中考物理专题辅导杠杆功机械能Word文档格式.docx
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F1l1=F2l2,按照力臂的不同,可将杠杆分为:
(1)当l1>l2时,F1<F2,为省力杠杆,如:
撬杠、瓶启子、手推车.
(2)当l1<l2时,Fl>F2,为费力杠杆,如:
铁锨.
(3)当l1=l2时,Fl=F2.杠杆既不省力,也不费力.如:
天平、定滑轮,称为等臂杠杆。
3.运用杠杆平衡条件分析问题
4.滑轮组绳子自由端的拉力
5.功的概念
6.考查滑轮组的机械效率
7.功和功率综合
8.机械能
(1)动能:
物体由于运动而具有的能叫动能,运动物体的质量大,速度越大,它的动能就越大。
(2)势能:
分为重力势能和弹性势能.重力势能:
被举高的物体具有的能,叫做重力势能.物体的质越大,举得越高,它具有的重力势能就越大。
弹性势能:
发生弹性形变的物体具有的能叫弹性势能.物体的弹形变越大,它具有的弹性势能就越大。
(3)机械能:
动能和势能统称为机械能。
某一状态下,机械能动能+势能。
(4)动能和势能之间可以互相转化。
例题精析:
例1、如图1(a)所示的杠杆重;
不计,O为支点,AO=0.2m,当在A点悬吊一重6N的物体,绳子的拉力F=3N时,杠杆在水平位置平衡,在图中画出拉力矿的力臂l2,力臂l2为________m.
(a) ` (b)
图1
如图1(b),画出杠杆OAB示意图,找到支点O,BC为力的作用线,画出力臂l2.
根据杠杆的平衡条件:
G·
OA=Fl2
代入数值:
6N×
0.2m=3N×
l2
l2=2×
0.2m=0.4m
答案 力臂l2如图1—6—1(b),l2为0.4m
例2、 如图2(a)是一个均匀直杠杆,O为支点,在A点挂一重10N的物体,则在B点用20N的力,可以使杠杆处于水平平衡状态.问:
(1)若在C点仍用20N向下的力,杠杆能否平衡?
(图中每个格距离相等)
(2)若在C点用20N的力,方向不限,讨论杠杆是否可能平衡?
精析 F的力臂大小直接关系到杠杆能否平衡.
解
(1)力F作用于B点时,杠杆平衡:
G·
AO=F·
OB
当力F作用于C点时:
AO=10N×
AO=10N×
2OB
图2
F·
OC=20N×
20B
OC>G·
AO
∴ 杠杆不能平衡,C端下沉.
(2)根据上面的讨论,若C点用力为20N,但方向不限的话,我们可以采取减小力臂的方法,使杠杆重新平衡.如图1—6—2(b).
当F斜着用力时,力臂减小为l2.
若此时F=20N,l2=OB大小,则杠杆可以再次平衡.
答案 不能平衡,可能平衡
例3、下图中可视为费力杠杆的是(如图3) ( )
A B
C D
图3
精析 起重机,l1<l2,Fl>F2为费力杠杆.其他:
手推车、瓶启子、撬杠均是l1>l2,为省力杠杆。
答案 A
例4、在图4(a)中,画出使用滑轮组提升重物时,绳子最省力的绕法.
(a) (b)
图4
如图4(b),绳子的绕法为最省力,则应从定滑轮开始绕起,最后承担物重的绳子根数为4根.
如何求滑轮组绳子上的拉力?
(1)使用滑轮组竖直提起重物
第一种情况,在忽略动滑轮重和摩擦及绳重等额外阻力时,绳子自由端拉力:
.如图4(b),n=4,F=
第二种情况,不计摩擦和绳重,但考虑动滑轮重.拉力:
如图4(b),若物体重500N,动滑轮重100N,则拉力:
=150N.
第三种情况,又要考虑动滑轮重,又要计摩擦等额外阻力,则应从机械效率去考虑求出拉力.
公式推导:
η=
=
拉力:
,如图4(b),若物体重500N,滑轮组机械效率为70%,s=4h,则拉力:
F=
≈178.6N
(2)使用滑轮组平拉重物
图5
如图5,用滑轮组匀速拉动物体A,这时拉力F大小和重量无直接关系.
在不计滑轮重,滑轮摩擦等额外阻力时,拉力:
,其中f表示A与地面的摩力.n表示与动滑轮连接的绳子根数.设:
A重120N,A与地面摩擦力为30N,则拉力:
=10N.
例6、 在下述情况中,若物体重100N,则力对物体做了多功?
(1)物体沿着光滑的水平面匀速前进了1m,求推力对物体做的功.
(2)物体沿水平面匀速前进了10m,摩擦力是20N,求拉力做的功.
(3)物体沿光滑斜面滑下,斜面高1m,长2m,如图l—6—10所示,求重力对物体做的功.
