2021学年第4节 简单机械课堂教学ppt课件

第4节　简单机械

知识点1　杠杆

1．杠杆的定义

一根硬棒如果在力的作用下，能绕__固定点__转动，这根硬棒就叫做杠杆。

说明　杠杆的形状可以是直的，也可以是弯的。

2．杠杆的五要素

(1)支点：使杠杆绕着转动的固定点O。

(2)动力：使杠杆转动的力F1。

(3)阻力：__阻碍__杠杆转动的力F2。

(4)动力臂：从支点到动力__作用线__的距离l1。

(5)阻力臂：从支点到阻力__作用线__的距离l2。

说明　①力臂是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。

②找力臂的步骤：找支点；作力的作用线；从支点向力的作用线画垂线；标出力臂。

3．杠杆的平衡条件

(1)调节杠杆平衡时，可以调节杠杆两端的__平衡螺母__同时向左(或向右)，使杠杆在水平位置平衡；挂上钩码时，要使杠杆重新在水平位置平衡，这样便于直接读出力臂的大小。

(2)杠杆平衡是指杠杆在动力和阻力的作用下，保持__静止__或__匀速转动__状态。

(3)杠杆平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂。

(4)实验时，若用钩码，则钩码应挂在杠杆两端，若挂在杠杆一端，则可以在同一端用弹簧测力计竖直向上拉，或在另一端用弹簧测力计竖直向下拉。

说明　①实验中杠杆支点位于中心点，可消除杠杆自重对平衡的影响。

②多次实验目的是避免实验的偶然性，以便寻找具有普遍性的实验规律。

③实验中杠杆在水平位置平衡目的是：便于测量并读出力臂。

4．杠杆的类型

(1)省力杠杆：省力，但费动力移动的距离；动力臂大于阻力臂，如拔钉子用的羊角锤、剪铁皮用的剪子等。

(2)费力杠杆：费力，但省动力移动的距离；动力臂小于阻力臂，如钓鱼杆、镊子等。

(3)等臂杠杆：既不省力，也不费力；动力臂等于阻力臂，如天平、定滑轮等。

说明　①既省力又省距离的杠杆是不存在的。

②在阻力与阻力臂乘积一定的情况下，若支点与动力的作用点成为动力臂，则此时动力臂最大，使杠杆达到平衡所需的动力最小，杠杆最省力。

知识点2　滑轮

滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子，人们常用它吊装货物。滑轮可以看作是能够连续转动的杠杆，即杠杆的变形，所以可以用杠杆平衡条件来分析它的作用。滑轮可以分为定滑轮、动滑轮和滑轮组。

　　说明　①不论是定滑轮还是动滑轮，滑轮两侧绳子承担的力相等。②使用滑轮组时，用几段绳子吊着物体和动滑轮，提起物体所用的力就是总重的几分之一，即F＝G总。而绳子自由端移动的距离是物体移动距离的n倍。

知识点3　机械效率

1．定义：有用功跟总功的__比值__叫做机械效率，它反映了有用功在总功中占有多大比值，用希腊字母η表示。

η＝____×100%

η越大，表明机械工作时能量的利用率越高。在使用机械时，总是尽可能减小额外功，以提高机械效率。

说明　因为使用机械时总会不得不做一些额外功，所以机械效率必然小于100%，即η<1。同一机械在不同情况下使用，其机械效率不一定相同。

2．滑轮组和斜面的机械效率

(1)滑轮组的机械效率

一个滑轮组，重物和动滑轮的总重由n段绳子承担，其机械效率有：η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%，若不计绳重及摩擦，η＝×100%＝×100%，所以，此时为了增大机械效率，应尽量减小G动。

(2)斜面的机械效率

斜面如图所示，其机械效率有：η＝×100%

易错点1　分析杠杆平衡问题

例1　如图，一块厚度、密度均匀的长方形水泥板放在水平地面上，用一竖直向上的力，欲使其一端抬离地面。则( D )

A．F甲>F乙，因为甲方法的动力臂长

B．F甲<F乙，因为乙方法的动力臂长

C．F甲>F乙，因为乙方法的动力臂短

D．F甲＝F乙，因为动力臂都是阻力臂的2倍

【易错说明】两种情况下，动力克服的都是水泥板的重力，对于形状规则质地均匀的物体，其重心都在其几何中心上，所以阻力臂都等于动力臂的二分之一。虽然F甲力臂大于F乙  ，但F甲、F乙大小都等于水泥板重力的一半。

