资源简介

(共91张PPT)
第12课时　简单机械
[课标要求]
1．知道简单机械．探究并了解杠杆的平衡条件．
2．知道机械效率．了解提高机械效率的意义和途径．
3．能说出人类使用的一些机械．了解机械的使用对社会发展的作用．
一、杠杆
1．定义：在力的作用下能绕着 转动的 棒．
固定点
硬
2．杠杆作用的五要素(如图所示)：
(1)支点(O)：杠杆可以绕其转动的点．
(2) (F1)：使杠杆转动的力．
(3) (F2)：阻碍杠杆转动的力．
(4)动力臂(l1)：从支点到 作用线的距离．
(5)阻力臂(l2)：从支点到 作用线的距离．
动力
阻力
动力
阻力
3．杠杆平衡：杠杆在动力和阻力作用下处于静止状态，叫作杠杆平衡．
4．杠杆平衡条件
动力× ＝ ×阻力臂，即F1l1＝F2l2.由杠杆的平衡条件可知，力和力臂的大小成 ，即力臂越长，力越 ．计算时，动力和阻力的单位都是N，动力臂和阻力臂的单位也要一致．
动力臂
阻力
反比
小
5．杠杆的分类
项目 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆
图示
力臂 动力臂 阻力臂 动力臂 阻力臂 动力臂 阻力臂
力 ____力 ____力 不省也不费
大于
小于
等于
省
费
项目 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆
距离 距离 距离 不省也不费
应用 羊角锤、铡刀、撬棒、钢丝钳、动滑轮等 船桨、钓鱼竿、镊子、筷子等 天平、定滑轮等
费
省
二、滑轮
种类 定滑轮 动滑轮 滑轮组
定义 轴固定不动 轴随物体一起运动 动滑轮和定滑轮的组合
实质 杠杆 的杠杆
等臂
动力臂是阻力臂2倍
改变力的
方向
省力
省力
改变力
的方向
省力
力的方向
s＝h
s＝2h
s＝nh
三、机械效率
1．三类功
(1)有用功：为了达到目的必须要做的功，用W有表示．
(2)额外功：对达到某一目的没有用但又不得不做的功， 用W额表示．
(3)总功： 和 的总和，用W总表示．
有用功
额外功
有用功
总功
小于
提升的物重
动滑轮重
拓展：(1)机械效率是一个比值，没有单位，一般用百分数表示．
(2)现实中，使用任何机械都难免要做额外功，有用功总小于总功，所以机械效率总小于1.
[考点微判]
判断下列说法是否正确
(1)阻力臂就是支点到阻力作用点的距离( )
(2)动力臂越长的杠杆越省力( )
(3)杠杆只有静止在水平位置才处于平衡状态( )
(4)在使用杠杆的过程中，不可能既省力又省距离( )
(5)动滑轮一定能省一半的力( )
×
×
×
√
×
(6)使用机械设备做功越快，其效率越高( )
(7)额外功越少，机械效率越高( )
(8)通过改进机械的性能可以使机械效率达到100%( )
×
×
×
1．杠杆类型的判断
如图所示的杠杆是 (选填“省力”或“费力”)杠杆，但 (选填“省”或“费”)距离．
省力
费
2．定滑轮和动滑轮
如图甲所示，旗杆顶部的滑轮为 滑轮，它可以 ；如图乙所示，电动起重机吊钩处的滑轮为 滑轮，它可以 ．
定
改变力的方向
动
省力
3．轮轴及其特点
如图所示均为简单机械的—种，它们都属于 (选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”)，它们都可以 ，但不能省功．
轮轴
省力
4．斜面及其特点
如图所示，汽车沿着盘山公路可以驶上高耸入云的山峰．之所以把盘山公路修成这样，是因为盘山公路相当于简单机械中的 ，使用它可以 ．
斜面
省力
杠杆力臂作图
[例1]　用羊角锤拔钉子的情景如图所示，请你画出动力F1的力臂示意图．
[解析]　由图可知，杠杆的支点在O点，过支点O作垂直于F1作用线的垂线段， 可得其力臂l1.如图所示．
[规律方法]　(1)关于杠杆的力臂作图，首先根据实物的特点抽象出杠杆的支点，之后再抽象出动力与阻力及其作用点，确定力的作用线，画出杠杆的五要素．
