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(共69张PPT)
第九讲　简单机械　功
1.知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。
2.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。
3.知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。
4.知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。
〈
〈
〉
＝
＝
不省
改变力的方向
省
不能
省力
改变力的方向
G物
2
2
3
1.[八下,P69,图9-1-10]我国古代记录传统手工技术的著作《天工开物》里记载了一种捣谷用的舂,如图所示,舂属于　 　(选填“省力”
“等臂”或“费力”)杠杆。如果想省力些,可将脚踩点适当　 .　
(选填“远离”或“靠近”)支点。
费力
远离
2.[八下,P72,图9-2-2]如图所示,关于旗杆顶部的滑轮,下列说法正确的是( )
A.使用了动滑轮,为了改变力的方向
B.使用了定滑轮,为了改变力的方向
C.使用了动滑轮,为了省力
D.使用了定滑轮,为了省距离
B
3.[八下,P81,图9-4-1]我们可以用两种方法来比较物体做功的快慢。如图甲、乙所示分别为工人用挖掘机和铁锹同时开始挖土到某时刻的情形。你认为　 　(选填“甲”或“乙”)方式做功较快,理由是　
　;另一种比较做功快慢的方法是　
　。
甲
挖土机在相同时间内,挖的土多
完成相同的功比较做功时间的长短
[典例1]如图所示,在均匀杠杆的A处挂3个钩码,B处挂2个钩码,杠杆恰好在水平位置平衡。若将两侧的钩码同时向外移动1格,那么杠杆( )
A.右侧向下倾斜
B.左侧向下倾斜
C.仍保持水平位置平衡
D.无法确定杠杆是否平衡
杠杆的平衡条件及应用
B
[变式训练]
1.如图所示,用弹簧测力计在A处竖直向下拉,当弹簧测力计逐渐向右倾斜至b处时,使杠杆仍然在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数将( )
A.变小 B.不变 C.变大 D.无法判断
C
2.(2023威海经开区模拟)如图所示为小明举着哑铃的前臂骨骼,可将其视为　 　(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆;假如小明肱二头肌对骨骼A点施加的拉力恒为500 N,且拉力方向始终与骨骼垂直,
OA∶OB=1∶4,则小明锻炼时能举起哑铃的最小质量为　 　kg。(g取10 N/kg,不计前臂自重)
费力
12.5
3.晚饭后,妈妈带着小涛和他两岁的妹妹到文化活动中心玩跷跷板,如图所示的转轴相当于杠杆的　 　,妈妈和妹妹的总重力比小涛的重力大,跷跷板水平平衡时,小涛比妈妈离转轴　 　(选填“远”或“近”);若妈妈放下怀抱中的妹妹(妈妈的位置不变),为了保持跷跷板水平平衡,小涛应适当　 　(选填“远离”或“靠近”)转轴。
支点
远
靠近
[典例2] (2023郴州)如图所示,O为支点,杠杆AB平衡时,画出施加在杠杆上最小动力F1的示意图。
杠杆作图
答案:如图所示
[变式训练]
4.如图甲所示是一个拔草神器,拔草时,拔草神器可以看成一个杠杆。图乙为其简化示意图,O为杠杆的支点,请在图乙中画出拔草时阻力F2的力臂l2以及作用在B点的最小动力F1。
答案:如图所示
甲
乙
