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机械效率

11章 简单机械和功知识点分析与拓展训练

基础训练

知识点1:

从常见的工具中认出杠杆,理解力臂概念,会画杠杆的动力臂和阻力臂。

1.如图1所示,唐师傅想用最省力的方法把一个油桶推上台阶.请你在图中画出这个力的示意图.工地上建筑工人常用如图2所示的小车运送重物,为了省力,应将重物放在A处还是B处,请在所选择的A或B处画出重物的重力示意图及其对支点O的力臂。

 

图1图2图3图4

2.图3是一种常见的活塞式抽水机示意图,在图中画出手柄所受动力F1的力臂及阻力.

3.如图所示,曲杆AOBC自重不计,B为支点,AO=60cm,OB=40cm,BC=30cm,要使曲杆在图示位置平衡,请作出最小的力F的示意图及其力臂L。

 

知识点2:

知道杠杆在生活中的实际应用。

知道杠杆的种类以及各种杠杆的特点。

1.生活和生产中有许多不同类型的杠杆,如图所示的托盘天平属于杠杆,缝纫机踏脚板属于杠杆,铡刀属于杠杆.

2.下列属于费力杠杆的是()

 

A.起子B.道钉撬C.筷子D.钢丝钳

3.杠杆的应用非常厂泛,如图所示的两种剪刀,正常使用时属于省力杠杆的是_____剪刀(填甲、乙)根据功的原理,使用这两处剪刀都不能省______;

知识点3:

通过实验探究,学会使用简单机械改变力的大小和方向。

1.工程车上的起重臂就是一个费力杠杆(如图所示),使用它的好处是能够省_________;

如图所示,A装置是__________滑轮(选填“定”或“动”),它的实质是_______________,使用它的作用是___________________.

2.如图8甲所示,工人正试图用扳手拧松工件上一个紧固的螺栓,尽管他使出了浑身力气,却没能成功。

于是他想出了一个新点子:

在其它不变的情况下,取来一根绳子,将绳的一头栓在扳手柄的上端,自己使劲拉绳的另一头(如图8乙所示).可他还是没能扳动螺栓,这是为什么呢?

请分析其中的原因。

(假定工人施力的大小不变)

 

知识点4:

经历探究杠杆平衡条件的过程,理解杠杆平衡的条件,并能用它分析解决简单的有关杠杆平衡的问题。

1.如图所示的轻质杠杆,AO小于BO.在A、B两端悬挂重物G1和G2后杠杆平衡.若将G1和G2同时向支点O移动相同的距离,则()

A.杠杆仍保持平衡B.杠杆的A端向下倾斜

C.杠杆的B端向下倾斜D.无法判断

2.在“探究杠杆的平衡条件”实验中,应先调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在位置平衡,这样做是为了便于测量;如发现杠杆左端偏高,则可将右端的平衡螺母向调节,或将左端的平衡螺母向调节.

 

实验次数

动力F1/N

动力臂L1/cm

阻力F2/N

阻力臂L2/cm

1

1.5

10

1

2

1

20

10

3

1

20

1.5

10

上图是小明同学三次实验的情景,实验时所用的每个钩码重0.5N,杠杆上每一格长5cm,部分实验数据已记录在下表中.

 

(1)将表格中的实验数据补充完整.

(2)小明的第3次实验存在错误,其错误是_________________________.

知识点5:

经历实验探究过程,了解使用定滑轮和动滑轮的特点:

定滑轮不省力,但能改变力的方向,动滑轮省力但不能改变力的方向

1.小昕学习了滑轮知识后,用一根绳和一个滑轮,借助木桩设计出如图所示的甲、乙两种方案,将船拉上沙滩.请你指明这两种方案的优缺点:

________________________________________________________________.

知识点6:

能识别生活和生产中常见的滑轮;了解滑轮组的特点:

既可以省力又可以改变力的方向。

学会组装简单的滑轮组。

1.程跃要提起重800N的物体,但是他的最大拉力只有300N.于是,他找来了一些滑轮,想利用滑轮组提起这个重物。

已知每个滑轮重20N,程跃想站在地上向下拉绳,他最好选择图中_______滑轮组来提起重物(选填“a”、“b”或“c”)。

请在所选的图中画出正确的绕绳方法。

如果程跃的实际拉力是280N,求出所选滑轮组的机械效率。

 

知识点7:

结合功的实例认识功的概念。

理解做功的两个必要条件,并能正确判断某个力是否做功。

会对有关功的问题进行简单的计算。

1.如图所示为运动员投掷铅球的过程示意图,下列有关说法错误的是()

 

A.在a到b的过程中,运动员对铅球做了功

B.在b到c的过程中,运动员对铅球没有做功

C.在c到d的过程中,没有力对铅球做功

D.在a到d的过程中,铅球的运动状态在不断的变化

2.如图(甲)所示,小华用水平力F拉着木箱在水平方向上运动了距离L,则小华对木箱所做的功为W1=_______.小昕沿如图(乙)所示的斜面用同样大小的力F拉着同样的木箱在力的方向上也运动了距离L,小昕对木箱所做的功为W2.则W2W1(填“>”、“<”或“=”).

