第11講 簡(jiǎn)單機(jī)械(全文)

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1.杠桿的定義

杠桿是指一根在力的作用下能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒.所謂硬棒，就是要求在使用時(shí)棒不會(huì)變形，至于棒的形狀則并非一定要求是直的，比如滑輪、輪軸等都可看做杠桿.

在生產(chǎn)勞動(dòng)和日常生活中，常接觸到杠桿，如買菜使用的桿秤，實(shí)驗(yàn)室使用的天平.常用的剪刀、鑷子、羊角錘等實(shí)際上都是變形的杠桿.

2.正確理解力臂的概念

力臂是指從支點(diǎn)到力的作用線的距離，力對(duì)支點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)效果不僅與力的大小有關(guān)，還與支點(diǎn)到作用線的垂直距離有關(guān).支點(diǎn)到動(dòng)力作用線的距離叫動(dòng)力臂，支點(diǎn)到阻力作用線的距離叫做阻力臂.力的大小相同時(shí)，力臂是影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的物理量.

3.杠桿的平衡

當(dāng)有兩個(gè)或多個(gè)力作用在杠桿上，能使杠桿分別按兩個(gè)不同方向（比如順時(shí)針或逆時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)，若杠桿保持靜止不動(dòng)或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，我們就說杠桿平衡了.根據(jù)實(shí)驗(yàn)可確定杠桿平衡的條件是：F動(dòng)?l動(dòng)=F阻?l阻，即動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積等于阻力與阻力臂的乘積.

4.滑輪的實(shí)質(zhì)

5.怎樣判斷滑輪組的用力情況

考點(diǎn)掃描

例1扁擔(dān)長(zhǎng)2m，兩端物體的重力分別為G1=500N，G2=300N.若不考慮扁擔(dān)的重力，則（1）人的肩頭應(yīng)在什么位置，扁擔(dān)才平衡？（2）若扁擔(dān)兩端同時(shí)增加G=100N的重力，肩頭應(yīng)在什么位置？

解析（1）以肩為支點(diǎn)，前后兩物體作用力的力臂分別l1和（l-l1），

扁擔(dān)平衡時(shí)，有F1?l1=F2?（l-l1），

500N×l1=300N×（2m-l1），

l1=0.75m（肩頭距前面物體0.75m）.

（2）扁擔(dān)兩端同時(shí)增加100N重力后，

F1′=（500+100）N=600N，

F2′=（300+100）N=400N，

F1′?l1′=F2′（l-l1′）.

解得l1′=0.8m（肩頭距前面物體0.8m）.

例2有一個(gè)結(jié)構(gòu)不明的滑輪組，只知道拉力F向下拉繩子時(shí)，每拉下12m，重物就上升3m，拉力F=400N，重物為多大，試畫出滑輪的結(jié)構(gòu)圖.

解析對(duì)于滑輪組的問題，要弄清：（1）繩端移動(dòng)的距離s與重物上升的距離h，繩子的段數(shù)n之間的關(guān)系是s=nh；（2）判斷滑輪組繞繩的段數(shù)的方法，用一條虛線把動(dòng)滑輪組和定滑輪“切割”開，再數(shù)直接與動(dòng)滑輪組相連的“繩子段”有幾（n）個(gè)，就有幾（n）段繩；（3）滑輪組上的繩的繞法有兩種：一是將繩的一端固定在動(dòng)滑輪的鉤上，拉力方向向上；二是將繩的一端固定在定滑輪的鉤上，拉力方向向下.

滑輪組的結(jié)構(gòu)如圖1所示.

例3某人用如圖2所示的滑輪組（不計(jì)摩擦）提升某一重物，所用拉力F為200N，若滑輪組的機(jī)械效率為80%.求：（1）被提升的物重？（2）動(dòng)滑輪重？

實(shí)驗(yàn)探究

例4測(cè)“滑輪組機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中所用的測(cè)量?jī)x器有.

（1）畫出測(cè)量由一個(gè)動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成的滑輪組機(jī)械效率的裝置示意圖.

（2）若動(dòng)滑輪重0.5N，彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量范圍是0～2.5N，則實(shí)驗(yàn)時(shí)，被提起的重物不得超過.

（3）為記錄本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)表格.

（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須使彈簧測(cè)力計(jì)做

運(yùn)動(dòng).

答本實(shí)驗(yàn)需要的器材有：a.測(cè)力計(jì)，b.鐵架臺(tái)，c.刻度尺一把，d.鉤碼一盒，e.定滑輪及動(dòng)滑輪各一個(gè)，f.2～3m長(zhǎng)的細(xì)繩一條，g.鐵夾子一個(gè).

（1）裝置示意圖如圖3所示.

G重+G滑輪=3F，

G重=3F-G滑輪=3×2.5N-0.5N=7N.

答重物不能超過7N，即G重≤7N.