(2)力臂要用带双箭头的实线并加上垂直符号表示，标注符号l，不能有遗漏．
【跟踪练习】
1．(2022 吉安模拟)如图所示，OAB是轻质杠杆，在OA的中点挂一个20 N的重物．请在B点画出使OA在水平位置保持静止的最小动力F和重物所受重力G的示意图(保留作图痕迹)．
答案：如图所示
解析：图中物体的重心已画出，从重心画竖直向下的有向线段，用G表示，并标出力的大小为20 N；
由图知，O为支点，作用在B点的动力，以OB为力臂是最长的力臂，此时动力是最小的，连接OB，从B作OB的垂线，方向向上．
杠杆平衡条件及应用
[例2]　(2022 江西模拟)江西景色迷人，记者拍摄的一幅江西水乡画面如图所示．图中船夫用船桨划水时，船桨是__________(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆；当空船静止在水面时，船受到的重力和水对船的浮力是一对____________(选填“相互作用力”或“平衡力”)．
费力
平衡力
[解析]　因为船桨在使用过程中，动力臂小于阻力臂，所以是费力杠杆，但省距离；当空船静止在水面时，船受到的重力和水对船的浮力是一对平衡力．
【跟踪练习】
2．俯卧撑可以看成是一个杠杆，如图所示，A为重心，O为支点，支撑点B，手臂垂直．画出动力(支撑力)的方向，动力臂是________ m，假如人的体重是500 N，则支撑力是________ N.
1.5
300
解析：由题意可知，人的手臂在竖直方向上，动力的方向是竖直向上的，动力作用在B点上，如图所示．
根据力臂的定义可知，动力臂的大小为L1＝ 1.5 m；根据杠杆平衡的条件可得FL1＝GL2，则F×1.5 m＝500 N×0.9 m，解得F＝300 N.
杠杆分类
[例3]　如图所示的工具中，属于费力杠杆的是(　　)
D
[解析]　开瓶器在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A不合题意；核桃夹在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故B不合题意；钳子在使用过程中，动力臂大于阻力臂， 是省力杠杆，故C不合题意；食品夹在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故D符合题意．
[规律方法]　此题考查的是杠杆的分类和特点，主要包括以下几种：(1)省力杠杆，动力臂大于阻力臂，省力但费距离；(2)费力杠杆，动力臂小于阻力臂，费力但省距离；(3)等臂杠杆，动力臂等于阻力臂，既不省距离也不省力．
【跟踪练习】
3．多功能车用安全锤如图所示．螺丝起子在使用时，相当于一个________(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆．榔头的前端做得很尖锐是通过减小受力面积来增大________(选填“摩擦力”或“压强”)．
省力
压强
解析：安全锤上配备的螺丝起子在使用时，动力臂大于阻力臂，因此属于省力杠杆；榔头的前端做得很尖锐是在压力一定时，通过减小受力面积来增大压强．
[例4]　用下列方法匀速提升同一重物，若不计绳子、滑轮的重力及摩擦，其中最省力的是(　　)
滑轮及滑轮组
C
【跟踪练习】
4.(2021·南昌模拟)如图所示，小可用动滑轮匀速提起100 N的水桶，若不计绳重、滑轮重及摩擦，则人拉绳A端的动力为______ N；实际测量A端的拉力为55 N, 不计绳重及摩擦，则滑轮重为________ N.
50
10
[例5]　(2022 新余模拟)小李利用如图所示的滑轮组将400 N的物体匀速向上提升了2 m，已知每个滑轮的重力是20 N，忽略绳重、绳子与滑轮之间的摩擦力．求：
(1)小李的拉力；
[答案]　(1)210 N
机械效率的相关计算
(2)绳子自由端移动的距离．
[答案]　(2)4 m
[解析]　(2)绳子自由端移动的距离s＝nh＝2×2 m＝4 m.
