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1、第 14 課時簡單機械機械效率 考點知識聚焦考點一杠桿定義 在力的作用下能繞著轉(zhuǎn)動的硬棒,如圖所示五要素 支點 杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點,用字母O表示動力 使杠桿轉(zhuǎn)動的力,用字母F 1表示阻力 阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力,用字母F2表示動力臂 從支點到 的距離,用字母l1表示阻力臂 從支點到 的距離,用字母l2表示力臂畫法找支點;畫力的作用線;畫力臂(過支點向力的作用線畫垂線);標(biāo)力臂(大括號或背向箭頭)固定點動力作用線阻力作用線 考點知識聚焦考點二杠桿的平衡條件1.探究:杠桿平衡條件理解 杠桿平衡是指杠桿不動或轉(zhuǎn)動探究過程 將杠桿中心作為支點調(diào)節(jié)杠桿兩端的,使杠桿在平衡,這樣做的目的是消除杠桿自身重力對實驗的

2、影響,且便于從杠桿上直接讀出;實驗過程中移動鉤碼位置使杠桿再次水平平衡;改變鉤碼數(shù)量和位置,再多測幾組數(shù)據(jù),是為了_靜止 勻速平衡螺母 水平位置力臂得到杠桿平衡的普遍規(guī)律,避免偶然性 考點知識聚焦考點二杠桿的平衡條件1.探究:杠桿平衡條件 得出結(jié)論 杠桿的平衡條件:文字式:;字母式: 評估交流 實驗中只測一組數(shù)據(jù), ;若用彈簧測力計代替鉤碼,應(yīng)當(dāng)沿 拉彈簧測力計,以便于測量力臂;傾斜拉動彈簧測力計時力臂值與豎直時不同,與豎直拉動時相比力臂變,彈簧測力計示數(shù)變 動力動力臂=阻力阻力臂 F1l1=F2l2具有偶然性,不能得出普遍規(guī)律豎直方向 小 大（續(xù)表） 考點知識聚焦2.杠桿的分類名稱 力臂關(guān)系

3、 力的關(guān)系 特點 應(yīng)用舉例省力杠桿 l1 l2 F1 F2 省力、 撬棒、鍘刀、羊角錘、起子費力杠桿 l 1 l2 F1 F2 、省距離 理發(fā)剪刀、釣魚竿、鑷子等臂杠桿 l1 l2 F1 F2 不省力、不費力 天平、定滑輪 費距離 費力= = 考點知識聚焦考點三滑輪 等臂力的方向 G 考點知識聚焦 （續(xù)表）省力 s=2h v1=2v2s=2hs=3h v 1=2v2v1=3v2 考點知識聚焦 （續(xù)表） 考點知識聚焦 考點知識聚焦 考點知識聚焦考點四其他簡單機械 省力距離 省力 考點知識聚焦考點五機械效率三種功 概念 有用功 無論是否使用機械,必須要做的功,用W有表示額外功 使用機械時,并非我們

4、需要而又不得不做的功,用W額表示總功 有用功與額外功之和,用W 總表示,W總= 認(rèn)識“機械效率”定義 有用功跟總功的,用符號表示計算式: 說明 機械效率是一個比值,通常用百分?jǐn)?shù)表示,由于有用功總總功,故機械效率總 W有+W額比值 小于小于1 考點知識聚焦考點六機械效率的測量項目 測量斜面的機械效率 測量滑輪組的機械效率原理 = 示意圖操作 沿斜面拉動物體 沿方向提升重物 工具 、 所測量 物重G、物體上升高度h、拉力F、彈簧測力計移動的距離s勻速 豎直 勻速彈簧測力計 刻度尺 考點知識聚焦 （續(xù)表）傾斜程度粗糙程度高 高低 光滑增大 減小減小增加 考點知識聚焦 考點知識聚焦/知識縱橫/ 簡單機

5、械的三種功和機械效率 考點知識聚焦 （續(xù)表） 考點知識聚焦 （續(xù)表） 例12018邵陽如圖14-3所示的杠桿,動力F的力臂是 ()A.ODB.OFC.OAD.OC熱點考向探究探究一杠桿作圖 D 熱點考向探究【變式1】2018廣東如圖14-4所示,輕質(zhì)杠桿OA可繞O點轉(zhuǎn)動,請在圖中畫出杠桿OA的動力臂l。圖14-4 【答案】如圖所示 熱點考向探究【變式2】2017廣州用力F1把門推開,彈性繩會被拉長。如圖14-5所示,門處于靜止?fàn)顟B(tài)。圖14-5(1)畫出彈性繩對門的拉力F 2的示意圖。(2)O為支點,畫出力F1的力臂l1。(3)根據(jù)杠桿的平衡條件可知F1(選填“”“=”或“”)F2。 【答案】(

