1、第四单元 简单机械 功和机械能,第9讲 简单机械,考点一,考点二,考点三,图解物理,考点一杠杆 1.定义:一根硬棒,在力的作用下绕着固定点转动,这根硬棒就是杠杆。 2.五要素,考点一,考点二,考点三,图解物理,3.平衡条件(1)杠杆平衡是指杠杆静止或匀速转动。 (2)调节:调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。 目的:可以方便地从杠杆上读出力臂的大小;消除杠杆自身重力产生的力矩。 调节方法与天平的调节相同:左偏右调、右偏左调。 (3)杠杆的平衡条件(或杠杆原理):动力动力臂=阻力阻力臂。 公式:F1l1=F2l2。,考点一,考点二,考点三,图解物理,4.分类,考点一,考点二,考点三,图解物
2、理,特别提示(1)杠杆有可能是直的,也有可能是弯 曲的。 (2)动力、阻力的方向不一定相反,但它们使杠杆转动的方向相反。 (3)画力臂的方法:(4)应根据实际来选择杠杆,当需要较大的力才能解决问题时,应选择省力杠杆;当为了使用方便,省距离时,应选费力杠杆;又省力又省距离的杠杆是不存在的。,考点一,考点二,考点三,图解物理,考点二滑轮与滑轮组,考点一,考点二,考点三,图解物理,考点一,考点二,考点三,图解物理,方法技巧分析绳子段数的方法截线法:此法是在定滑轮和动滑轮之间作一条水平辅助线,假设它把滑轮组的绕线“截断”。水平线与绳的截点数就是“绳子的段数”;当绳的末端从定滑轮出来这根不算,从动滑轮上
3、去的这根则算。特殊情况:如丙图,末端绳子虽然从定滑轮出来,但人拉绳和重物连在一起,这段也必须算,n=3。,考点一,考点二,考点三,图解物理,考点三斜面与轮轴 1.斜面 (1)定义:一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。 (2)特点:省力但费距离。 (3)举例:盘山公路、饮料瓶瓶盖、螺丝钉、螺旋千斤顶等。 特别提示用F表示沿斜面作用在物体上的力,s表示斜面长,h表示斜面高,物重为G。理想情况下,根据功的原理,得W=Fs=Gh,变形得,当高度h一定时,斜面越长,斜面的倾角越小,斜面越平缓,越省力。,2.轮轴 (1)定义:由轮和轴组成,能绕共同轴线转动的简单机械叫作轮轴;半径较大的是轮,半径较小的是轴。
4、 (2)实质:能够连续旋转的杠杆。,考点一,考点二,考点三,图解物理,规律总结如图所示,R为轮半径,r为轴半径,F1为作用在轮上的力,F2为作用在轴上的力,根据杠杆平衡条件有F1R=F2r(动力轮半径=阻力轴半径)。可知:当动力作用在轮上,则轮轴为省力杠杆;动力作用在轴上,则轮轴为费力杠杆。,考点一,考点二,考点三,图解物理,考点一,考点二,考点三,图解物理,考点一,考点二,考点三,图解物理,考点一,考点二,考点三,图解物理,考法1,考法2,考法3,考法1简单机械作图,典题1(2018宁夏)如图所示是小李将一根均匀木棒抬起的瞬间。请画出木棒所受重力的示意图及动力F的力臂L。,答案:如图所示:解
5、析:过物体的重心沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段,并用符号G表示;过O点向F的作用线作垂线,垂线段的长l就是该力的力臂。如答案图所示。,考法1,考法2,考法3,方法归纳画重力示意图的关键是要把握它的三要素。画杠杆的力臂则要找准支点和力的作用线,并从支点向力的作用线作垂线。在力臂的考查中经常涉及最小力的问题,注意当力臂最大时,力最小。滑轮组的作图最主要的是确定动滑轮上的绳子段数。,考法1,考法2,考法3,对应练1请画出门手柄受到的压力F的力臂。答案: 如图所示,考法1,考法2,考法3,对应练2(2018青海)如图所示,请画出最省力的绕线方法,并作出重物所受重力的示意图。,考法1,考法2,考法3
