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第10课时简单机械机械效率思维导图构建体系杠杆及其要素杠杆:在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒支点:杠杆可以绕其转动的点O;动力:使杠杆转动的力F1;阻力:阻碍杠杆转动的力F2;动力臂:从支点O到动力F1的距离l1;阻力臂:从支点O到阻力F2的距离l2考点一杠杆杠杆平衡当杠杆在动力和阻力作用下或匀速转动时,我们就说杠杆平衡了;杠杆平衡条件的关系式为,这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理杠杆的类型和特点杠杆杠杆杠杆动力臂阻力臂动力臂阻力臂动力臂阻力臂力但距离距离但力既不,也不（续表）静止F1l1=F2l2省力费力等臂大于小于等于省费省费省力省距离项目定滑轮动滑轮滑轮组示意图实质:;特点:_____________实质:;特点:______________考点二滑轮滑轮组等臂杠杆不能省力,但能改变力的方向省力杠杆省力,但不能改变力的方向（续表）项目定滑轮动滑轮滑轮组力、速度、距离的关系F1=G;v1=v2;s=hF1=;v1=;s=F1=;v1=;s=𝑮+𝑮动𝟐𝑮+𝑮动𝒏(注:不计绳重和摩擦,动滑轮重为G动,滑轮组承重的绳子段数为n)2v22hnv2nh考点三简单机械的三种功和机械效率简单机械及物理量三种功机械效率(η)W有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-GhW有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-Gh或fs或𝑮𝒉𝑭𝒔𝑮𝒉𝑭𝒔𝑮𝒉𝒇𝒔+𝑮𝒉（续表）简单机械及物理量三种功机械效率(η)不计绳重和摩擦:W有=Gh;W总=Fs=F·nh;W额=Fs-Gh或G动h或W有=fs物;W总=Fs绳=F·ns物;W额=Fs绳-fs物𝑮𝒏𝑭𝑮𝑮+𝑮动𝒇𝒏𝑭[点拨](1)有用功:为完成某项任务而必须做的功,用W有表示。额外功:对人们既无利用价值又不得不做的功,用W额表示。总功:有用功与额外功之和,W总=W有+W额。机械效率:有用功与总功的比值,用η表示,η=𝑊有𝑊总。任何机械都不可避免地要做额外功,总有W有W总,所以机械效率总是小于1,通常用百分数表示。(2)机械效率的提高方法:①对于滑轮组:增大物重,减小动滑轮的自重,减小摩擦;②对于斜面:增大倾角,减小摩擦探究一杠杆的类型及应用1.图10-1是一种切甘蔗用的铡刀示意图。下列有关说法正确的是()图10-1A.刀刃很薄可以增大压力B.铡刀实质上是一种费力杠杆C.甘蔗放在a点比b点更易被切断D.手沿F1方向用力比沿F2方向更省力C2.[2019·成都]如图10-2所示,是三种类型剪刀的示意图,请你为铁匠师傅选择一把剪铁皮的剪刀,你会选择(选填“A”“B”或“C”)剪刀,这样选择是为了省。C图10-2力3.如图10-3是生活中常用的扳手,使用它为什么能省力呢?解决这个问题,要抓住影响问题的主要因素:,忽略掉的次要因素:等,构建物理模型——杠杆进行探究。图10-3支点的位置、施力点的位置、用力方向等扳手的材质、自重探究二其他简单机械4.如图10-4所示的水龙头、门把手、自行车车把三种简单机械,在使用时都属于的简单机械。图乙所示的门把手,当用手转动把手手柄时,门可以被打开,它的实质是一个(填一种简单机械的名称)。省力图10-4杠杆(或轮轴)5.汽车沿着盘山公路可以驶上高耸入云的云峰,如图10-5所示,盘山公路修得弯弯曲曲,主要目的是通过,从而减小汽车爬坡所需的动力,盘山公路实际上就是一个(选填“杠杆”“滑轮”“轮轴”或“斜面”)。图10-5增加斜面长度斜面6.如图10-6所示,用F=150N的力使木箱沿水平方向做匀速直线运动(不计滑轮重及绳与滑轮间的摩擦),请在图中画出木箱此时受到的摩擦力并标出摩擦力的大小。图10-6如图所示探究三杠杆作图7.利用如图10-7所示的木棒撬石块时,木棒相当于(选填“省力”或“费力”)杠杆;木棒以O点为支点撬动石块,画出作用在A点的最小动力F1及阻力F2的力臂l2.省力图10-7如图所示8.[2019·山西适应性训练]如图10-8甲所示,游客正在利用自拍杆进行自拍。自拍杆可以看成一个杠杆(O为支点),请你在图乙中画出游客施加在A点的最小动力F。