费力、省距离
缝纫机踏板、起重机的前臂、理发剪刀、钓鱼杆、筷子、船桨、面包夹、镊子、扫帚
等臂杠杆
动力臂=阻力臂
L1=L2
不省力不费力
天平,定滑轮、跷跷板
【说明】:
应根据实际来选择杠杆,当需要较大的力才能解决问题时,应选择,当为了使用方便,省距离时,应选。
第二节:
滑轮
一、定滑轮:
①定义:
轴不随物体一起移动的滑轮。
②实质:
定滑轮的实质是:
杠杆
③特点:
A。
利用定滑轮提起重为G的物体时,拉力FG,,
只有不考虑绳重和摩擦时(理想的定滑轮),拉力FG
B不省距离:
绳子自由端移动距离S绳=重物移动的距离
h物,,绳子自由端移动速度v绳=重物移动的速度v物。
即,
二、动滑轮:
①定义:
轴会随物体一起移动的滑轮。
(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倍的省力杠杆。
③特点:
使用动滑轮能,但不能。
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S绳=2倍重物移动的距离h物,,绳子自由端移动速度v绳=2倍重物移动的速度v物。
即,
【注意】判断滑轮时动滑轮还是定滑轮关键是看轴是否随着物体一起运动,轴随物体起运动的
是滑轮,轴随物体起运动的是滑轮,
5、几种常见的使用滑轮情况
1、2、
FG、Sh、V绳V物FF拉f、S绳S物、V绳V物
3、4、
F=G(不计摩擦和动滑轮重力)、FF拉f、S绳S物、V绳V物
F=(只忽略轮轴间的摩擦)
Sh、V绳V物
5、6、
F=G(不计摩擦和动滑轮重力)、FF拉f、
F=(只忽略轮轴间的摩擦)S轮S物、V轮V物
S轮S物、V轮V物
7、【注意】A使用定滑轮提起同一重物,沿不同方向的拉力;即:
B使用动滑轮提起同一重物,沿不同方向的拉力;当拉力作用线与阻力作用
线平行时最省力,当偏离竖直方向角度越大,拉力;即:
C人对绳子的拉力最大只能达到自身的重力的大小与人的举力无关。
例如:
小李m1=50Kg,能举起80Kg的杠铃,小李m2=70Kg,能举起60Kg的杠铃,如图,
两人比赛,谁把对方拉起,比赛结果是:
拉起来。
三、滑轮组、
1、定义:
定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。
2、特点:
使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向
3、理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=G。
只忽略轮轴间的摩擦,
则拉力
F=,绳子自由端移动距离S绳=倍重物移动的距离h物,,绳子自
由端移动速度v绳=倍重物移动的速度v物。
即,
4、判断绳子根数(n)的方法:
方法
(一):
从定滑轮和动滑轮之间画一条虚线,数直接与动滑轮相连的根数即为n的值,其中,绳
子自由端方向向上的要数上。
方法
(二):
已知G和F,求绳子的根数,则n=,若n不是整数,则小数点“只入不舍”
例如:
已知G=960N,F=400N,求绳子的根数n===
方法(三):
已知s和h,求绳子的根数,则n=
例如:
已知s=6m,h=2m,求绳子的根数n===
5、绳子的绕法
题型
(一)已知绳子的根数,画绳子的绕法---------奇动偶定--------若绳子的根数为奇数,绳的固
定端接在动滑轮上,然后绕到定滑轮上,由内向外绕;若绳子的根数为偶数,绳的固定端
接在定滑轮上,然后绕到动滑轮上,由内向外绕;
题型
(二)使用滑轮组时要最省力,则绳子的根数应为奇数,再根据“奇动偶定”,绳的固
定端接在动滑轮上,然后绕到定滑轮上,由内向外绕。
题型(三)使用滑轮组时既要省力又能改变力的方向,则绳子的根数应为偶数,再根据“奇动偶定”,
绳的固定端接在定滑轮上,然后绕到动滑轮上,由内向外绕。
5、装滑轮组方法:
第一、求段数:
根据公式或求出绳子的股数。
第二、定个数:
确定动滑轮的个数N动,当绳子的根数n为奇数时,N动=,当绳
子的根数n为偶数时,N动=,确定定滑轮的个数N定,一般按“一动配一定”来确
定定滑轮的个数,N定=,若绳子的根数为偶数,则由“偶数减一定”得到N定=,
若方向要发生改变(人在地面上拉物体),则由“变向加一定”得到N定=。
第三、找起点(固定端):
则由“奇动偶定”找到
第四、画绳子:
若绳子的根数为奇数,绳的固定端接在动滑轮上,然后绕到定滑轮上,由内向外绕;
若绳子的根数为偶数,绳的固定端接在定滑轮上,然后绕到动滑轮上,由内向外绕;
例如:
把重为5100N的物体用1200N的力提起,请你设计这个滑轮组,要求滑轮个数最少,请画出这个滑轮组?
