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简单机械复习

第九章简单机械复习

一、杠杆

  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。

 

  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。

   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)。

 

  研究杠杆的平衡条件:

  杠杆平衡是指:

杠杆静止或匀速转动。

  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:

   动力×动力臂=阻力×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。

 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。

  4.应用:

 

名称

结构特征

特点

应用举例

省力

杠杆

动力臂大于阻力臂

省力、费距离

撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车、花枝剪刀

费力

杠杆

动力臂小于阻力臂

费力、省距离

缝纫机踏板、起重臂、人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆

等臂

杠杆

动力臂等于阻力臂

不省力不费力

天平,定滑轮

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,应选择省力杠杆,当为了使用方便,省距离时,应选费力杠杆

  二、滑轮

  1.定滑轮:

  ①定义:

中间的轴固定不动的滑轮

  ②实质:

定滑轮的实质是:

等臂杠杆。

  ③特点:

使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。

  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:

和重物一起移动的滑轮。

(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:

使用动滑轮能省一半的力,但不能改变动力的方向。

  ④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:

F=

G只忽略轮轴间的摩擦则,拉力F=

(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)

  3.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=

(G物+G动)。

绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)。

 

  ④组装滑轮组方法:

首先根据公式n=(G物+G动)/F求出绳子的股数。

然后根据“奇动偶定”的原则。

结合题目的具体要求组装滑轮。

三、功的原理

   1.内容:

使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功;即:

使用任何机械都不省功。

 

  2.说明:

(请注意理想情况功的原理可以如何表述?

) 

  ①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。

 

  ②功的原理告诉我们:

使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。

  ③使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。

  ④我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)理想机械:

使用机械时,人们所做的功(FS)=直接用手对重物所做的功(Gh)。

 

  3.应用:

斜面

  ①理想斜面:

斜面光滑; 

  ②理想斜面遵从功的原理; 

  ③理想斜面公式:

FL=Gh,其中:

F:

沿斜面方向的推力;L:

斜面长;G:

物重;h:

斜面高度。

  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。

  四、机械效率

  1.有用功:

定义:

对人们有用的功。

  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:

定义:

并非我们需要但又不得不做的功。

  公式:

W额=W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组) 

  斜面:

W额=fL 

  3.总功:

定义:

有用功加额外功或动力所做的功 

  公式:

W总=W有用+W额=FS=W有用/η 

  斜面:

W总=fL+Gh=FL 

  4.机械效率:

①定义:

有用功跟总功的比值。

  ②公式:

  斜面:

 

  定滑轮:

  动滑轮:

  滑轮组:

  ③有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。

通常用百分数表示。

某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。

  ④提高机械效率的方法:

减小机械自重、减小机件间的摩擦。

  5.机械效率的测量:

  ①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器材:

除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

 

  ④步骤:

必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:

保证测力计示数大小不变。

  ⑤结论:

影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:

   A、动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。

  B、提升重物越重,做的有用功相对就多。

  C、摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。

绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

练习题:

一、选择题(选择一个正确答案,共15题,每题2分,计30分) 

  1.如图1,下图中可视为费力杠杆的是 (  ) 

 

  

A      B    图1    C        D

  2.如图2所示是自卸车的示意图,车厢部分可视为杠杆,则下列分析正确的是(   ) 

图2

  A.B点是支点,液压杆施加的力是动力,货物重力是阻力

  B.B点是支点,物体A放在车厢前部可省力 

  C.C点是支点,物体A放在车厢后部可省力 

  D.C点是支点,物体A放在车厢前部可省力

  3.一根轻质杠杆,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 

  4.如图3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,如果两球以相同的水平移动速度同时匀速向支点移动一点距离,则杠杆(?

 )

   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 

  5.如图4示,人的前臂可视为杠杆,当将茶杯沿箭头方向举起时,下列说法正确的是(   )

   A.前臂是省力杠杆,阻力臂变大

  B.前臂是省力杠杆,阻力臂变小

  C.前臂是费力杠杆,阻力臂变大

  D.前臂是费力杠杆,阻力臂变小 

图3          图4           图5           图6             图7 

  6.如图5所示,林雨将两只鸡蛋举高1米,所做的功最接近于(  ) 

  A.0.01J  B.0.1J  C.1J  D.10J 

  7.如图6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

   8.如图7所示,AOB为一杠杆(自重不计),O为支点(OA

  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 

  9.如图8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(  ) 

图8 

  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

  10.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9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(   )

图9

  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 

  11.甲比乙高,如果举起相同质量的杠铃所用时间相等,如图10示,则(   )

