1、第13讲 简单机械 机械效率,预学案记易,精讲案学易,考点一 杠杆五要素和平衡条件(高频考点) 1.杠杆五要素和平衡条件,预学案记易,2.杠杆的分类,1.(2018海南)如图所示,下列工具在使用中属于省力杠杆的是 ( C ),即学即练,2.(2018广东)如图所示,轻质杠杆OA可绕O点转动,请在图中画出杠杆OA的动 力臂L。,答案 如右上图所示,特别提醒 杠杆省力必然费距离,省距离必然费力,既省力又省距离的杠杆是不存在的。,考点二 滑轮(高频考点),即学即练,3.(2018无锡)用如图所示的滑轮组匀速提升200 N的重物G,竖直向上的拉力 F为100 N,重物被提升1 m,不计绳重和滑轮的摩擦
2、,下列说法正确的是 ( A ) A.拉力做的额外功是100 J B.动滑轮的重力为50 N C.拉力做的总功是200 J D.绳子末端移动的距离是2 m,4.(2018福建)如图所示,用同一滑轮组分别将物体A和物体B匀速提升相同的 高度。与提升B相比,提升A的过程滑轮组的机械效率较大。若不计绳重与摩 擦的影响,则提升A的过程 ( D ) A.额外功较小 B.额外功较大 C.总功较小 D.总功较大,特别提醒判断滑轮组绳子段数n的方法:可以在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线, 数一下与动滑轮相连的绳子的段数是几段,则n就是几。如图甲、乙所示。,考点三 斜面,5.(2018怀化)如图所示,在斜面上将一个
3、重5 N的物体匀速拉到顶端。沿斜面 向上的拉力为2 N,斜面长4 m,高1 m。则拉力做的有用功为 5 J,斜面的机械效 率为 62.5% 。,即学即练,考点四 机械效率(高频考点),即学即练,6.(2018重庆)部分农户在新建住房时,常利用如图所示的简易滑轮提升建 材。在一次提升建材的过程中,建筑工人用400 N的拉力,将重600 N的建材在 10 s内匀速提高3 m。则下列判断正确的是 ( C ) A.滑轮所做的有用功为1200 J B.滑轮受到的重力为100 N C.该滑轮的机械效率=75% D.绳子自由端移动的速度大小为0.3 m/s,7.(2018内江)用如图甲所示的滑轮组运送货物上
4、楼,每件货物重100 N,每次 运送的量不定。图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增 加而变化的图像,则动滑轮重为 100 N;当某次运送3件货物时,绳子的拉力F是 200 N。(不考虑绳重和摩擦),押图练通易,精讲案学易,类型一 简单机械类型的判断(近三年云南1次,昆明2次,曲靖1次),【命题解读】 常以选择题和填空题的形式考查省力、费力、等臂杠杆的 判断,动滑轮、定滑轮的判断,斜面、轮轴等省力、费力的判断。,例1(2017昆明)如图所示,正在使用的各类工具中,属于费力杠杆的是( A ),命题思路 主要考查杠杆的分类。 失分警示 对于熟悉的物体可根据实际用途来区分;对于不熟悉的物
5、体,首先 要观察物体,确定支点,再根据动力臂与阻力臂的关系来判断。,真题实战,1.(2018黑龙江)如图所示的简单机械中一定费力的是 ( D ),类型二 简单机械的相关计算(近三年云南3次,昆明2次,曲靖3次),【命题解读】 主要考查杠杆、滑轮、斜面和轮轴的简单计算。,例2(2018昆明)如图所示,轻质杠杆OA可绕O点无摩擦转动,A点处挂一个重 为20 N的物体,B点处加一个竖直向上的力F,杠杆在水平位置平衡,且OBAB =21。则F= 30 N,它是 费力 杠杆。,命题思路 主要考查杠杆、滑轮、斜面和轮轴的简单计算。主要考查已知 物体的重力,再根据杠杆平衡条件FOB=GOA可直接求F的大小,
