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(共60张PPT)
第8讲　简单机械
第1课时　杠杆　滑轮
知识梳理·夯基础
知识点1杠杆(6年2考)
定义 在______的作用下能绕着___________的硬棒
杠杆的五要素 支点 杠杆绕着转动的固定点O 图示
动力 使杠杆转动的力F1
阻力 阻碍杠杆转动的力F2
动力臂 从支点到动力F1作用线的距离l1
阻力臂 从支点到阻力F2作用线的距离l2
力
固定点转动
图说物理
如图所示为探究杠杆平衡条件的实验情景,此时杠杆两边分别挂上不同钩码后在水平位置平衡,若直尺上标注的一个大格长度为1 cm,则左右两侧钩码所对应的力臂大小分别是________cm和________cm。
3
4
知识点2杠杆的平衡条件及分类(6年4考)
1.杠杆的平衡条件:___________________________,即________。
动力×动力臂=阻力×阻力臂
F1l1=F2l2
2.杠杆的分类
类型 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆
示意图
力臂关系 l1>l2 l1力的关系 F1F2 F1=F2
特点 省力但________ 费力但________ 既不省力也不费力,既不省距离也不费距离
应用 铡刀、瓶盖起子、手推车、钢丝钳等 钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪刀等 天平、定滑轮
费距离
省距离
图说物理
1.如图所示,用杠杆撬动石头的过程中,该杠杆属于________杠杆;在力的方向不变的情况下,要想用更小的力撬起石头,则他的手应该向 ________支点O的方向移动。
省力
远离
2.如图所示是赛艇的一个比赛情景,在划水的过程中,水对桨的力是________力,水对艇的力是________力;桨可以看作是一个杠杆,则运动员作用于桨上的力是________力,水对桨的力为________力,此杠杆属于________杠杆。
动
阻
动
阻
费力
温馨提示 利用杠杆的平衡条件进行计算时,动力和阻力的单位要统一,动力臂和阻力臂的单位也要统一。
知识点3滑轮(6年5考)
种类 定滑轮 动滑轮 滑轮组
图示
力臂关系 l1=l2 l1=2l2 —
动力情况(不计绳重和摩擦) F1=F F2=________(滑轮的质量不计) F3=________,
F4=________
(滑轮的质量不计)
种类 定滑轮 动滑轮 滑轮组
动力方向 ________ ________ 既可以改变,也可以不改变
绳子自由端移动的距离s s=h s=2h s=________
(n是吊着动滑轮的绳子段数)
实质 等臂杠杆 动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆 —
改变
不改变
nh
图说物理
1.从力的要素方面看,定滑轮的工作特点是_____________________________。观察图所示的科学漫画,漫画中大人、小孩、袋子重分别为G1、G2、G3,则三者大小关系为___________。
不省力,但可以改变力的方向
G1>G3>G2
2.如图所示的滑轮组,已知物体的重力为150 N,一个重为500 N的人在地面用100 N的拉力拉着物体匀速上升(不计绳重、轮与轴间摩擦,每股绳子的最大承重400 N),用此滑轮组所能提起的最大物重是______ N,此时人的拉力为________N。
750
400
知识点4其他简单机械(6年1考)
1.斜面:与水平面成一定夹角的倾斜平面,是一种________、________的简单机械,如:盘山公路。
2.轮轴:由具有公共转轴的轮和轴组成的简单机械,可以看成是杠杆的变形,如:门把手、方向盘、板手。
省力 　费距离
1.杠杆是一种模型,可以是直的,也可以是弯的。
(　　)
