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第十二章简单机械一、杠杆（一）杠杆1．定义：在力的作用下绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。2．杠杆五要素：五要素物理含义支点杠杆绕着转动的点，用“O”表示动力使杠杆转动的力，用“F1”表示阻力阻碍杠杆转动的力，用“F2”表示动力臂从支点O到动力F1作用线的距离，用“l1”表示阻力臂从支点O到阻力F2作用线的距离，用“l2”表示3．要点透析（1）杠杆的支点一定要在杠杆上，可以在杠杆的一端，也可以在杠杆的其他位置；（2）动力和阻力是相对而言的，不论动力还是阻力，杠杆都是受力物体，跟杠杆发生相互作用的物体都是施力物体；（3）动力作用点：动力在杠杆上的作用点；（4）阻力作用点：阻力在杠杆上的作用点；（5）力臂是支点到力的作用线的距离，不是支点到力的作用点的距离，它是点到线的距离而不是点到点的距离；（6）力臂有时在杠杆上，有时不在杠杆上，如果力的作用线恰好通过支点，则力臂为零；（7）力臂的表示与画法：过支点作力的作用线的垂线；（8）力臂的三种表示：根据个人习惯而定【例1】下列关于杠杆的一些说法中，正确的是（）A．杠杆必须是一根直棒B．杠杆一定要有支点C．动力臂就是支点到动力作用点的距离D．当力的作用线通过支点时，力臂最大（二）杠杆的平衡条件1．杠杆平衡：杠杆静止或匀速转动都叫做杠杆平衡。2．实验探究：杠杆的平衡条件实验序号动力F1/N动力臂l1/cm动力×动力臂N·cm阻力F2/N阻力臂l2/cm阻力×阻力臂N·cm10.520101.0101021.520301.0303032.020404.01040探究归纳：只有动力×动力臂=阻力×阻力臂，杠杆才平衡。3．杠杆平衡条件表达式：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即；公式表示为：，即.应用公式时单位要统一。【例2】图2是研究杠杆平衡条件的实验装置，要使杠杆在图示位置平衡，在A处钩码应挂A．6个B．3个C．2个D．1个【例3】三个和尚挑水吃的故事大家耳熟能详，如图所示，甲图中和尚们商量出新的挑水方案：胖和尚一人挑两小桶，瘦和尚和小和尚两人合抬一大桶。以下说法中不正确的是（）A．乙图中水桶B向下沉，为保持水平平衡，胖和尚可以将他的肩往后移动一点距离B．乙图中水桶B向下沉，为保持水平平衡，胖和尚可以将后水桶B往前移动一点距离C．丙图中小和尚为减轻瘦和尚的负担，可以将水桶往前移动一点距离D．丙图中小和尚为减轻瘦和尚的负担，可以让瘦和尚往前移动一点距离（三）生活中的杠杆杠杆类型力臂关系平衡时力的关系优缺点应用省力杠杆l1l2F1F2省力，费距离撬棍、瓶起子等费力杠杆l1l2F1F2省距离，费力镊子、钓鱼竿等等臂杠杆l1=l2F1=F2不省力，不省距离天平，定滑轮等【例4】一直杆可绕O点转动，杆下挂一重物，为了提高重物，用一个始终跟直杆垂直且作用于OB中点的力F，使直杆由竖直位置慢慢转到水平位置，这个过程中这个直杆()A．始终是省力杠杆B．始终是费力杠杆C．先是省力杠杆，后是费力杠杆D．先是费力杠杆，后是省力杠杆二、滑轮（一）定滑轮和动滑轮1．滑轮：周边有槽，能绕轴转动的小轮。（滑轮的实质是变形的杠杆）2．定滑轮：滑轮的轴固定不动的叫做定滑轮。3．动滑轮：滑轮的轴随物体一起运动，这样的滑轮叫做动滑轮。4．定滑轮与动滑轮的特点：（1）定滑轮可以改变力的方向，但不省力；（2）动滑轮可以省一半力，但不能改变用力的方向。5．使用定滑轮和动滑轮的几种情况（图中物体全部匀速运动）种类图示表达式定滑轮F=GF=f，f为物体A所受的摩擦力动滑轮【例5】如图所示，滑轮上挂一重10N的物体A，当滑轮在力F的作用下向上匀速上升时，滑轮的速度为重物A上升时速度的，力F应为N（滑轮和绳重及摩擦力均不计）。（二）滑轮组1．滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮组装而成的，可以达到既省力又改变力的方向的作用效果。2．