第十讲 简单机械和功

知识框架简单机械和功简单机械功功的计算滑轮杠杆做功的两个必要因素功机械效率功率功的单位省力杠杆等臂杠杆费力杠杆动滑轮定滑轮要点指南第二部分：功功率第一部分：四种机械第三部分：机械效率第一部分：四种机械一、杠杆·江苏科技版杠杆定义五要素说明支点(O)动力(F1)动力臂(L1)阻力(F2)使杠杆转动的力阻碍杠杆转动的力（方向判断）阻力臂(L2)从支点到阻力作用线的距离杠杆绕着转动的固定点从支点到动力作用线的距离在的作用下绕着转动的硬棒力固定点1、动力、阻力都是杠杆受的力，所以作用点在杠杆上2、动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆转动的方向相反一点、二力、二臂·江苏科技版点拨⑴杠杆可直可曲。⑵有些情况下可将杠杆实际转一下，来帮助确定支点。如钓鱼杆、铁锹等。⑶力臂画法：一找支点、二画线、三连距离、四标签。①找支点O；②画力的作用线（虚线）③画力臂（过支点垂直力的作用线作垂线）④标力臂（大括号或背向箭头）易错点：画力臂时，千万不要把支点到力的作用点的连线误认为是力臂。F2作出图中杠杆OA的动力F1、阻力F2以及动力臂L1和阻力臂L2下图中关于F1力臂的作图中，正确的是()杠杆的平衡条件1、杠杆的平衡是指杠杆静止不转动或杠杆匀速转动。答:避免杠杆自重对实验的影响；便于从杠杆上直接读出力臂。2、为什么调节杠杆两端的螺母使杠杆在水平位置平衡？3、如何调节平衡螺母使杠杆在水平条件下平衡？答:左高左移，右高右移。实验次数动力F1/N动力臂l1/cm动力×动力臂F1l1/（N·cm）阻力F2/N阻力臂l2/cm阻力×阻力臂F2l2/（N·cm）123研究杠杆的平衡条件记录表格问题：此实验中要改变弹簧测力计的位置、所挂钩码的数量和位置进行多次实验，其目的是什么？答：一次数据具有偶然性，多次测量才能得到普遍规律。杠杆的平衡条件也称。动力×动力臂=阻力×阻力臂F1L1=F2L2在杠杆平衡时动力最小问题中，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：⑴在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；⑵动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。点拨杠杆原理提醒：杠杆的平衡不是力的“平衡”，而是“力与力臂的乘积的平衡”•如图甲，将一根粗细均匀的木棒放在水平地面上，稍微抬起一端至少用力100N，则木棒的重力约是________N.图乙则是一根粗细不均匀的木棒，若稍微抬起一端，抬起______端所用力较大.（粗/细）若将乙图中木棒如图丙吊起，刚好在图示位置平衡，如果沿吊起处的虚线部分将木棒分割成粗、细两段，则_______段较重（粗/细）200N，粗，粗.1.省力杠杆，费距离。2.费力杠杆，省距离。3.不省力也不费力。F1F2OL1L2杠杆的分类注意：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，当为了使用方便要省距离时，应选费力杠杆。1.定义：使用时，固定不动的滑轮2.实质：。3.特点：。定滑轮F1F2l2l1O轴的位置等臂杠杆不省力但可以改变动力方向二、滑轮动滑轮：1.定义：使用时，轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮2.实质：。3.特点：，动力移动距离是阻力移动距离的。动滑轮F1F2Ol1l2动力臂是阻力臂两倍的杠杆使用单个动滑轮最多可以省一半力但不能改变施力方向两倍滑轮组：1.定义：动滑轮与定滑轮的组合2.每一类滑轮组绳子绕法有两种3.特点：省力又可以改变施力方向F=（G+G动）/nn是与动滑轮相连的绳子段数滑轮组如图所示为一种手摇升降晾衣架示意图它由4个定滑轮和两个动滑轮组成，绳子的尾端绕在一个固定在墙壁的旋轮上，旋转摇柄可以使晾衣架升降假设在升降过程中衣架横梁保持水平，请回答下列问题：(1)假设衣服和晾衣架(含动滑轮)等的总重是50N，则静止时绳子拉力是N；(各种摩擦力忽略不计)(2)要使衣架横梁上升1m，则绕进旋轮上的绳子长度是m；(3)通过增加滑轮，可以使此装置更省力，请画出正确的绕线方法。(1)12．5(2)4三、轮轴1.实质：可以连续转动的杠杆2.特点：省力，费距离四、斜面1.作用：省力（推力F总小于物重G，在高度相同的条件下斜面越长越省力）2.特点：可以省力，但不能省功3.原理：利用功的原理工作（Fs=Gh+fs）第二部分：功功率1.功等于跟物体在力的方向上通过的的乘积。距离功力2.公式：W＝Fs3.做功的两个必要条件：对物体要有力的作用物体要在力的方向上通过一定的距离W=Gh1、概念：叫做功率。3、公式：。4、单位：国际单位：，符号。常用单位：、。2、意义：功率是表示的物理量。＝P=WtFstFv=功率功与做功所用时间的比物体做功快慢瓦特W千瓦（KW）兆瓦（MW）质量为45kg的某同学在跳绳时重心高度随时间变化的关系如图所示．根据图象可估算出该同学在1分钟内克服重力做功的平均功率为()A．45WB．135WC．169WD．270WB第三部分：机械效率•模型一杠杆•模型二滑轮组•模型三斜面1.有用功（W有用）：为达到目的必须做的功2.额外功（W额外）：为达到目的不需要做但不得不做的功（做功）3.