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1、第十二章 簡單機械 一、杠桿 （一）杠桿 1．定義：在力的作用下繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒叫做杠桿。 2．杠桿五要素： 五要素 物理含義 支點 杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點，用“O”表示 動力 使杠桿轉(zhuǎn)動的力，用“F1”表示 阻力 阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力，用“F2”表示 動力臂 從支點O到動力F1作用線的距離，用“l(fā)1”表示 阻力臂 從支點O到阻力F2作用線的距離，用“l(fā)2”表示 3．要點透析 （1）杠桿的支點一定要在杠桿上，可以在杠桿的一端，也可以在杠桿的其他位置； （2）動力和阻力是相對而言的，不論動力還是阻力，杠桿都是受力物體，跟杠桿發(fā)生相互作用的物體都是施力物體； （3）

2、動力作用點：動力在杠桿上的作用點； （4）阻力作用點：阻力在杠桿上的作用點； （5）力臂是支點到力的作用線的距離，不是支點到力的作用點的距離，它是點到線的距離而不是點到點的距離； （6）力臂有時在杠桿上，有時不在杠桿上，如果力的作用線恰好通過支點，則力臂為零； （7）力臂的表示與畫法：過支點作力的作用線的垂線； （8）力臂的三種表示：根據(jù)個人習(xí)慣而定 【例1】下列關(guān)于杠桿的一些說法中，正確的是（ ） A．杠桿必須是一根直棒 B．杠桿一定要有支點 C．動力臂就是支點到動力作用點的距離 D．當(dāng)力的作用線通過支點時，力臂最大

3、 （二）杠桿的平衡條件 1．杠桿平衡：杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動都叫做杠桿平衡。 2．實驗探究：杠桿的平衡條件 實驗 序號 動力 F1/N 動力臂 l1/cm 動力動力臂 Ncm 阻力 F2/N 阻力臂 l2/cm 阻力阻力臂 Ncm 1 0.5 20 10 1.0 10 10 2 1.5 20 30 1.0 30 30 3 2.0 20 40 4.0 10 40 探究歸納：只有動力動力臂=阻力阻力臂，杠桿才平衡。 3．杠桿平衡條件表達式：動力動力臂=阻力阻力臂，即動力阻力=阻力臂動力臂；公式表示為：F1l1=F2l

4、2，即F1F2=l2l1.應(yīng)用公式時單位要統(tǒng)一。 【例2】圖2是研究杠桿平衡條件的實驗裝置，要使杠桿在圖示位置平衡，在A處鉤碼應(yīng)掛 A．6個 B．3個 C．2個 D．1個 【例3】三個和尚挑水吃的故事大家耳熟能詳，如圖所示，甲圖中和尚們商量出新的挑水方案：胖和尚一人挑兩小桶，瘦和尚和小和尚兩人合抬一大桶。以下說法中不正確的是（　?。? A．乙圖中水桶B向下沉，為保持水平平衡，胖和尚可以將他的肩往后移動一點距離 B．乙圖中水桶B向下沉，為保持水平平衡，胖和尚可以將后水桶B往前移動一點距離 C．丙圖中小和尚為減輕瘦和尚的負擔(dān)，可以將水桶往前移動一點距離 D．丙圖中

5、小和尚為減輕瘦和尚的負擔(dān)，可以讓瘦和尚往前移動一點距離 （三）生活中的杠桿 杠桿類型 力臂關(guān)系 平衡時力的關(guān)系 優(yōu)缺點 應(yīng)用 省力杠桿 l1>l2 F1F2 省距離，費力 鑷子、釣魚竿等 等臂杠桿 l1=l2 F1=F2 不省力，不省距離 天平，定滑輪等 【例4】一直桿可繞O點轉(zhuǎn)動，桿下掛一重物，為了提高重物，用一個始終跟直桿垂直且作用于OB中點的力F，使直桿由豎直位置慢慢轉(zhuǎn)到水平位置，這個過程中這個直桿( ) A．始終是省力杠桿 B．始終是費力杠桿 C．先是省力杠桿，