6、根据拉力F 和G的大小判断杠杆的种类。,例3(2016云南)如图所示,使用滑轮组提升重物时,能提高机械效率的是(忽略 绳重和摩擦) ( B ) A.改变绕绳方式 B.减小动滑轮的质量 C.减小提升重物的高度 D.减小被提升重物的质量,命题思路 对于改变滑轮组机械效率的方法有两种情况: 一是减轻动滑轮质量、加润滑油减小摩擦,这些方法可以减少额外功,提高机 械效率; 二是增加提升重物的重力,在额外功不变的情况下,增大有用功,从而提高机 械效率。 失分警示 机械效率的高低取决于有用功和总功两个因素,不能理解成:“有 用功多,机械效率高”,或“总功大,机械效率低”。机械效率的高低与是否 省力及重物提升
7、的高度无关。,真题实战,2.(2018南京)用如图所示的滑轮组将重85 N的物体匀速提升2 m,拉力F为50 N。此过程中有用功为 170 J,总功为 200 J,滑轮组机械效率为 85% 。根据已知条件,以下四个物理量:动滑轮上升的高度、动滑轮的重力、额外功、 拉力的功率,还能求出的有 和 (选填序号)。,类型三 简单机械作图(近三年云南1次,曲靖1次),【命题解读】 在作图题,一般考查杠杆画力臂,要注意画最小力的问题。偶 尔会考查画滑轮的绕线方式。,例4(2017云南)请在图中画出F的力臂L。,答案 如右上图所示,失分警示 据力臂的正确画法作图,即过支点作力的作用线的垂线段,要用虚 线延长
8、力F的作用线。,真题实战,3.(2018咸宁)过去农村用的舂米工具是一个杠杆,如图所示是它的结构示意 图。O为固定转轴,在A端连接着石球,脚踏B端可以使石球升高,抬起脚,石球 会落下打击稻谷。请在图中画出动力F的力臂和石球所受重力G的示意图。,答案 如右上图所示,易混点辨析,例5(2018眉山)如图所示,轻质杠杆OA能绕O点转动,请在杠杆中的A端画出 使轻质杠杆保持平衡的最小的力F的示意图(要求保留作图痕迹)。,答案 如右上图所示,试真题练易,命题点一 简单机械的判断,1.(2017云南)某工人用如图所示的装置,将重150 N的木块在10 s内竖直向上 匀速提升4 m,此装置是 动 (选填“定
9、”或“动”)滑轮。该工人拉力的功率为 60 W(滑轮和绳的重力、摩擦均不计)。,命题点二 简单机械的计算,2.(2015云南)如图所示,小刚用200 N的拉力在10 s内把重320 N的物体匀速提 升了3 m,滑轮的机械效率是 80% ,拉力的功率是 120 W。,3.(2015曲靖)如图所示,用一个长为1.2 m的斜面将重为45 N的物体沿斜面拉 到0.4 m的高台上,斜面的机械效率为60%。则把重物拉上高台时做的有用功 是 18 J;物体与斜面间的摩擦力是 10 N。,4.(2018云南)如图所示,用滑轮组把质量为80 kg的物体匀速提升3 m,若拉力F =500 N,(g取10 N/kg
10、)则滑轮组的机械效率为 80% ;若不计绳重和摩擦,则动滑 轮受到的重力为 200 N。,5.(2016云南)如图所示,高0.8 m、重1 100 N、均匀的圆柱形木柱M,截面半径 为0.3 m,将它竖直放在水平地面上时,木柱所受的重力与地面对它的支持力 是一对 平衡 力;若要使木柱的a点离开地面,至少需要 330 N的力。,6.(2015曲靖)如图所示是一个弹簧门的示意图,相当于一个杠杆,弹簧的作用 是当人进门后,它的拉力自动将门关闭,在开门时它起到阻力的作用。 已知将门推到如图所示的位置时,推力F与门面垂直,它的力臂是0.8 m,弹簧 产生的阻力是120 N,力臂是0.2 m,求: (1)