6、,解析: 要使滑轮组最省力,需要承担物重的绳子段数最多,所以绳子要系在动滑轮上面的挂钩上,依次向外绕线;过物体的重心,作竖直向下的重力G,如答案图所示。,考法1,考法2,考法3,考法2杠杆的平衡条件及其应用 典题2如图所示的杠杆正处于水平平衡,若把杠杆的两端各加一个钩码,杠杆将( )A.还继续处于水平平衡 B.右端下降,左端上升 C.右端上升,左端下降 D.无法确定杠杆的运动状态,考法1,考法2,考法3,思路导引 审先通读题干,明确此题主要考查对杠杆平衡条件的理解和应用。 析杠杆的平衡条件是:动力动力臂=阻力阻力臂,此时杠杆处于水平平衡,钩码对杠杆的拉力与杠杆垂直,所以可以用拉力作用点到支点格
7、子数代替力臂大小;钩码对杠杆的拉力大小等于钩码重力,可以用钩码个数代替拉力大小。哪端钩码个数与拉力作用点到支点格子数的乘积大,哪端下降,若相等,则保持平衡不变。由此可得出两端各加一个钩码后杠杆右端下降。 判根据以上分析,选项B正确。,考法1,考法2,考法3,答案:B 方法归纳杠杆的平衡条件:动力动力臂=阻力阻力臂,考查时往往涉及动态的变化过程,哪端的力和力臂的乘积大,哪端就下沉,若相等,则杠杆是平衡的。其实,杠杆的分类也是平衡条件的具体应用。近几年的中考加大了综合能力的考查,杠杆一般与压强、浮力等知识综合考查,难度较大。,考法1,考法2,考法3,对应练3(2017山东枣庄)图示为小明探究“杠杆
8、平衡条件”的实验装置,实验中杠杆始终处于水平平衡状态,若在C处逐渐改变弹簧测力计拉力的方向,使其从,则拉力的变化情况是( A ) A.先变小后变大 B.先变大后变小 C.逐渐变大 D.逐渐变小,考法1,考法2,考法3,对应练4如图所示是生活中几种常见的杠杆,其中属于费力杠杆的是( D ),对应练5如图所示,杠杆在水平位置平衡,下列操作仍能让杠杆在水平位置保持平衡的是 ( C ) A.两侧钩码同时向外移一格 B.两侧钩码同时向内移一格 C.左侧的钩码向内移一格,右侧减去一个钩码 D.在两侧钩码下方同时加挂一个相同的钩码,考法1,考法2,考法3,考法3滑轮和滑轮组的相关计算,典题3(2017浙江杭
9、州改编)如图所示装置,在水平拉力F的作用下,物体M沿水平地面做匀速直线运动,已知弹簧测力计读数为10 N,物体M的运动速度为1 m/s(若不计滑轮与绳子质量、绳子与滑轮间的摩擦、滑轮与轴间摩擦),那么在此过程中 ( )A.物体M与地面间的摩擦力为5 N B.物体M与地面间的摩擦力为10 N C.物体M与地面间的摩擦力为20 N D.弹簧测力计运动速度为0.5 m/s,考法1,考法2,考法3,答案:C 解析:如题图所示,此滑轮为动滑轮,n=2,物体做匀速直线运动,Ff=2F=210 N=20 N,故A、B错误,C正确;物体移动的路程s物=v物t,拉力移动的距离:s=2s物=2v物t,弹簧测力计运
10、动的速度v= =2v物=2 m/s,故D错误。 方法归纳解答此类题的关键是理解滑轮的作用,在本题中滑轮为动滑轮,省一半的力,费一倍的距离。,考法1,考法2,考法3,对应练6(2017四川宜宾改编)如图所示,动滑轮下面挂着重为5.4 N的物体,现用2.4 N的拉力,不计一切摩擦和绳重,把物体匀速提升10 cm,则绳子自由端通过0.3 m,动滑轮的重力为1.8 N,拉力所做功为0.72 J。,考法1,考法2,考法3,对应练7(2017浙江台州)小柯用图中装置提升重为400 N的物体,不计摩擦和滑轮自重,下列说法正确的是( C )A.两个滑轮均为定滑轮 B.人将绳子拉过1 m,物体也上升1 m C.