2.杠杆上所受的动力和阻力的作用点一定作用在杠杆上,而对应的力臂不一定在杠杆上。(　　)
3.我们使用简单机械的目的是省力,费力杠杆是没有用的。(　　)
4.省力杠杆不能改变用力的方向。(　　)
5.使用动滑轮一定能省一半的力。(　　)
6.所有的滑轮组既能省力也能改变用力方向。(　　)
7.楼梯是一种省力的简单机械。(　　)
8.骑自行车既能省力也能省功。(　　)
√
√
×
×
×
×
√
×
实验突破 克疑难
实验 探究杠杆的平衡条件
【实验要点】
1.实验操作
(1)实验前,调节螺母,使杠杆在水平位置平衡(①调节目的:便于测量力臂;②调节方法:杠杆哪端高向哪调,即“左高左调,右高右调”)。
(2)实验时,改变悬挂的钩码个数(动力F1、阻力F2),移动其悬挂的位置,使杠杆仍在水平位置平衡。
(3)读取力与力臂(①动力和阻力:大小等于所挂钩码的重力。②力臂:通过杠杆上的刻度值直接读出)
2.实验结论:杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂或用公式F1l1=F2l2。
3.交流与评估
(1)实验过程中不能再调节平衡螺母。
(2)使支点处于杠杆中央的目的:消除杠杆自身重力对实验造成的影响。
(3)弹簧测力计的使用和读数:沿竖直方向拉动弹簧测力计。
(4)测量多组数据的目的:避免偶然性,使得出的结论具有普遍性。
4.实验拓展:用弹簧测力计代替杠杆一侧的钩码。
(1)实验目的:便于正确认识力臂。
(2)判断力的变化:当弹簧测力计从竖直方向变成倾斜方向拉杠杆时,拉力的力臂变小,弹簧测力计的示数变大。
【例】 如图所示是探究杠杆平衡条件的几个实验情景:
【实验设计】
(1)小王同学利用相关器材做探究杠杆平衡条件的实验,他在调节杠杆在水平位置平衡时,发现杠杆右端下沉。应把杠杆右端的平衡螺母向________(选填“左”或“右”)调节。
(2)同组的小张同学提出疑问:实验时为什么要使杠杆在水平位置平衡 你认为这样做的好处是_______。
(3)小明认为应做多次实验,其目的是:_______。
左
便于测量力臂,并消除杠杆自重对实验结果的影响
得到普遍规律,使实验结论更具有普遍性
【实验操作】
(4)如图甲所示,实验前杠杆左端下沉,则应将左端的平衡螺母向________(选填“左”或“右”)调节,直到杠杆在水平位置平衡。
(5)在杠杆两端挂钩码,不断改变动力或动力臂的大小,调节阻力或阻力臂的大小,使杠杆在原来的位置重新平衡,记录数据如表。根据表中的数据你得出杠杆的平衡条件是:________________。
实验次序 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1 2 5 1 10
2 2 10 2 10
3 3 10 2 15
右
F1l1=F2l2
【实验结论及其应用】
(6)根据表格中第2次实验数据有同学得出杠杆的平衡条件是:动力+动力臂=阻力+阻力臂。他得出此错误结论的原因是:________________________。
(7)如图乙所示,杠杆上的刻度均匀,在A点挂4个钩码,要使杠杆在水平位置平衡,应在B点挂________个相同的钩码;当杠杆平衡后,将A、B两点下方所挂的钩码同时朝远离支点O方向移动一小格,则杠杆________(选填“能”或“不能”)在水平位置保持平衡。
一次实验不具有普遍性
2
不能
(8)有的同学认为,杠杆平衡条件是: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,你认为他的看法是________(选填“正确”或“错误”)的,验证你的观点的简单做法是______________。
错误
使杠杆不在水平位置平衡,测量力的大小
【拓展设问】