知识点8:

通过对实例的分析,体验并能知道做功是能量转化或转移的过程。

知道使用任何机械都不能省功。

1.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所示的甲、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

知识点9:

理解功率的概念。

了解功率的物理意义。

1.学校组织爬山比赛.同学们在山脚的某一地点同时出发,结果小乐和小强同时到达山顶.若想判断两人谁的爬山功率大,还需要测定的物理量是()

A.爬山的时间B.爬山的路程C.两人的体重D.山的高度

2.两名运动员,甲比乙高,如果他们举起相同质量的杠铃所用时间相等,如图所示,则()

A.甲做功较多,功率较大B.甲做功较多,功率较小

C.甲做功较多,甲、乙功率相等

D.甲、乙做功相等,乙的功率较大

知识点10:

知道功率的公式

,会对有关功率的问题进行简单的计算。

1.如图所示,重为100牛的物体A在水平拉力F的作用下,

沿水平面以0.4米/秒的速度作匀速直线运动,弹簧秤的

示数为5牛.不计滑轮、绳子、弹簧秤的重力,忽略绳子

与滑轮间的摩擦。

则物体A受到水平面的摩擦力为________牛;若物体A匀速运动2秒钟,拉力F做功为________焦,拉力F的功率为________瓦.

知识点11:

了解什么是有用功、额外功和总功。

理解什么是机械效率。

学会用机械效率的公式进行有关问题的简单计算。

1.如图所示,建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶,动滑轮重为20N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重.若工人在5s内将绳子匀速向上拉6m,则泥桶上升_______m,手拉绳子的力为______N,拉力的功率为_______W,滑轮组的机械效率为________.

2.如图,用1.2N的拉力沿竖直方向匀速拉起重为2N的物体,物体上升0.1m所用时间为4s。

(1)此过程中拉力的功率为W,动滑轮的机械效率为。

(2)将物重由2N不断逐次增大,假设动滑轮始终能正常工作,此过程中,它的机械效率范围是。

知识点12:

经历实验探究过程,了解影响机械效率的因素。

1.图为测量滑轮组机械效率的实验装置,钩码总重6N。

(1)实验时要竖直向上拉动弹簧测力计,由图可知拉力大小为N,若钩码上升的高度为8cm,则弹簧测力计向上移动cm,该滑轮组的机械效率为。

(2)若仅增加钩码的个数,该滑轮组有机械效率将。

(选填:

“增大”、“减小”或“不变”)

知识点13:

学会设计制作组合的简单机械。

1.如图所示,OA是起重机的吊臂,可绕O点转动.在

距O点6m远的B处吊有重3000N的物体.为保

证吊臂在水平位置平衡,则绕过定滑轮斜向下的拉

力F为_____N.将吊臂缓慢拉起,使用A点升高2m

的过程中,拉力变______.(绳重、吊臂重、摩擦均不计)

2.利用定滑轮提起重物,沿着如图所示方向的F1、F2、F3来施

力拉绳子时拉力大小的关系是F1______F2______F3(以上两空选填“=”或“≠”),这是因为F1、F2、F3的力臂________(选填“相等”或“不等”)

典型例题

1.如图所示,杠杆AC(刻度均匀,不计杠杆重)可绕支点O自由转动,在B点挂一重为G的物体。

使杠杆平衡,应在杠杆上的点

施加一个作用力,才能使作用力最小,该最小作用力与物重G的比值是_______.

2.如图所示,AOB为一杠杆(自重不计),O为支点(OA

在A端悬挂一重物G,那么()

A.在B点用力使杠杆在图示位置平衡,一定是省力的

B.在C点用力不可能使杠杆在图示位置平衡

C.在B点用力使杠杆在图示位置平衡,沿竖直方向最省力

D.在D点悬挂一个与G完全相同的物体能使杠杆在图示位置平衡

3.下列说法中正确的是()

A.机械效率越高,机械做功一定越快B.做功越多的机械,机械效率一定越高

C.功率越大的机械做功一定越多D.做功越快的机械,功率一定越大

4.要把重100N的沙子运上三楼,小昕采用了图中的第一种方法,1min完成了任务。

若不计摩擦,试求:

(1)运沙子时的机械效率;

(2)小昕的功率.

