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第12课时简单机械机械效率考点1探究：杠杆平衡条件┃考点自主梳理与热身反馈┃1．认识“杠杆”(1)定义：在______的作用下能绕着__________转动的硬棒。(2)五要素：动力F1、动力臂l1、阻力F2、阻力臂l2、支点O。(3)力臂定义：从________到______________的距离。力固定点支点力的作用线2．探究：杠杆平衡条件(1)理解平衡：杠杆平衡是指杠杆________或________转动。(2)进行实验：①调节杠杆两端的__________，使杠杆在____________平衡，这样做的目的是排除____________对实验的影响；说明：杠杆的调平方法是左倾________，右倾________。②实验过程中给杠杆两端挂上不同的钩码，移动钩码位置，使杠杆再次________平衡，目的是便于从杠杆上直接读出________。(3)实验结论：杠杆的平衡条件是：________________________________________________。写成公式为____________。(4)评估交流：①不同的物理量不能进行加减运算，但可以乘除。②要多次进行实验，得出普遍结论。静止匀速平衡螺母水平位置杠杆自重右调左调水平力臂动力×动力臂＝阻力×阻力臂F1l1＝F2l2考点2杠杆分类与力臂作图杠杆类别力臂关系力的关系特点生活举例省力杠杆l1____l2F1____F2省力、费______撬棒、羊角锤、抽水机压柄、铡刀、独轮车费力杠杆l1____l2F1____F2费力、省________镊子、筷子、钓鱼竿、理发剪刀等臂杠杆l1____l2F1____F2不省力、不费距离天平、跷跷板2．杠杆力臂作图作图步骤：(1)找支点；(2)画力的作用线(用虚线)；(3)画力臂(用虚线，过支点向力的作用线画垂线)；(4)标力臂(大括号或背向箭头)。＞＜距离＜＞距离＝＝考点3滑轮及其他简单机械名称定滑轮动滑轮滑轮组实质______杠杆______杠杆力的关系(F，G)________F＝G2________距离关系(s，h)s＝h________________作用改变力的________省一半的力既可以省力，又可以改变力的方向等臂省力F＝Gs＝2hs＝nh方向F＝Gn2.其他简单机械名称斜面轮轴示意图定义斜面是一种可以________的简单机械，但要多移动________由轮和轴组成，能绕固定轴转动的简单机械原理FL＝Gh，由公式知，斜面越____越省力F2F1＝Rr，轮轴是可以连续转动的杠杆，动力作用在轮上省力，作用在轴上费力应用螺旋、楼梯、盘山公路方向盘、水龙头、扳手省力距离长考点4机械效率及测量1．理解“机械效率”(1)有用功、额外功和总功：为了达到目的而必须做的功叫有用功；我们不需要但又不得不做的功叫额外功；有用功和额外功的总和叫总功。(2)机械效率：有用功跟总功的________。(3)公式：__________。(4)说明：①__________不可避免，所以机械效率总是__________；②机械效率通常用百分数表示，它________单位；③机械效率具有“可变性”：同一机械的效率随提升物重的增加而增大。(5)提高机械效率的方法：减小机械自重、减小摩擦、增加物重等。比值额外功η＝W有W总小于1没有名称测滑轮组的机械效率测斜面的机械效率原理η＝______________测量工具__________、________所测量绳子移动的距离s、物体上升的高度h、拉力F、物体重力G斜面长L、斜面高h、拉力F、物体重力G注意事项必须使弹簧测力计沿____________匀速提升重物，以保证测力计示数大小不变必须使弹簧测力计沿斜面________拉动物体，以保证测力计示数大小不变2．机械效率的测量弹簧测力计刻度尺竖直方向匀速W有W总额外功的产生在不考虑绳重和摩擦的情况下，产生额外功的原因是动滑轮的重，即W额外＝G动h克服摩擦所做的功，即W额外＝fL得出结论①提升相同重物，滑轮组中动滑轮个数越多，越省力，机械效率________。