第11講 簡單機(jī)械 機(jī)械效率,20132015年初中學(xué)業(yè)水平考試試題統(tǒng)計(jì)與命題解讀,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,考點(diǎn)1杠桿五要素及平衡條件 1.杠桿 (1)定義:在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的硬棒叫杠桿。 說明:杠桿可直可曲,形狀任意。在力的作用下不易發(fā)生形變。 (2)五要素組成杠桿示意圖。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,說明:動力、阻力都是杠桿受到的力,所以作用點(diǎn)在杠桿上;動力、阻力的方向不一定相反,但它們使杠桿的轉(zhuǎn)動的方向相反。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,方法提示畫力臂的方法:,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,2.研究杠桿的平衡條件 (1)杠桿平衡是指:杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動。 (2)調(diào)節(jié):調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母,使杠桿在水平位置平衡。 目的:可以方便地從杠桿上讀出力臂的大小;消除杠桿自身重力產(chǎn)生的力矩。 調(diào)節(jié)方法與天平的調(diào)節(jié)相同:左偏右調(diào)、右偏左調(diào)。 (3)杠桿的平衡條件(或杠桿原理):動力動力臂=阻力阻力臂。 公式:F1l1=F2l2或,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,(4)應(yīng)用:,說明:應(yīng)根據(jù)實(shí)際來選擇杠桿,當(dāng)需要較大的力才能解決問題時,應(yīng)選擇省力杠桿;當(dāng)為了使用方便,省距離時,應(yīng)選費(fèi)力杠桿;又省力又省距離的杠桿是不存在的。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,考點(diǎn)2滑輪與滑輪組,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,特別提醒1.分析繩子段數(shù): 截線法:此法是在定滑輪和動滑輪之間作一條水平輔助線,假設(shè)它把滑輪組的繞線“截?cái)唷?。水平線與繩的截點(diǎn)數(shù)就是“繩子的段數(shù)”;當(dāng)繩的末端從定滑輪出來這根不算,從動滑輪上去的這根則算。特殊情況:如丙圖,末端繩子雖然從定滑輪出來,但人拉繩和重物連在一起,這段也必須算,n=3。 2.組裝滑輪組方法:首先根據(jù)公式 求出繩子的股數(shù);然后根據(jù)“奇動偶定”的原則,結(jié)合題目的具體要求組裝滑輪。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,考點(diǎn)3斜面 1.斜面: (1)定義:一個與水平面成一定夾角的傾斜平面。 (2)特點(diǎn):省力機(jī)械。 如圖:用F表示力,s表示斜面長,h表示斜面高,物重為G。理想情況下,根據(jù)功的原理,得W=Fs=Gh,變形得 ,當(dāng)h一定時,斜面越長越省力;例:盤山公路。 說明:螺線可以看作是繞著圓柱上的斜面。例:飲料瓶瓶蓋、螺絲釘、螺旋千斤頂?shù)取?考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,考點(diǎn)4機(jī)械效率 1.相關(guān)概念: (1)有用功W有用:對人們有用的功。公式:W有用=Gh(提升重物) (2)額外功W額:并非我們需要但又不得不做的功。公式:W額=W總-W有用 (3)總功W總:有用功加額外功或動力所做的功。公式:W總=Fs=W有用+W額 (4)機(jī)械效率:有用功跟總功的比值。公式:,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,2.機(jī)械效率的測量: (1)原理: ; (2)應(yīng)測物理量:鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離s; (3)器材:除鉤碼、鐵架臺、滑輪、細(xì)線外還需彈簧測力計(jì)、刻度尺。 (4)步驟要點(diǎn):必須勻速、豎直拉動彈簧測力計(jì)使鉤碼升高。 目的:保證測力計(jì)示數(shù)最小且大小不變。 (5)影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有: 動滑輪越重,個數(shù)越多則額外功相對就越多; 提升重物越重,做的有用功相對就越多; 若各種摩擦越大做的額外功就越多; 繞線方法和重物提升高度不影響滑輪組機(jī)械效率。