（3）實(shí)驗(yàn)表格

（4）彈簧測(cè)力計(jì)必須做勻速直線運(yùn)動(dòng).

典例解析

例5圖4中所示裝置的機(jī)械效率是90%，物體A在拉力F的作用下，以1.5m/s的速度在水平面上勻速移動(dòng).已知物體A重200N，A運(yùn)動(dòng)時(shí)受的阻力是72N，求拉力F的功率.

解析此題中機(jī)械克服物體A與水平面的摩擦阻力做的功是有用功，而不是克服物體的重力所做的功，所以物體A重200N，是多余條件，拉力F做的功是總功.拉力F移動(dòng)的距離s拉與物體A移動(dòng)的距離s物之間的關(guān)系是s物=3s拉，拉力F勻速移動(dòng)的速度v拉與物體A移動(dòng)的速度之間的關(guān)系是v物=3v拉.

仿真測(cè)試

1.在圖中的4種情境中，人對(duì)物體做功的是（）.

2.如圖所示，在水平拉力F作用下，使重40N的物體A勻速移動(dòng)了5m，物體A受到地面的摩擦力為5N，不計(jì)滑輪、繩子的重力及摩擦，拉力F做的功（）.

A.50JB.25JC.100JD.200J

3.下列說法中，最接近實(shí)際情況的是（）.

A.成年人走兩步的距離大約是1.5m

B.家用白熾燈功率約為1000W

C.一名中學(xué)生體重約為50N

D.物理課本質(zhì)量是16kg

4.圖中的鍘刀、瓶蓋起子、手推車、鐵锨都屬于杠桿，其中費(fèi)力杠桿是（）.

5.如圖所示，杠桿AOB的A端掛重為GA的物體，B端掛重GB的物體，杠桿處于平衡狀態(tài)，AO=BO，杠桿自身重力不計(jì)，則（）.

A.GA=GBB.GA

C.GA>GBD.無法判斷

6.某物理興趣小組的同學(xué)學(xué)習(xí)了功率知識(shí)后，進(jìn)行了“比一比誰上樓功率大”的比賽.其中某同學(xué)從一樓跑到三樓用了10s，則他上樓過程中的功率大約是（）.

A.3WB.30WC.300WD.3000W

7.如圖所示，在“研究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，杠桿上每小格的長(zhǎng)度都相同，兩邊掛上鉤碼后杠桿平衡，如果把兩邊的鉤碼都同時(shí)向里移動(dòng)一個(gè)格，則杠桿（）

A.仍能平衡

B.不能平衡，A端上升

C.不能平衡，B端上升

D.無法判斷

8.如圖所示，某同學(xué)用一個(gè)動(dòng)滑輪勻速提起一袋質(zhì)量為18kg的面粉，所用的拉力為100N，則動(dòng)滑輪的機(jī)械效率為.若用此動(dòng)滑輪勻速提起一袋質(zhì)量為25kg的大米，當(dāng)拉繩子的速度為m/s時(shí)，拉力的功率為54W.（取g=10N/kg，繩重與摩擦不計(jì)）

9.小明用100N的力沿豎直方向?qū)⒏軛U的一端拉下2m時(shí)，杠桿的另一端把320N的重物提高了0.5m，他做的有用功是

J，總功是J，杠桿的機(jī)械效率是.

10.畫出圖中杠桿的支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂和阻力臂.

11.畫出使杠桿AB在如圖所示位置靜止時(shí)，所用最小力F的作用點(diǎn)和方向.

12.蘭蘭和芳芳運(yùn)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定了滑輪組的機(jī)械效率，在全班交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，老師提出：如果各組所用滑輪和串繞繩子的方式不變，改變其他因素，是否會(huì)影響它的機(jī)械效率呢？大家積極思考，提出了各種猜想，概括起來有如下幾種：

猜想1：可能與勻速提升的速度大小有關(guān)；

猜想2：可能與被提升的鉤碼重力有關(guān)；

猜想3：可能與勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重力都有關(guān)；

猜想4：可能與鉤碼被提升的高度有關(guān).

蘭蘭和芳芳分別根據(jù)各自的猜想進(jìn)行了探究，實(shí)驗(yàn)記錄如下表.

蘭蘭的實(shí)驗(yàn)記錄：

芳芳的實(shí)驗(yàn)記錄：

（1）請(qǐng)幫助蘭蘭完成表中的一項(xiàng)計(jì)算；

（2）請(qǐng)根據(jù)蘭蘭的實(shí)驗(yàn)記錄，在她的表中寫出探究結(jié)果；

（3）歸納她們的實(shí)驗(yàn)探究，你所得的結(jié)論是：.

13.如圖所示的滑輪組勻速提起重1000N的物體，10s內(nèi)繩子的自由端拉下16m，已知做的額外功是800J，若繩重和摩擦不計(jì)，試求：

（1）繩自由端拉力的功率；

（2）滑輪組的機(jī)械效率；

（3）動(dòng)滑輪的總重；