(9)如图丙所示,若不在B点挂钩码,改用弹簧测力计在B点向下拉杠杆,使杠杆仍在水平位置平衡,当测力计从a位置转动到b位置时,其示数大小将________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(10)实验结束后,小明提出了新的问题:“若支点不在杠杆的中点时,杠杆的平衡条件是否仍然成立 ”于是小组同学利用如图丁所示装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置,用弹簧测力计竖直向上拉,使杠杆处于平衡状态,测出拉力的大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是受________(填字母a.杠杆自重　b.钩码重力)的影响。
变大
a
考点过关 提能力
考点1杠杆
考向1　杠杆的五要素
【例1】 (2023·龙湖区一模)如图所示是我国古代《墨经》记述的有关杆秤的杠杆原理,此时杆秤处于平衡状态,以下关于它的说法不正确的是(　　)
A.“标”“本”表示力臂
B.“权”“重”表示力
C.提纽相当于支点
D.增大“重”时,应把“权”靠近O点
D
1.一位母亲推着婴儿车行走,当前轮遇到障碍物时,母亲向下按扶把,若把婴儿车视为杠杆,这时杠杆的支点在　后轮　;当后轮遇到障碍物时,母亲向上抬起扶把,这时杠杆的支点在　前轮　(均选填“前轮”或“后轮”)。
考向2　探究杠杆平衡的条件
【例2】 (2023·达州)在学习了密度、浮力、杠杆的相关知识后,小丽同学根据杠杆的平衡条件测出了一个物块的密度,请帮她将下列步骤补充完整。(g取10 N/kg,ρ水=1.0×103 kg/m3)
(1)相邻两刻度间距离相等的轻质杠杆静止在如图甲所示的位置,此时杠杆　是　(选填“是”或“不是”)处于平衡状态,为了使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向　右　(选填“左”或“右”)调节。
(2)调节杠杆水平平衡后,用细线将物块挂于杠杆左侧,将3个钩码挂于右侧,杠杆仍处于水平平衡,如图乙所示,每个钩码质量100 g,则物块质量为　400　g。
(3)将该物块浸没在装有水的烧杯中,调节右侧钩码的位置,使杠杆处于水平平衡,如图丙所示,则物块在水中所受浮力为　2　N。
(4)物块的密度是　2×103　kg/m3。
(5)在探究杠杆平衡条件的实验中,多次改变钩码的位置和个数,收集多组数据的目的是　A　(选填字母)。
A.避免实验的偶然性,便于得到普遍规律
B.取平均值,减小误差
考向3　杠杆的平衡条件及其应用
【例3】 (2023·连云港)如图所示,每个钩码的质量为50 g,在均匀杠杆的A处挂2个钩码,B处挂1个钩码,杠杆恰好水平平衡。在A、B两处再各加1个钩码,那么
(　　)

A.杠杆仍水平平衡
B.杠杆的左边向下倾斜
C.杠杆的右边向下倾斜
D.将A处的钩码向左移动一格,杠杆仍能水平平衡
C
2.(2023·阳春市一模)如图所示,将长为1.5 m的轻质木棒平放在水平方形台面上,左右两端点分别为A、B,它们距台面边缘处的距离均为0.3 m。在A端挂一个重为15 N的物体,在B端挂一个重为G的物体。
(1)若G=15 N,台面受到木棒的压力为　30　N。
(2)若要使木棒左端下沉,B端挂的物体要小于3.75 N。
(3)若B端挂物体后,木棒仍在水平台面上静止,则G的取值范围为　3.75 N~60　N。
考向4　杠杆的分类
【例4】 一个杠杆的动力臂与阻力臂之比为2∶5,若此杠杆受到的阻力是10 N,则当动力为　25　N时,杠杆处于平衡状态,此杠杆是　费力　(选填“省力”或“费力”)杠杆。如图所示杠杆属于费力杠杆的是　de　(填序号)。
3.如图所示是一个指甲刀的示意图,它由三个杠杆ABC、OBD和OED组成,用指甲刀剪指甲时,下面说法正确的是(　　)
A.三个杠杆都是省力杠杆
B.三个杠杆都是费力杠杆
C.ABC是省力杠杆,OBD、OED是费力杠杆　　　
D.ABC是费力杠杆,OBD、OED是省力杠杆
C
4.如图是同学们常用的燕尾夹,AB=BC,当用力摁住C点打开该夹子时,可把B点看作支点,此时夹子可近似看作　等臂　(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。