解:

(1)W有用=G沙·h

=100N×6m=600J

W额=G桶·h=20N×6m=120J

W总=W有用+W额=600J+120J=720J

η=

=83.3%

(2)P=

=

=720W

机械效率是83.3%,小华的功率是720W.

你认为上述解答是否有错误?

________(选填“有”或“没有”).如有,请你加以订正.

6.小张同学家住楼上,最近正在装修房子,需要搬运装修材料,但有些材料由于楼道过窄不方便搬运,于是瑞瑞建议采用两个滑轮组成滑轮组,并且站在地上就可以把材料运上楼.若某次搬运的材料重765N,被提升的高度为10m,人所用的拉力为450N求:

(1)请你帮助小张画出滑轮组的绕线示意图.

(2)用滑轮组提升材料时做的有用功是多少?

(3)该滑轮组的机械效率是多少?

(4)随后,小张同学查阅了有关机械效率知识的资料,看到下表中的一组数据,请你找出这些机械设备效率的共同特点.

5.引体向上,是同学们经常做的一项健身运动。

该运动的规范动作是:

两手正握单杠,由悬垂开始.上提时.下颚须超过杠面;下放时,两臂放直,不能曲臂。

这样上拉下放,重复动作,达到锻炼臂力和腹肌的目的。

陈强同学能连续匀速做16个规范的引体向上动作。

课外活动小组的同学现要估测陈强同学做动作时的功率。

①请你说出应测量哪些物理量。

②写出计算陈强同学做动作时功率的表达式。

拓展延伸

1.如图所示,大李和小李用一根均匀的木棒抬重物。

大李为了减轻小李的负担,他可以(写出一种合理的做法);假如大李要承担3/5的力,那么,小李的肩头到重物挂点O的距离与大李的肩头到重物挂点O的距离之比是。

2.仔细观察下列漫画,简要说明其物理道理.

 

甲图说明:

____________________________________________________________;

乙图说明:

____________________________________________________________;

丙图说明:

____________________________________________________________;

A

3.小明用如图所示的滑轮组,在10s钟内将质量为60kg的物体A匀速提升了2m。

已知绳子自由端所用的拉力为200N。

⑴画出物体A的重力示意图;⑵请计算出与此题相关的任意四个物理量(g取10N/kg)。

 

4.甲、乙、丙三位同学分别用动滑轮竖直向上匀速提升不同的钩码,并记录了如下表所示的实验数据.(不计绳重和滑轮摩擦)

动滑轮重/N

钩码重/N

钩码升高的距离/cm

时间/s

甲同学

1

1

75

2

乙同学

1

2

60

1

丙同学

1

4

90

3

根据表中的数据可以知道,有一位同学做功最多,他做的功为________J.做功最快的是______同学.

5.在“测定滑轮组的机械效率”的实验中,所用的装置如图所示.

(1)安装好实验器材后,记下钩码和拴住弹簧秤的线端原先的位

置,然后向上____提起弹簧秤,读出的大小,

测出钩码和拴住弹簧秤的线端上移的距离.

(2)某同学正确测得钩码上升的高度为0.2米,钩码重1.5牛,

其他被测和计算的数据如下表:

拉力F(牛)

拉弹簧秤的线端提升的距离s(米)

有用功W有用(焦)

总功W总(焦)

0.6

0.4

0.3

0.24

上表中肯定错误的数据是____和____________.若表中其它数据是正确的,

则该滑轮组的机械效率为___________.

6.交流与评估是科学探究的一个重要环节.光明中学的同学,利用如图所示的实验装置完成了“测滑轮组机械效率”实验以后,进行了小组交流,下表是各小组的实验数据记录:

实验小组

钩码重G(N)

动滑轮G′(N)

拉力F(N)

滑轮组的机械效率η

1

0.5

0.4

0.35

47.6%

2

0.5

0.4

0.38

43.9%

3

1

0.6

0.62

53.8%

4

1

0.8

0.71

46.9%

5

2

0.6

0.98

68.0%

6

2

0.8

1.06

62.9%

请你对表中各小组的实验数据进行分析比较,回答下列问题:

(1)实验中影响滑轮组效率的主要因素是什么?