6、后是費力杠桿 D．先是費力杠桿，后是省力杠桿 二、滑輪 （一）定滑輪和動滑輪 1．滑輪：周邊有槽，能繞軸轉(zhuǎn)動的小輪。（滑輪的實質(zhì)是變形的杠桿） 2．定滑輪：滑輪的軸固定不動的叫做定滑輪。 3．動滑輪：滑輪的軸隨物體一起運動，這樣的滑輪叫做動滑輪。 4．定滑輪與動滑輪的特點： （1）定滑輪可以改變力的方向，但不省力； （2）動滑輪可以省一半力，但不能改變用力的方向。 5．使用定滑輪和動滑輪的幾種情況（圖中物體全部勻速運動） 種類 圖示 表達式 定滑輪 F=G F=f，f為物體A所受的摩擦力 動滑輪 F=G+G輪2，S繩=2S物，v繩=2v物

7、 F=f2，S繩=2S物，v繩=2v物 F=2G+G輪，S輪=S物2，v輪=v物2 F=2f，S輪=S物2，v輪=v物2 【例5】如圖所示，滑輪上掛一重10N的物體A，當(dāng)滑輪在力F的作用下向上勻速上升時，滑輪的速度為重物A上升時速度的 ，力F應(yīng)為 N（滑輪和繩重及摩擦力均不計）。 （二）滑輪組 1．滑輪組是由若干個定滑輪和動滑輪組裝而成的，可以達到既省力又改變力的方向的作用效果。 2．滑輪組省力情況的確定方法： 在不考慮摩擦及動滑輪受到的重力的情況下，使用滑輪組時，滑輪組用幾股繩子吊著物體，提起物體所用的力就是物重的幾分之一。如圖所示。 【例6】如圖所示的

8、滑輪或滑輪組將同意重物G均勻提高h高度，最省力的是（ ） （三）輪軸和斜面 1．輪軸：由一個軸和一個大輪組成，能省力和改變力的方向，實質(zhì)是一個可以連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿。 （方向盤、水龍頭等） 輪軸的公式：F1R=F2r或F2F1=Rr 輪軸既省力又改變力的方向，但費了距離。 2．斜面：斜面是一種可以省力的簡單機械，卻費距離。 理想情況下斜面公式：Fl=Gh 斜面長（l）是斜面高（h）的幾倍，所用的拉力F就是物重G的幾分之一。 【例7】斜面是一種簡單機械，生活中經(jīng)常用到它，工人師傅小波和小新分別用如圖甲、乙兩種方法，將同樣的物體搬上車，下列說法正確的是（ ）

9、A．甲方法不可以省力，但能省功 B．甲方法可以省力，也能省功 C．乙方法可以省力，但不能省功 D．乙方法可以省力，也能省功 三、機械效率 （一）課前復(fù)習(xí) 1．功的兩個要素： 、 。 2．功的計算公式： 。 3．功的原理：使用機械時人們所做的功，都 不用機械所做的功。（使用任何機械都不省功）其中不小于可以理解為等于或大于。 等于的條件：

10、 （理想情況） 大于的條件： （現(xiàn)實情況） （二）有用功、額外功和總功 通過同學(xué)們對課本三種不同方法提升沙子所做的功進行分析，根據(jù)課本完成下列問題。 1．三種方法的最終目的是把 提升到3樓。 2．提升到3樓，升高了 m。根據(jù)功的原理，把沙子提升到三樓必須做的功為 J。這些必須做的功叫 。 3．我們提升沙子的同時，也做了一些不需要、但又不得不做的一些功。這些功叫 。 在1、2、3種方法中，除了把沙子提升6m所做的功外，還做了那些功。

11、 ①克服 做功；克服 做功； ②克服 做功；克服 做功； ③克服 做功；克服 做功。 通過以上三種情形，額外功的產(chǎn)生主要是克服 和 做的功。 4．有用功加額外功是總共做的功，叫 。W總=W有用+W額外 根據(jù)上面的分析過程，大體估算第 種方法做的總功多？并由大到小的順序排列。 三種方法，第 種方法更好一些呢？并說出選擇的理由

12、。 【例8】分別用杠桿、斜面和滑輪組將同一物體舉到相同的高度，做的有用功是（ ） A．一樣多 B．斜面的多 C．滑輪組的多 D．無法判斷 【例9】某同學(xué)不小心把水桶掉進井里，當(dāng)他把桶從井里撈出來時，桶里帶了一些水，下面有關(guān)有用功、額外功和總功的說法正確的是（ ） A．克服桶的重力做的功是總功 B．克服桶內(nèi)水的重力做的功是總功 C．克服桶的重力做的功是有用功 D．提水的功與提桶的功之和是總功 【例10】用一個動滑輪將重480N的貨物提高1m，所用的拉力為300N，則總功