总功（W总）：为达到目的实际做的功W总=W有用+W额外4.机械效率（η）：有用功与总功的比值公式：。克服摩擦和机械重力有用功、额外功、总功、机械效率W有W总η＝×100%水平拉动物体竖直提升物体利用斜面提升物体一台起重机将重3600N的货物提高4m。如果额外功是9600J，起重机做的有用功是多少？总功是多少？机械效率是多少？工人利用图所示的滑轮组将重400N的物体向上匀速提起2m。所用拉力为250N，滑轮组的机械效率是多少？若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m，拉力在这一过程中所做的功是多少？(不计绳重和摩擦的力)小明的解题过程是：解：W有=Gh=400N×2m=800JW总=FS=250N×2m×2=1000Jη=W有/W总=800J/1000J=0.8=80%W有=Gh=900N×2m=1800JW总=W有/η=1800J/80%=2250J答：滑轮组的机械效率是80%，拉力在这一过程中所做的功是2250J。上述解答是否有错误？如有错误，指出错误的原因，并对错误加以订正。•如图，物体G在拉力F的作用下作匀速直线运动，拉力所做的功是600J，物体向左移动了2m,滑轮组的机械效率是80％，求：⑴额外功时多少？⑵拉力F是多少？⑶物体所受的摩擦力是多大？·江苏科技版钩码提升的高度h、，、.拉力F绳的自由端移动的距离s钩码重力G弹簧测力计、刻度尺弹簧测力计必须，拉动弹簧测力计使钩码升高，以保证测力计示数大小不变。竖直方向上匀速拉动测滑轮组机械效率【说明】不影响滑轮组机械效率。重物提升高度W有W总η＝×100%×100%提高机械效率的方法：第一是减小，（、）；第二是增加。减小机械自重减小机械之间的摩擦同一个滑轮组提起不同重力的重物时，重物的重力越大，机械效率越高。不同的滑轮组提起相同重力的重物时，滑轮组中动滑轮的重力越大，机械效率越低。额外功有用功某同学准备做“测定滑轮组的机械效率”的实验，选择器材有：弹簧测力计、钩码、铁架台、定滑轮、动滑轮各一个、一根足够长的细绳。（1）他所选的器材少了___________（2）补足器材后，该同学进行了如下实际操作A．将滑轮组安装在铁架台上，在滑轮组下方挂好钩码，在细绳的一端系住弹簧测力计B．记下钩码和弹簧测力计的起始位置C.向上提起弹簧测力计，记下弹簧测力计的示数D．测量出钩码提升的高度和弹簧测力计移动的距离E.将有关数据填入表格中，并进行必要的计算。上述步骤中，有一项需要做出重要补正，该项需补正的内容是______________________________刻度尺C步骤中，匀速向上提起弹簧测力计实验中可少用一种器材，少测两个数据也能测出滑轮组的机械效率。分析一下，去掉的器材是什么？少测哪两个数据？实验次数物理量l23钩码重G／N446钩码上升高度h／m0.10.10.1绳端拉力F／N1.81.42.4绳端移动距离s／m0.30.50.3机械效率η74％57％83％n=5n=3甲乙甲1、根据的关系选择实验所用的滑轮组.h和s总结：2、使用不同的滑轮组提升相同的重物时．动滑轮越重，滑轮组的机械效率。3、使用同一滑轮组，方法，可以提高滑轮组的机械效率。增加物体重力越低斜面的机械效率小明学过机械效率后，提出了一个问题：“影响斜面机械效率的因素有哪些？”针对这个问题他做了在斜面上匀速拉动物块的探究实验，并记录实验数据如下：FshG例题分析：斜面的机械效率实验次数倾斜程度物体重G/N物上升h/m拉力F/N物移动s/m有用功W/J总功W/J机械效率1较缓50.11.60.50.50.863%2较陡50.152.20.50.751.168%3最陡50.253.10.51.251.5581%1.请将第三次实验数据填全。2.通过对上述数据的分析，你对斜面机械效率的问题可获得的初步结论：________________________________________________________3.小明还探究了斜面机械效率与物重的关系，实验时应控制哪些条件不变？_____________________________。4.小明通过实验获得了以下数据：在其他条件不变的情况下，斜面越陡，机械效率越高。斜面倾斜程度例题分析：斜面的机械效率实验次数倾斜程度物体重G/N物上升h/m拉力F/N物移动s/m有用功W/J总功W/J机械效率4较缓50.151.60.750.751.263%5同上100.153.20.751.52.463%6同上150.154.80.752.253.663%通过对上述数据的分析，得到的实验结论：__________________________________。斜面的机械效率高低与物体的重力无关练一练：1、如图,滑轮组将重100牛的物体匀速提升2米，拉力做功250焦，不计绳重和摩擦，(1)此时滑轮的机械效率是多大？（2）如匀速提升200牛的重物，拉力的功率为22.5瓦，则重物上升的速度多大？2、如图甲所示是工人利用滑轮组从竖直深井中提取泥土的情形，所用动滑轮和筐受到的总重力为20N。某次操作中，将重423N的泥土以0.4m/s的速度匀速提起，在此过程中工人的拉力F所做的功随时间变化的图像如图乙所示。细绳的质量忽略不计。求：（1）拉力F做功的功率（2）利用该装置提升泥土的机械效率；（3）在提起泥土上升3m的过程中，拉力F克服摩擦力做的功。W/J