第1212講講簡單機械知識梳理自主測試一二三一、杠桿1.定義一根硬棒,在力的作用下能夠繞著固定點轉動,這根硬棒就叫杠桿。知識梳理自主測試一二三2.杠桿的五要素(1)支點:杠桿可以繞其轉動的點O。(2)動力:使杠桿轉動的力F1。(3)阻力:阻礙杠桿轉動的力F2。(4)動力臂:從支點O到動力F1作用線的距離l1。(5)阻力臂:從支點O到阻力F2作用線的距離l2。3.杠桿的平衡條件(1)文字表達式:動力動力臂=阻力阻力臂。(2)數學表達式:F1l1=F2l2。知識梳理自主測試一二三4.杠桿的分類 知識梳理自主測試一二三知識梳理自主測試一二三二、滑輪 知識梳理自主測試一二三知識梳理自主測試一二三三、機械效率1.有用功和額外功(1)有用功:為了達到目的必須要做的功,用W有表示。(2)額外功:并非需要但不得不做的功,用W額表示。(3)總功:有用功與額外功之和,用W總表示。2.機械效率(1)定義:有用功跟總功的比值。(3)影響滑輪組機械效率的因素:提升的物重、動滑輪重及機械裝置間的摩擦。知識梳理自主測試一二三3.測量滑輪組的機械效率(2)注意事項:必須勻速拉動彈簧測力計使鉤碼升高,保證測力計示數大小不變。知識梳理自主測試12341.如圖所示,活塞式抽水機手柄可以看作繞O點轉動的杠桿,它在動力F1和阻力F2的作用下,處于平衡狀態(tài),則()A.F1OC=F2OAB.F1OD=F2OBC.F1OE=F2OAD.F1OE=F2OB答案:D解析:由題圖可知,F1為動力,其力臂是支點到動力作用線的距離,應為OE;F2為阻力,其力臂是支點到阻力作用線的距離,應為OB,根據杠桿的平衡條件可得F1OE=F2OB,故選D。知識梳理自主測試12342.下圖是使用簡單機械勻速提升同一物體的四種方式(不計機械重和摩擦),其中所需動力最小的是()答案:D知識梳理自主測試12343.如圖所示,工人利用滑輪組以250 N的拉力將400 N的水泥勻速提高2 m。則此過程中,工人拉力做的功是 J;該滑輪組的機械效率是;工人對地面的壓力與其重力相比要(選填“大”或“小”)。 答案:1 00080%小知識梳理自主測試1234解析:由題圖可知,承擔動滑輪和水泥的繩子的段數n=2,由題圖可知,繩端移動的距離s=nh=22 m=4 m,工人拉力做的功W總=Fs=250 N4 m=1 000 J,拉力做的有用功W有=Gh=400 N2 m=800 J,滑輪組的機械效率 =80%;因工人對地面的壓力等于自身的重力減去繩端在豎直方向的分力,所以,工人對地面的壓力與其重力相比要小。知識梳理自主測試12344.小華探究杠桿平衡條件時,使用的每個鉤碼的質量均為 50 g,杠桿上相鄰刻線間的距離相等。小華將杠桿調節(jié)水平平衡后,在杠桿上的B點懸掛了3個鉤碼,如圖所示。為使杠桿保持水平平衡狀態(tài),應該在A點懸掛個鉤碼。 答案:2解析:根據杠桿的平衡條件可得GAlA=GBlB,即nAm0g3l0=3m0g2l0,則nA=2。1231.杠桿的動態(tài)變化問題杠桿在靜止時滿足杠桿的平衡條件,在緩慢或勻速轉動時也滿足杠桿的平衡條件。杠桿的動態(tài)變化問題主要有以下兩種類型:類型一:由力臂變化判斷力的變化此類問題的解題思路:杠桿的平衡條件是F1l1=F2l2,當其中的一個量發(fā)生改變時,會引起其他量發(fā)生改變,首先確定不變量,之后由杠桿的平衡條件得出結論。123【例1】 如圖所示,一根質地均勻的木桿可繞O點自由轉動,在木桿的右端施加一個始終垂直于桿的作用力F,使桿從OA位置勻速轉到OB位置的過程中,力F的大小將()A.一直是變大的B.