13、是 J，有用功是 J。 （三）機械效率 1．通過對三種方法的比較分析，做相同的有用功，所做的總功 ；或者做相同的總功，所做的有用功 。 2．機械效率： 叫做機械效率。公式：η=W有用W總。機械效率沒有單位。 3．理解：機械效率僅僅與有用功和總功的比值有關(guān)，與有用功、額外功、總功的多少沒有關(guān)系。因為有用功總是 總功，所以 機械效率總是 1。 【例11】若用杠桿把重為100N的物體撬起1m，人需要250N的力將杠桿的另一端壓下0.5m，則有用功是 J，總

14、功是 J，機械效率為 。 4．推導(dǎo)公式： 【例12】一個物體重1000N，用一個大小為800N的拉力沿斜面把物體從斜面底端勻速拉到頂端，已知斜面長為20m，高10m，則該斜面的機械效率為 。 【練習(xí)1】在滑輪組中動力做功100J，動滑輪對重物做功80J，則（ ） A．有用功是100J B．總功是100J C．額外功是80J D．額外功是100J 【練習(xí)2】甲、乙兩臺機械，甲的機械效率是80%，乙的機械效率是60%，則（ ） A．使用甲機械做功省力 B．使用乙機

15、械做功省力 C．使用甲機械做功少些 D．做同樣多的功時，使用甲機械做的額外功少些 【練習(xí)3】使用機械時，若額外功小于有用功，則該機械的機械效率（ ） A．大于0.5 B．小于0.5 C．大于1 D．等于0.5 【練習(xí)4】如圖，用滑輪或滑輪組提起同一重物到同一高度，其中機械效率最高的是（ ） 【練習(xí)5】下列關(guān)于機械效率的說法正確的是（ ） A．越省力的機械，其機械效率越高 B．做的有用功越多，機械效率越高 C．做的總功越少，機械效率越高 D．額

16、外功在總功中的占比越小，機械效率越高 【練習(xí)6】為省力，把一定滑輪改為動滑輪使用，則改裝后的機械效率與改裝前相比較（ ） A．升高了 B．降低了 C．不變 D．都用可能 【練習(xí)7】以下方法中能提高滑輪組機械效率的是（ ） A．減小動滑輪的物重 B．減小定滑輪的物重 C．減小滑輪與輪軸間的摩擦 D．減小提升物體的速度 【練習(xí)8】下列關(guān)于提高機械效率的說法正確的是（ ） A．減輕機械自重，是提高機械效率的唯一方法 B．增加重

17、物提高的高度可以提高機械效率 C．改變繩子的繞法可以提高機械效率 D．在可能的條件下，增加所提升物體的重量可以提高機械效率 【練習(xí)9】一名工人用如圖所示的滑輪組提升2000N的貨物，所用的拉力是800N，繩子的自由端被拉下4m，求：（1）拉力做了多少功；（2）該裝置的機械效率是多大。 【練習(xí)10】某同學(xué)做“測定滑輪組機械效率”的實驗。 （1）實驗時，必須 向上提起彈簧測力計。 實驗 序號 拉力 F/N 鉤碼重 G/N 繩自由端提升的 距離s/m 鉤碼上升的 高度h/m 1 1.1 3 0.24 0.08 2 0.7 2 0.12

18、 0.46 （2）某同學(xué)用如圖所示的裝置做實驗，記錄的兩組數(shù)據(jù)如下表所示，其中序號 的一組有錯誤。 （3）該同學(xué)根據(jù)第一次實驗的數(shù)據(jù)，計算此滑輪組的機械效率為 。 （4）要想提高滑輪組的機械效率，可采用的方法是（ ） A．增加鉤碼的個數(shù) B．增加動滑輪的個數(shù) C．減少鉤碼上升的高度 D．減少定滑輪的個數(shù) 單元總結(jié)思維導(dǎo)圖 單元測試