易错点2　机械效率大小关系的逆向分析

例2　甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，则( B )

A．甲吊车的电动机做的有用功较多

B．乙吊车的电动机做的额外功较多

C．甲吊车的电动机做的总功较多

D．甲、乙两吊车的电动机做的总功相同

【易错说明】把相同质量的物体提高相同的高度，根据公式W有用＝Gh＝mgh可知，两辆吊车所做的有用功相同；乙吊车的机械效率比甲吊车的机械效率低，根据η＝，说明乙吊车所做的总功大于甲吊车做的总功，同时乙吊车所做的额外功大于甲吊车做的额外功。

1．如图所示，体重为510 N的人，用滑轮组拉重500 N的物体A沿水平方向以0.02 m/s的速度匀速运动。运动中物体A受到地面的摩擦阻力为200 N。动滑轮重为20 N(不计绳重和摩擦，地面上的定滑轮与物体A相连的绳子沿水平方向，地面上的定滑轮与动滑轮相连的绳子沿竖直方向，人对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上)。则下列计算结果中正确的是( A )

A．人对地面的压力为400 N

B．绳子自由端受到的拉力大小是100 N

C．人对地面的压力为250 N

D．绳子自由端运动速度是0.06 m/s

2．在一次校运动会，小明骑一质量为m的独轮车，以速度v匀速通过一重为G、长为L的水平独木桥，独木桥的两端由两根竖直支柱A、B支撑着，如图所示。设独轮车骑上A端支柱处为初始时刻(t＝0)，下面哪一个图正确地表示了B端支柱所受压力FB与时间t的函数关系？(不考虑独木桥的形变)( B )

A．　　　B．

C．    D．

3．如图所示，规格完全相同的滑轮用相同的绳子绕成甲、乙两个滑轮组，分别提起重为G1、G2两个物体，比较它们的省力情况和机械效率(不计摩擦)，下列说法中正确的是( D )

A．若G1＝G2，则F1＜F2，甲的机械效率较高

B．若G1＝G2，则F1＞F2，乙的机械效率较高

C．若G1＜G2，则F1＞F2，甲的机械效率较高

D．若G1＜G2，则F1＜F2，乙的机械效率较高

4．如图所示，工人用动滑轮把重物匀速提升到一定高度，重物的重力为G物，动滑轮的重力为G动，此装置的机械效率为η，不计绳重和摩擦。则下列表达式不能表示工人所用拉力的大小是( D )

A.　　　　B．

C．    D．

5．如图所示，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G，不计绳重与摩擦，则动滑轮的机械效率η与物体重力G的关系可能符合下列图中的( B )

　　A．　　B．

C．    D．

6．用图中装置匀速提升重为100N的物体，手的拉力为60N，滑轮的机械效率为( C )

A．16.7%

B．20%

C．83.3%

D．100%

7．如图所示装置，物体B重为100 N，它在水中匀速下沉时，通过滑轮组拉着重200 N的物体A在水平面上匀速运动。当用一个水平向左的力F1拉物体A，使物体B在水中匀速上升(物体B未露出水面)。当物体B完全露出水面后，用另一个水平向左的力F2拉物体A，在4 s内使物体B匀速上升0.4 m，已知：物体B的密度ρB＝5ρ水，两次拉力F1∶F2＝9∶10。若不计绳重、滑轮组装置的摩擦及水中的阻力，g取10 N/kg。则水平面对物体A的滑动摩擦力的大小为__30__N。

8．中国科技馆探索与发现A厅有这样一样展品，一根质地均匀的金属杆架在两个可以旋转的光滑程度相同的轮子之间，两轮均向内侧旋转，发现金属杆做往复运动。若实验开始时把金属杆水平静止放置在如图所示位置(La＜Lb)，图中O为金属杆的重心，O1、O2分别为两轮和金属杆的接触点，金属杆与两轮接触点受到向上的支持力分别为N1和N2。

(1)若以O2为支点，依据杠杆平衡原理可得表达式N1＝____(分别用G、La和Lb表示)。同理可得N2的表达式。由此可知：N1__大于__N2(选填“大于”“小于”或“等于”)；

(2)当两轮开始转动时金属杆O1、O2处受到摩擦力分别为f1和f2，则f1__大于__f2(选填“大于”“小于”或“等于”)。