考点2滑轮与滑轮组
【例5】 同一物体沿相同水平地面匀速移动,如图所示,拉力分别为F1、F2、F3、F4,不计滑轮与轻绳间的摩擦,比较它们的大小,则(　　)
A.F1F2>F3>F4　
C.F4>F1>F2>F3　 D.F4=F1>F2>F3
C
5.如图所示,用甲、乙、丙三种装置分别拉一重为10 N的物体,每个滑轮重均为1 N,不计绳重和绳子与滑轮间的摩擦,使用甲装置的好处是可以改变力的方向,使用乙装置水平匀速拉物体移动1 m,则绳子自由端移动　2　m,使用丙装置沿直线匀速拉动该物体,此时拉力F3=　5.5　N。
考点3简单机械作图
考向1　力臂作图
【例6】 (1)(2023·惠城区一模)如图所示,拉杆式旅行箱可看成杠杆。请画出拉杆箱在图示位置静止时受到重力的示意图和作用在A点的力F的力臂。
(2)(2023·龙华区二模)在如图中画出杠杆OAB受到的阻力F2以及动力臂L1的示意图。
(1)如图所示:
(2)如图所示:
解题金钥匙 (1)找点:首先在杠杆的示意图上,确定支点O;
(2)画线:用虚线画出动力作用线和阻力作用线的延长线;
(3)作垂线:从支点O向力的作用线引垂线,作出直角符号,则从支点到垂足的距离就是力臂;
(4)标力臂:最后用双箭头或大括号标出力臂,在中间标上字母L1或L2,分别表示动力臂或阻力臂。
考向2　最小力的画法
【例7】 (2023·霞山区二模)如图所示,画出使轻质杠杆保持平衡的最小力F的示意图和对应的力臂。
如图所示:
考向3　滑轮组的绕线方法
【例8】 用两个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组来拉动汽车,请在图中画出最省力的绕绳方法。
如图所示:
【解析】如图所示:的滑轮组有两种绕线方法,承担动滑轮钩子上拉力的绳子段数分别为3段和4段,4段时最省力。
解题金钥匙 (1)定点:在杠杆上找到距离支点最远的一点,即力的作用点;
(2)连线:连接该点与支点,该线段为最大动力臂;
(3)定向:过动力作用点作该点与其支点连线的垂线,根据动力和阻力使杠杆转动的方向相反,确定动力的方向,标上箭头及表示力的符号。
6.(2023·南沙区一模)如图所示,不计质量的轻质杆OA的A端放一重物,在绳子拉力作用下保持静止,O点是支点。
(1)请画出图中绳子对杆的拉力F1及对应的力臂L1。
(2)请画出重物对杆的压力F2的示意图。
如图所示:
【解析】先画出绳子对杆的拉力F1,方向是沿绳子方向斜向上的,作用点在B点;然后过支点作力F1作用线的垂线,标上垂足,用双箭头表示出这段距离,记为L1;
压力的方向总是垂直于受力面向指向被压物体的,所以重物对杆的压力F2作用在杆上,垂直于杆向下。
7.(2023·南山区二模)“节约用水,人人有责”,应养成随手关闭水龙头的好习惯。水龙头手柄可视为如图所示杠杆,A为支点,FB为阻力,若要关闭水龙头,请在C处画出用力最小的动力FC,并画出该力的力臂LC。
如图所示:
【解析】由题知,A为支点,动力作用在C点,以AC为动力臂是最长的力臂,根据杠杆平衡条件可知,此时动力最小;从C点作垂直于AC向下的作用力,即最小的动力FC。
8.如图所示,在A处或B处的虚框内添加一个滑轮,利用三个滑轮组成滑轮组,要求使用时最省力。添加滑轮并完成滑轮组绕法。
如图所示:
【解析】由题知,若在A处添加滑轮,是一个定滑轮,则滑轮组只有一个动滑轮,绕线后通过动滑轮绳子段数最多3段;若在B处添加滑轮,是一个动滑轮,绕线后通过动滑轮绳子段数最多4段,更省力。
聚焦广东 练真题
1.(2022·广东)分别使用图中四种装置匀速提升同一重物,不计滑轮重、绳重和摩擦,最省力的是(　　)
A
2.(2023·广东节选)杠杆在如图所示位置静止,此时杠杆________(选填“是”或“不是”)处于平衡状态。调节杠杆两端的螺母,使杠杆保持水平并静止,此操作可方便测量力臂,原因是此时____________________。
