重新在水平位置平衡,如果不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)位置,只需將即可。(2)小麗還想探究當(dāng)動力和阻力在杠桿同側(cè)時杠桿的平衡情況,于是她將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉,結(jié)果杠桿轉(zhuǎn)至豎直位置,如圖乙所示。小麗在A點(diǎn)施加一個始終水平向右的拉力F,卻發(fā)現(xiàn)無論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡。你認(rèn)為原因是。(3)他們認(rèn)為(2)問中拉力是做功的。如果水平向右的拉力F大小不變,OA長L,將杠桿從豎直位置拉著轉(zhuǎn)過30的過程中,拉力F做功為。解析:(1)若每個鉤碼重力為G,杠桿上每格長L,由題圖甲,左側(cè)

9、力與力臂的乘積:5G4L=20GL,右側(cè)力與力臂的乘積:2G3L=6GL,因?yàn)?0GL6GL,所以杠桿左側(cè)下降;如果不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)位置,若要杠桿平衡,左側(cè)取下n個鉤碼掛到右側(cè),則:(5-n)G4L=(2+n)G3L,解得n=2,即需將左側(cè)2個鉤碼掛到右側(cè)即可;(2)由題圖將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉,在A點(diǎn)施加一個始終水平向右的拉力F,當(dāng)杠桿拉到水平位置時,F的力臂通過支點(diǎn),即力臂為0,根據(jù)杠桿的平衡條件可知,杠桿始終不能平衡;(3)由圖杠桿從豎直位置轉(zhuǎn)過30的過程,F水平移動距離為OA長的一半,即所以拉力F做的功答案:(1)左左側(cè)2個鉤碼掛到右側(cè)(2)水平位置時動力臂為零,杠桿無法平衡方

10、法點(diǎn)撥杠桿平衡條件實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題分析和杠桿平衡條件運(yùn)用,關(guān)鍵是求出杠桿轉(zhuǎn)動30時水平拉力F水平移動距離。我們要學(xué)會設(shè)計實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。二、測滑輪組的機(jī)械效率二、測滑輪組的機(jī)械效率1.實(shí)驗(yàn)器材:刻度尺、鉤碼、彈簧測力計、鐵架臺,一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組,兩個定滑輪和兩個動滑輪組成的滑輪組,長約2m的細(xì)繩。2.實(shí)驗(yàn)操作過程:(1)鉤碼的重力由鉤碼的質(zhì)量算出。(2)勻速拉動彈簧測力計使鉤碼G升高。注意“勻速拉動”。測拉力時,拉力F的大小由彈簧測力計上的示數(shù)讀出。(3)鉤碼上升的高度(h),可用豎直放置在鉤碼旁的刻度尺讀出。(4)細(xì)繩自由端通過的距離(s)的測定,

11、可事先在細(xì)繩與動滑輪(或定滑輪)相切處用色筆在細(xì)繩上作個記號,再拉彈簧測力計,用滑輪組提升重物。用刻度尺量出鉤碼上升的高度后,再量細(xì)繩色點(diǎn)到與動滑輪(或定滑輪)相切處的距離,就是細(xì)繩自由端通過的距離(s)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有:滑輪越重,個數(shù)越多則額外功相對就多;提升重物越重,做的有用功相對就多;若各種摩擦越大做的額外功就多。例2在“測滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中(1)圖甲是小強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中的情景,下表是他記錄的一組數(shù)據(jù)。由表中數(shù)據(jù)可計算出,滑輪組對鉤碼做的有用功為0.1J,人做的總功為J。對以上兩個計算結(jié)果進(jìn)行比較,其不合理之處是;結(jié)合彈簧測力計放大圖,可知小強(qiáng)的錯誤是。(2)

12、小紅在小強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上多使用一個滑輪也做了實(shí)驗(yàn),如圖乙所示。小紅多使用一個滑輪,目的是為了改變。(3)這兩位同學(xué)使用各自的滑輪組提升相同的重物時,若忽略繩重及摩擦,它們的機(jī)械效率(選填“相同”或“不相同”),理由是。(4)如果這兩位同學(xué)用彈簧測力計拉著物體加速上升,測得滑輪組的機(jī)械效率將會(選填“偏高”“偏低”或“不變”)。(5)如果將重大于2N的鉤碼掛在圖甲中滑輪組下,根據(jù)題中已有的信息可以判斷出這時滑輪組的機(jī)械效率應(yīng)在范圍內(nèi)。解析:(1)用拉力乘拉力移動的距離得出是0.06J,比較有用功和總功大小發(fā)現(xiàn)出錯了;錯的原因是彈簧測力計的分度值是0.2N,小強(qiáng)看成了0.1N。(2)增加定滑輪只能改變力的方向,不能改變力的大小。(3)相同,因?yàn)樽龅挠杏霉]有變,克服動滑輪做的額外功也沒有變,所以效率不變。(4)因?yàn)榧铀偕仙?這樣說明拉力大于勻速運(yùn)動時的拉力,此時讀數(shù)拉力變大,總功變大,但有用功不變,所以效率變低。(5)物體重2N時的效率為83.3%,當(dāng)增大被拉升的物體重力時,滑輪組的效率會