滑轮组省力情况的确定方法：在不考虑摩擦及动滑轮受到的重力的情况下，使用滑轮组时，滑轮组用几股绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一。如图所示。【例6】如图所示的滑轮或滑轮组将同意重物G均匀提高h高度，最省力的是（）（三）轮轴和斜面1．轮轴：由一个轴和一个大轮组成，能省力和改变力的方向，实质是一个可以连续转动的杠杆。（方向盘、水龙头等）轮轴的公式：轮轴既省力又改变力的方向，但费了距离。2．斜面：斜面是一种可以省力的简单机械，却费距离。理想情况下斜面公式：Fl=Gh斜面长（l）是斜面高（h）的几倍，所用的拉力F就是物重G的几分之一。【例7】斜面是一种简单机械，生活中经常用到它，工人师傅小波和小新分别用如图甲、乙两种方法，将同样的物体搬上车，下列说法正确的是（）A．甲方法不可以省力，但能省功B．甲方法可以省力，也能省功C．乙方法可以省力，但不能省功D．乙方法可以省力，也能省功三、机械效率（一）课前复习1．功的两个要素：、。2．功的计算公式：。3．功的原理：使用机械时人们所做的功，都不用机械所做的功。（使用任何机械都不省功）其中不小于可以理解为等于或大于。等于的条件：（理想情况）大于的条件：（现实情况）（二）有用功、额外功和总功通过同学们对课本三种不同方法提升沙子所做的功进行分析，根据课本完成下列问题。1．三种方法的最终目的是把提升到3楼。2．提升到3楼，升高了m。根据功的原理，把沙子提升到三楼必须做的功为J。这些必须做的功叫。3．我们提升沙子的同时，也做了一些不需要、但又不得不做的一些功。这些功叫。在1、2、3种方法中，除了把沙子提升6m所做的功外，还做了那些功。①克服做功；克服做功；②克服做功；克服做功；③克服做功；克服做功。通过以上三种情形，额外功的产生主要是克服和做的功。4．有用功加额外功是总共做的功，叫。根据上面的分析过程，大体估算第种方法做的总功多？并由大到小的顺序排列。三种方法，第种方法更好一些呢？并说出选择的理由。【例8】分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体举到相同的高度，做的有用功是（）A．一样多B．斜面的多C．滑轮组的多D．无法判断【例9】某同学不小心把水桶掉进井里，当他把桶从井里捞出来时，桶里带了一些水，下面有关有用功、额外功和总功的说法正确的是（）A．克服桶的重力做的功是总功B．克服桶内水的重力做的功是总功C．克服桶的重力做的功是有用功D．提水的功与提桶的功之和是总功【例10】用一个动滑轮将重480N的货物提高1m，所用的拉力为300N，则总功是J，有用功是J。（三）机械效率1．通过对三种方法的比较分析，做相同的有用功，所做的总功；或者做相同的总功，所做的有用功。2．机械效率：叫做机械效率。公式：。机械效率没有单位。3．理解：机械效率仅仅与有用功和总功的比值有关，与有用功、额外功、总功的多少没有关系。因为有用功总是总功，所以机械效率总是1。【例11】若用杠杆把重为100N的物体撬起1m，人需要250N的力将杠杆的另一端压下0.5m，则有用功是J，总功是J，机械效率为。4．推导公式：【例12】一个物体重1000N，用一个大小为800N的拉力沿斜面把物体从斜面底端匀速拉到顶端，已知斜面长为20m，高10m，则该斜面的机械效率为。【练习1】在滑轮组中动力做功100J，动滑轮对重物做功80J，则（）A．有用功是100JB．总功是100JC．额外功是80JD．额外功是100J【练习2】甲、乙两台机械，甲的机械效率是80%，乙的机械效率是60%，则（）A．使用甲机械做功省力B．使用乙机械做功省力C．使用甲机械做功少些D．做同样多的功时，使用甲机械做的额外功少些【练习3】使用机械时，若额外功小于有用功，则该机械的机械效率（）A．大于0.5B．小于0.5C．大于1D．等于0.5【练习4】如图，用滑轮或滑轮组提起同一重物到同一高度，其中机械效率最高的是（）【练习5】下列关于机械效率的说法正确的是（）A．越省力的机械，其机械效率越高B．做的有用功越多，机械效率越高C．做的总功越少，机械效率越高D．额外功在总功中的占比越小，机械效率越高【练习6】为省力，把一定滑轮改为动滑轮使用，则改装后的机械效率与改装前相比较（）A．