第11講簡單機械機械效率 2011 2015年江西省中考試題統(tǒng)計與命題預(yù)測 考點1 考點2 考點3 考點4 考點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1 考點2 考點3 考點4 說明 動力 阻力都是杠桿受到的力 所以作用點在杠桿上 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1 考點2 考點3 考點4 方法提示畫力臂的方法 考點1 考點2 考點3 考點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1 考點2 考點3 考點4 4 應(yīng)用 說明 應(yīng)根據(jù)實際來選擇杠桿 當需要較大的力才能解決問題時 應(yīng)選擇省力杠桿 當為了使用方便 省距離時 應(yīng)選費力杠桿 又省力又省距離的杠桿是不存在的 考點1 考點2 考點3 考點4 考點2滑輪與滑輪組 考點1 考點2 考點3 考點4 考點1 考點2 考點3 考點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 截斷 水平線與繩的截點數(shù)就是 繩子的段數(shù) 當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1 考點2 考點3 考點4 考點3斜面與輪軸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 省力機械 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)?考點1 考點2 考點3 考點4 2 輪軸 1 定義 由輪和軸組成 能繞共同軸線轉(zhuǎn)動的簡單機械叫做輪軸 半徑較大的是輪 半徑較小的是軸 2 實質(zhì) 能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)的杠桿 支點就在軸線 輪軸在轉(zhuǎn)動時輪與軸有相同的轉(zhuǎn)速 如圖所示 R為輪半徑 r為軸半徑 F1為作用在輪上的力 F2為作用在軸上的力 根據(jù)杠桿平衡條件有 F1R F2r 動力 輪半徑 阻力 軸半徑 可知 當動力作用在輪上 則輪軸為省力杠桿 動力作用在軸上則輪軸為費力杠桿 考點1 考點2 考點3 考點4 考點4機械效率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 機械效率 有用功跟總功的比值 公式 考點1 考點2 考點3 考點4 2 機械效率的測量 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 細線外還需彈簧測力計 刻度尺 4 步驟要點 必須勻速 豎直拉動彈簧測力計使鉤碼升高 目的 保證測力計示數(shù)最小且大小不變 5 影響滑輪組機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械效率 考點1 考點2 考點3 考點4 說明 有用功總小于總功 所以機械效率總小于1 通常用百分數(shù)表示 提高機械效率的方法 減小機械自重 減小機件間的摩擦 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 額外功越多的機械效率越低 使用機械雖然不能省功 但人類仍然使用 是因為使用機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 2015四川雅安中考 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 方法總結(jié)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支點和力的作用線 并從支點向力的作用線作垂線 一 探究杠桿平衡條件1 實驗器材 鐵架臺或支架 帶刻度的杠桿 鉤碼 2 實驗要求 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 填寫實驗記錄表次數(shù)1 并計算出實驗中F1 L1和F2 L2的數(shù)值 4 改變力及力臂的大小 重復(fù)上述實驗步驟 2 3 要求每次實驗都應(yīng)改變鉤碼數(shù)目和懸掛位置 填寫實驗記錄表次數(shù)2 5 對實驗數(shù)據(jù)進行分析比較 得出實驗結(jié)論 6 實驗結(jié)束 整理實驗器材 3 實驗記錄表 4 實驗結(jié)論 杠桿的平衡條件 動力 動力臂 阻力 阻力臂或F1 L1 F2 L2 例1 2015江蘇蘇州中考 物理實驗復(fù)習時 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)和懸掛點位置 只需將即可 2 小麗還想探究當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 你認為原因是 3 他們認為 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 5G 4L 20GL 右側(cè)力與力臂的乘積 2G 3L 6GL 因為20GL 6GL 所以杠桿左側(cè)下降 如果不改變鉤碼總數(shù)和懸掛點位置 若要杠桿平衡 左側(cè)取下n個鉤碼掛到右側(cè) 則 5 n G 4L 2 n G 3L 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點施加一個始終水平向右的拉力F 當杠桿拉到水平位置時 F的力臂通過支點 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 方法總結(jié)杠桿平衡條件實驗中出現(xiàn)問題分析和杠桿平衡條件運用 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)計實驗 進行實驗 收集實驗數(shù)據(jù) 總結(jié)實驗結(jié)論 二 測滑輪組的機械效率1 實驗器材 刻度尺 鉤碼 彈簧測力計 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2m的細繩 2 實驗操作過程 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 細繩自由端通過的距離 s 的測定 可事先在細繩與動滑輪 或定滑輪 相切處用色筆在細繩上作個記號 再拉彈簧測力計 用滑輪組提升重物 用刻度尺量出鉤碼上升的高度后 再量細繩色點到與動滑輪 或定滑輪 相切處的距離 就是細繩自由端通過的距離 s 實驗結(jié)論 影響滑輪組機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 測滑輪組機械效率 的實驗中 1 圖甲是小強實驗中的情景 下表是他記錄的一組數(shù)據(jù) 由表中數(shù)據(jù)可計算出 滑輪組對鉤碼做的有用功為0 1J 人做的總功為J 對以上兩個計算結(jié)果進行比較 其不合理之處是 結(jié)合彈簧測力計放大圖 可知小強的錯誤是 2 小紅在小強實驗的基礎(chǔ)上多使用一個滑輪也做了實驗 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)用彈簧測力計拉著物體加速上升 測得滑輪組的機械效率將會 選填 偏高 偏低 或 不變 5 如果將重大于2N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 06J 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的分度值是0 2N 小強看成了0 1N 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 因為做的有用功沒有變 克服動滑輪做的額外功也沒有變 所以效率不變 4 因為加速上升 這樣說明拉力大于勻速運動時的拉力 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2N時的效率為83 3 當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 方法總結(jié)對滑輪組的分析 機械效率公式的運用和彈簧測力計的正確使用是實驗的基礎(chǔ) 同時 實驗中分別探究了機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 控制變量法的運用也十分關(guān)鍵