[典例3](2023常德)如图所示小明组装了甲、乙两种滑轮,用来提升同一物体,G物=200 N(不计绳重、滑轮重和摩擦),要使物体竖直匀速提升2 m。下列说法正确的是( )
A.F甲=200 N,并向上移动4 m
B.F甲=100 N,并向上移动2 m
C.F乙=200 N,并向上移动1 m
D.F乙=400 N,并向上移动1 m
滑轮及滑轮组
甲
乙
D
[变式训练]
5.如图所示,用20 N的拉力向上拉动绳子,使重为50 N的物体5 s内匀速升高 5 m。(不计绳重和摩擦)则下列说法不正确的是( )
A.绳子自由端拉动的距离为15 m
B.动滑轮重为10 N
C.物体上升的速度为1 m/s
D.绳子自由端拉动的速度为6 m/s
D
[典例4](2023金昌)如图所示,小亮用滑轮组将装修材料运到楼上,请用笔画线代替绳子,帮他组装最省力的滑轮组。
答案:如图所示
[变式训练]
6.小明用滑轮组向左移动重物,请你画出最省力的绕绳方法。
答案:如图所示
[典例5]下列四幅图中,力对物体做功的是( )
判断物体是否做功
D
A.推车未推动
B.提着滑板水
平前行
C.搬石未搬起
D.用绳子提
升物体
[变式训练]
7.(2023临淄区模拟)如图所示,AC>BC,把同一物体分别沿斜面AC、BC推上顶端,推力分别为F1、F2,所做的功分别为W1、W2。在不考虑摩擦的情况下( )
A.F1B.F1>F2,W1>W2
C.F1=F2,W1=W2
D.F1A
功、功率、机械效率的比较与计算
[典例6]下列关于功、功率、机械效率的说法正确的是( )
A.功率越大的机器,做的功一定越多
B.机器的功率越大,机械效率一定越大
C.额外功与总功之比越小,机械效率一定越大
D.物体做的有用功越多,机械效率一定越大
C
[典例7](2022泰安)如图所示,利用滑轮组将重为80 N的物体在10 s内匀速提升3 m,已知拉力F为50 N,若不计绳重和摩擦,下列说法正确的是( )
A.绳端移动的速度为0.3 m/s
B.动滑轮重力为50 N
C.拉力做功的功率为40 W
D.滑轮组的机械效率为80%
D
[变式训练]
8.(2022达州)如图所示,小华用滑轮组水平向左匀速拉动A物体,A物体5 s内移动了100 cm,且A物体与水平地面的摩擦力大小为12 N,已知滑轮组的机械效率为80%,则下列说法错误的是( )
A.拉力F大小为4 N
B.绳子自由端移动的速度为0.6 m/s
C.拉力F做功的功率为3 W
D.拉力F在5 s内对滑轮组做的额外功为3 J
A
9.(2023广饶县模拟)如图所示,拉力F将重为100 N的物体匀速拉到
4 m高的斜面顶端,所用时间为20 s,克服摩擦所做的额外功为100 J,则拉力F的功率为　 　W,斜面的机械效率为　 　。
25
80%
10.(2023乳山模拟)某工地上,一个体重为600 N的工人,用如图甲所示的滑轮组和吊篮运送建材上楼,每次运送量不定,装置的机械效率随建材重力变化的图象如图乙所示,装置中摩擦力及绳重忽略不计,则该名工人使用此装置做功的最大机械效率是　 　。若该工人做功的最大平均功率是300 W,则此装置在一次提升最大重量建材时,建材上升的最大速度是　 　m/s。
83.3%
甲
乙
0.25
实验1　探究杠杆平衡的条件
　　　　　 　　　　 　　　　
[实验全面剖析]
一、实验器材
1.带刻度的杠杆(含支架):带刻度便于读出力臂。
2.钩码、铁架台、弹簧测力计。
二、过程及现象
1.实验前杠杆的调节:调节的原则是左高　 　调,右高　 　调,在实验的过程中　 　再调节平衡螺母。
2.实验过程中,调节钩码位置使杠杆在水平位置平衡的目的:　 .
　。
3.在实验的过程中,选择杠杆中点作为支点的目的:　 .