____________________________________________________

(2)1、2两个小组的动滑轮重相同,提起的钩码重也相同,测出的

滑轮机械效率却不同,原因不可能是()

A滑轮和轮与轴间的摩擦力大小不同B测拉力时没有使测力计匀速上升

C测拉力时拉力的方向没有竖直向上D钩码被提升的高度不同

(3)请你就如何提高滑轮组的机械效率提出自己的建议(要求写两点):

____________________________________________________________

滑轮专题练习

例题选择

1如图所示,用一根结实的绳子在两根光滑木棒上绕几圈,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:

 

2.如图所示,物体重均为50N,当物体处于平衡状态时,

不计摩擦和滑轮重,则拉力F1=____N,F2=_____N,F3=______N.

3.

如图所示,滑轮重不计,如果拉力F=4N,则甲、乙弹簧测力计的示数分别为F甲=_________N和F乙=__________N.

4.要用滑轮组将陷地泥中的汽车拉出来,试在图中画出最省力的绕绳方法。

5.要用滑轮组匀速提升重1250N的物体,而绳子最多能承受250N的力,若不计滑轮重及摩擦,则滑轮组中至少有()

A.一只定滑轮和两只动滑轮B.两只定滑轮和一只动滑轮

C.两只定滑轮和两只动滑轮D.两只定滑轮和三只动滑轮

巩固练习:

1.

定滑轮实质上是一个____杠杆。

使用定滑轮虽然不能____力,但可以改变____。

试举一个定滑轮的实例_________________。

2.如图滑轮。

利用这样的装置把物体举高,如果滑轮A重2牛,要提起50牛的物体,至少要用____牛的拉力。

若要使物体上升2米,应将绳的自由端拉动____米。

3.

如图所示,重物G重40牛,若不计摩擦,匀速提起重物所用拉力为22牛,则动滑轮的重力是____牛,钩子1受到绳子的拉力为____牛,钩子2受到重物G的拉力为____牛。

4.

如图所示,木块在桌面上匀速滑动,拉力F为2牛,木块所受摩擦力为____牛。

(不计滑轮重)

5.如图所示,一根不可伸长的轻绳,一端与置于水平桌面上重100N的物体A相连,另一端跨过滑轮固定于O点,当悬挂在滑轮下的物体B重40N时,它恰能对匀速下降,若要使物体B匀速上升,需要在物体A上施加一个水平向左、大小为______N的力。

(不计滑轮重)

6.

使用图所示的装置匀速提起重物G所用的拉力中,力 [ ] 

A.F1最大  B.F2最大

C.F3最大  D.一样大

7.

使用滑轮组可以[ ]                

A.省力又省距离B.可以省力,但不能改变力的方向

C.既可省力又可改变力的方向D.费了力但可以省距离

8.如图所示甲、乙两个装置,已知A在地面上滑动时所受的摩擦力为40牛(不考虑绳与滑轮的摩擦)。

要使A向右匀速滑动,拉力F甲与F乙的大小分别为  [ ]

A.40牛,20牛  B.20牛,40牛

C.40牛,40牛  D.20牛,20牛 

9.

利用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组提起重600牛的物体,最小的拉力是(不计动滑轮重力及摩擦) [ ]

A.600牛  B.300牛

C.200牛  D.100牛

10.如图所示,规格完全相同的滑轮,用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组,分别提起重为G1和G2的两个物体,比较它们的省力情况,下列说法中正确的是:

[ ]

A.若G1=G2,则F1一定小于F2B.若G1=G2,则F1一定大于F2

C.若G1G2,则F1一定等于F2

11.工地上,工人师傅用滑轮组吊重为600牛的物体,他站在地面上用180牛的力往下拉绳,使物体匀速上升3米,

(1)求该滑轮组中吊起动滑轮的绳子股数n,并画出这个滑轮组的示意图;

(2)若不计摩擦,求动滑轮总重;

12.使用滑轮组提升重物。

已知物重为20N,绳能承受的最大拉力为6N,应该如何设计滑轮组?

(不考虑动滑轮重、摩擦等因素)

 

练习A:

简单机械

填空

1.定滑轮实质上是一个杠杆,使用定滑轮不省,但可以改变,动滑轮实质上是一个杠杆,使用动滑轮可以,但不能改变。

2.动滑轮和定滑轮组合在一起叫,使用它吊重物时,既能又可以改变,若不计动滑轮自重及摩擦,动滑轮由几股绳子承担,所用的力就是,若吊起动滑轮的绳子的股数为n,物重为G,则所用的力F可写成公式:

3.一根杠杆的动力臂跟阻力臂之比是5:

1,现作用在此杠杆上的动力是100N,杠杆平衡时,阻力的大小为N。

此杠杆是杠杆(填“省力”“费力”或“等臂”)。

4.静止的杠杆在加上一个外力F的作用后仍能保持静止,那么F的力臂等于m,力的作用线通过。

5.如图所示,杠杆AB可绕B点转动,30A

在A端挂一重物G,并用细绳系住A点,B

当AB保持水平,细绳和AB成300角,设AB长为L,则拉细绳的力F的力臂为,F=(杠杆自重不计)