[规律方法]　几种常见简单机械的机械效率
【跟踪练习】
5．如图所示的甲，乙两套装置，每个滑轮的质量均相等，用它们分别将重力为G1和G2的重物匀速提升一定高度，所用竖直向上的拉力大小分别为F1和F2，忽略绳重和摩擦．若F1＝F2，则G1________G2；若G1和G2相等，则它们的机械效率η1_______η2.(两空均填“＞”“＝”或“＜”)
＜
＝
实验一　探究杠杆的平衡条件
常考命题点
[设计与进行实验]
1．实验装置图
2．杠杆的调整
(1)实验前调节杠杆在水平位置平衡：避免 对实验结果的影响，便于多次确定平衡位置．
(2)实验前杠杆在水平位置平衡的调节：左高向 调，右高向 调，实验过程中 调节平衡螺母．
(3)实验时调节杠杆水平平衡的目的：便于测量 ．
杠杆自重
左
右
不能
力臂
3．表格设计
序号 动力F1/N _____________ __________ 阻力臂L2/cm
1
2
3
…
动力臂L1/cm
阻力F2/N
4.进行实验
在杠杆的左右两端分别用细线依次悬挂个数不同的钩码，先确定F1的大小和动力臂L1的大小，再选择适当的阻力F2，然后移动阻力作用点，改变阻力臂L2的大小，直至杠杆平衡，分别记录下此时动力F1、动力臂L1、阻力F2和阻力臂L2的数值，并填入实验记录表格中．
[分析数据与结论]
5．实验结论：杠杆的平衡条件：动力× ＝ ×阻力臂(F1L1＝F2L2)．
[交流与反思]
6．将钩码换成弹簧测力计的好处：方便改变力的 且能直接读出力的大小．
动力臂
阻力
方向
7．多次实验的操作和目的
操作：多次改变 进行实验．
目的：使得出的结论更具有普遍性．
钩码的个数和钩码悬挂的位置
[例6]　小明和同学们探究杠杆的平衡条件．
【设计实验与进行实验】
(1)为了避免__________对实验的影响，实验前把杠杆中心支在支架上，杠杆静止在如图甲所示的位置，此时杠杆________(选填“达到”或“没有达到”)平衡状态，接下来应向______(选填“左”或“右”)调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，这样做的目的是______________．
杠杆自重
达到
右
便于测量力臂
(2)在已调水平平衡的杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码位置，使杠杆水平平衡，记录多组数据，这样做的目的是____________________________________________________，实验记录的数据如下表.
实验次数 动力F1/N 动力臂1/cm 阻力F2/N 阻力臂L2/cm
1 0.5 10 1 5
2 2 15 1.5 20
3 1.5 10 3 5
避免偶然性对实验结果的影响，使实验结论具有普遍性
【分析与论证】
(3)分析表中数据，杠杆平衡条件应为：_________________________
_______________________.
【补充设问】
(4)根据一次实验数据，小华立即分析得出杠杆的平衡条件，他这种做法的不足是_____________________．
动力×动力臂＝阻力×
阻力臂(或F1L1＝F2L2)
一次实验具有偶然性
(5)如图乙，当在杠杆左侧A位置挂3个钩码，在右侧B位置挂______个相同的钩码(图中右侧钩码未画出)的时候，杠杆在水平位置平衡．此时，如果在杠杆两侧的A、B位置各加挂1个相同的钩码，杠杆将___________(选填“保持平衡”“顺时针转动”或“逆时针转动”)．
(6)题图乙中，在B位置悬挂钩码使其在水平位置平衡，若此时将杠杆左右两侧所挂的钩码各向远离支点O的方向移动1小格，则杠杆______(选填“左”或“右”)端将下降．
4
逆时针转动
右
(7)如图丙所示，小明在A位置挂一个弹簧测力计，在B位置挂了2个钩码．现将弹簧测力计从C位置移到D位置，在此过程中杠杆始终在水平位置保持平衡，则弹簧测力计示数______(选填“变大”“变小”或“不变”)，原因是____________________．
变小
动力臂变大
(8)如图丁所示，是用手托起重物的示意图，图中前臂可以看作是一个________(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆，此杠杆的支点是图中的________点．假如托起6 N的重物，请你根据如图所示，估算出手臂要用的动力大约是________N.
