初中物理简单机械单元复习导学案.docx
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初中物理简单机械单元复习导学案
NO4:
第十二章《简单机械》单元复习
【学习目标】
1.会建立本章知识结构图,能完整梳理本章知识。
2.理解杠杆、滑轮、轮轴、斜面特点并进行应用。
3.理解做功的两个必要因素,能运用公式进行计算。
4.理解功率的物理意义,能运用公式进行计算。
5.理解机械效率的物理意义,会计算简单机械的机械效率。
【知识梳理】
一、杠杆
1.定义:
____________________________________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。
2.五要素——组成杠杆示意图。
①支点:
_____________的点。
用字母O表示。
②动力:
_______________力。
用字母F1表示。
③阻力:
________________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_____到___________的距离。
用字母l1表示。
⑤阻力臂:
从_____到____________的距离。
用字母l2表示。
画力臂方法:
一找支点、二画线、三作垂线、四标签
⑴找支点O;⑵画力的作用线(虚线);⑶画力臂(虚线,过支点垂直力的作用线作垂线);⑷标力臂(大括号)。
3.研究杠杆的平衡条件:
1杠杆平衡是指:
_______________________。
2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。
3结论:
杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是:
__________________________。
写成公式F1l1=F2l2也可写成:
F1/F2=l2/l1
4.应用:
省力杠杆条件:
____________________举例:
____________________
费力杠杆条件:
____________________举例:
____________________
二、滑轮
1.定滑轮:
①定义:
________________的滑轮。
②实质:
定滑轮的实质是:
____________
③特点:
______________________________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SF(或速度vF)_____重物移动的距离SG(或速度vG)
2.动滑轮:
①定义:
________________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___________。
③特点:
使用动滑轮能省一半的力,但______________方向。
④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:
F=______只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=_____________绳子自由端移动距离等于_______倍的重物移动的距离
三、滑轮组 :
1.把定滑轮和动滑轮组装在一起,组成滑轮组,
是否可以既省力又改变力的方向呢?
讨论并完成:
用一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组,能设计出几种组合方式?
(把方案在右框中画出并动手组装)根据组装的滑轮组,数一数钩码被几段绳子承担?
弹簧测力计示数又是钩码重的几分之一?
进一步分析得出:
使用滑轮组时,提起重物所用的力由什么决定?
__________;滑轮组用几根绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的__________。
2.滑轮组的省力情况:
滑轮组特点:
既可以,又可以。
3.省力公式:
使用滑轮组时拉力省了几分之一,绳子自由端(拉力端)移动的距离就费了几倍。
即:
(不计摩擦及动滑轮重)F=
,则,S绳=nh物
滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一
方法:
奇动偶定
(1)若不计摩擦及动滑轮重时F=
(2)若必需考虑动滑轮的重力时F=
(G物+G动)
四、机械效率(η)
1.概念:
有用功:
。
额外功:
总功:
。
2.和的比值叫机械效率。
3.计算公式是:
。
(注意:
任何机械的效率都1。
)
4.影响机械效率大小的因素有:
机械自重及。
【知识梳理】
一、杠杆
1.定义:
一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点转动,这根硬棒就叫杠杆。
(1)“硬棒”不一定是棒,泛指有一定长度的,在外力作用下不变形的物体。
(2)杠杆可以是直的,也可以是任何形状的。
2.杠杆的五要素
(1)支点:
杠杆绕着转动的固定点,用字母“O”表示。
它可能在棒的某一端,也可能在棒的中间,在杠杆转动时,支点是相对固定的。
(2)动力:
使杠杆转动的力,用“F1”表示。
(3)阻力:
阻碍杠杆转动的力,用“F2”表示。
(4)动力臂:
从支点到动力作用线的垂直距离,用“l1”表示。
(5)阻力臂:
从支点到阻力作用线的垂直距离,用“l2”表示。
注意:
①无论动力还是阻力,都是作用在杠杆上的力,但这两个力的作用效果正好相反。
一般情况下,把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力,而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。
②力臂是点到线的距离,而不是支点到力的作用点的距离。
力的作用线通过支点的,其力臂为零,对杠杆的转动不起作用。
3.杠杆示意图的画法:
(1)根据题意先确定支点O;
(2)确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长;(3)从支点向力的作用线画垂线,并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂。
杠杆的平衡条件:
杠杆的平衡条件实验
(1)首先调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。
当杠杆在水平位置平衡时,力臂l1和l2恰好在杠杆上,这样就可以由杠杆上的刻度直接读出力臂长度大小了,而杠杆在倾斜位置平衡,力臂的数值就就不能从杠杆上读出。
由此,只有杠杆在水平位置平衡时,我们才能够直接从杠杆上读出动力臂和阻力臂的大小,因此本实验要求杠杆在水平位置平衡。
(2)在实验过程中绝不能再调节螺母。
因为实验过程中再调节平衡螺母就会破坏原有的平衡。
4.杠杆的平衡条件:
动力×动力臂=阻力×阻力臂,或F1l1=F2l2。
杠杆的应用:
1.省力杠杆:
动力臂l1>阻力臂l2,则平衡时F1<F2,这种杠杆使用时可省力(即用较小的动力就可以克服较大的阻力),但却费了距离(即动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离,并且比不使用杠杆,力直接作用在物体上移动的距离大)。
2.费力杠杆:
动力臂l1<阻力臂l2,则平衡时F1>F2,这种杠杆叫做费力杠杆。
使用费力杠杆时虽然费了力(动力大于阻力),但却省距离(可使动力作用点比阻力作用点少移动距离)。
3.等臂杠杆:
动力臂l1=阻力臂l2,则平衡时F1=F2,这种杠杆叫做等臂杠杆。
使用这种杠杆既不省力,也不费力,即不省距离也不费距离。
既省力又省距离的杠杆时不存在的。
二、其他简单机械
滑轮:
周边有槽,中心有一转动的轮子叫滑轮。
因为滑轮可以连续旋转,因此可看作是能够连续旋转的杠杆,仍可以用杠杆的平衡条件来分析。
根据使用情况不同,滑轮可分为定滑轮和动滑轮。
定滑轮:
工作时,中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。
实质:
是个等臂杠杆。
轴心O点固定不动为支点,其动力臂和阻力臂都等于圆的半径r,根据杠杆的平衡条件:
,可知,因为重物匀速上升可知,则,不省力。
S=h
特点:
不省力,但可改变力的方向。
所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力(图中F1方向向下)能得到一个与该力方向不同的力(图中得到使重物G上升的力)。
动力移动的距离与重物移动的距离相等。
(如上右图所示)
对于定滑轮来说,无论朝哪个方向用力,定滑轮都是一个等臂杠杆,所用拉力都等于物体的重力G。
(不计绳重和摩擦)
动滑轮:
工作时,轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。
(如下左图所示)
实质:
是个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。
(如上中图所示)
图中O可看作是一个能运动的支点,其动力臂l1=2r,阻力臂l2=r,根据杠杆平衡条件:
F1l11=F2l2,即F1·2r=F2·r,得出
,当重物竖直匀速向上时,F2=G,则
。
特点:
省一半力,但不能改变力的方向。
动力移动的距离是重物移动距离的2倍。
(如上右图所示)
对于动滑轮来说:
(1)动滑轮在移动的过程中,支点也在不停地移动;
(2)动滑轮省一半力的条件是:
动滑轮与重物一起匀速移动;动力F1的方向与并排绳子平行;不计动滑轮重、绳重和摩擦。
滑轮组:
由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。
特点:
可以省力,也可以改变力的方向。
使用滑轮组时,有几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一,即
(条件:
不计动滑轮、绳重和摩擦)。
动力移动的距离s和重物移动的距离h的关系是:
使用滑轮组时,滑轮组用n段绳子吊着物体,提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍,即s=nh。
如下图所示。
(n表示承担物重绳子的段数)
n=2n=3n=3n=4n=4n=5
s=2hs=3hs=3hs=4hs=4hs=5h
ABCDEF
滑轮组的组装:
(1).根据
的关系,求出动滑轮上绳子的段数n;
(2)确定动滑轮的个数;
(3)根据施力方向的要求,确定定滑轮个数。