　。
4.将一端钩码换成弹簧测力计的好处:能直接测出拉力的大小,实验操作更加方便。
5.弹簧测力计从竖直拉杠杆变成倾斜拉杠杆,弹簧测力计示数会变
　 　,原因是拉力的力臂变　 　。
向左
向右
不能
便于测
量力臂
消除杠杆自重对
实验的影响
大
小
三、实验结论
杠杆的平衡条件是　 　,表达式为F1l1=F2l2。
动力×动力臂=阻力×阻力臂
例1(2021东营)如图所示是某实验小组探究“杠杆的平衡条件”的实验装置。
(1)挂钩码前,杠杆在如图甲所示的位置静止,此时杠杆处于　 　(选填“平衡”或“非平衡”)状态;要想使杠杆在水平位置平衡,接下来应将杠杆的螺母向　 　(选填“左”或“右”)侧调节。
(2)图乙是一个平衡的杠杆,此时若缓慢推动右侧钩码的悬线至图丙位置,就会发现杠杆　 　(选填“左端下沉”“仍然平衡”或“右端下沉”)。
(3)在探究过程中,需要进行多次实验的目的是　 .
　。
平衡
左
左端下沉
避免偶然性,寻找普遍
规律
(4)某同学提出,若支点不在杠杆的中点,杠杆的平衡条件是否仍然成
立 于是该小组利用如图丁所示的装置进行探究,在杠杆O点处挂上2个钩码,用弹簧测力计在A点处竖直向上拉,使杠杆在水平位置平衡,此时弹簧测力计示数为　 　N,以弹簧测力计的拉力为动力F1,钩码处绳子拉力为阻力F2,多次改变动力作用点的位置进行实验发现,当杠杆水平平衡时,F1l1总是　 　(选填“大于”“等于”或“小于”)F2l2,其原因可能是　 　。
(5)图丁中,弹簧测力计处在A点位置时,此杠杆属于　 　(选填“省力”或“费力”)杠杆,请举出它在生活生产中的一个应用实例:　
　。
2.3
大于
杠杆自重对杠杆平衡有影响
费力
钓鱼竿
[拓展延伸]
(6)图乙实验中,在杠杆两侧挂上钩码,调节钩码位置,使杠杆在水平位置平衡,这样做的目的是　 　。
(7)下列四个因素中,不会带来实验误差的是　 　(填字母)。
A.铁架台自身的重力足够大
B.单个钩码的重力不完全相等
C.悬挂钩码的绳套重力偏大
D.杠杆与转轴之间的摩擦偏大
可以直接从杠杆上读出力臂
A
(8)如图戊所示,实验小组在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
当拉力由倾斜变成竖直时,阻力、阻力臂不变,拉力F的力臂变大,根据杠杆的平衡条件可知,拉力会变小
(9)实验结束后,实验小组把两个质量不等的实心铜块分别挂在另一杠杆两端,此时杠杆恰好在水平位置平衡,然后再将两个铜块同时浸没在水中,如图己所示,则杠杆将　 　(选填“左端下沉”“右端下沉”或“仍然平衡”)。
仍然平衡
实验2　测滑轮组的机械效率
例2(2023淄川区模拟)小明在测量滑轮组机械效率实验中,利用如图1所示的滑轮组进行了多次测量,测得数据如表所示。
图1
序号 物重G/N 钩码上升高度h/m 动力 F/N 动力作用点移动距 离s/m 机械
效率η
1 1 0.1 0.7 0.3 47.6%
2 1 0.2 0.7 0.6 47.6%
3 2 0.1 1.1 0.3 60.6%
4 4 0.1 2 0.3
(1)滑轮组中动滑轮的作用是　 　,定滑轮的作用是　
　。
(2)第4次实验测得的机械效率η=　 　(结果精确到0.1%)。
(3)小明通过数据表发现:比较　 　两次实验数据可知,滑轮组机械效率与重物被提升高度无关;比较1、3、4三次实验数据可知,同一滑轮组,　 　越大,机械效率越高。
(4)小明进一步分析3、4两次数据,还发现第4次拉力做的有用功比第3次多　 　J,第4次拉力做的额外功比第3次多　 　J,由此可见,机械效率提高的原因是有用功增加比额外功增加得多,从而使有用功占总功的比值增大。
改变力的大小(省力)
改变力的方向
66.7%
1、2
提升物体的重力
0.2
0.07
>
测量钩码和弹簧测力计移动的距离,从而计算有用功和总功
(7)(数据分析)另一实验小组用如图2所示的装置,得到的实验数据如表所示。
图2
实验 次数 钩码重 G/N 钩码上 升高度 h/m 绳端拉 力F/N 绳端移 动距离 s/m 机械
效率η
1 2 0.1 1.2 0.3 55.6%
2 2 0.2 1.2 0.6 55.6%
3 4 0.1 1.9 0.3 70.2%
4 4 0.1 1.3 0.5 61.5%
①通过比较3、4两次实验数据可得出:　 .