费力
C
48
3．实验装置
4．进行实验
(1)用弹簧测力计先测出被提升物体的重力G；
(2)匀速拉动弹簧测力计，使物体升高，读出弹簧测力计的示数F；
(3)当物体上升到一定位置时，用刻度尺测出 和绳子自由端移动的距离s.
物体上升的高度h
低
高
[交流与反思]
7．提高滑轮组机械效率的方法
(1)用同一滑轮组，提升物体的重力越大，滑轮组的机械效率越 ；
(2)所挂重物相同时，动滑轮越 ，滑轮组的机械效率越高；
(3)减小机械摩擦．
高
轻
[实验注意事项]
8．(1)弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳子的目的：_______________ ___________________；
(2)滑轮组机械效率的影响因素：物体的重力、绳子与滑轮间的摩擦力、 ；
(3)提高滑轮组机械效率的方法：增加提升物体的重力、减小动滑轮重力、减小机械间的摩擦．
使拉力大小等于
弹簧测力计的示数
动滑轮的重力
[例7]　如图所示，在“探究滑轮组的机械效率与物重的关系”实验中：
【设计实验与进行实验】
(1)实验原理：η＝_________________________.
(2)实验器材：定滑轮和动滑轮各一个、钩码若干、______________、__________、铁架台、细线．
(3)实验中要分别记下物体和弹簧测力计的起始位置，是为了_________________________________________________________．
弹簧测力计
刻度尺
测量物体和弹簧测力计移动的距离，从而计算有用功和总功
(4)如图所示，在实验操作中拉力的方向应__________、__________拉动弹簧测力计．用滑轮组做了三次实验，实验数据记录如下表：
实验次数 1 2 3
钩码重G/N 2 4 6
钩码上升的距离h/m 0.1 0.1 0.1
有用功W有/J 0.2 0.4 0.6
弹簧测力计的读数F/N 1.2 1.6 2.2
竖直向上
匀速
实验次数 1 2 3
弹簧测力计上升的距离s/m 0.3 0.3 0.2
总功W/J 0.36 0.48
机械效率 56%
(5)表中第3次实验数据有错误，改正后计算出总功为________．
(6)根据第2次实验数据计算出的机械效率为________．
(7)比较3次实验数据，分析得出：使用同一滑轮组，增大________可以提高滑轮组的机械效率．
(8)若将此滑轮组换一种绕绳方法，不计摩擦及绳重，滑轮组的机械效率将______(选填“变大”“变小”或“不变”)．
0.66
83%
物重
不变
【实验结论】
(9)滑轮组的机械效率还与滑轮与轴间的摩擦及动滑轮重有关，同一个滑轮组，提升钩码重相同时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越________(选填“高”或“低”)，且与提升钩码的高度无关．
低
【补充设问】
(10)塔吊是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备，为提高滑轮组机械效率节约电能，根据以上结论和生活经验，你建议可采取的措施有________．
A．减轻动滑轮重
B．增加所提物体重
C．机械加润滑油
D．增加重物上升高度
ABC
[江西真题]
命题点1　杠杆类型的判断
1．(2017·江西)如图所示，是小英用扫帚打扫地面卫生的情景，此时扫帚属于________(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆．平时用力扫地，是通过__________的方法来增大摩擦，可使地面打扫得更干净．
费力
增大压力
命题点2　杠杆作图
2．(江西真题组合)判断下列说法是否正确
(1)动力F的力臂为L.( )
×
(2)作用在鱼竿上的阻力及其阻力臂( )
×
(3)作用在杠杆上动力F的力臂L( )
×
(4)施加在门把手上动力F的力臂( )
√
命题点3　探究杠杆的平衡条件
3．(2021·江西)【探究名称】　探究杠杆的平衡条件．
【猜想与假设】
猜想一：动力×动力臂＝阻力×阻力臂；
猜想二：动力×支点到动力作用点的距离＝阻力×支点到阻力作用点的距离．
【设计实验与进行实验】
(1)如图甲所示，应将杠杆两端的螺母向________(选填“左”或“右”)调节，使杠杆在水平位置平衡．
(2)如图乙所示，小明同学挂上钩码并调节钩码的位置，使杠杆水平平衡，记录的数据如下表．
左
(3)改变钩码的________和钩码的位置，重复上述实验两次，记录的数据如下表.
