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简单机械
考点1杠杆
【知识总结】
1.杠杆:
在力的作用下能够绕着固定不动的点转动的硬棒就是杠杆
2.杠杆的五要素:
支点、动力F1、阻力F2、动力臂、阻力臂
3.杠杆的平衡条件:
也就是阿基米德发现的杠杆原理。
用公式表示为
4.杠杆分类
省力杠杆:
省了力,却费了距离。
费力杠杆:
费了力,却省了距离。
等臂杠杆:
既不省距离也不费距离。
5.杠杆的动态平衡
【典例归纳】
例1.
(1)请在图(甲)中画出力F的力臂;
(2)如图(乙)所示,F1是作用在抽水机手柄A点处的动力,请画出动力F1的力臂l1和阻力F2;(3)请在图丙中,作出力F对于支点O的力臂。
(甲)(乙)(丙)
例2.如下图所示的几种杠杆类工具,在使用时属于省力杠杆的是()
【例3】如图,一块厚度、密度均匀的长方形水泥板放在水平地面上,用一竖直向上的力,欲使其一端抬离地面.则( )
A.F甲>F乙,因为甲方法的动力臂长
B.F甲<F乙,因为乙方法的阻力臂长
C.F甲>F乙,因为乙方法时阻力臂短
D.F甲=F乙,因为动力臂都是阻力臂的2倍
变式.一根轻质杠杆可绕O点转动,在杠杆的中点挂一重物G,在杆的另一端施加一个方向始终与杠杆保持垂直的力F,如图所示,力F使杆从所示位置慢慢抬起到水平位置的过程中,力F和它的力臂L1、重力G和它的力臂L2的变化情况是 ( )
A.F增大,LF减小 B.F减小,LF增大
C.G不变,LG减小 D.G不变,LG增大
考点2滑轮
【知识总结】
1.定滑轮:
实质是一个等臂杠杆
使用滑轮不省力但是可以改变施力的方向,提升物体时,F=G.
2.动滑轮:
实质是一个动力臂为阻力臂两倍的杠杆
使用滑轮省一半力但是不可以改变施力的方向,提升物体时,2F=G物+G动.
3.滑轮组
由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组,有的既能省力也能改变施力的方向,有的只能省力但不能改变施力的方向。
滑轮组有几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物体和动滑轮总重的几分之一。
【典例归纳】
【例1】如图所示,健身员向下摆动脚踝使细绳拉着物体缓慢提升时,图中的滑轮是( )
A.定滑轮,可省力B.动滑轮,可省力
C.定滑轮,可改变力的方向D.动滑轮,可改变力的方向
例2.如图是滑轮的两种用法,以下说法中正确的是()
A.甲是动滑轮,使用时不能省力
B.乙是动滑轮,使用时可以省力
C.甲是定滑轮,使用时可以省力
D.乙是定滑轮,使用时不能省力
变式如左图所示,绳子OO′悬吊着质量忽略不计的杆,在杆的a点挂上重物G,在O右侧某点b处挂上钩码.重物G的质量及a到O的距离不变,要使杆保持水平,b点挂的钩码个数(各个钩码质量相同)和b到O的距离的关系是图7中哪一幅图()
考点3功和功率
【知识总结】
1.功的两个必要因素:
一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过的距离。
2.功的定义:
功(W)等于力(F)跟物体在力的方向上通过的距离(s)的乘积。
(功=力×距离)
3.功的公式:
W=Fs;单位:
W→焦;F→牛顿;s→米。
(1焦=1牛·米).