　;
②为提高滑轮组机械效率,根据以上结论和生活经验,你建议可采取的措施有　 　(填字母,多选)。
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
不同滑轮组提升相同重物,动滑轮越重,机械效率越低
ABC
1.(2023烟台)筷子发源于中国,是华夏饮食文化的标志之一。如图所示,使用筷子时虽然费力但省距离,下列工具在使用中也能省距离的是( )
杠杆的分类及应用
A.用托盘天
平称质量
B.用核桃夹
夹核桃
C.用食品夹
夹鸡蛋
D.用撬棒撬物体
C
2.(2022济南)小强开启饮料时,瓶起子可视为一个杠杆,如图所示。下列各图能正确表示其工作原理的是( )
A
B
C
D
A
3.(2021济南)爸爸领着小梅玩跷跷板。下列四幅图中,最有可能让跷跷板在水平方向上保持平衡的是( )
杠杆的平衡条件及应用
B
A
B
C
D
4.(2021潍坊)“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,O为支点,F为阻力,分别用力沿a、b、c、d方向关闭水龙头,其中用力最小的方向是( )
A.a B.b C.c D.d
B
5.(2021枣庄)如图所示,一根质地均匀的木杆可绕O点自由转动,在木杆的右端施加一个始终垂直于木杆的作用力F,使木杆从OA位置匀速转到OB位置的过程中,力F的大小将( )
A.先变大,后变小 B.先变小,后变大
C.一直是变大的 D.一直是变小的
A
6.(2023东营)《天工开物》中描述了古人应用桔水的情景。桔槔的结构相当于一个普通的杠杆,如图所示,水桶悬挂点到支点的距离和重物悬挂点到支点的距离之比为1∶2,当水和水桶的总质量为20 kg时,杠杆恰好在水平位置平衡,则重物质量为　 　kg。(不计杠杆自重,手对绳无作用力)
10
7.(2021日照)如图所示是某简易杠杆的示意图,已知AOB水平,OA=OB,物体重力G=10 N,拉力F的方向如图所示。此时该杠杆是　 　(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆,F=　 　N。
费力
20
8.(2023济南)2023年5月23日12时30分许,我国13名科考队员成功登顶珠穆朗玛峰,巍巍珠峰再次见证历史!如图所示。在他们从山脚下到峰顶的过程中,体重(含装备)越大的队员一定( )
A.做功越多 B.功率越大
C.做功越快 D.功率越小
功和功率
A
9.(2023滨州)如图所示,重为20 N,棱长为10 cm的正方体物块放在水平桌面上,在10 N的水平拉力F作用下,5 s内沿水平方向匀速移动了50 cm,
则物块对水平桌面的压强为　 　Pa,水平拉力F做功的功率为　　W。
2 000
1
10.(2023东营)2023年5月,世界智能大会在天津的成功举办,将进一步推动我国人工智能技术的研发和应用。图甲为某款智能机器人,质量为30 kg,底部轮与地面接触总面积为150 cm2,它在某次引领接待工作中沿直线行走的速度随时间变化的图象如图乙所示。(g取10 N/kg)求:
(1)智能机器人静止在水平地面上时,对地面的压强。
甲
乙
答案:(1)2×104 Pa　
(2)智能机器人在0～6 s内行走的距离和0～10 s内的平均速度。
答案:(2)7.2 m 1.12 m/s 　
答案:(3)18 W　
11.(2020德州)如图所示,甲、乙两套装置所用的滑轮质量相等。用它们分别将相同质量的重物匀速竖直提升,在相等时间内绳端A、B移动相同的距离(忽略绳重和摩擦),在此过程中,下列说法正确的是( )