图10-8如图所示探究四简单机械的相关计算9.[2019·衡阳]如图10-9所示,用滑轮组提升重900N的物体,使它在10s内匀速上升1m。已知所用的拉力F为400N。则在提升重物的过程中(不计绳重和摩擦),下列说法正确的是()A.拉力做功的功率为90WB.拉力在这10s内做的功为400JC.动滑轮的重力为300ND.若用该滑轮组匀速提升更重的物体时,绳端拉力会变大,但机械效率不变C图10-910.[2019·荆门]图10-10是用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度,不计绳重和摩擦的影响,提升物体A的过程滑轮组的机械效率较大,则下列判断正确的是()①物体A比物体B轻;②提升物体A的拉力较大;③提升物体A所做的额外功较少;④提升物体A做的有用功较多;A.只有①③B.只有②④C.只有②③D.只有①④图10-10B11.[2019·黑龙江]如图10-11所示,小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500N的物体A,使它匀速前进2m,地面对它的摩擦力为150N,小聪施加的拉力F=100N(忽略绳重和滑轮重),则滑轮组做的有用功为J,滑轮组的机械效率为。图10-11[答案]30075%[解析]滑轮组做的有用功W有=fs物=150N×2m=300J。由图知,n=2,拉力端移动的距离s=ns物=2×2m=4m,拉力做的总功W总=Fs=100N×4m=400J,滑轮组的机械效率η=𝑊有𝑊总=300J400J=75%。12.[2019·绵阳]如图10-12所示,斜面长20m、高10m,固定在水平地面上。一位同学用平行于斜面向上40N的拉力,在20s内把重60N的物体沿斜面向上匀速拉动了10m。在此过程中()A.斜面的机械效率是66.7%B.斜面的机械效率是75%C.该同学对物体做功的功率是10WD.该同学对物体做功的功率是30W图10-12[答案]B[解析]由题知,斜面长20m、高10m,则物体沿斜面向上匀速运动s=10m时,由几何关系可知物体升高h=5m。拉力F做的总功W总=Fs=40N×10m=400J;拉力做的有用功W有=Gh=60N×5m=300J;斜面的机械效率η=𝑊有𝑊总=300J400J=75%,故A错误,B正确。该同学对物体做功的功率P=𝑊有𝑡=300J20s=15W,故C、D错误。13.[2019·乐山]如图10-13所示,在斜面上将一个重600N的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力F=400N,拉动的距离s=4.5m,提升高度h=1.8m,所用时间t=30s。则拉力F做功的功率为W,此过程中物体受到的摩擦力为N。图10-136016014.小明做俯卧撑时(如图10-14所示),可将其视为一个杠杆,重心在O点。已知他的重力为750N,则:(1)画出以A为支点时重力的力臂l。(2)经测量以A为支点时重力的力臂为1m,则地面对双手的支持力为多少?(3)小明在1min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离都为0.36m,则他1min内克服重力所做的功为多少?图10-14(1)图略(2)500N(3)5400J突破一探究杠杆的平衡条件【设计和进行实验】1.让支点处于杠杆的中心:消除杠杆自重对实验结论的影响。2.让杠杆在水平位置平衡:便于从杠杆上直接读出力臂。3.平衡螺母的调节:左高左调,右高右调,实验开始后,不能再调节平衡螺母。4.钩码换成弹簧测力计的好处:能直接测出拉力的大小,可以改变用力的方向。5.弹簧测力计由竖直变为倾斜拉杠杆,拉力会变大,因为拉力力臂变小。6.多次实验的目的:消除实验的偶然性,使实验结论更具有普遍性。【数据处理和分析】7.设计实验记录表格(如下表所示),分析可得出:杠杆的平衡条件为动力×动力臂=阻力×阻力臂,表达式为F1l1=F2l2。次数动力F1/N动力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm123【交流、反思与评估】8.实验时注意不同的物理量之间不能相加减,不能说“动力+动力臂=阻力+阻力臂”。