4.功的原理:
使用机械时,人们所做的功,都等于不用机械而直接用手所做的功,也就是说使用任何机械都不省功。
5.功率(P):
单位时间(t)里完成的功(W),叫功率。
功率是表示物体做功快慢的物理量。
6.计算公式:
。
单位:
P→瓦特;W→焦;t→秒。
(1瓦=1焦/秒。
1千瓦=1000瓦)
P=W/t=Fv
【典例归纳】
知识点一:
做功的判断
例1.一个足球运动员用100N的力踢一个重为5N的足球,球离脚后在水平草地上向前滚动了30m.在球滚动的过程中,运动员对足球做的功为()
A.3000J B.500J C.150J D.0J
知识点二:
做功的计算
例2.小刚的体重是500N,他将一个质量为20kg的箱子沿着长18m的楼梯,扛上高为10m的四楼,求小刚在此过程中所做的功。
三、功率
知识点一:
功率的概念
例1.下列关于功率的说法正确的是
A.物体做功越多,功率越大B.物体做功时间越短,功率越大
C.物体做功越快,功率越大D.物体做功时间越长,功率越大
知识点二:
功率的计算
例2.某汽车以72㎞/h的速度匀速行驶时,汽车牵引力的功率是6×104W。
汽车以该速度匀速行驶了2000m。
求:
(1)汽车牵引力在这段路程中做的功是多少焦?
(2)汽车牵引力为多少牛?
3000N
考点4滑轮组的机械效率的计算
【知识总结】
1.有用功是动滑轮对物体做的功。
提起物体时,
。
水平拉动物体时,
额外功是克服动滑轮的重力做的功和克服摩擦做的功。
不计摩擦时,
总功就是绳子末端拉力做的功。
。
在不计摩擦时,
8.提高滑轮组机械效率的方法:
增加物体的重力
减小动滑轮的重力
【典例归纳】
知识点一:
机械效率的测量和影响因素
例1.(某实验小组在“测滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示,第1、2、3次实验装置分别如图27中的甲、乙、丙所示。
(1)比较第1次实验和第2次实验,可得结论:
使用同样的滑
轮组,提起的钩码越重,滑轮组的机械效率越______。
(2)第3次实验中所做的有用功是_____J,机械效率是______
(3)第3次实验中动滑轮个数比第2次实验多,动滑轮自重增大,对动滑轮所做的额外功______(选填“增大”或“减小”),因而,由第2、3次实验可知:
滑轮组的机械效率与动滑轮自重大小有关。
(4)综合上述结论,提高机械效率的方法有增大有用功,_______额外功(选填“增大”或“减小”)。
知识点二:
机械效率的计算
例2.用如图所示的滑轮组将一个重8N的物体匀速提高2m,所用拉力F为5N。
则此过程拉力所做的有用功是________J,该滑轮组的机械效率是______﹪。
如果用此滑轮组将重18N的重物也匀速提高2m,所做的总功是_______J。
(不计绳重和摩擦)
例3.小明利用如图21所示的滑轮组将重为900N的物体从一楼匀速提升至六楼,所用的拉力为360N,绳子自由端移动的速度为0.3m/s。
(己知每层楼高3m)求:
(1)小明所用的时间;
(2)拉力的功率;
(3)所做的额外功;
(4)在此基础上再加一个滑轮做动滑轮使用,组成一个新的滑轮组,提升相同的重物时,滑轮组的机械效率将如何改变?
为什么?
【变式1】电梯的简化模型如图甲所示,考虑安全、舒适、省时等因素,电梯速度要经过增大、不变和减小的过程.这一过程是通过改变拉力大小来实现的.某次上升过程中电梯所受拉力F随上升高度h变化的图象如图乙所示.这个过程用时1分钟,求这个过程中:
(1)电梯上升的平均速度;
(2)拉力做的功;
(3)拉力做功的功率.
考点5其他简单机械的机械效率
【知识总结】
1.杠杆:
2.斜面:
与坡度有关------斜面越陡,越不省力,机械效率越高。
实验操作要领:
(1)要匀速拉动
(2)拉力要与斜面相平
3.轮轴:
【典例归纳】
【例1】如图所示是小明测量杠杆机械效率的实验情景(杠杆的重力忽略不计)
(1)请在下表中把相关的数据填写完整
为提高本实验中杠杆的机械效率,请提—条合理的建议:
______________________
【变式1】如图所示,用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆,使重为18N的物体缓慢升高0.1m,拉力大小F=8N,拉力移动的距离为0.25m.拉力所做的功为J,有用功为J,杠杆的机械效率为%.