,考點(diǎn)1,考點(diǎn)2,考點(diǎn)3,考點(diǎn)4,說明:有用功總小于總功,所以機(jī)械效率總小于1,通常用百分?jǐn)?shù)表示。 提高機(jī)械效率的方法:減小機(jī)械自重、減小機(jī)件間的摩擦、增大物重。 (6)結(jié)論: 同一種滑輪組(額外功相同),提升的重物越重,機(jī)械效率越高; 不同的滑輪組,提升相同的重物,額外功越多的機(jī)械效率越低; 使用機(jī)械雖然不能省功,但人類仍然使用,是因?yàn)槭褂脵C(jī)械或者可以省力或者可以省距離、也可以改變力的方向,給人類工作帶來很多方便。,考法,考法簡單機(jī)械作圖 主要是杠桿五要素作圖、杠桿最小力問題作圖、定滑輪和動滑輪的杠桿本質(zhì)作圖、滑輪組繞繩作圖等。 例題(2015四川雅安)請作出圖中:物體A所受重力G的示意圖;力F的力臂l。,考法,解析:過物體的重心沿豎直向下的方向畫一條帶箭頭的線段,并用符號G表示; 過O點(diǎn)向F的作用線作垂線,垂線段的長就是該力的力臂。 答案:如圖所示: 方法點(diǎn)撥畫重力示意圖的關(guān)鍵是要把握它的三要素;畫杠桿的力臂則要找準(zhǔn)支點(diǎn)和力的作用線,并從支點(diǎn)向力的作用線作垂線。,一、探究杠桿的平衡條件 1.實(shí)驗(yàn)器材:鐵架臺或支架、帶刻度的杠桿、鉤碼。 2.實(shí)驗(yàn)要求: (1)組裝器材,在不掛任何鉤碼,調(diào)節(jié)杠桿水平位置平衡;這樣力臂的數(shù)值在杠桿上就能直接讀出或量出(同時也是為了消除杠桿自身重力的影響); (2)在杠桿左、右兩邊分別掛上不同數(shù)量的鉤碼,使杠桿在水平位置重新平衡; (3)讀出動力,動力臂,阻力,阻力臂,填寫實(shí)驗(yàn)記錄表1,并計(jì)算出實(shí)驗(yàn)中F1L1和F2L2的數(shù)值; (4)改變力及力臂的大小,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟(2)、(3),(要求每次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)改變鉤碼數(shù)目和懸掛位置),填寫實(shí)驗(yàn)記錄表; (5)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較,得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論; (6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束,整理實(shí)驗(yàn)器材。,3.實(shí)驗(yàn)記錄表: 4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論: 杠桿的平衡條件:動力動力臂=阻力阻力臂或F1L1=F2L2。,例1(2015江蘇蘇州)物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時,小美和小麗再探有關(guān)杠桿平衡的問題。,(1)小美先將杠桿調(diào)節(jié)至水平位置平衡,在左右兩側(cè)各掛如圖甲所示的鉤碼后,杠桿的 端下降。要使杠桿重新在水平位置平衡,如果不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)位置,只需將 即可。 (2)小麗還想探究當(dāng)動力和阻力在杠桿同側(cè)時杠桿的平衡情況,于是她將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉,結(jié)果杠桿轉(zhuǎn)至豎直位置,如圖乙所示。小麗在A點(diǎn)施加一個始終水平向右的拉力F,卻發(fā)現(xiàn)無論用多大的力都不能將杠桿拉至水平位置平衡。你認(rèn)為原因是 。 (3)他們認(rèn)為(2)問中拉力是做功的。如果水平向右的拉力F大小不變,OA長L,將杠桿從豎直位置拉著轉(zhuǎn)過30的過程中,拉力F做功為 。,解析:(1)若每個鉤碼重力為G,杠桿上每格長L,由題圖甲,左側(cè)力與力臂的乘積:5G4L=20GL,右側(cè)力與力臂的乘積:2G3L=6GL,因?yàn)?0GL>6GL,所以杠桿左側(cè)下降;如果不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點(diǎn)位置,若要杠桿平衡,左側(cè)取下n個鉤碼掛到右側(cè),則:(5-n)G4L=(2+n)G3L,解得n=2,即需將左側(cè)2個鉤碼掛到右側(cè)即可;(2)由題圖將杠桿左側(cè)的所有鉤碼拿掉,在A點(diǎn)施加一個始終水平向右的拉力F,當(dāng)杠桿拉到水平位置時,F的力臂通過支點(diǎn),即力臂為0,根據(jù)杠桿的平衡條件可知,杠桿始終不能平衡;(3)由圖杠桿從豎直位置轉(zhuǎn)過30的過程,F水平移動距離為OA 長的一半,即 所以拉力F做的功 答案:(1)左 左側(cè)2個鉤碼掛到右側(cè) (2)水平位置時動力臂為零,杠桿無法平衡,方法點(diǎn)撥杠桿平衡條件實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問題分析和杠桿平衡條件運(yùn)用,關(guān)鍵是求出杠桿轉(zhuǎn)動30時水平拉力F水平移動距離。