一直是變小的C.先變大,后變小D.先變小,后變大123解析:根據杠桿平衡條件F1l1=F2l2分析,將木桿緩慢地由最初位置拉到水平位置,阻力不變,阻力臂變大,動力臂不變,所以動力變大;將杠桿從水平位置拉到最終位置,阻力不變,阻力臂變小,動力臂不變,所以動力變小。綜上所述,力F先變大,后變小,選項C正確。答案:C123如圖所示,輕質杠桿AB可以繞O點轉動,在A點用細線懸掛一重物,在B點施加一豎直向下的動力,使杠桿在水平位置保持平衡。若將動力的方向改為沿虛線方向,仍使杠桿在水平位置保持平衡,則()A.動力臂增大,動力增大 B.動力臂增大,動力減小C.動力臂減小,動力減小 D.動力臂減小,動力增大答案:D123解析:當動力方向沿豎直向下時,動力臂為OB,當動力的方向改為沿虛線方向時,其動力臂為如圖OC,由題圖可知,沿虛線方向的動力臂OC小于OB,即動力臂減小;因為杠桿始終在水平位置平衡,所以阻力臂始終等于OA,根據杠桿的平衡條件可知,在阻力和阻力臂的乘積一定時,動力臂減小,動力就增大,故選項D正確。123類型二:由力臂的改變判斷杠桿是否平衡解題思路:根據題意判斷動力與動力臂的乘積、阻力和阻力臂的乘積,加以比較?！纠?】 如圖所示,杠桿處于平衡狀態(tài)。如果將物體A和B同時向靠近支點的方向移動相同的距離,下列判斷正確的是()A.杠桿仍能平衡B.杠桿不能平衡,左端下沉C.杠桿不能平衡,右端下沉D.無法判斷123解析:原來杠桿在水平位置處于平衡狀態(tài),此時作用在杠桿上的力分別為物體A、B的重力,其對應的力臂分別為OC、OD,根據杠桿的平衡條件可得mAgOC=mBgOD,由題圖可知,OCmB。當向支點移動相同的距離l時,兩邊的力臂都減小l,此時左邊的力與力臂的乘積為mAg(OC -l)=mAgOC-mAgl,右邊的力與力臂的乘積為mBg(OD -l)=mBgOD-mBgl,由于mAmB,所以mAglmBgl;所以mAgOC -mAgl3Gl,所以左端下降。1232.關于滑輪組的繞法問題關于滑輪組的問題一般有兩類:一類是根據滑輪組的組裝方式,求繩子的受力情況;另一類是已知繩子的受力情況設計組裝滑輪組,畫出滑輪組的連線圖?！纠?】 如圖所示,用滑輪組提升重物。請在圖中畫出最省力的繞線方法。解析:用滑輪組提升重物時,承擔物重和動滑輪重的繩子段數越多越省力,由一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組,承擔物重和動滑輪重的繩子段數最多是3段。123答案:如圖所示 123123如圖所示,某人站在地面上使用滑輪組提升重物,請畫出他使用滑輪組最省力的繞法。123答案:如圖所示:解析:在地面提升重物且最省力,應該動力向下,則有四股繩吊著動滑輪,根據奇動偶定法依次連接。1233.關于滑輪組的機械效率問題機械效率是初中物理力學的重點問題,特別是滑輪組類的機械效率問題。此類題目所涉及的主要物理量有:機械效率、有用功W有、額外功W額、總功W總、物體重G、物體升高的高度h、作用在繩子自由端的拉力F、繩子自由端移動的距離s、承擔重物的繩子的段數n。有用功是使物體升高h所做的功,即W有=Gh。額外功是克服動滑輪所受重力、繩子的重力和滑輪與軸的摩擦所做的功;若不計繩重及摩擦,額外功是動滑輪重G動與升高高度h的乘積,即W額=G動h。123123【例4】 如圖所示的滑輪組的機械效率是75%,物體的重力為150 N。用滑輪組勻速將物體提升2 m,所用拉力F為N。 解析:拉力做的有用功W有=Gh=150 N2 m=300 J拉力移動的距離s=2h=22 m=4 m答案:100123