实验次数 动力F1/N OB间距离/cm 阻力F2/N OA间距离/cm
小明 1 1.0 5 0.5 10
2 1.5 10 1.0 15
3 1.0 10 2.0 5
小红和小明 4 0.8 15 1.0 10
5 1.4 15 1.0 10
数量
【分析与论证】
根据小明同学的数据可验证猜想________(选填“二”或“一和二”)是正确的．而小红同学则认为小明同学每组数据中的力臂恰好都等于支点到力的作用点的距离，具有一定的特殊性，还应改变动力或阻力的______进行实验．
于是，小红同学协助小明同学按图丙方式进行实验，获得表中后两组数据．综合分析表中数据可验证猜想________是错误的．若要验证另一种猜想是否正确，必须添加的测量工具是________．
通过以上研究，小明同学真正理解了力臂是支点到___________的距离．
一和二
方向
二
刻度尺
力的作用线
4．(2019·江西)如图所示是小鹰和小华同学用于探究杠杆平衡条件的实验装置．
(1)实验前，小鹰和小华同学发现实验装置如图甲所示．为了使杠杆在水平位置平衡，他们应将左端的螺母向左调或将右端的螺母向________调．
(2)实验中，两位同学在杠杆的左右两侧加挂钩码，如图乙所示．如果两人决定只改变左侧钩码的位置，则向________移动，才能使杠杆在水平位置重新平衡．改变钩码的个数及位置，进行多次实验．
(3)实验后，两位同学将所测得的数据分析处理，最终得到杠杆的平衡条件为________________________________．
左
右
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
命题点4　滑轮、滑轮组及其机械效率的相关计算
5．(2022·江西)明代学者宋应星(江西人)著有《天工开物》，如图所示，是书中描绘古代劳动人民用桔槔汲水的场景．桔槔属于__________(选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”)，使用时，机械效率η_________(选填“＞”“＜”或“＝”)1.
杠杆
＜
解析：使用桔槔时，桔槔能绕悬挂点转动，桔槔属于杠杆；
用桔槔汲水时，要提升桔槔、水桶做额外功，使得有用功小于总功，机械效率η＜1.
6．(2021·江西)如图所示的滑轮组，在拉力F作用下物体A以0.1 m/s的速度匀速上升，则绳子自由端移动的速度是______m/s；若以动滑轮为参照物，物体A是________的．
0.2
静止
解析：由题可知，物体移动的速度v物＝0.1 m/s，且n＝2，即s＝nh，所以绳子自由端移动的速度：vF＝nv物＝2×0.1 m/s＝0.2 m/s；物体运动时，动滑轮和物体A一起运动，物体A和动滑轮之间没有发生位置的改变，所以，以动滑轮为参照物，物体A是静止的．
7．(2020·江西)(多选)如图所示，将重6 N的物体匀速拉高20 cm，在此过程中，不计滑轮装置自重、绳重和摩擦，以下说法正确的是(　　)
A．绳子自由端被拉下1.2 m
B．绳子对地面的拉力为1 N
C．对物体所做的功为1.2 J
D．横梁受到的拉力为9 N
CD
8．(2019·江西)如图所示，重力为G的物体在不同简单机械中均处于平衡状态(不计机械自重和摩擦)，拉力F1、F2、F3、F4的大小关系是
(　　)
A．F2B．F2C．F4＝F2D．F4B
[视野拓展]
1．(2022·邵阳)如图所示，滑轮组下面悬挂一重为12 N的物体，在竖直向上的拉力F的作用下，该物体在10 s内被匀速提升了0.5 m，拉力F的大小为5 N．关于该滑轮组，下列计算结果正确的是(　　)
A．绳子自由端移动的距离是1 m
B．有用功为0.6 J
C．总功为5 J
D．该装置的机械效率为80%
D
2．(2022·成都)如图是小兰在练习“斜身引体”项目时的情景．把人体视为杠杆，O为支点，动力等效为F1.请画出F1的力臂L1.
解析：将F1反向延长，从支点做反向延长线的垂线段，是力臂L1，如图所示：

展开更多......

收起↑