11、弹簧拉力将门关闭的过程中,弹簧的 弹性势 能转化为门的动能。 (2)将门推到如图所示的位置时,推力F的大小?(摩擦力及其他阻力可不计) (3)若此时人的手掌与门的接触面积为0.01 m2,推力对门产生的压强是多少?,答案 (1)弹性势 (2)30 N (3)3103 Pa,7.(2014昆明)用如图所示的滑轮,使一个铁块以0.2 m/s的速度匀速上升了1 m, 已知铁块的体积为10-3 m3,求: (1)铁块的重力; (2)若不计滑轮、绳子的重力和摩擦,绳子受到的拉力F; (3)拉力F的功率; (4)若实际作用于绳子的拉力为50 N,这个滑轮的机械效率。 (其中铁=7.9103 kg/m3,g
12、=10 N/kg),答案 (1)79 N (2)39.5 N (3)15.8 W (4)79%,命题点三 简单机械的作图,8.(2018曲靖)下图中L1是动力臂,作出动力F1。,答案 如右上图所示,9.(2010昆明)请在图中画出使用该滑轮组最省力的绕线方式。,答案 如右上图所示,命题点四 简单机械的实验,10.(2014昆明)在探究“杠杆平衡条件”的实验中,采用了如图所示的实验装 置。,(1)调节杠杆平衡时,都应该使它在 水平 位置平衡。根据图示杠杆所处的位置,应将平衡螺母向 左 (选填“右”或“左”)调整。(2)挂上钩码,正确调节使杠杆再次平衡,此时挂在杠杆上的钩码施加的动力、 阻力方向恰
13、好与杠杆 垂直 ,挂钩码位置所对应的刻度值就等于 力臂 。(3)某小组同学在杠杆左右两侧分别挂上不同数量的钩码,同时调节平衡螺 母使杠杆平衡,你认为他们的做法是 错误的 。 (4)实验的结果如下表所示。,甲同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是: 动力+动力臂=阻力+阻力臂。 乙同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是: 动力动力臂=阻力阻力臂。,两个同学都认为自己是对的,对方是错误的,那么你认为他们中正确的应该是 乙 同学。原因是 甲 同学的结论仅从部分实验数据分析得到,不是所有实验数 据都满足他总结的结论。(5)下列正在使用中的杠杆:用镊子取砝码、用扳手拧螺母、用钉锤拔钉子, 属于费力杠杆的
14、是 用镊子取砝码 。,11.(2014曲靖)小红在“探究斜面的机械效率与哪些因素有关”的活动中,提 出了以下猜想: A. 斜面的机械效率可能与物体的重力有关 B. 斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关,为了验证自己的猜想,小红用木板搭成了如图所示的装置进行探究。记录数 据如下表:,(1)在实验过程中,应沿斜面向上 匀速 拉动木块。 (2)第次实验中斜面的机械效率=60% 。 (3)对比实验的数据可以用来验证猜想 A ;对比两次实验数据,可初步 得出的结论是: 斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关(重力不变时,倾斜越 大,机械效率越大) 。,过实验行易,实验一 探究杠杆的平衡条件,【命题点】 1
