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1第十二章简单机械一、杠杆定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。说明：①杠杆可直可曲，形状任意。②有些情况下，可将杠杆实际转一下，来帮助确定支点。如：鱼杆、铁锹。五要素──组成杠杆示意图。①支点：杠杆绕着转动的点。用字母O表示。②动力：使杠杆转动的力。用字母F1表示。③阻力：阻碍杠杆转动的力。用字母F2表示。说明：动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在杠杆上。动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆的转动的方向相反。④动力臂：从支点到动力作用线的距离。用字母L1表示。⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。用字母L2表示。画力臂方法：一找支点、二画线、三连距离、四标签。⑴找支点O；⑵画力的作用线（虚线）；⑶画力臂（虚线或实线，过支点垂直力的作用线作垂线）；⑷标力臂（大括号）。研究杠杆的平衡条件：杠杆平衡是指：杠杆静止或匀速转动。实验前：应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是：可以方便的从杠杆上量出力臂。结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂。写成公式F1L1=F2L2也可写成：F1/F2=L2/L1。解题指导：分析解决有关杠杆平衡条件问题，必须要画出杠杆示意图；弄清受力与方向和力臂大小；然后根据具体的情况具体分析，确定如何使用平衡条件解决有关问题。（如：杠杆转动时施加的动力如何变化，沿什么方向施力最小等。）解决杠杆平衡时动力最小问题：此类问题中，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：①在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。4．应用：名称结构特征特点应用举例省力杠杆动力臂大于阻力臂省力、费距离撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车费力杠杆动力臂小于阻力臂费力、省距离缝纫机踏板、起重臂、人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆等臂杠杆动力臂等于阻力臂不省力不费力天平，定滑轮说明：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，省距离时，应选费力杠杆。二、滑轮1．定滑轮：①定义：中间的轴固定不动的滑轮。②实质：定滑轮的实质是：等臂杠杆。③特点：使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。④对理想的定滑轮（不计轮轴间摩擦）F=G。绳子自由端移动距离S（或速度vF）=重物移动的距离h（或速度vG）22．动滑轮：①定义：和重物一起移动的滑轮。（可上下移动，也可左右移动）②实质：动滑轮的实质是：动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。③特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。④理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F=21G。只忽略轮轴间的摩擦则：拉力F=21（G物+G动），绳子自由端移动距离S（或vF）=2倍的重物移动的距离h（或vG）3．滑轮组①定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。②特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向。③理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）,拉力F=n1G。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力F=n1（G物+G动）。绳子自由端移动距离S（或vF）=n倍的重物移动的距离h（或vG）。④组装滑轮组方法：首先根据公式n=（G物+G动）/F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。三、机械效率：１、有用功：定义：对人们有用的功。公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总斜面：W有用=Gh2、额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）斜面：W额=fL3、总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功公式：W总=W有用＋W额=FS=W有用／η斜面：W总=fL+Gh=FL4、机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。②公式：斜面：定滑轮：动滑轮：滑轮组③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机械间的摩擦、增加物重。5、机械效率的测量：①原理：②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：ηW有用W总=ηGhFL=ηGhFS=GhFh=GF=ηGhFS=GhF2h=G2F=ηGhFS=GhFnh=GnF=ηW有用W总=GhFS=3A动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。B提升重物越重，做的有用功相对就多。C摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。四、简单机械的机械效率（1）斜面①W有用=G·h②W额外=f·S③W总=F·S=G·h＋fS（2）杠杆①W有用=G物·h②W额外③W总=F·S（3）定滑轮竖直方向提升重物（a）①W有用=Gh②W额外：摩擦及绳重③W总=F·S=F·h（4）定滑轮水平方向拉动物体（b）①W有用=f·S物②W额外：滑轮转动摩擦③W总=F·SF=F·S物（5）动滑轮（a）及竖直方向滑轮组①W有用=G物·h②W额外=③W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h（n为连接动滑轮绳子段数）（6）动滑轮（b）及水平方向滑轮组①W有用=fS物不计绳重和摩擦时4②W额外：绳重及滑轮转动摩擦③W总=F·S=F·nS物（n为连接动滑轮绳子段数）注：a、所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分，故对机械进行润滑一般都可以提高机械效率．