例如:
一个人站在地面上把重为5100N的物体用1200N的力提起,请你设计这个滑轮组,要求滑轮个
数最少,请画出这个滑轮组?
例如:
用如图所示的滑轮组,拉自己匀速上升,已知:
吊筐重200N,人重600N,每个滑轮重40N,人拉绳的力至少多少N才能将自己吊起,此时人对筐底的压力是多少。
(不计摩擦)若吊筐上升0.5m,则绳索被拉下多少米?
四、斜面
1、斜面也是一种力的。
2、理想斜面(斜面光滑)遵从功的原理----------使用任何机械。
3、理想斜面公式:
FL=Gh的推导:
---------由功的原理推导
其中:
F:
沿斜面方向的推力;L:
斜面长;G:
物重;h:
斜面高度。
4、理想斜面的特点:
(1)但,
(2)当高度(坡度)一定时,斜面越长越。
(3)、斜面长是斜面高的几倍,推力就是物重的.
(4)、如果斜面与物体间的摩擦为f,则:
FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功Gh。
5、应用:
斜坡、推货上车所达的木板、盘山公路、走S路、螺丝钉、滑梯、劈柴
五、轮轴
1、定义:
由和组成,且能绕着固定点转动的一种。
2、实质:
轮轴是一种的杠杆。
3、特点:
(1)同心,大小。
(2)若动力作用在轮上,轮轴是一个杠杆,但;
由杠杆平衡条件得,,即轮的半径是轴的半径的几倍,
则作用在轮上的力(F1)就是作用在轴上的力(F2)的;
(3)若动力作用在轴上,轮轴是一个杠杆,但;
4、轮轴的应用:
方向盘、辘轳、门锁、水龙头
第三节:
机械效率
一、有用功(W有用):
1、定义:
对人们有用的功(或机械对物体(研究对象)所做的功)。
2、当讨论提升重物有用功时,只考虑物重和提升的高度,不管路径或方式是否相同,即公式:
W有用=Gh(提升重物)
二、额外功(W额):
1、定义:
利用机械做功时,并非人们需要但又不得不做的功
2、例如:
客服机械重力所做的功、机械之间摩擦力所做的功
【注】1、有用功和额外功的判断要根据工作目的来确定,工作目的不同,有用功和额外功可能不同
例如:
1、从井中打水:
(W有用:
人对所做的功,W额:
人对所做的功;工作目的:
)
2、从井中捞桶:
(W有用:
人对所做的功,W额:
人对所做的功;工作目的:
)
三、总功(W总):
1、定义:
有用功与额外功之和(或动力所做的功或人们对机械所做的功)
2、总功等于作用在机械上的动力和动力作用点移动的距离的乘积。
3、公式:
4、对于理想机械(W额=0),;对于非理想机械(W额0),
四、机械效率():
1、定义:
跟的比值。
2、公式:
3、【注】
(1)机械效率是一个,单位。
(2)因为,所以机械效率总1,通常用表示。
(3)率是机械性能好坏的一个标志,越高,机械性能越。
(4)机械效率与、的多少无关。
五、W有用、W额、W总、的计算
1、W有用的计算
(1)由定义得,竖直提升物体:
;水平匀速拉动物体
(2)由总功定义得:
(3)由机械效率得:
2、W额的计算
(1)由定义得:
(G动为动滑轮的重力)
(2)由总功定义得:
(3)由机械效率得:
3、W总的计算
(1)由定义得:
(2)由总功定义得:
(3)由机械效率得:
4、η的计算
(1)由定义得:
六、探究斜面的机械效率
1、猜想与假设:
斜面的机械效率是与、、有关
2、设计实验:
(1)实验器材:
(一)、探究斜面机械效率与斜面的关系
(1)实验表格及数据
实验次数
斜面坡度
斜面材料
斜高h/m
物重G/N
斜面长S/m
拉力F/N
机械效率
1
较缓300
木板
0.6
5
1
4
75%
2
较陡450
木板
0.8
5
1
5
80%
3
最陡600
木板
1
5
1
6
83.3%
(2)实验步骤:
①测量小车的重量
②把小车用弹簧测力计沿斜面匀速向上拉;分别记录拉力F、小车沿斜面移动的距离S、
小车上升的高度h。
③改变斜面的倾斜程度,重复步骤②。
(4)计算:
W有用=;W额=(光滑);W额=(不光滑)
W总=;(光滑);W总=;(不光滑)
η=;(光滑);η=;(不光滑)
结论:
斜面机械效率与斜面有关,越大,机械效率。
(二)、探究斜面机械效率与斜面的关系
结论:
斜面机械效率与斜面有关,
越大,机械效率。
(三)、探究斜面机械效率与的关系
结论:
斜面机械效率与关。
【注意】①要拉动物体;②拉力要与斜面;
七、测量滑轮组的机械效率
1、实验原理:
2、应测物理量:
钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
3、实验器材:
滑轮组、铁架台、钩码若干,还需要、
4、、实验步骤:
(1)、用弹簧测力计测出钩码的重力为G,;
(2)、缓慢匀速竖直向上拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出弹簧测力计的示数F,用刻度尺
测出钩码上升的高度为h和弹簧测力计移动的距离为s;
(3)、根据W有=、W总=、再根据η=算出机械效率
(4)、改变钩码的数量,在做两次上面的实验
(5)、改变动滑轮的重力,在做两次上面的实验
5、得出结论:
影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:
A、物体的重力大小:
用同一滑能组所提升不同重物,重物越重,做的有用功就,而额外功,机械效率就越。
B、动滑轮重力大小(或个数多少):
使用不同的滑轮组,提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,额外功,有用功,滑轮组的机械效率 ;
C、绳重及绳与滑轮之间的摩擦:
若各种摩擦越大,做的额外功,机械效率。
【注】1、缓慢匀速竖直向上拉动弹簧测力计目的:
保证弹簧测力计的示数不变,方便读数。
2、不能在静止时读数的原因:
静止时,没有绳与滑轮之间的摩擦,测出的机械效率会偏
3、不影响滑轮组的机械效率高低有:
物体上升的高度、物体上升的速度、绳子的根数或绕法
八、分析机械效率的高低
1、当W总一定时
A由得,当一定时,越大,越高
B由得,
当一定时,越大,越高
2、当W有一定时
A由得,当一定时,越大,越高
B由得,
当一定时,越大,越高
2、当W额一定时
A由得,
当一定时,越大,越高
B由得,
当一定时,越大,越高
九、提高机械效率的方法:
1、尽量增大有用功:
在机械承受的范围内,尽量增加每次提升物体的重力
2、尽量减少额外功:
A减小
B减小-----加润滑剂
十、几种简单机械的机械效率
(1)斜面①W有用=
②W额外=
③W总=
(2)杠杆
①W有用=
②W额外=
③W总=
(3)定滑轮竖直方向提升重物(a)图
①W有用=
②W额外:
摩擦及绳重
③W总=F·S=F·h
(4)定滑轮水平方向拉动物体(b)图
①W有用=f·S物
②W额外:
滑轮转动摩擦
③W总=F·SF=F·S物
(5)动滑轮(a图)及竖直方向滑轮组
①W有用=
②W额外
③W总=F·S=F·nh=(G物+G动)·h
(6)动滑轮(b)竖直方向滑轮组
①W有用=
②W额外:
③W总=
(7)动滑轮(b图)及水平方向滑轮组
①W有用=G物·h
②W额外
③W总=③W总=F·SF=F·nS物
(8)动滑轮(C图)及水平方向滑轮组
①W有用=
②W额外:
③W总=
【注】:
a、所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分,故对机械进行润滑可以提高机械效率.
b、所有的有用功均等于不使用机械时所做的功
c、对于所有机械均有:
即:
机械效率还等于有用功率与总功率的比值
d、当不考虑绳重和摩擦,且各滑轮重力相同,提升同一重物时,可以直接数动滑轮的个数,动滑
轮个数越少,机械效率越高。
(一般η定>η动>η组)
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