升高了B．降低了C．不变D．都用可能【练习7】以下方法中能提高滑轮组机械效率的是（）A．减小动滑轮的物重B．减小定滑轮的物重C．减小滑轮与轮轴间的摩擦D．减小提升物体的速度【练习8】下列关于提高机械效率的说法正确的是（）A．减轻机械自重，是提高机械效率的唯一方法B．增加重物提高的高度可以提高机械效率C．改变绳子的绕法可以提高机械效率D．在可能的条件下，增加所提升物体的重量可以提高机械效率【练习9】一名工人用如图所示的滑轮组提升2000N的货物，所用的拉力是800N，绳子的自由端被拉下4m，求：（1）拉力做了多少功；（2）该装置的机械效率是多大。【练习10】某同学做“测定滑轮组机械效率”的实验。（1）实验时，必须向上提起弹簧测力计。（2）某同学用如图所示的装置做实验，记录的两组数据如下表所示，其中序号的一组有错误。（3）该同学根据第一次实验的数据，计算此滑轮组的机械效率为。（4）要想提高滑轮组的机械效率，可采用的方法是（）A．增加钩码的个数B．增加动滑轮的个数C．减少钩码上升的高度D．减少定滑轮的个数单元总结思维导图实验序号拉力F/N钩码重G/N绳自由端提升的距离s/m钩码上升的高度h/m11.130.240.0820.720.120.46单元测试一、选择题1、下列简单机械中，不能省力的是()A．杠杆B．轮轴C.斜面D．定滑轮2、下列说法正确的是A.杠杆一定能够省力B.定滑轮既能省力又能改变力的方向C.动滑轮既能省力又能改变力的方向D.滑轮组既能省力又能改变力的方向3、（10·杭州）某人用100牛的力提起了350牛的重物，那么他可能使用了A．一个定滑轮B．一个动滑轮．C．一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组D．一支杠杆4、如图所示滑轮组，正方体A在水平地面上处于静止状态.已知A的边长为1dm，密度为2×kg/，每个滑轮重为2N，若使A对水平地面产生的压力为0，作用在绳端的拉力F为（忽略摩擦和绳重，g=10N/kg）（）A．4NB．5NC．6ND．22N5、运动员将足球从后场踢到前场，足球在空中运动的过程中，不计空气阻力，其受力情况是（）A、只受踢力B、只受重力C、受踢力和重力D、不受力的作用6、如图所示，用滑轮组提升重物时，重200N的物体在5s内匀速上升了1m．已知拉绳子的力F为120N，如果不计绳重及摩擦，则提升重物的过程中（）A．绳子自由端被拉下3mB．动滑轮重20NC．滑轮组的机械效率是83.3%D．拉力F的功率是40W7、如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械自重和摩擦)，其中所需动力最小的是（）8、夏季炎热的午后，环卫工人驾驶着洒水车以8km/h的速度匀速行使在笔直的南海大道上，水不停地洒在地上，下列说法中正确的是（）A.洒水车在行驶的过程中牵引力大于阻力B.车辆行驶过程中，环卫工人看到路灯是静止的C.洒水车的运动状态没有发生改变D.车中水的质量在不断减小，水的密度也在减小9、为了粉刷教室，需要将涂料运到五楼。工人可以采用的方法有：①用人直接搬运上去；②用定滑轮提上去；③用动滑轮提上去。在这几种方法中A．最省力的是②B．最省力的是③C．做有用功最多的是①D．机械效率最高的是③10、不计绳重和摩擦的情况下利用如右图所示的甲、乙两装置分别用力把相同的物体匀速提升相同的高度若用η甲，η乙表示甲、乙两装置的机械效率，W甲、W乙表示拉力所做的功（）A、η甲＝η乙，W甲＝W乙B、η甲＞η乙，W甲＞W乙C、η甲＜η乙，W甲＜W乙D、η甲＞η乙，W甲＜W乙二、填空题11、阿基米徳说：“给我一个支点和一根足够长的棍，我就能撬动整个地球”，这是因为使用杠杆可以___________。学校旗杆顶部安装的定滑轮作用为了_____________。12、用如图8所示的滑轮组匀速向左拉动重为100N的物体A，所用拉力F为10N(不计滑轮和绳重、及滑轮与绳之间的摩擦)，则A受到地面对它的摩擦力大小是______N，方向向_______(填“左”或“右”)13、一台抽水机的动力的功率是12kW，抽