我們要學(xué)會設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。,二、測滑輪組的機(jī)械效率 1.實(shí)驗(yàn)器材:刻度尺、鉤碼、彈簧測力計(jì)、鐵架臺,一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組,兩個定滑輪和兩個動滑輪組成的滑輪組,長約2 m的細(xì)繩。 2.實(shí)驗(yàn)操作過程:,(1)鉤碼的重力由鉤碼的質(zhì)量算出。 (2)勻速拉動彈簧測力計(jì)使鉤碼G升高。注意“勻速拉動”。測拉力時,拉力F的大小由彈簧測力計(jì)上的示數(shù)讀出。 (3)鉤碼上升的高度(h),可用豎直放置在鉤碼旁的刻度尺讀出。 (4)細(xì)繩自由端通過的距離(s)的測定,可事先在細(xì)繩與動滑輪(或定滑輪)相切處用色筆在細(xì)繩上作個記號,再拉彈簧測力計(jì),用滑輪組提升重物。用刻度尺量出鉤碼上升的高度后,再量細(xì)繩色點(diǎn)到與動滑輪(或定滑輪)相切處的距離,就是細(xì)繩自由端通過的距離(s)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)論:影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有:滑輪越重,個數(shù)越多則額外功相對就多;提升重物越重,做的有用功相對就多;若各種摩擦越大做的額外功就多。,例2在“測滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中 (1)圖甲是小強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中的情景,下表是他記錄的一組數(shù)據(jù)。,由表中數(shù)據(jù)可計(jì)算出,滑輪組對鉤碼做的有用功為0.1 J,人做的總功為 J。 對以上兩個計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,其不合理之處是 ;結(jié)合彈簧測力計(jì)放大圖,可知小強(qiáng)的錯誤是 。 (2)小紅在小強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上多使用一個滑輪也做了實(shí)驗(yàn),如圖乙所示。小紅多使用一個滑輪,目的是為了改變 。 (3)這兩位同學(xué)使用各自的滑輪組提升相同的重物時,若忽略繩重及摩擦,它們的機(jī)械效率 (選填“相同”或“不相同”),理由是 。 (4)如果這兩位同學(xué)用彈簧測力計(jì)拉著物體加速上升,測得滑輪組的機(jī)械效率將會 (選填“偏高”“偏低”或“不變”)。 (5)如果將重大于2 N的鉤碼掛在圖甲中滑輪組下,根據(jù)題中已有的信息可以判斷出這時滑輪組的機(jī)械效率應(yīng)在 范圍內(nèi)。,解析:(1)用拉力乘拉力移動的距離得出是0.06 J,比較有用功和總功大小發(fā)現(xiàn)出錯了;錯的原因是彈簧測力計(jì)的分度值是0.2 N,小強(qiáng)看成了0.1 N。(2)增加定滑輪只能改變力的方向,不能改變力的大小。(3)相同,因?yàn)樽龅挠杏霉]有變,克服動滑輪做的額外功也沒有變,所以效率不變。(4)因?yàn)榧铀偕仙?這樣說明拉力大于勻速運(yùn)動時的拉力,此時讀數(shù)拉力變大,總功變大,但有用功不變,所以效率變低。(5)物體重2 N時的效率為83.3%,當(dāng)增大被拉升的物體重力時,滑輪組的效率會增大,但不會超過100%。 答案:(1)0.06 總功小于有用功 彈簧測力計(jì)讀數(shù)時看錯了分度值 (2)力的方向 (3)相同 做的有用功沒有變,克服動滑輪做的額外功也沒有變,所以效率不變 (4)偏低 (5)83.3%100% 方法點(diǎn)撥對滑輪組的分析、機(jī)械效率公式的運(yùn)用和彈簧測力計(jì)的正確使用是實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),同時,實(shí)驗(yàn)中分別探究了機(jī)械效率高低與動滑輪個數(shù)、提升物體重力等多個量的關(guān)系,因此,控制變量法的運(yùn)用也十分關(guān)鍵。,