6、1)(2)如圖所示F1l1=F2l2 熱點考向探究探究二杠桿的平衡條件及分類例2杠桿的種類2018煙臺如圖14-6所示的杠桿,屬于費力杠桿的是()圖14-6 C 熱點考向探究【變式1】2018聊城人體中的許多部位都具有杠桿的功能。如圖14-7所示是人用手托住物體時手臂的示意圖,當(dāng)人手托著5kg的物體保持平衡時,肱二頭肌收縮對橈骨所施加力的大小一定(g=9.8N/kg) ()圖14-7 A.大于5kg B.大于49NC.小于49N D.等于49N 【答案】B【解析】由題圖知,物體的重力為G=mg=5kg9.8N/kg=49N。肱二頭肌的拉力為動力F,物體對手的壓力為阻力G,支點在肘處,由圖可知,

7、動力臂小于阻力臂,即lFG,即肱二頭肌收縮所施加的力一定大于49N。故選B。 熱點考向探究例3杠桿平衡條件應(yīng)用2018連云港如圖14-8所示,O為杠桿的支點,杠桿右端掛有重為G的物體,杠桿在力F1的作用下在水平位置平衡。如果用力F2代替力F1使杠桿仍在水平位置保持平衡,下列關(guān)系中正確的是() 圖14-8A.F 1F2C.F2G D.F1=GB 熱點考向探究【變式2】2018綿陽如圖14-9所示,兩個等高的托盤秤甲、乙放在同一水平地面上,質(zhì)量分布不均勻的木條AB重24N,A、B是木條兩端,O、C是木條上的兩個點,AO=BO,AC=OC。A端放在托盤秤甲上,B端放在托盤秤乙上,托盤秤甲的示數(shù)是6N

8、?，F(xiàn)移動托盤秤甲,讓C點放在托盤秤甲上。此時托盤秤乙的示數(shù)是()圖14-9A.8N B.12NC.16N D.18N 熱點考向探究 熱點考向探究【變式3】2018福建B卷墨經(jīng)最早記述了秤的杠桿原理。圖14-10中“標(biāo)”“本”表示力臂,“權(quán)”“重”表示力。以下說法符合杠桿平衡原理的是 ()圖14-10A.“權(quán)”小于“重”時,A端一定上揚B.“權(quán)”小于“重”時,“標(biāo)”一定小于“本”C.增大“重”時,應(yīng)把“權(quán)”向A端移 D.增大“重”時,應(yīng)換用更小的“權(quán)” C 熱點考向探究【變式4】2018荊州如圖14-11所示,一輕質(zhì)杠桿水平支在支架上,OA=20cm ,G1是邊長為5cm 的正方體,G2重為20

9、N。當(dāng)OC=10cm 時,繩子的拉力為N,此時G1對地面的壓強為2104Pa。現(xiàn)用一水平拉力使G2以5cm /s的速度向右做勻速直線運動,經(jīng)過s后,可使G1對地面的壓力恰好為零。(設(shè)OB足夠長)圖14-1110 10 熱點考向探究 熱點考向探究例4 最小力的問題2018山西如圖14-12所示,用一根細(xì)繩將杠桿AOB在O點懸掛起來,B處掛一重物G,在杠桿上施加最小動力F,使杠桿在圖示位置平衡,請你在圖中畫出這個力的示意圖。 圖14-12 【答案】如圖所示 熱點考向探究【變式5】2018常州2018年2月,我國臺灣省發(fā)生地震,一個結(jié)構(gòu)堅固的水塔因地基松軟而傾斜,為阻止水塔繼續(xù)傾斜,救援隊借助山石用