是
力臂在杠杆上,便于直接从杠杆上读出
3.如图所示,用一根硬棒通过支点O撬起石头,画出石头所受重力G的示意图以及力F1的力臂l。
如图所示:
4.如图所示,拉杆式行李箱在拉力F的作用下静止在斜坡上,请画出行李箱受到的重力G的示意图,以及拉力F对O点的力臂l。
如图所示:
5.(2022·广东)在“探究杠杆的平衡条件”实验中:
(1)小明安装好杠杆后,发现其左端下沉,如图甲所示,为使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向________调节。
右
(2)如图乙所示,杠杆调节平衡后,在A处悬挂3个钩码,每个钩码重0.5 N,如果在B处施加一个拉力使杠杆在水平位置再次平衡,当方向为________时,拉力最小,大小为________ N。
(3)课后,小明制作了一个简易杠杆,调节杠杆在水平位置平衡,然后在它两边恰当位置分别放上不同数量的同种硬币,使其在水平位置再次平衡,如图丙所示,则力臂l1∶l2=________,若两边同时各取走―枚硬币,则杠杆的________端将下沉。
竖直向下
2
2∶1
右
6.如图所示,质量为960 kg、底面积为0.5 m2的石材A放在水平地面上,利用滑轮组水平拉动A,使其在20 s的时间内匀速向墙靠近了4 m,水平拉力F=500 N,不计绳、滑轮组的质量以及绳与滑轮组之间的摩擦,g取10 N/kg。求拉力F的功率。
解:拉力移动的距离:sF=ns=2×4 m=8 m,
拉力做的总功:W总=FsF=500 N×8 m=4 000 J,
7.(2021·广东)杆秤是从我国古代沿用至今的称量工具,如图是小明制作的杆秤的示意图,使用时,将待称物体挂在秤钩上,用手提起B或C(相当于支点)处的秤纽,移动秤砣在秤杆上的位置D,使秤杆达到水平平衡时可读出待称物体的质量,此秤最大称量是10 kg,秤砣最远可移至E点。秤杆和秤钩的质量忽略不计,AB、BC、BE的长度如图所示(g取10 N/kg),求:
(1)提起哪处的秤纽,此秤的称量最大
(2)秤砣质量为多少
(3)当提起C处秤纽称一袋质量为2 kg的荔枝时,D与C之间的距离为多少
因BE>CE、ABGA',即提B处秤纽时,此秤的称量最大。
(2)由(1)可知,当提着B处秤纽、秤砣挂在E点、A点秤钩挂着质量为10 kg的物体时,秤杆可以在水平位置平衡,则可列式:GA·AB=G秤砣·BE。
由G=mg可得mA·AB=m秤砣·BE,
(3)当提起C处秤纽称一袋质量为2 kg的荔枝时,阻力臂为AC=AB+BC=0.02 m+0.03 m=0.05 m,
根据杠杆的平衡条件可列式:G荔枝·AC=G秤砣·CD。
由G=mg可得m荔枝·AC=m秤砣·CD,
8.(2023·广东)明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置——辘轳,沿用至今。如图甲是一种辘轳,由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时,用力使大轮转动,小轮随之转动并缠绕井绳,提起水桶。
(1)如图甲所示辘轳可视为不等臂杠杆,为方便提水,它是按照_______ (选填“省力”或“费力”)杠杆来设计的。用辘轳提水的某时刻示意图如图乙所示,它的支点是“A”“B”或“C”中的________点。
(2)设大轮与小轮的半径比为3∶1,水桶受到的总重力为90 N。使周长为3 m的大轮转动一圈,水桶匀速上升,井绳对水桶做功________ J;若要使辘轳静止在如图乙所示位置,作用在C点最小的力应为_______N。(不计井绳的粗细和自重)
(3)如图丙所示水龙头开关的设计也应用了同样的原理,为了更省力,开关应选用________(选填“①”或“②”)。
省力
B
90
30
①

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