图10

  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 

  12.如图11所示,是工人师傅往高处运送货物的两种方法。

物重均为500N,滑轮重均为10N,不计摩擦和绳重,下列说法正确的是(   ) 

图11 

  A.甲图中的拉力等于乙图中的拉力 

  B.甲图中的拉力小于乙图中的拉力

   C.甲图中的机械效率小于乙图中的机械效率 

  D.甲图中的机械效率大于乙图中的机械效率

  13.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

  14.李明同学快速地由一楼跑到三楼的过程中,他的功率与下列哪个值最相近(   ) 

  A.5W  B.50W C.500W D.5000W

  14.关于滑轮组的叙述,较全面的是(   )

  A.一定省力,又能改变力的方向 

  B.一定省力,但不能改变力的方向 

  C.有时既能省力,又能改变力的方向,有时可以省力,但不能改变力的方向 

  15.陷进沼泽的汽车,司机费了九牛二虎之力,汽车还是纹丝不动,此过程(   )

  A.发动机对汽车没有做功 

  B.发动机对汽车没有作用力 

  C.司机对汽车做了功 

  D.地面的摩擦力对汽车做了功

  二、填空题 

  16.优秀运动员短时间内的功率可达1kW,它的物理意义是______________________;两台机器的实际功率之比为5:

1,则做同样的功所需的时间之比是________。

 

  17.利用定滑轮提起重物,沿着如图13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”)

图13

  

  18.小婷跳绳时所穿鞋的总质量为0.4㎏,她1min跳绳180次,假定每次双脚抬离地面的最大高度均为5㎝,则每上升一次,她对鞋所做的功为________J。

跳跃时若上升所用的时间占每次跳跃时间的0.3倍,则每上升一次,她对鞋做功的平均功率为________W(g=10N/㎏) 

  19.杠杆的应用非常厂泛,如图14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______;工程车上的起重臂就是一个费力杠杆(如图15所示),使用它的好处是能够省________;如图16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___________________.

图14        图15                     图16                图17 

  20.如图17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。

 

  21.如图18-(甲)所示,小华同学用水平力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=_______。

小昕同学沿如图(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W2     W1(填“>”、“<”或“=”)。

 

图18

  22.如图19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________。

 

     

图19              图20 

  23.如图20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) 

  三、作图与简答题 

  24.请画出图21和图22中杠杆所受力的力臂。

 

图21                      图22                图23 

  25.如图23所示,前后两人抬一个大而均匀的重木箱上楼。

   ①作出木箱的受力示意图;②以木箱重心为支点,画出每个力的力臂,比较两人用力F前、F后;③要使两人用力相等,应怎样抬?

 

  四、实验与探究题 

  26.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。

  

  如图24,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。

 

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

 

(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__________________________。

 

  27.交流与评估是科学探究的一个重要环节。

德圣中学的同学,利用如图25所示的实验装置完成了“测滑轮组机械效率”的实验以后,进行了小组交流,下表是各小组的实验数据记录:

 

图25

 

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):

 

  ①____________________________________________________ 

  ②____________________________________________________

  五、计算题

  28.“塔吊”是建筑工地上普遍使用的起重设备。

如图26,AB是竖直支架,CD是水平臂,期上OC段叫平衡臂,C端装有配重体,OD段叫吊臂,E处装有滑轮组,可在O、D两点间移动,滑轮组重力及摩擦忽略不计。

OE=15m时,若用此“塔吊”能起吊重物的最大质量是0.8t,则当滑轮组移到D点(OD=25m)时能够安全起吊重物的最大质量是多少?

图26 

  29.如图27所示,木块重200N,前进过程中所受的摩擦力为40N,求:

 

图27

  ①不考虑滑轮的自重和摩擦,木块匀速前进2m时拉力F做了多少功?

   ②如果这个装置的机械效率是80%,拉力F的大小等于多少?

 

检测题

 本专题为简单机械,知识掌握基本要求:

 

  能判断动力、阻力的方向;会作力臂;理解杠杆的平衡条件;杠杆的种类及其应用;理解定滑轮、动滑轮的实质和特点;理解滑轮组的特点及应用;知道F=(G物+G动)/n的适用条件。

  中考命题热点:

  会作力臂;运用杠杆平衡条件分析解决实际问题;知道定滑轮、动滑轮的特点;能设计和应用简单的滑轮组;会解答简单实际应用题。

一、填空题 

  1.图8-1中,   图的握法更有利于拧紧或松开螺帽。

 

 

  2.如图8-2为一根硬棒,棒上标出了A、B、C三点,把它作杠杆使用.那么,当以棒上的    点为支点、动力作用在     点、阻力作用在      点时,最省力. 