10、鋼纜拉住水塔。下列方案中,鋼纜對水塔拉力最小的是 ()圖14-13 B 熱點考向探究例5 杠桿的動態(tài)平衡2018廣安如圖14-14所示,AB是能繞B點轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)杠桿,在中點C處用繩子懸掛重為100N的物體(不計繩重),在A端施加豎直向上的拉力使杠桿在水平位置平衡,則拉力F=N。若保持拉力方向始終垂直于杠桿,將A端緩慢向上提升一小段距離,在提升的過程中,拉力F將(選填“增大”“減小”或“不變”)。 圖14-14 50減小 熱點考向探究【解析】杠桿在水平位置平衡時,由杠桿的平衡條件可知,FBA=GBC,即F2BC=100NBC,解得F=50N。拉力的方向始終垂直于杠桿,將A端緩慢向上提升一小段距離

11、,在提升的過程中,F的力臂、物體的重力G不變,而重力G的力臂變小,由杠桿的平衡條件可知,拉力F將變小。 熱點考向探究【變式6】2017棗莊如圖14-15所示是小明“探究杠桿平衡條件”的實驗裝置,實驗中杠桿始終處于水平平衡狀態(tài)。若在C處逐漸改變彈簧測力計拉力的方向,使其從,則拉力的變化情況是 ()圖14-15 A.先變小后變大 B.先變大后變小C.逐漸變大 D.逐漸變小 【答案】A【解析】當(dāng)彈簧測力計拉力方向豎直向上時動力臂最長,拉力最小,而在和的方向時,動力臂都比在方向時的短,因此拉力的變化情況是先變小后變大。故選A。 熱點考向探究例6滑輪的縱向平衡2018廣東A、B兩種實心物體的質(zhì)量與體積的

12、關(guān)系如圖14-16甲所示,把體積相等的物體A、B掛在滑輪組下,若要使它們處于靜止?fàn)顟B(tài),則圖乙的虛線框內(nèi)懸掛物體B的個數(shù)是(不計摩擦和滑輪的自重) () 圖14-16A.1個 B.2個 C.3個D.4個探究三滑輪和滑輪組 熱點考向探究【變式】2017寧波如圖14-17所示,用同一個動滑輪先后提升同一物體,使物體以相同的速度勻速上升相同的高度,所用的力分別是F甲和F乙,拉力做功的功率分別是P甲和P乙。若不計摩擦、動滑輪重和繩重,則F甲與F乙、P甲和P乙之間的大小關(guān)系是 ()圖14-17 A.F甲F乙P甲P乙C.F甲F乙P甲=P乙 D.F甲F乙P甲P乙 熱點考向探究例7滑輪的橫向平衡2017杭州如圖

13、14-18所示裝置,在水平拉力F作用下,物體M沿水平地面做勻速直線運動,已知彈簧測力計示數(shù)為10N,物體M的運動速度為1m /s。那么在此過程中(不計滑輪與繩子的質(zhì)量、繩子與滑輪間的摩擦、滑輪與軸間的摩擦) ()圖14-18A.物體M與地面間的摩擦力為5NB.物體M與地面間的摩擦力為10N C.水平拉力F做功的功率為20WD.1s內(nèi)滑輪對物體M做功為10J C 熱點考向探究探究四功、功率、機械效率的綜合計算 熱點考向探究【變式1】2018內(nèi)江用如圖14-20甲所示的滑輪組運送貨物上樓,每件貨物重100N,每次運送的量不定。圖乙記錄了在整個過程中滑輪組的機械效率隨貨物重力增加而變化的圖像,則動滑

14、輪重為N。當(dāng)某次運送3件貨物時,繩子的拉力F是N。(不考慮繩重和摩擦)圖14-20 100200 熱點考向探究 熱點考向探究【變式2】2018廣州小明用圖14-21中的動滑輪勻速拉動水平地面上的物體A,測出A移動的距離s、水平拉力F和A的重力G。 圖14-21(1)以上條件能否求出此時動滑輪的機械效率?答:。如果能,則=。如果條件不足,寫出還需補充的物理量的測量步驟和符號: ,并寫出的表達式=(用題目已知及補充的物理量符號表示)。(2)若A在10s內(nèi)運動了4m ,A的速度為 。 用彈簧測力計勻速拉動水平地面上的物體A,測出此時A受到的摩擦力,記為f不能0.4 m/s 熱點考向探究 熱點考向探究