15、.实验前调节杠杆在水平位置平衡(左高向左调,右高向右调,注 意:实验中不能再调节平衡螺母)。 2.实验前调节杠杆在水平位置平衡的目的:便于直接从杠杆上读出力臂。 3.选择杠杆的中点作为支点的原因:使杠杆的重心落在支点上,避免杠杆自重 对实验的影响。 4.弹簧测力计的使用和读数。,5.将一端的钩码换成弹簧测力计的好处:可以直接读出力的大小,实验操作更 方便。 6.弹簧测力计从竖直方向拉变成向左或向右倾斜拉时,弹簧测力计拉力的力 臂将变小,示数将变大。 7.增加或减少钩码个数或改变力臂大小,判断杠杆的倾斜方向。 8.设计记录数据的表格。 9.多次测量的目的:避免实验存在偶然性。 10.分析数据总结
16、杠杆平衡原理(F1l1=F2l2)。 11.生活中杠杆的应用以及杠杆分类的判断。,例1(2018黄冈)用如图所示的器材探究杠杆的平衡条件。(1)实验前调节杠杆上的 平衡螺母 ,使杠杆在不挂钩码时,保持水平静止,这是 为了 便于测量力臂 。,(2)在已经平衡的杠杆的左侧钩码下加挂钩码,为了使杠杆尽快平衡,下列做 法正确且合理的是 ( A ) A.只把右侧钩码向右移 B.只把左侧钩码向左移 C.把左右两侧钩码同时向左移动 D.把左右两侧钩码同时向右移动 (3)杠杆在两个力的作用下平衡时,F1l1=F2l2,此时动力作用的效果与阻力作用 的效果互相抵消。据此,如果杠杆受到动力F1、F2和阻力F3三个
17、力的作用,杠 杆的平衡条件是什么呢?请你提出猜想: F1l1+F2l2=F3l3 (用公式表达)。,命题思路 实验前调节杠杆,使杠杆在不挂钩码时,保持水平静止,这一调节 过程的目的是使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响;杠杆在水平位置平衡时, 力的方向与杠杆垂直,力臂的长度可以直接从杠杆上读出来; 无论两侧挂几 组钩码,每一组都有自己的力与力臂,因此,求出每一个力与相应力臂的乘积, 再相加,就是整个这一侧的结果,同样表示出另一侧,看两者是否平衡。,即时巩固 (2018凉山州)在“探究杠杆的平衡条件”的实验中。,(1)在杠杆上挂钩码前,杠杆静止在图甲中的位置,为使杠杆水平平衡,应将右 端的平衡螺母向
18、 右 (选填“左”或“右”)调节。将杠杆调节水平平衡的目 的是避免 杠杆自重 对实验的影响和便于 测量力臂 。,(2)图乙中杠杆恰好处于水平平衡,若在A处下方再挂一个相同钩码,为使杠杆 保持水平平衡,则需将挂在B处的钩码向右移动 1 格。 (3)若取掉图乙中挂在B处的钩码,改用弹簧测力计钩在C处对杠杆施拉力,为 使杠杆保持水平平衡,且弹簧测力计示数最小,则弹簧测力计对杠杆的拉力方 向是 竖直向上 。(4)此实验多次改变挂在支点O两边钩码的质量和悬挂位置,收集杠杆平衡时 多组动力、动力臂、阻力和阻力臂的数据,其目的是 寻找普遍规律 (选填 “减小误差”或“寻找普遍规律”)。,实验二 探究滑轮组的
19、机械效率,【命题点】 1.实验原理= 。,2.实验测量工具(弹簧测力计和刻度尺)。 3.弹簧测力计的使用和读数。 4.滑轮组的绕线。 5.弹簧测力计要沿竖直方向缓慢匀速拉动,保证绳子自由端拉力的大小等于 弹簧测力计的示数。 6.绳子自由端移动的距离s与物体上升高度h的关系。,7.绳子自由端的拉力与被提升物体重力的关系。 8.影响滑轮组机械效率的因素(被提升物体重力、动滑轮的重力、绳子的重 力、绳子与滑轮间的摩擦力)。 9.滑轮组的机械效率与物体上升高度h无关。 10.控制变量法的应用: (1)探究滑轮组机械效率与被提升物体重力的关系(保证滑轮组和绕线方式相 同,改变所吊钩码的个数)。 (2)探