(4)如图1—6—10,物体从斜面上滑下,求支持力对物体做的功.
图6
精析 初中阶段研究力做功,主要指下列几种情况:
第一种:
力和物体运动方向一致,称为力对物体做功。
第二种:
力和物体运动方向相反,可以称为克服某个力做功.如向上抛出某个物体,重力方向向下,物体运动方向向上,可以称为克服重力做了功。
第三种:
当某个力和运动方向垂直,则这个力对物体做的功为零.
解
(1)水平面光滑,认为摩擦力为零。
物体匀速前进,推力也为零.这时W=0。
(2)物体匀速直线运动,推力F=f(摩擦力)=20N,s=10m,所以:
W=20N×
10m=200J。
(3)物体沿重力方向移动的距离为h,重力做的功W=Gh=100N×
1m=100J。
(4)如图6,物体沿斜面运动,支持力方向与运动方向垂直,物体沿支持力方向没有移动,W=0。
答案
(1)W=0
(2)W=200J (3)W=100J (4)W=0
例7、用动滑轮将400N的货物以0.5m/s的速度匀速提高了2m,绳端的作用力是250N,则有用功的功率是________W。
精析 题目给了力、距离和速度等多个数据.考查学生面对多个量,能否正确地挑选出题目所需要的数值。
解 有用功率的概念:
P有=
=G·
v其中G为物体重,v为物体上升速度。
P有=Gv=400N×
0.5m/s=200W
扩展:
如果求总功率,则有:
P总=
=F·
v′
v′为拉力F提升速度。
在此题中,一个动滑轮:
s=2h,所以v′=2v=1m/s
∴ P总=Fv′=250N×
1m/s=250W
通过P有和P总,还可以求出这个动滑轮的机械效率。
答案 200W
例8、跳伞运动员从空中匀速下落,人和伞的 ( )
A.动能增加,重力势能减少,机械能不变
B.动能不变,重力势能减少,机械能减少
C.动能减少,重力势能增加,机械能增加
D.动能不变,重力势能不变,机械能不变
精析 从动能、重力势能、机械能的概念出发去分析问题.
匀速下落的跳伞运动员,质量和速度不变,动能不变;
下落过程中,相对地面的高度减小,重力势能减少;
机械能=动能+势能,动能不变,势能减少,机械能减少.
答案 B
例9、一根轻质杠杆可绕O点转动,在杠杆的中点挂一重物G,在杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力F,如图7(a)所示,力F使杆从所示位置慢慢抬起到水平位置的过程中,力F和它的力臂LF、重力G和它的力臂LG的变化情况是 ( )
A.F增大,LF减小 B.F减小,LF增大
C.G不变,LG减小 D.G不变,LG增大
(a) (b)
图7
精析 以O为支点,杠杆慢慢抬起过程中,重力大小为G,始终不变,重力的力臂为LG,从图中看出,LG增大了.拉力大小为F,从图中看出,拉力的力臂LF变小了。
解 设杆OB与水平线夹角为θ,如图7(b).列出杠杆平衡方程:
lF=G·
lG
OB·
sinθ=G·
cosθ
cotθ
杠杆抬起过程中,θ减小,cotθ增大,F增大
答案 A、D
例10、如图8中,物体A重50N,物体B重30N,物体A在物体B的作用下向右做匀速直线运动.如果在物体A上加一个水平向左的力F2拉动 物体A,使物体B以0.1m/s的速度匀速上升,2s内拉力F2所做的功是________J.(滑轮和绳子的重以及绳子与滑轮之间的摩擦均不计)
图8
精析 拉力的功W=Fs,要正确求出功,必须求出拉力和拉力移动的距离,这就和滑轮组的受力分析综合起来了。
已知:
GA=50N,GB=30N,vB=0.1m/s,t=2s.
求:
W
解 A向右运动,受向右拉力F1和向左的摩擦力f,A匀速运动:
f=Fl.
与B相连的滑轮上方共有3根绳子承担物重GB.
∴ F1=
GB=
×
30=10
f=F1=10N
当A向左运动时,A受向左的拉力F2和向右的摩擦力f及向右的绳子拉力F1.