6.根据杠杆平衡条件可知,当时,使用杠杆是费力的,下列提供的杠杆中属于费力杠杆的是(只填序号),使用费力杠杆的优点是。

(A)撬棒(B)抽水机手柄(C)独轮车(D)钢丝钳(E)开汽水的起子(F)镊子(G)理发剪刀(H)道钉撬(I)缝纫机踏板(J)天平横梁

7.有一根长1m的杠杆,左右两端分别挂实心铁块A和B,若A重80N,B重20N,要使杠杆平衡,支点应在离左端m处,若把铁块A、B同时分别浸没在水中,杠杆

(选填“能”或“不能”)继续平衡。

8.如图所示,A物重400N,要使动滑轮匀速上升0.2m,

力F应等于N,这时物体A上升m

(滑轮重、绳重及摩擦均不计)A

一、选择

9.使用滑轮组肯定不能做到的是( )

(A)既省力又改变力的方向(B)既省力又省距离

(C)省力,但没有改变力的方向(D)不省力,但可以改变力的方向

10.用滑轮组提升重物,当绳子自由端被拉下2m时,物体升高了0.5m,被提升的物体质量是20kg,若不计动滑轮重力和摩擦阻力,则拉绳子的力应为()

(A)40N(B)20N(C)40N(D)60N

11.一体重为500N的人可举起600N重的物体,这个人站在地面上用一个定滑轮来提升重物,他所能提起的最重物体为----()

(A)500N(B)600N(C)100N(D)1100N

12.如图所示,AOB为一根杠杆,O为支点,在杠杆A端处用细绳悬挂重为G的物体,B端处施加外力,若不计杠杆自重,设保持AO段在水平位置平衡时,在B端需施加的最小外力为F1,若保持BO段在水平位置平衡时,在B端处施加的最小的力为F2,则--()

(A)F1<F2(B)F1=F2

(C)F1>F2(D)条件不足,不能判断

 

实验与设计题

13.在研究杠杆平衡的实验中,如果杠杆左端低、右端高,应将左端的向移动,或将右端的向移动,直至杠杆静止在位置。

当在两边挂上数目不等的钩码,通过调节悬挂点也要使之平衡在水平位置,其目的是。

14.用滑轮组提起重物,要求省2/3的力,且拉力方向向下,试画出滑轮组中滑轮个数最少的滑轮组的绕线图。

(不计动滑轮重、绳重及摩擦)

15.人站在二楼阳台上,要将楼下700N的重物拉上来,绳子的最大承重是300N,应怎样设计滑轮组,能将重物提起且使用滑轮的个数最少(滑轮重及摩擦不计)

16.在图中画出杠杆AO所受动力F1的力臂(标上L1)和阻力F2力臂(标上L2)

第14题图第15题图第16题图第17题图

17.如上图所示的滑轮组拉物体A匀速前进1米,若物A所受的滑动摩擦力是90牛,拉力F是35牛,则滑轮组的机械效率η=。

计算题

18.如图所示,物体悬挂在A点,在B点需作用100N的力,杠杆才能平衡;物体悬挂在B点,在A点需作用400N的力,杠杆才能平衡,求物重(杠杆自重不计)

AOB

 

19.用一根长1.8m的硬棒去撬动一块重为2000N的大石块,估计人能施加的力为石块重的1/5,那么当作支点用的小石块应当垫在离大石块多远处?

如果要使大石块向上撬起10cm,人施力的一头至少要移动多少距离?

 

B:

功、功率、机械效率

一、填空:

1.做功的两个必要的条件是:

一是物体要受到,二是物体要在上通过一定的。

2.将一本书从地面捡回桌面,大约做功为,(选填“0.1J”“1J”或“10J”)

3.功率是表示的物理量,物体在所做的功叫功率,在国际单位制中,功率的单位是,用符号表示。

某机器的功率为1.25KW,则表示。

4.在物理学中将功与功的比值叫机械效率,其表达式为。

因为摩擦、机械自重不可避免,所以功总是存在的,因此,任何机械的机械效率总是100%。

5.一个滑轮组经改进后提高了机械效率,用它将同一物体匀速提升同样的高度,改进后与改进前相比较,所做的有用功,额外功,总功(变大/变小/不变)

6.用50N的水平拉力,将一重为100N的木箱,在水平地面上匀速拉动3m,拉力做功为

J,重力做功为J。

7.人利用动滑轮匀速提升重为960N的物

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