②同一滑轮组，提升的重物越重，机械效率________提升同一物体时，斜面的机械效率与斜面的粗糙程度和倾斜角度有关，斜面越陡、越光滑，机械效率________越低越高越高3.不同条件下滑轮组机械效率的表达式(1)用滑轮组竖直拉起重物时，η＝W有W总＝GhFs＝GhFnh＝GnF；η＝W有W总＝Gh（G＋G动滑轮）h＝GG＋G动滑轮(不计摩擦，计动滑轮重)。(2)用滑轮组水平拉动重物时，η＝W有W总＝fLFs＝fLFnL＝fnF。考点5滑轮组的组装与绕线1．承担物重绳子股数的确定一般采用“切割法”定绳子股数，即从定滑轮和动滑轮之间切断(如图12－1所示)，数出拴在动滑轮框上的绳子(包括最后从动滑轮引出的拉绳)就是承担物重的绳子股数(图中的股数已标出)。图12－12．滑轮组的组装与设计滑轮组的组装与设计的步骤一般为：(1)确定绳子股数n：①根据距离关系求出：n＝sh；②根据力关系求出：n＝G物＋G动F(n取整数，只“进”不“舍”)；③根据效率求出：n＝G物ηF。(2)找“起点”：根据“奇动偶定”的原则来确定起点的位置。所谓“奇动偶定”是指对于滑轮组而言，若有奇数股绳子承担物重，则绳子的起点在动滑轮上；若有偶数股绳子承担物重，则绳子的起点在定滑轮上。绕绳时根据绳子股数n确定了起点后，从里向外绕。1．【2012·益阳】如图12－2所示，在已调节水平位置平衡的杠杆的左边挂一个钩码，下列操作中能使杠杆在水平位置重新平衡的是()图12－2A．在位置2挂6个相同的钩码B．在位置4挂2个相同的钩码C．在位置4挂4个相同的钩码D．在位置6挂2个相同的钩码B2．学校旗杆顶端装有一个定滑轮，在升旗仪式中()A．该滑轮可以省力B．该滑轮可以省功C．该滑轮可以改变力的方向D．做的功都是有用功C3．如图12－3所示的用具中属于费力杠杆的是()图12－3D4．【2013·泉州】如图12－4所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重及摩擦，则最省力的是()图12－4C5．【2013·潍坊】如图12－5所示，活塞式抽水机手柄可以看作是绕O点转动的杠杆，它在动力F1和阻力F2的作用下，处于平衡状态，则()图12－5A．F1·OC＝F2·OAB．F1·OD＝F2·OBC．F1·OE＝F2·OAD．F1·OE＝F2·OBD图略图13－2A．s＝1.5m，η＝50%B．s＝1.5m，η＝80%C．s＝1m，η＝75%D．s＝1m，η＝37.5%7．【2013·重庆】小明利用如图13－2所示的装置探究滑轮组的特点，他将重为3N的物体匀速提高了0.5m，已知绳子自由端的拉力F为2N，则绳端移动的距离s及提起重物时滑轮组的机械效率是()C┃考向互动探究与方法归纳┃例1【2013·河南】如图12－7所示，小华用苹果和橘子来玩跷跷板。她将苹果、橘子分别放在轻杆的左、右两端，放手后，杆马上转动起来。使杆逆时针转动的力是()图12－7A．苹果的重力B．橘子的重力C．杆对橘子的支持力D．苹果对杆的压力D[解析]D使杠杆转动的力称为动力，阻碍杠杆转动的力称为阻力，动力和阻力都是作用在杠杆上的力，故此时动力是苹果对杠杆的压力，阻力是橘子对杠杆的压力，故D正确。(1)杠杆可以是直的，也可以是弯的。(2)动力和阻力都是杠杆受到的力，而不是杠杆对其他物体的作用力。例2衣服夹是一种常用物品，图12－8给出了用手捏开和夹住物品时的两种情况。下列说法正确的是()图12－8A．当用手将其捏开时，它是费力杠杆B．当用其夹住物品时，它是费力杠杆C．无论用手将其捏开还是夹住物品时，它都是费力杠杆D．无论用手将其捏开还是夹住物品时，它都是省力杠杆B[解析]B由图12－9可知，当用手捏开和夹住物品时，支点位置不变，动力和阻力的位置发生了变化。用手捏开夹子时，动力臂大于阻力臂，此时的夹子是省力杠杆；夹子夹住物品时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆。图12－9判断省力、费力杠杆的方法有三种：①比较动力臂与阻力臂的大小，动力臂大于阻力臂是省力杠杆。②比较动力与阻力的大小，动力小于阻力是省力杠杆。