例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(1)挂钩码前,杠杆在如图甲所示的位置静止,此时杠杆(选填“达到”或“没有达到”)平衡状态,接下来应向(选填“左”或“右”)调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆保持水平并静止。达到左例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(2)如图乙所示,杠杆调节水平平衡后,小红在杠杆的A处挂4个钩码,为使杠杆重新在水平位置平衡,应在B处挂个钩码。当杠杆平衡后,将A处和B处下方所挂的钩码同时向支点O靠近一格,杠杆会(选填“左侧下降”“右侧下降”或“仍水平平衡”)。6左侧下降例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(3)如图乙所示,保持杠杆水平位置平衡,弹簧测力计从a位置转到b位置,其示数将(选填“变大”“变小”或“不变”)。若b位置与水平方向夹角为30°,一个钩码的重量是0.5N,则弹簧测力计的示数应是N。变大6例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。(4)下表是小红实验得到的数据,分析后她得出“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的结论,但分析表格数据后可以发现这次实验的不妥之处:。次数动力F1/N动力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm11.5103.0521.0202.01031.0302.015图10-15动力臂都是阻力臂的两倍,实验数据不具有普遍性例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。(5)得到实验结论后,利用图乙所示的装置,只借助杠杆上的刻度线,右侧只使用弹簧测力计,左侧只悬挂重物。若弹簧测力计的量程是0~2.5N,当杠杆在水平位置平衡时,通过计算可知,悬挂的重物最重可达N。操作过程中,当弹簧测力计的示数达到量程时仍不能使杠杆水平平衡,你认为接下来合理的操作是________________________________________________________________。(写出一条即可)15图10-15弹簧测力计拉力的位置向右移(或换用量程较大的弹簧测力计,或减少左侧钩码的数量,或左侧钩码的位置向右移,答出其中一点即可)例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(6)实验中小红发现:如果在杠杆的O点用弹簧测力计施加一个向上的力,这个力在探究实验时是否影响到杠杆的平衡?请说明理由:。不影响,这个作用在杠杆O点的力的力臂等于零,不影响杠杆的平衡例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。图10-15(7)杠杆在生活中有很多应用,现欲使如图10-16(a)所示的静止跷跷板发生转动,小女孩乙可采取的做法是。远离支点(或向右移动)图10-16·实验拓展·例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。图10-15(8)同组的小王采用如图(b)所示的装置进行探究,发现当杠杆水平平衡时,与小红得出的结论不相同,其主要原因是。杠杆自重对实验产生影响图10-16突破二测量滑轮组的机械效率【实验原理】η=𝑊有𝑊总。【设计和进行实验】1.实验器材:滑轮组、铁架台、细绳、弹簧测力计、刻度尺、钩码。2.滑轮组绕线:由n=𝑠ℎ确定承担对动滑轮及物体拉力的绳子段数,用奇动偶定法确定绕线方式。3.实验中注意绳子的自由端若最终与动滑轮相绕,则需要匀速、竖直向上拉动物体。【数据处理和分析】4.设计实验数据记录表格(如下表所示),分析表格数据,可计算出有用功、额外功、总功,及滑轮组机械效率η=𝑊有𝑊总=𝐺𝑛𝐹。实验次数钩码所受的重力G/N提升高度h/m有用功W有/J拉力F/N绳端移动的距离s/m总功W总/J机械效率η1235.实验结论:同一滑轮组,提升物体越重,机械效率越高;不同滑轮组提升同一重物,动滑轮越轻(个数少或质量小),机械效率越高。滑轮组的机械效率与提升物体的高度和速度,绳子的段数,省、费力情况均无