11、物体匀速上升时,人对绳子的拉力为200 N D.使用该装置不能省力,但能改变力的方向,命题点,命题点探究杠杆的平衡条件 1.实验器材:铁架台或支架、带刻度的杠杆、钩码。 2.实验要求: (1)组装器材,不挂任何钩码,调节杠杆在水平位置平衡,这样力臂的数值在杠杆上就能直接读出或量出(同时也是为了消除杠杆自身重力的影响); (2)在杠杆左、右两边分别挂上不同数量的钩码,使杠杆在水平位置重新平衡; (3)读出动力、动力臂、阻力、阻力臂,填写实验记录表次数1,并计算出实验中F1L1和F2L2的数值; (4)改变力及力臂的大小,重复上述实验步骤(2)、(3)(要求每次实验都应改变钩码数目和悬挂位置),填
12、写实验记录表次数2; (5)对实验数据进行分析比较,得出实验结论; (6)实验结束,整理实验器材。,命题点,3.实验记录表:4.实验结论: 杠杆的平衡条件:动力动力臂=阻力阻力臂或F1L1=F2L2。,命题点,典题(2018山东青岛)实验探究:探究杠杆的平衡条件,命题点,命题点,答案:(1)F1L1=F2L2 (2)c (3)见解析 解析:(1)第一次数据:1 N0.1 m=2 N0.05 m,F1L1=F2L2,第二组数据:1.5 N0.05 m=0.5 N0.15 m,F1L1=F2L2,第三组数据:2 N0.15 m=1.5 N0.2 m,F1L1=F2L2,故杠杆的平衡条件为F1L1=
13、F2L2。(2)如果实验次数太少,实验研究得出的结论具有偶然性,不具有普遍性,实验结论必须在多次实验的基础上得出,这样才能有效地避免实验结果偶然性出现,故选c; (3)画出其动力臂。 方法归纳 探究杠杆平衡条件的实验中分析杠杆的平衡条件关键是要学会设计实验、进行实验、收集实验数据、总结实验结论。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1.(2015甘肃省卷)用如图所示的滑轮或滑轮组,将同一物体匀速提高h,最省力的是(滑轮重不计)( D ),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,2.(2015甘肃省卷)如图所示的简单机械,在使用中属于费力杠杆的是( D ),1,2,3,4,5,6,7,8
14、,9,10,解析: 核桃夹在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;自行车车把在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;活塞式抽水机在使用过程中,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;扫帚在使用过程中,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆,故选D。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,3.(2016甘肃省卷)当用镊子夹取物体时,镊子就相当于杠杆 (选填“杠杆”“滑轮”或“斜面”),它是一个费力 (选填“省力”或“费力”)的机械。,解析: 如图,在使用镊子时,在动力的作用下AC绕A点转动,镊子就相当于杠杆;A点是支点,AC的长度为阻力臂,AB的长度为动力臂,动力臂小于阻力臂,所以镊子是一个费力杠杆。,
15、1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,4.(2016甘肃兰州)一个重为300 N的物体Q,底面积400 cm2,将其放在水平地面上,它对地面的压强是7 500 Pa。如图所示,现将物体Q挂在杠杆的B端,在A端悬挂一个重为100 N的物体P,使杠杆在水平位置平衡,忽略杠杆自重的影响,若OAOB=25,那么地面对物体Q的支持力为260 N。,力的作用是相互的,所以杠杆对物体Q的拉力F拉=F2=40 N,对Q进行受力分析,有GQ=F拉+F支,所以地面对物体Q的支持力为F支=GQ-F拉=300 N-40 N=260 N。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,5.(2016甘肃天水)如图所示,
16、在B端施加一个最小的力Fg,使杠杆平衡,请画出此力,并画出FA的力臂。,答案:如图所示,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,6.(2017甘肃天水)如图所示,质地均匀的圆柱形细木棒放在地面上,另一端与支点O连接,在图中画出木棒所受重力的示意图、重力的力臂。,答案:,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,7.(2017甘肃省卷)图示为生活中使用的“开瓶起子”,请在图中画出作用在“开瓶起子”上动力F1的力臂和阻力F2的示意图。,答案:,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,8.(2018甘肃省卷)如图所示为钓鱼竿钓鱼的示意图,O为支点,画F1、F2的力臂L1和L2。,1,2,3,4,
17、5,6,7,8,9,10,9.(2016甘肃兰州)如图所示,杠杆AOB在力的作用下处于平衡状态,请画出图中货箱的受力示意图和拉力FT的力臂l。,答案:如图所示,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,解析: (1)货箱处于平衡状态,受到的重力和拉力是一对平衡力,大小相等,过箱子的重心,分别沿竖直向下和竖直向上的方向画一条有向线段,并分别用G和F表示;(2)从支点到力的作用线引垂线作出力臂,并标上字母符号L,如图所示,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,10.(2018甘肃兰州)一根质量忽略不计的杠杆,支点为O,在A点悬挂一重为20 N的物体G。为使杠杆在水平位置保持平衡,还要给杠杆施加
18、一个大小为12 N,方向竖直向上的拉力F2,请在图中画出:(1)拉力F1的力臂L1;(2)拉力F2的示意图。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,答案:如图所示,解析: (1)在A点悬挂物体G,则物体对杠杆的拉力F1是竖直向下的,过支点O作力F1作用线的垂线段,即为F1的力臂L1; (2)设杠杆上一个小格的长为L,拉力F2作用在n格处,根据杠杆平衡条件可得:F13L=F2nL,代入数据得n=5。 因为拉力F1的方向竖直向下,已知拉力F2的方向竖直向上,所以为了使杠杆平衡,则F2与F1应作用在支点的同侧(即F2作用在O点左侧5格处),过F2的作用点沿竖直向上的方向画一条带箭头的线段,并标出力的大小,如答案图所示。,