A.两重物上升的速度相等
B.两滑轮组绳端的拉力相等
C.甲滑轮组的总功比乙少
D.两滑轮组的机械效率相等
机械效率
D
12.(2021菏泽)如图所示,用动滑轮提起一重为80 N的物体,在10 s内将物体匀速提高5 m,已知动滑轮重20 N。(不计绳重和摩擦)则( )
A.手对绳子的拉力为40 N
B.拉力做功的功率为50 W
C.手拉绳子移动的速度为0.5 m/s
D.该装置的机械效率为60%
B
13.(2023泰安)如图所示的滑轮组在10 s内将200 N的重物匀速提升
3 m,滑轮组的机械效率为80%,不计绳重和摩擦,拉力F的功率为　 　W。
75
14.(2022淄博)工人用如图所示的滑轮组来提升货物,已知货物重
400 N,每个滑轮重50 N,若物体在10 s内被提升了6 m,不计绳重和摩
擦,则拉力F是　 　N,绳自由端移动的距离是　 　m,物体上升的速度是　 　m/s,滑轮组的机械效率是　 　(结果精确到1%)。
225
12
0.6
89%
15.(2023济宁)两个滑轮按如图所示的方式组合,用5 N的拉力F拉动绳端,使物体在5 s内水平向左匀速滑动1 m,物体与地面间的摩擦力为
9 N,则拉力F的功率为　 　W,滑轮组的机械效率为　 　。
2
90%
16.(2023烟台)在宜居宜业和美乡村建设中,某施工队正在进行农村基础设施改建,建筑工人利用小型升降机来搬运水泥。如图甲所示,某次搬运过程中,工人在30 s的时间内,将8袋水泥匀速提起6 m,电动机牵引绳子的拉力F为2 400 N,每袋水泥质量为50 kg。g取10 N/kg,求:
(1)拉力F做功的功率。
甲
乙
答案:(1)960 W 　
(2)滑轮组的机械效率。(结果精确到0.1%)
答案:(2)83.3% 　
(3)为了一次能提升更多的水泥,物理实践小组利用学过的知识对升降机的滑轮组进行重新设计,如图乙所示。假设升降机足够稳定,电动机输出功率足够大,电动机牵引绳子的拉力仍为2 400 N,吊篮及动滑轮的总重力为200 N,不计绳重和摩擦,这种设计的装置一次能提起多少袋水泥。
答案:(3)14袋　
17.(2022济宁)中国古代人民为了抵抗入侵,常在城池周围建造护城河,通过吊桥升降控制人员进出。如图所示是吊桥被拉起时的模型图,请在图中画出拉力F的力臂l1。
杠杆作图
答案:如图所示
18.(2023泰安)画出图中动力F的力臂,并用字母l表示。
答案:如图所示
19.(2023济宁)利用铁架台、杠杆、质量相等的钩码等器材,探究杠杆的平衡条件。
探究杠杆的平衡条件
甲
乙
丙
(1)调节螺母,将没挂钩码的杠杆调节至水平位置平衡,如图甲所示,其目的是　 　。
便于测量力臂
(2)为探究杠杆的平衡条件,小明设计了以下两种收集实验数据的方案,其中合理的是　 　。
方案二
实验 次数 方案一 方案二 F1/N l1/cm F2/N l2/cm F1/N l1/cm F2/N l2/cm
1 3 3 3 5
2 2 2 4 3
3 1 1 2 5
(3)如图乙所示,在A处挂3个钩码,则应在B处挂　　个钩码,才能使杠杆在水平位置保持平衡。
(4)杆秤是杠杆平衡条件的一个应用,是中国最古老也是现今人们仍然在使用的一种称质量的简易工具,由带有秤星的秤杆、秤砣、提纽等组成。如图丙所示,此杆秤有两个提纽,使用它称较重的物体时,常用离秤钩较　 　(选填“近”或“远”)的提纽。
2
近
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