  3.如图8-3所示,某人用滑轮先后以甲、乙两种不同的方式来匀速提升重物。

如果该人的体重为800N、手臂所能发挥的最大拉力为1000N,滑轮重和摩擦均忽略不计,则以图甲方式最多可提升重为      N的物体;而以图乙方式最多可提升重为      N的物体。

 

  4.某同学研究定滑轮的使用特点,他每次都匀速提起钩码,研究过程如图8-4所示,请仔细观察图中的操作和测量结果,然后归纳得出初步结论。

 

 

  比较A、B两图可知:

                                                  ; 

  比较B、C、D三图可知:

                                               。

 

  5.如图8-5所示,轻质杠杆OA中点悬挂一重G=60N的物体,在A端施加一竖直向上的力F,杠杆在水平位置平衡,则F=       N;保持F的方向不变,将杠杆从A位置匀速提到B位置的过程中,力F将(填“变大”、“不变”或“变小”)。

 

 

  二、选择题 

  6.下图中的铡刀、瓶盖起子、手推车、铁锨都属于杠杆,其中费力杠杆是(   ) 

  

 

  7.下列四个民间熟语对应的物理知识不正确的是(   ) 

  A.人多力量大──杠杆原理 

  B.磨刀不误砍柴工──减小受力面积,增大压强 

  C.潭清疑水浅──光的折射现象 

  D.一个巴掌拍不响──力是物体对物体的作用 

  8.如图8-6所示,杠杆AOB的A端挂重为GA的物体,B端挂重为GB的物体时,杠杆处于平衡状态,若AO=BO,杠杆自身重力不计。

则(   ) 

 

  A.GA=GB  B.GAGB D.无法判断 

9.用钓鱼杆钓鱼的时候,鱼钩已经钩住了鱼。

鱼还在水中时,感觉鱼很轻,刚把鱼从水中拉离水面就感觉鱼变“重”了。

对钓鱼过程的下列几种解释,错误的是(   )

   A.鱼离开水后,失去了水的浮力,使人感觉鱼变重了 

  B.鱼离开水后,鱼的重力增大,使人感觉鱼变重了

  C.鱼离开水后,钓鱼线对钓鱼杆的拉力会增大 

  D.钓鱼杆是一种费力杠杆 

  10.如图8-7,绳及滑轮重不计,绳与滑轮的摩擦不计。

若已知用F=30N的拉力可使物体沿水平地面匀速运动,那么,下列所求物理量正确的是(   ) 

 

  A.可求物体重为60N  B.可求物体重为90N

   C.可求物体受的摩擦力为60N  D.可求物体受的摩擦力为90N 

  11.如图8-8所示滑轮组,正方体A在水平地面上处于静止状态,已知A的边长为1dm,密度为2×103kg/m3,动滑轮总重为2N,若使A对水平地面产生600Pa的压强,作用在绳端的拉力F为(忽略摩擦和绳重,g=10N/kg)(   )

  A.4N   B.5N   C.1N   D.22N 

  三、作图题 

  12.如图8-9所示,作出力F的力臂。

 

  13.如图8-10是斜拉旅行箱的简化模型。

画出它的动力臂L

和阻力臂L

   14.现将一石磙推上台阶,请你在图8-11上画出最小力的示意图。

 

  15.用图8-12所示的滑轮组成滑轮组提升重物,在图中画出最省力的滑轮组的绕线。

 

  四、实验与探究题 

  16.“研究杠杆平衡条件”的实验可采用图8-13所示的装置.实验前,应调节横杆AB在水平位置平衡,这样做的好处是                ;若当时观察到B端偏低,可将B端螺母向    边调。

若实验时在E处挂三只质量均为50g的钩码,则在C点应挂     只钩码杠杆才能平衡;若C点不挂钩码,改在D点用弹簧测力计拉,为使杠杆平衡,这时弹簧测力计的最小读数应为      N,拉力的方向应            。

 

 

  17.下表是小王在“研究杠杆的平衡条件”的实验中,记录的部分测量结果,请在空格中填入适当的值。

(每个钩码质量为50g,g=10N/kg) 

实验次数

动力F1/N

动力臂L1/cm

阻力F2/N

阻力臂L2/cm

1

0.5

8

1

 

2

 

6

1.5

8

   在本次实验课的总结中,老师提出了这样一个问题:

如图8-14所示,杠杆处于平衡状态,若在两边钩码下方再各加挂一只相同的钩码,释放后观察到的现象将是什么?

 

 

  小王认为,杠杆仍能保持平衡;小李认为,杠杆将顺时针转动;小赵认为,杠杆将逆时针转动,你的观点是                  . 

  18.阅读方框中的新闻报道,

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