40中考物理必备专题14简单机械讲义Word格式文档下载.docx

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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。

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；

第一步：

先确定支点，即杠杆绕着某点转动，用字母“O”表示。

第二步：

确定动力和阻力。

人的愿望是将石头翘起，则人应向下用力，画出此力即为动力用“F1”表示。

这个力F1作用效果是使杠杆逆时针转动。

而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反，在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动，则阻力是石头施加给杠杆的，方向向下,用“F2”表示如图乙所示。

第三步：

画出动力臂和阻力臂，将力的作用线正向或反向延长，由支点向力的作用线作垂线，并标明相应的“l1”“l2”，“l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂，如图丙所示。

甲

乙

丙

4.杠杆的平衡条件

（1）杠杆的平衡：

当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。

（2）杠杆的平衡条件实验

图（4）

图（5）

1）首先调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。

如图（5）所示，当杠杆在水平位置平衡时，这样就可以由杠杆上的刻度直接读出力臂实物大小了，而图（4）杠杆在倾斜位置平衡，读力臂的数值就没有图（5）方便。

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。

（3）杠杆的平衡条件：

动力×

动力臂=阻力×

阻力臂，或F1l1=F2l2。

5.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、滑轮

1.滑轮定义：

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。

2.定滑轮

（1）定义：

工作时，中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。

（2）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，因为重物匀速上升时不省力。

（3）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能得到一个与该力方向不同的力。

（4）动力移动的距离与重物移动的距离相等。

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）

3.动滑轮

工作时，轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。

是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。

省一半力，但不能改变力的方向。

（4）动力移动的距离是重物移动距离的2倍。

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。

4.滑轮组

由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。

（2）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）。

如果不忽略动滑轮的重量则：

。

（3）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。

（4）绳子端的速度与物体上升的速度关系：

5.斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。

6.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

１.有用功：

对机械、活动有用的功。

公式：

W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总；

斜面：

W有用=Gh。

2.额外功：

并非需要但又不得不做的功。

W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）；

W额=fL。

3.总功：

有用功加额外功或动力所做的功。

W总=W有用＋W额=FS=W有用／η；

W总=fL+Gh=FL。

4.机械效率：

有用功跟总功的比值。

机械效率计算公式：

　　5.滑轮组的机械效率（不计滑轮重以及摩擦时）

（1）滑轮组（竖直方向提升物体）：

（G为物重，h为物体提升高度，F为拉力，S为绳子自由端走的距离）。

（2）滑轮组（水平方向拉动物体）：

（f为摩擦力，l为物体移动距离，F为拉力，S为绳子自由端走的距离）。

6.斜面的机械效率：

（h为斜面高，S为斜面长，G为物重，F为沿斜面对物体的拉力）。

二、重点与难点

★重点一：

杠杆及其应用

1.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。

2.杠杆五要素——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。

3.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延长力的作用线（虚线）；

⑶画力臂（实线双箭头，过支点垂直于力的作用线作垂线）；

⑷标力臂

4.研究杠杆的平衡条件

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:

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。

）

5.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。

★重点二：

滑轮

滑轮有两种：

定滑轮和动滑轮。

1.定滑轮：

使用时，滑轮的位置固定不变；

定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向。

定滑轮的特点：

使用定滑轮不省力但能改变力的方向。

在不少情况下，改变力的方向会给工作带来方便。

定滑轮的原理：

定滑轮实质是个等臂杠杆，动力L1阻力L2臂都等于滑轮半径。

根据杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力的结论。

定滑轮在工作时，滑轮的轴固定不动，使定滑轮吊起物体时，只是为了改变力的作用方向，使达到操作方便的目的。

2.动滑轮：

使用时，滑轮随重物一起移动；

动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省1/2力多费1倍距离。

动滑轮的特点：

使用动滑轮能省一半力，费距离。

这是因为使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半。

使用动滑轮虽然省了力，但是动力移动的距离大于钩码升高的距离，即费了距离。

动滑轮向上提绳子可以将重物和挂着重物的动滑轮一起提到最高处。

相比于所提升的重物动滑轮通常很轻，其所受重力可以忽略

动滑轮的原理：

动滑轮实质是个动力臂（L1）为阻力臂（L2）二倍的杠杆。

★重点三：

滑轮组及其应用

1.滑轮组：

滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成，可以达到既省力又改变力作用方向的目的。

使用中，省力多少和绳子的绕法有关，决定于滑轮组的使用效果。

2.滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是总重的几分之一。

使用滑轮组虽然省了力，但费了距离，动力移动的距离大于重物移动的距离。

3.滑轮组的用途：

为了既节省又能改变动力的方向，可以把定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。

4.几个关系（滑轮组竖直放置时）：

（1）s=nh；

（2）F=G总/n（不计摩擦）；

其中s：

绳端移动的距离，h：

物体上升的高度，G总：

物体和动滑轮的总重力，F：

绳端所施加的力n：

拉重物的绳子的段数（F=1/n×

（G物+G动））。

在绕时遵循：

奇动（滑轮）偶定（滑轮）的原则：

根据F=（1/n）G可知，不考虑摩擦及滑轮重，要使2400N的力变为400N需六段绳子，再根据偶定奇动原则，有偶数段绳子，故绳子开端应从定滑轮开始，因为要六段绳子，所以需要三个并列的整体动滑轮，对应的，也需要三个并列的定滑轮，从定滑轮组底部的勾勾处绕起，顺次绕过第一个动滑轮，第一个定滑轮，第二个…直到最后一段绳子绕过第三个定滑轮，此时绳子方向即向下，且会使拉力为400N（不考虑摩擦与滑轮重）。

★难点一：

机械效率

1.机械效率是学生学习的重点和难点，它把简单机械和功紧密地联系起来，综合性较强，学生较难理解。

根据人们使用机械的不同，有用功的计算也不尽相同。

例如：

若使用机械的目的是提升重物，那么克服物体的重力做的功就是有用功。

如果使用机械的目的是在水平面上平移重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力做的功就是有用功。

2.如果有用功不变，我们可以通过减小额外功（减少机械自重、减少机械的摩擦）来增大机械效率；

如果额外功不变，我们可以通过增大有用功来提高机械效率；

（例如，在研究滑轮组的机械效率时，我们会发现同一个滑轮组，提起的重物越重，机械效率越高，就是这个道理）；

当然了，如果能在增大有用功的同时，减小额外功更好。

3.滑轮组机械效率影响因素：

影响滑轮组机械效率的因素是物重，其次才是滑轮重、绳重和摩擦。

无论你用同一滑轮组吊起一根绣花针或一个重量远远大于动滑轮的重物，你都需要把动滑轮举上去，还要克服绳重与摩擦，前者额外功远远大于有用功，其机械效率几乎为零，后者额外功在总功中占的比值就小得多，所以物重越大，机械效率就越