19、 一、選擇題 1、下列簡單機械中，不能省力的是 ( ) A．杠桿 B．輪軸 C. 斜面 D．定滑輪 2、下列說法正確的是 A.杠桿一定能夠省力　 B.定滑輪既能省力又能改變力的方向 C.動滑輪既能省力又能改變力的方向　D.滑輪組既能省力又能改變力的方向 3、（10杭州）某人用100牛的力提起了350牛的重物，那么他可能使用了 A．一個定滑輪 B．一個動滑輪． C．一個定滑輪和一個動滑輪組成的滑輪組 D．一支杠桿 4、如圖所示滑輪組，正方體A 在水平地面上處于靜止?fàn)顟B(tài).已知A 的邊長為1dm，密度為2kg/，每個滑輪重為2N，若使A 對水平地面產(chǎn)生的壓力為0，作用在繩

20、端的拉力F 為（忽略摩擦和繩重，g=10N/kg）（ ） A．4N B．5N C．6N D．22N 5、運動員將足球從后場踢到前場，足球在空中運動的過程中，不計空氣阻力，其受力情況是（ ） A、只受踢力 B、只受重力 C、受踢力和重力 D、不受力的作用 6、如圖所示，用滑輪組提升重物時，重200N的物體在5s內(nèi)勻速上升了1m．已知拉繩子的力F為120N，如果不計繩重及摩擦，則提升重物的過程中（　?。? A．繩子自由端被拉下3m B．動滑輪重20N C．滑輪組的機械效率是83.3% D．拉力F的功率

21、是40W 7、如圖所示是使用簡單機械勻速提升同一物體的四種方式(不計機械自重和摩擦)，其中所需動力最小的是（ ） 8、夏季炎熱的午后，環(huán)衛(wèi)工人駕駛著灑水車以8km/h的速度勻速行使在筆直的南海大道上，水不停地灑在地上，下列說法中正確的是（ ） A.灑水車在行駛的過程中牽引力大于阻力 B.車輛行駛過程中，環(huán)衛(wèi)工人看到路燈是靜止的 C.灑水車的運動狀態(tài)沒有發(fā)生改變 D.車中水的質(zhì)量在不斷減小，水的密度也在減小 9、為了粉刷教室，需要將涂料運到五樓。工人可以采用的方法有： ①用人直接搬運上去；②用定滑輪提上去；③用動滑輪提上去。在這幾種方法中

22、 A．最省力的是② B．最省力的是③ C．做有用功最多的是① D．機械效率最高的是③ 10、不計繩重和摩擦的情況下利用如右圖所示的甲、乙兩裝置分別用力把相同的物體勻速提升相同的高度若用η甲，η乙表示甲、乙兩裝置的機械效率，W甲、W乙表示拉力所做的功（ ） A、η甲＝η乙，W甲＝W乙 B、η甲＞η乙，W甲＞W(wǎng)乙 C、η甲＜η乙，W甲＜W乙 D、η甲＞η乙，W甲＜W乙 二、填空題 11、阿基米徳說：“給我一個支點和一根足夠長的棍，我就能撬動整個地球”，這是因為使用杠桿可以___________。學(xué)校旗桿頂部安裝的定滑輪作用為了 _____________。 12、用如圖8所

23、示的滑輪組勻速向左拉動重為100N的物體A，所用拉力F為10N(不計滑輪和繩重、及滑輪與繩之間的摩擦)，則A受到地面對它的摩擦力大小是______N，方向向_______(填“左”或“右”) 13、一臺抽水機的動力的功率是12 kW，抽水時的機械效率是80％，那么5min抽水機動力做的功為________J，5 min內(nèi)它可以把_________N的水抽到10 m高的水塔上去． 14、阻力臂為動力臂4倍的杠桿是 杠桿（選填“省力”或“費力”）；若該杠桿受到的阻力為20N，則當(dāng)動力為 N時，杠桿處于平衡狀態(tài)。 15、古代護城河上有座吊橋，它的結(jié)構(gòu)原理如．圖所示。把橋面看成是長

24、為10 米，所受重力為3000牛的均勻桿OA ，可以繞轉(zhuǎn)軸O 點在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，在O 點正上方10 米處固定一個定滑輪，繩子通過定滑輪與桿的另一端A 相連，用力拉動繩子就可以將桿從水平位置緩慢向上拉起。桿即將離開水平位置時，繩子的拉力為F1 。當(dāng)士兵們把吊橋拉起到與水平面的夾角為300 時，繩子的拉力為F2，所用的時間是0.5 分鐘（忽略繩子重力、滑輪半徑和摩擦），則： （1） F1：F2= 。 （2）士兵們對吊橋所做功的平均功率是 瓦。 三、簡答題 16、說出下列現(xiàn)象中的物理知識或原理：用扁擔(dān)挑東西時，人的肩總是靠近較重的物體一端 17、認真分析如下圖所示的漫畫，判斷小猴和小