b、所有的有用功均等于不使用机械时所做的功c、对于所有机械均有第一节杠杆（1）人的肱二头肌收缩使人曲臂时的情况如图8-4-1所示，图中已标出了支点的位置，桡骨及茶杯的受力方向，人的前臂是一个力杠杆，这种结构给人带来的好处是。（2）研究杠杆平衡条件条件的实验中，杠杆静止时的位置如图8-4-2所示，此时应调节左端的螺母使其向，或者调节右端的螺母，使其向才能使杠杆在水平位置平衡。（3）三国的时候，曹操和袁绍大战，有个叫刘晔的建议：“可做发石车来破袁军”。当如图8-4-3发石车将石头抛射到袁军，袁军大乱，死伤很多，请问：刘晔的发石车是利用，原理向外抛出石头，仔细看着抛石车，它的阻力臂动力臂。日常生活中这类机械很多，如、等。（4）如图8-4-4所示，轻质杠杆OA中点悬挂一重G＝60N的物体，在A端施加一竖直向上的力F，杠杆在水平位置平衡，则F＝N；保持F的方向不变，将杠杆A位置匀速提到B位置的过程中，力F将（填“变大”、“不变”或“变小”）。来（5）杆称（又叫中国称）是运用不等臂的杠杆的特点制作的，测量物体的工具，如图8-4-5所示，若秤砣质量为0.75kg，OA＝OB/20，该称最多能称量kg的物体（不计秤杆、秤钩的质量），若把杆秤的秤砣磨掉一些，则秤得物体的质量比物体真实质量（填“偏大”或“偏小”）。图8-4-1图8-4-2图8-4-3图8-4-4图8-4-55（6）下列关于杠杆的说法正确的是【】A．杠杆必须是一根直棒B．杠杆的支点一定在杠杆的中间C．杠杆可以是直的，也可以是弯曲的D．所谓动力、阻力都是杠杆给其它物体的力（7）人在踮脚时主要靠腓肠肌收缩，如图8-4-6所示，若某人的重量为500N，MO＝2NO，则双脚同时踮起时，每只脚的腓肠肌的作用力是【】A．125NB.250NC.500ND.1000N（8）如图8-4-7所示杠杆中费力杠杆的是【】来源：（9）用扳手拧生锈的螺母时，工人师傅常在扳手柄上再套一节管子，这样就能容易的拧下螺母【】A．套上的管子较重，可以省些力B．套上的管子较粗，使用比较方便C．套上管子后，可以用较大的力D．套上管子后，增大了力臂（10）请你仔细观察如图8-4-8所示的漫画，究竟小猴和小兔谁分的萝卜重？简要说明理由。（11）用一根细棉线把一段直铁丝吊起来，让铁丝能在水平位置平衡，再将棉线右边的铁丝对折一下，铁丝还能在水平位置平衡吗？实际做一做，然后回答：①你看到的现象是：；②猜想可能的原因是：；③猜想的依据是：。（12）在探究杠杆平衡条件的实验中：①在实验时，使杠杆在位置平衡，其目的是。②实验中共有6个钩码，杠杆上每格距离相等，调节好杠杆后，在杠杆左边离支点2格的A处挂有3个钩码，为使杠杆在水平位置平衡，请你在杠杆的上挂上钩码（用一种方法），你的方法是③有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂”。他们经过实验，获得了以下数据：于是，他们认为自己的猜想得到了验证，你认为他们的实验过程存在什么问题？动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm4554图8-4-6图8-4-7BCDA图8-4-86第二节滑轮（1）升旗时，人站在地面上向拉绳子，旗向上运动，这是因为旗杆顶部有个。（2）如图8-5-2所示，甲图中使用的是，使用这种机械的好处是。缺点是；乙图使用的是，使用这种机械的好处是，缺点是。（3）用一根最多能承受200N拉力的细绳。一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，在不考虑摩擦，绳重和滑轮重的情况下，最多能吊起N的重物。（4）如图8-5-3，图中的滑轮是滑轮，如果重物重100N（滑轮重不计），滑轮上升速度5cm/s，则拉力F＝N，重物上升速度为，分析以下，这样使用滑轮组的好处在哪里？。（5）如图8-5-4所示，用一根结实的绳子在两根光滑的木棒上绕几圈，一小朋友用力一拉，两位大力士竟撞在一起了，这幅漫画说明了。（6）有一位举重运动员，他的体重为600N，他最多能举起800N的杠铃，这位运动员运用一个定滑轮提升一个重物时【】A．最多能提起600N的重物B．最多能提起800N的重物C．最多能提起大于600N，小于800N的重物D．最多能提起1400N的重物（7）使用定滑轮沿不同方向将物体匀速拉起时，拉力分别为F1、F2、F3，如图8-5-5所示，则三个力之间的关系是【】A．F1＜F2＜F3B．F1＞F2＞F3C．F1＝F2＝F3D．F1＞F2＝F3（8）一滑轮组承担动滑轮和货物总重的绳子股数为6段，若一个动滑轮重10N，作用在绳子自由端的力F＝50N，摩擦不计，则货物重为【】A．15NB.270NC300ND.900N（9）工厂为了搬运一根笨重的机械近车间，某工人设计了如图8-5-6所示的四种方案（机械下方的小圆表示圆形钢管的截面），其中最省力方案是【】（10）一根绳子只能承受1000N的拉力，要用它提起2400N的重物，要求使用的滑轮的个数最少，且人的拉力方向向下，画出符合要求的滑轮组的装置图（滑轮重和摩擦不计）图8-5-3图8-5-4图8-5-5图8-5-6图8-5-27（11）如图8-5-7所示，观察这幅漫画并回答①这幅漫画有什么科学道理？②如果你是图中的瘦子，为了防止图中出现的尴尬场面，你会如何改进装置？（画图说明）（12）小红学习了简单机械后发现，所有的简单机械“省力、必然费距离”，没有即省力，又省距离的。如果想省一半的力，是否就要费一倍的距离呢？为了弄清这个问题，她设计了实验装置，如图8-5-8所示来进行探究。请你回答：①实验中不用刻度尺能行吗？②应该记录的数据，除砝码和滑轮总重外，还应有哪些？（画一个记录数据的表格）③探究结论，有可能用一个等式来表示吗？第三节机械效率1．对完成工作任务无用而又必须做的功叫做___________，有用功和额外功之和叫做___________。2．因为_________功总小于_________功，所以机械效率总小于1。提高机械效率的途径是减小___________功。3．板车上装有货物，一人拉着该板车将货物送到目的地，对货物所做的功叫__________功，对板车所做的功叫_________功，如果目的是送板车，则对板车所做的功叫___________功，对货物所做的功叫___________功。4．一台起重机将3600N的货物提高4m，如果额外功是9600N，起重机做的有用功是_____________，总功是__________