③比较动力作用点与阻力作用点的移动距离，动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离即为省力杠杆。例3在图12－10中，O为支点，画出使杠杆保持平衡的最小力F(保留作图痕迹)。图12－10[答案]如图12－11所示图12－11[解析]根据杠杆平衡条件，动力×动力臂＝阻力×阻力臂，当阻力和阻力臂大小不变时，要使动力最小，则对应的动力臂应最大。杠杆最小力的画法：①使用杠杆时，要使动力最小，必须使动力臂最长。②最长力臂的确定：A.把支点和力的作用点相连作为力臂时最长；B.在滚动圆柱体时，把支点和圆心相连构成的直径作为力臂时最长；C.对于长方体来说，对角线作为力臂时最长。③根据支点位置(支点在中间二力同向，支点在一端二力反向)确定力的方向，过力的作用点垂直于力臂作出力即为最小力。例4重为G的均匀木棒竖直悬于O点，在其下端施一水平拉力F，让棒缓慢转到图12－12中虚线所示位置。在转动的过程中()图12－12A．动力臂逐渐变大B．阻力臂逐渐变小C．动力F逐渐变大D．动力F逐渐减小C[解析]C开始时重力力臂为0，动力力臂为杆长；当被拉起后，重力力臂增大，动力力臂减小，根据杠杆平衡条件F1l1＝F2l2可知，动力F逐渐变大。分析杠杆动态平衡时，关键是要对比分析出阻力、阻力臂、动力臂三个物理量的变化情况，再根据杠杆的平衡条件进行判断。解决这类问题时还可以用极限法，例如此题中开始木棒自然下垂时拉力F为零，当木棒被拉至接近水平位置时，动力臂接近为零，此时动力F无限大，故该过程中拉力F是逐渐变大的。例5【2013·聊城】(多选)如图13－7所示，在水平拉力F的作用下，物体A沿水平面以速度v向右匀速运动了距离s，若物重为G，水平面对物体的摩擦力为f。下列说法正确的是()图13－7A．有用功的功率为fvB．拉力做功的功率为3FvC．装置的机械效率为G3FD．额外功为(3F－f)sABD[解析]ABD根据题意知，W有＝fs，该滑轮组有三段绳子承担力，所以W总＝3Fs，则有用功的功率P有＝W有t＝fst＝fv；总功的功率P总＝W总t＝3Fst＝3Fv；装置的机械效率η＝W有W总＝fs3Fs＝f3F；W额＝W总－W有＝3Fs－fs＝(3F－f)s，故ABD正确。┃考题自主训练与名师预测┃一、选择题1．【2013·河北】如图12－13所示的工具中属于费力杠杆的一组是()图12－13A．①②B．②③C．②④D．③④C2．【2013·株洲】如图12－14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()图12－14A．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C3．如图12－15所示的简单机械，忽略各种摩擦及杠杆和滑轮的重力，当提起相同重物时，最省力的是()图12－15A4．【2013·邵阳】如图13－8所示，小丽和爷爷进行爬楼比赛。他们同时从一楼出发，爬到五楼，结果小丽先到达。已知小丽的体重比爷爷的体重小。下列说法正确的是()图13－8A．爬到五楼时，小丽做的功比爷爷做的功多B．爬到五楼时，爷爷做的功比小丽做的功多C．小丽做功的功率一定比爷爷做功的功率大D．爷爷做功的功率一定比小丽做功的功率大B5．如图13－9所示，不计摩擦，把重G＝16N的物体匀速提起，所用的拉力F＝10N，则关于该动滑轮的说法中错误的是()A．动滑轮重4NB．使用该动滑轮要费距离C．该动滑轮的机械效率为80%D．提升物体的速度越快，机械效率越高图13－9D6．园艺师傅使用如图12－18所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀轴O靠近，这样做的目的是为了()图12－18A．增大阻力臂，减小动力移动的距离B．减小动力臂，减小动力移动的距离C．增大动力臂，省力D．减小阻力臂，省力D7．【2013·南通】用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓缓上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变