25、兔誰分得的蘿卜重？請說明你的理由。 四、作圖題 18、1.畫出圖11所示拉力F的力臂。 2.工人站在地面用滑輪組勻速提升重物，請在圖12所示的滑輪組上畫出繞線。 19、按照題目要求作圖： （1）在圖11中畫出滑輪組最省力的繞線方式。 （2）在圖12中作出物體M所受重力的示意圖，并作出以O(shè)為支點，動力F的力臂L1。 （3）在圖13中杠桿OAB處于平衡狀態(tài)，畫出使杠桿平衡的動力的力臂L1?！? 五、實驗,探究題 20、在探究滑輪組的機械效率實驗中小文連成了如圖15的滑輪組，并分別測出了實驗數(shù)據(jù)。 鉤碼 重力G/

26、N 鉤碼上升 的高度h/cm 拉力F/N 繩端移動 的距離s/cm 2.4 10.0 1.0 30.0 （1）根據(jù)以上表格中數(shù)據(jù)，實驗過程中，此滑輪組的機械效率為_____ __%。 （2）小文用此滑輪組勻速提起重為G的物體升高h，所用時間為t。拉力的大小為F,則F的功率P= 。（用本小題中已知字母表示） 21、如圖所示是小明測量“斜面機械效率”的裝置圖。下表是他記錄的實驗數(shù)據(jù)： 實驗 次數(shù) 斜面傾 斜程度 物體A重 G/N 物體上升 高度h/m 沿斜面拉 力F/N 物體移動 距離s/m 有用功 W有/J 總功 W總/J

27、 機械效率 η 1 較緩 5.0 0.1 1.5 0.5 0.5 0.75 66.67 % 2 較陡 5.0 0.2 2.5 0.5 1 1.25 3 最陡 5.0 0.3 3.4 0.5 1.7 88.24% （1）將表格中空格處的數(shù)據(jù)填寫完整。 （2）分析小明表格中的實驗數(shù)據(jù)可知：長度相同的斜面，越平緩的越 （填“省力”或“費力”）；斜面在我們生活中的應(yīng)用有 （只寫出一條即可）。 （3）根據(jù)你的實驗經(jīng)歷，實驗中很難控制的操作是。 六、綜合題 22、如圖9所示裝置，繩重和摩擦不計。 （1）請利

28、用圖示的3個滑輪，補畫出滑輪組完整的繞線。 （2）若物重為50N時，繩端需用20N的拉力才能把物體勻速提升，則將重為90N的物體勻速提升，繩端需要多大的拉力？當(dāng)90N的重物升高1m時，此時的機械效率為多少？ （3）如果繩子能承受的最大拉力為60N，那么該滑輪組最大可以吊起多重的物體？此時的機械效率又為多大？ （4）當(dāng)動滑輪重為多少時，使用該滑輪組提起20N重的鉤碼剛好不省力？ 七、計算題 23、如圖所示，一個質(zhì)量60kg，底面積為0.1m2物塊，通過滑輪組在25N拉力作用下作勻速直線運動。已知物塊受到的滑動摩擦力為物重的0.1倍。(g取10N/kg )。求： （1

29、）在圖上作出物體對水平地面壓力的示意圖； （2）物體的重力是多少？ （3）物體靜止時對水平地面的壓強是多少？ （4）該滑輪組的機械效率是多少？ 24、小明利用如圖所示的滑輪組將重為900N的物體從一樓勻速提升至六樓，所用的拉力為360N，繩子自由端移動的速度為0.3m／s。(己知每層樓高3m) 求：(1)小明所用的時間；(2)拉力的功率；(3)所做的額外功： (4)在此基礎(chǔ)上再加一個滑輪做動滑輪使用，組成一個新的滑輪組，提升相同的重物時，滑輪組的機械效率將如何改變?為什么? 25、均勻細長棒AB，其質(zhì)量為m，A端用細線懸掛起來且懸線豎直，B端無阻礙地斜向浸沒在水池中，當(dāng)它穩(wěn)定靜止時，棒被浸沒部分的長度是全長的3/5，如圖所示，求棒的密度是多少？