F2=f+F1(F1=
GB=10N),f大小不变
∴ F2=10N+10N=20N
在2s内,物体上升距离h=vB×
t=0.1m/s×
2s=0.2m
拉力移动距离s=3h=3×
0.2m=0.6m
拉力做的功W=F2s=20N×
0.6m=12J
答案 12J
中考热身:
一、选择题
1、在轻质杠杆两端A、B各挂有体积相同的铜块和铝块(
>
),支点O在如图9所示的位置时,杠杆在水平位置保持平衡.在下列情况下,杠杆仍然在水平位置保持平衡的是 ( )
图9
A.在铜块和铝块上各加一块质量相等的物体
B.将铜块和铝块同时浸没在水中
C.将铜块和铝块各切去体积相同的一小部分
D.将铜块和铝块同时向支点移动一小段相同的距离
2、下列工具中,属于费力杠杆的是 ( )
A.食品夹 B.撬棒 C.瓶盖子 D.定滑轮
3、希望中学要安装升旗杆,下列简单机械中,适合安装的旗杆顶端的是 ( )
A.杠杆 B.动滑轮 C.定滑轮 D.斜面
4、一根轻质杠杆,在左右两端分别挂在200牛和300牛的重物时,杠杆恰好平衡.若将两边物重同时减少50牛,则杠杆 ( )
A.左端下沉 B.右端下沉 C.仍然平衡 D.无法确定
5、关于滑轮,下列说法错误的是 ( )
A.使用定滑轮不省力,但是能改变动力的方向
B.使用动滑轮能省一半力,还能改变动力的方向
C.定滑轮实质是个等臂杠杆
D.动滑轮实质是个动力臂为阻力臂两倍的杠杆
6、如图10所示,杠杆上分别放着质量不相等的两个球,杠杆在水平位置平衡,如果两球以相同速度同时匀速向支点移动,则杠杆 ( )
图10
A.仍能平衡 B.不能平衡,大球那端下沉
C.不能平衡,小球那端下沉 D.无法判断
7、各式各样的剪刀都是一对杠杆.要剪开较硬的物体,使用哪种剪刀最合适?
( )
A. B. C. D.
图11
8、如图12所示杠杆中属于费力杠杆的是 ( )
A. B.
C. D.
图12
9、如图13所示,以下简单机械中属于费力杠杆的是 ( )
A.瓶口起子 B.镊子 C.羊角锤 D.动滑轮
图13
10、以下工具:
①钢丝钳;
②镊子;
③扳手;
④扫帚;
⑤钩鱼杆;
⑥瓶盖起子.在正确使用情况下属于省力杠杆的是 ( )
A.①③⑥ B.②④⑤ C.①④⑤ D.②③⑥
二、填空题
1、如图14所示,轻质杠杆OA可绕O点转动,OA=0.3米,OB=0.2米.A点处挂一个质量为2千克的物体G,B点处加一个竖直向上的力F,杠杆在水平位置平衡,则物体G的重力大小为_______牛,力F大小为_______牛.
图14
2、如图15,杠杆每小格的长度相等,质量不计,以O点为支点,杠杆的右端挂有重物M,支点左边的A处挂钩码时,杠杆平衡.将重物M浸没在水中,钩码移到B处,杠杆又平衡.则重物与钩码的质量之比为_____,重物M的密度是_______千克/米3.
图15
3、钢丝钳是人们日常生活中的一种常用工具,它的钳口刻纹是用增大接触面的________程度的方法来增大摩擦的,用钢丝钳剪断铁丝时,它是________杠杆.(选填“省力”、“费力”、“不省力也不费力”)
4、如图16为手上托着重40牛物体的手臂骨骼与肌肉的生理结构意图,手、手腕、尺骨和桡骨可以看成一支杠杆,重力不计,O为支点.
(1)在方框中画出此杠杆的动力和阻力的示意图;
(2)根据图中标尺估算出肱二头肌此时的收缩力约为________牛.
图16
三、实验题
1、在研究杠杆平衡条件的实验中,杠杆的位置如图17所示,此时应调节杠杆左端的螺母使其向_____移动,或者调节杠杆右端的螺母使其向______移动,以使杠杆在水平位置平衡.
图17
2、在“测滑轮组的机械效率”的实验中,用同一滑轮组进行两次实验,得到下表数据:
(1)所用滑轮组中动滑轮、定滑轮的最少个数分别为:
定滑轮:
______,动滑轮:
________.
(2)第2次实验得出的机械效率的大小为:
________.(g取10牛/千克)
(3)在你的周围,哪个地方用到了滑轮?
用它的好处是什么?
____________________________________________________
四、计算题
1、一人用如图18所示.的滑轮组匀速提升物重为200牛的物体,此时人对绳的拉力为120牛,不计绳重和摩擦.求:
图18
(1)滑轮组的机械效率.
(2)如果人的体重为600牛,那么他们用此滑轮组所提升物体的物重不能超过多少牛?
参考答案:
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
C
A
B
D
二、填空题
1、19.6 29.4
2、4∶5,4×
103
3、粗糙,省力
4、
(1)如图
(2)320牛
三、实验题
1、右 右
2、
(1)一个,一个
(2)74%
(3)略
解:
(1)
=Gh/2Fh×
100%=83.3%
(2)设动滑轮重
,由2F=G+
,得
=40牛
设提升的最大物重为G′,人的体重为G1,此时绳的拉力为F′,则F′=G1,由2F′=G′+
,得所能提起物体的最大物重G′=2F′-
=1160牛