15、【變式3】2018巴中工人利用如圖14-22所示的滑輪組從2m 深的枯井中提升重物,所用的拉力為250N,物體在5s內(nèi)勻速從井底全部上升到井口。求:(不計繩重和各處摩擦)(1)繩子自由端移動的速度。(2)拉力的功率。(3)若滑輪組的機械效率為80%,求所提升物體的重力大小。 熱點考向探究 熱點考向探究 熱點考向探究實驗突破突破 機械效率的測量【考點歸納】(1)實驗器材:滑輪組、鐵架臺、細(xì)繩、彈簧測力計、刻度尺、鉤碼。(2)滑輪組繞線:奇動偶定法。(3)實驗中繩子要勻速、豎直拉動。(4)表格內(nèi)容的補充或錯誤判斷、數(shù)據(jù)的分析與處理。(5)影響滑輪組機械效率的因素:提升物體的重力;動滑輪的重力;繩重

16、、摩擦。(6)實驗結(jié)論:同一滑輪組,提升物體越重,機械效率越高;不同滑輪組提升同一重物,動滑輪越輕(個數(shù)少),機械 效率越高?；喗M的機械效率與提升物體的高度和速度、繩子的段數(shù)、省費力均無關(guān)。 熱點考向探究 熱點考向探究例1 某小組同學(xué)測量滑輪組的機械效率。實驗步驟有:按照如圖14-24所示安裝滑輪組,測鉤碼重力G并記錄鉤碼和繩端的位置。用彈簧測力計緩慢拉動繩端,使鉤碼上升,讀出拉力F的值,并測出鉤碼上升的高度h和繩端移動的距離s。記錄實驗數(shù)據(jù)填入表格中(表格略)。多次改變鉤碼的數(shù)量,重復(fù)上述實驗。用動滑輪質(zhì)量不同的兩個滑輪組吊相同的鉤碼,分別測機械效率。分析測量結(jié)果,討論影響機械效率的因素。

17、回答以下問題: 熱點考向探究回答以下問題:(1)除了如圖所示器材和彈簧測力計外,還需要的器材是。(2)滑輪組機械效率的計算公式是=。(用直接測得的物理量符號表示)(3)關(guān)于影響滑輪組機械效率的因素,該小組同學(xué)討論后得到以下認(rèn)識,你認(rèn)為正確的是。(填序號,可能不止一項正確)A.在相同情況下,摩擦越大,機械效率越小B.在相同情況下,摩擦越大,機械效率越大C.忽略摩擦,定滑輪、所吊重物質(zhì)量相同,則機械效率相同D.忽略摩擦,動滑輪、所吊重物質(zhì)量相同,則機械效率相同 E.忽略摩擦,動滑輪質(zhì)量相同,所吊重物質(zhì)量越大,則機械效率越大F.忽略摩擦,動滑輪質(zhì)量相同,所吊重物質(zhì)量越大,則機械效率越小刻度尺ADE

18、熱點考向探究 實驗拓展(4)實驗中應(yīng)沿豎直方向緩慢拉動彈簧測力計。(5)小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)實驗過程中邊拉動邊讀數(shù),彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定,應(yīng)該靜止讀數(shù),你認(rèn)為他的想法是(選填“正確”或“不正確”)的,因為沒有考慮到對滑輪組機械效率的影響。勻速不正確 摩擦力 熱點考向探究例2用如圖14-25所示裝置探究斜面機械效率,實驗記錄如下表所示。圖14-25 斜面傾斜程度 木塊所受重力G/N 斜面高度h/m 沿斜面拉力F/N 斜面長L/m 機械效率較緩 5 0.2 2.5 1 40%較陡 5 0.5 3.9 1 64%最陡 5 0.7 4.6 1(1)沿斜面拉動物體時,應(yīng)使其做 運動。(2)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可知斜面傾斜程度最陡時的機械效率為。 (3)由實驗可得初步結(jié)論:物體重量一定,機械效率越大。(4)斜面越陡,物體對斜面的壓力,物體所受摩擦力。(均選填“越大”“越小”或“不變”)勻速直線 76%斜面越陡越小 越小 熱點考向探究 實驗拓展(5)若小明還想要探究斜面機械效率與物重的關(guān)系,實驗時應(yīng)控制不變的量是 。(6)若斜面是光滑的,則有用功(選填“大于”“等于”或“小于”)總功。(7)斜面在生產(chǎn)、生活中隨處可見,在鑷子、船槳、螺絲釘、汽車的剎車踏板中,應(yīng)用了斜面的是。斜面的傾斜程度和斜面的粗糙程度等于螺絲釘