20、究滑轮组机械效率与动滑轮重力的关系(保证滑轮组所吊钩码的个数一 定,换用不同重力的动滑轮)。,11.有用功的计算(W有=G物h);总功的计算(W总=Fs)。 12.额外功的计算(一般情况下,忽略绳重和摩擦):W额=G动h或W额=W总-W有。 13.数据的分析和处理以及机械效率的计算。 14.提高滑轮组机械效率的方法: (1)在额外功不变的情况下,增加有用功(增加钩码的个数以增大被提升物体 的重力); (2)在有用功不变的情况下,减小额外功(减小绳子和动滑轮的重力;减小绳子 与滑轮间的摩擦力)。,例2(2018泰安)图甲是某学习小组“测量滑轮组的机械效率”的示意图。用 弹簧测力计竖直向上拉动绳子
21、自由端,将重为4.5 N的物体从A位置提升到A 位置,同时弹簧测力计从图中的B位置上升到B位置,在这个过程中,弹簧测力 计的示数如图乙所示。请你根据他们做的实验完成下列问题。,(1)物体提升的高度是 5.0 cm,拉力是2 N,该滑轮组的机械效率= 75% ; (2)若在图甲装置的基础上,增加一个动滑轮,改为图丙所示的装置,提升同一 物体,则滑轮组的机械效率 变小 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。,命题思路 该题考查学生对于“探究滑轮组机械效率”实验的理解和掌 握。(1)读出BB之间的距离,根据滑轮组的特点求出物体上升的高度;根据测 力计的分度值读出测力计示数;知道物体重力和物体升高的距
22、离,求出绳子自 由端移动的距离,读出弹簧测力计的示数,根据= 求出机械效率。 (2)根据 额外功的变化判定机械效率的变化。,实验三 探究斜面的机械效率,【命题点】 1.实验原理= 。,2.实验测量工具(弹簧测力计和刻度尺)。 3.弹簧测力计的使用和读数。 4.弹簧测力计要沿与斜面平行的方向缓慢匀速拉动,保证物体与斜面摩擦力 的大小等于弹簧测力计的示数。 5.控制变量法的应用: (1)探究斜面机械效率与斜面倾斜角度的关系(保证斜面粗糙程度和物重相同,改变斜面倾角的大小)。,(2)探究斜面机械效率与斜面粗糙程度的关系(保证倾角和物重相同,改变斜面粗糙程度)。 (3)探究斜面机械效率与物重的关系(保
23、证斜面粗糙程度和倾角相同,改变物重)。 6.有用功的计算(W有=G物h);总功的计算(W总=Fs)。 7.额外功的计算(W额=F摩擦s或W额=W总-W有)。,8.数据的分析和处理以及机械效率的计算 。,9.斜面在生活中的应用(如:楼梯、盘山公路等)。,例3(2018山西模拟)小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省 力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系,如图所示。她首先 测出小车重,然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车,调节斜面倾斜角的大小多 次测量,得到下表所示的数据:,(1)请你替小芳在表中的空格处填上适当的数据。 (2)分析表中的数据,可以得出的探究结论是:斜面倾斜角度越小
24、,斜面越省力, 斜面的机械效率越低。 (3)实验过程中拉力的方向应与斜面平行。 (4)若想探究斜面的机械效率与物重的关系,则要保持斜面倾斜角度不变,斜 面的光滑程度不变,只改变小车的重。,命题思路 该题考查学生对于“探究斜面机械效率”实验的理解和掌握。 (1)根据表中数据分别求出有用功、总功,根据机械效率公式求出斜面的效 率;(2)纵向分析表中实验数据,找出不变的量和变化的量,分析实验数据得出 结论;(3)利用斜面提升重物,额外功主要是克服摩擦力而做的功,拉力方向必 须与摩擦力方向保持在同一条直线上;(4)根据控制变量法,若想探究斜面的 机械效率与物重的关系,必须控制其他影响机械效率的因素不变。,