确定定滑轮个数的原则是:
一个动滑轮应配置一个定滑轮,当动滑轮上为偶数段绳子时,可减少一个定滑轮,但若要求改变力的作用方向时,则应在增加一个定滑轮。
在确定了动、定滑轮个数后,绳子的连接应遵循“奇拴动、偶拴定”的规则,由内向外缠绕滑轮。
轮轴:
由两个半径不同的轮子固定在同一转轴的装置叫做轮轴。
半径较大的轮叫轮,半径较小的轮叫轴。
实质:
轮轴可看作是杠杆的变形。
如上图所示。
特点:
当把动力施加在轮上,阻力施加在轴上,则动力臂l1=R,阻力臂l2=r,根据杠杆的平衡条件:
F1l1=F2l2,即F1R=F2r,∵R>r,∴F1<F2,即使用轮轴可以省力,也可以改变力的方向,但却费了距离。
斜面:
如图所示斜面是一种可以省力的简单机械,但却费距离。
当斜面高度h一定时,斜面L越长,越省力(即F越小);当斜面长L相同时,斜面高h越小,越省力(即F越小);当斜面L越长,斜面高h越小时,越省力(即F越小)。
三、机械效率
一、知识储备一:
了解功的原理、有用功、额外功和总功
1.功的原理内容:
。
(功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用)
2.有用功:
_______________________________________________________。
3.额外功:
_______________________________________________________。
4.总功:
________________________;计算公式:
W总=__________________。
5.使用简单机械提升重物,有用功、总功的计算方法:
有用功W有用=_________,总功W总=____________
二、知识储备二:
机械效率的计算
1.机械效率:
__________(因为有用功总小于总功,所以机械效率总________,通常用百分数表示)公式______________。
2.常用的机械效率计算公式:
①定义式:
η=W有用/W总,②斜面:
η=____________,③定滑轮:
η=________________,④动滑轮:
η=_________________,⑤滑轮组:
η=_______________
三、知识储备三:
滑轮组和斜面机械效率的测量
1.测量原理:
_________________________。
2.测量工具:
_________________________________________________。
3.滑轮组机械效率需要测量的物理量有:
______________________;斜面机械效率需要测量的物理量有:
______________________;
4.提高机械效率的方法:
________________________________________等;
【课堂检测】
1.一根粗细均匀的木棒重500N,一头着地,求抬起另一端所需多大的力?
2.如图所示,不计重力的杠杆OB可绕O点转动,重为6N的物体P悬挂在杠杆的中点A处,拉力F1与杠杆成30°角,杠杆在水平位置保持平衡。
请在图中画出拉力F1的力臂,并求出此状态下拉力F1=___________N.
3.作图
4.如下图,分别用不同的滑轮或滑轮组匀速提起重为1800N的物体时,则F1= ,F2= ,F3= ,F4=
5.图4是人用滑轮把货物提到高处的示意图,甲图中的滑轮是______滑轮(填“定”或“动”),使用______图中的滑轮能够省力.
6.用如图5所示滑轮组提起重物,不计动滑轮自重和摩擦,若拉力F为50N,则物重G为N,若绳子的自由端向上拉0.6m,则重物升高m。
(题型一)
7.如图所示,6物重50N,在水平拉力F的作用下,使物体A沿水平地面匀速前进.拉力F为10N.不计绳和滑轮重,物体受到的阻力N.(题型一)
8.用一个动滑轮把重为200N的货物匀速提高4m,所用的拉力是125N,则有用功是J,总功是J,这个动滑轮的机械效率为.
9.工人用一根杠杆提升一桶油,他用250N向下的拉力拉过1.2m,油桶上升30cm,若杠杆的机械效率为90%,则油桶重为N.
10.用一个滑轮组在6s内把84N的重物匀速提升4m时,在绳的自由端所加拉力大小为40N,自由端通过的距离为12m.则此过程中,有用功为J,拉力做功的总功率为W,滑轮组的机械效率为
【巩固提升】
11.站在地面上的人用滑轮组把重960N的贷物由地面匀速提升到4m的高处,所用的时间是8s,人作用在绳子自由端的拉力为600N.(不计摩擦和绳重)
(1)依据题意在图中画出绳子的绕法;
(2)请根据已知条件设疑并解答.(至少求出4个物理量)
12.用如图8所示的滑轮组在10s内将重物提升了10m,绳子自由端的拉力大小为200N,滑轮组的机械效率为85%,不计摩擦,求:
(1)拉力的功率;
(2)物体的重力;
(3)动滑轮的重.
13.如图1所示,小明用滑轮组匀速提起一个重为600N的物体A,物体上升的速度为0.1m/s,人拉绳的力为250N,不计绳重和摩擦,人拉绳做功的功率为?
滑轮组的机械效率为?
动滑轮重?
14.小明利用如图所示的装置沿水平方向将一个重2000N,底面积为0.5m2的物体A向左匀速拉动2m,物体A受到的摩擦力为600N,作用在绳端的拉力为250N,则物体A对地面的压强是____________Pa;拉力做的功为_________J;该装置的机械效率是_____