【例2】如图所示,有一斜面长为L,高为h,现用力F沿斜面把物重为G的物体从底端匀速拉到顶端.已知物体受到斜面的摩擦力为f,则下列关于斜面机械效率η的表达式正确的是( )
【变式2】如图所示,拉力F将重为100N的物体匀速拉到4m高的斜面顶端,所用时间为20s,克服摩擦所做的额外功为100J.下列说法中正确的是( )
A.整个过程中克服物体重力做的功为400J
B.整个过程中拉力F做的总功为400J
C.斜面的机械效率为80%
D.拉力F的功率为20W
课后练习
(挑战自己)
1.如图所示,杠杆始终处于水平平衡状态,改变弹簧测力计拉力的方向,使其从①一②一③.此过程中,弹簧测力计的示数将( )
A逐渐变大B.逐渐变小C.先变大后变小D.先变小后变大
2.如图所示,杠杆OA的B点挂着重物G,A端用细绳挂在圆弧EF上,此时OA恰成水平,且A点与圆弧形架EF的圆心重合.当绳AM的M端从E点缓慢滑到F点的过程中,绳对A点拉力的大小将( )
A.逐渐变大B.逐渐变小
C.先变大再变小D.先变小再变大
3.如图所示,用三种不同的方式分别拉同一物体在水平地面上做匀速直线运动,所用拉力分别为F1、F2和F3,则它们的大小关系正确的是()
A.F3<F1<F2B.F1<F2<F3C.F2<F1<F3D.F3<F2<F1
4.如图,将同一物体沿不同的光滑斜面拉到斜面顶端所用的力分别为F1、F2、F3,力所做的功分别为W1、W2、W3,则它们之间的关系正确的是( )
A.F1=F2=F3W1=W2=W3
B.F1<F2<F3W1=W2=W3
C.F1>F2>F3W1=W2=W3
D.F1=F2=F3W1>W2>W3
5.用如图所示的滑轮组提起重1.0×103N的货物,用400N拉力F在10s内使绳的自由端匀速拉下2m.不计绳重和摩擦,则下列说法错误的是( )
A.动滑轮重为600NB.提拉货物的绳子对货物做功是500J
C.1s内拉力做功为800JD.货物上升的速度为0.05m/s
6.利用如图所示的装置,工人用力F把重为100N的物体以0.2m/s的速度匀速提升6m.若不计绳重和摩擦,则这一过程中( )
A.拉力F的大小为50NB.绳子自由端的速度为0.4m/s
C.拉力F所做的功为600JD.拉力F的功率为lOW
7.图甲所示为一种搬运建筑材料的机械装置,AB是个杠杆,O为支点,杠杆平衡时,B端受到的向下的拉力A端受到的向下拉力(选填“大于”、“小于”或“等于”);用于装载货物的小车自重为500N,若搬运2000N的货物,电动卷扬机拉钢丝绳的力F甲=1600N,该滑轮组的效率η甲=;若用同样的滑轮按乙图组装,匀速提升相同的货物,电动卷扬机拉钢丝绳的力为F乙,乙滑轮组的效率为η乙,考虑实际情况,则F甲F乙,η甲η乙(选填“>”、“<”或“=”).
8.一辆在水平路面上沿直线匀速行驶的货车,行驶时所受的阻力为车总重的0.1倍,货车(含驾驶员)空载时重为2.5×104N.
(1)求货车空载行驶时所受的阻力大小;
(2)求货车以36km/h的速度空载匀速行驶时,10s内货车牵引力做的功;
(3)当货车以90kW的额定功率、90km/h的速度匀速行驶时,求货车最多可装载多重的货物.
9.如图l4所示,小明在跑步机上锻炼身体.设他在跑步机上以5m/s的速度匀速跑动30min,跑动的总动力为40N.求:
(1)他在这段时间内相当于跑了多少路程?
(2)他在这段时间内做了多少功?
(3)他做功的功率是多少?
10.如图甲所示的滑轮组,每个滑轮等重。
不计绳重和摩擦,物体重G1从200N开始逐渐增加,直到绳子被拉断。
每次均匀速拉动绳子将物体提升同样的高度。
图乙记录了在此过程中滑轮组的机械效率随物体重力的增加而变化的图像。
(1)每个滑轮重多少?
(2)绳子能承受的最大拉力是多少?
(3)当滑轮组的机械效率为80%时,物体重多少?
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