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第六章 力和机械
一、知识结构
1.力：物体对物体的 。
2.力的作用效果：力能使物体 或 改变。
3.力的三要素：力的 、 和作用点。
4.力的示意图：用一条带箭头的线段表示力．在 物体上沿 的方向画一条线段，在线段的末端画一个 表示力的方向，线段的起点或终点表示力的 。
5.力的作用是相互的：施力物体同时也是 物体。
知识点1 力的概念和测量
二、知识梳理
作用
形变
运动状态
大小
方向
受力
力
箭头
作用点
受力
6.弹力：物体由于发生 而产生的力；
7.弹簧测力计的原理：在弹性限度内，弹簧受到的 越大，弹簧的伸长量就越大；
8.弹簧测力计的使用：
①使用前：选择合适的 、分度值；观察指针是否指在 处；②使用时：要使弹簧中心的轴线方向跟 的方向一致；轻轻来回拉动挂钩几次，防止弹簧卡壳．
③读数时：视线要 刻度线，其示数＝整刻度值＋后面的小格数×分度值．
拉力
弹性形变
量程
零刻度线
所测力
正对
例1 当发生力的作用时，以下说法正确的是（　　）
A．只要有受力物体就行，可以没有施力物体
B．可以没有物体，既没有施力物体也没有受力物体
C．只要存在施力物体就行，有没有受力物体没关系
D．一定既有受力物体也有施力物体，离开物体就没有力了
解析：力是物体间的相互作用，其中一个是施力物体，另一个物体是受力物体，力不能离开施力物体与受力物体而单独存在，离开施力物体或受力物体的力是不在的。。
D
典例突破
例2.修理汽车的工人师傅使用短套筒的六角扳手拧螺母时，发现很难拧开，于是换用长套筒的六角扳手来拧（如图所示），这是通过改变下列哪个因素来拧开螺母的（　　）
A．力的大小 B．力的方向 C．力的作用点 D．受力物体
C
解析：影响力的作用效果的因素是力的大小、方向、作用点，所以手握的位置（作用点）、手用力的大小、手用力的方向都会影响力的作用效果；短套筒的六角扳手拧螺母时，发现很难拧开，换用长套筒的六角扳手来拧螺母时，是通过改变力的作用点来改变力的作用效果的。
例3 下列关于弹簧测力计的说法正确的是（　　）
A．弹簧测力计是测量重力大小的工具
B．弹簧测力计倒过来使用时，测量值比实际值小
C．弹簧测力计必须竖直使用，不能倾斜
D．弹簧测力计的原理是弹簧的伸长量与弹簧受到的拉力成正比
解析：将弹簧测力计倒过来使用时，测力计外壳、拉环等的重力都由弹簧来承担，会在测力计上显示一定的示数，从而使最终的测量结果偏大；弹簧测力计可以竖直测重力，还可以水平测摩擦力、拉力等；弹簧测力计的原理是，在弹性范围内，弹簧的伸长量与弹簧受到的拉力成正比.
D
1.定义：由于 的吸引而使物体受到的力叫作重力，用字母 表。
2.大小：重力的大小通过公式 计算得出，其中g＝ N/kg。
3.方向： 向下，利用重力的方向可以制成铅垂线、水平仪。
4.重心：对于整个物体，重力作用的表现就好像它作用在某一个点上，这个点叫作物体的重心． 的物体的重心在物体的几何中心上。
知识点2 重力
地球
G
G＝mg
9.8
竖直
形状规则、质地分布均匀
例4 春暖花开时节同学们都期盼举办运动会，假如失去重力，下列比赛项目：①射箭、②举重、③跳水、④铅球，将无法进行的是（　　）
A．只有①② B．只有②③ C．只有③① D．②③④
D
解析：①如果没有重力，空中飞行的物体不会落到地面，可以进行射箭比赛；②如果没有重力，杠铃质量再大，受到的重力也为0，所以举重无法进行；③④由于不再受到重力作用，空中飞行的物体不会落到地面，所以人跳水和铅球都无法进行。
例5.有一块砖先平放在地面上，然后再将砖块侧放在地面上，最后竖直放在地面上。则其重心位置和重力大小（　　）
A．重心位置不变，重力大小不变
B．重心位置上升，重力大小不变
C．重心位置下降，重力大小增加
D．重心位置下降，重力大小减小
B
解析：因为砖的重心在其几何中心，因此水平放置时，重心的高度低于竖直放置时的重心高度；因为砖的质量不变，因此砖的重力也不变。。
1．定义：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上产生的一种 运动的力。
2．产生条件：①物体间相互 并 ；②接触面 ；③物体间有 或 。
3．方向：与物体 的方向相反。
4.改变摩擦力的方法：
①改变 ；②改变接触面的 ；③变滑动摩擦为滚动摩擦。
知识点3 摩擦力
阻碍相对
接触
挤压
粗糙
相对运动
相对运动的趋势
相对运动(相对运动的趋势)
压力
粗造程度
例6 中国书法历史悠久，是中华民族优秀传统文化之一。如图所示，小华同学在水平桌面上平铺一张白纸，为防打滑，他用较重的镇纸压住白纸，向右匀速行笔书写“一”字的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．毛笔受到水平向右的摩擦力
B．手对毛笔水平方向作用力等于毛笔受到的摩擦力
C．镇纸保持静止，所以不受摩擦力
D．若没有镇纸，白纸可能向左移动
B
例7 自行车的构造和使用上有很多涉及到摩擦力的知识，下面说法错误的是（　　）
A．给车轴加润滑油，是通过减小接触面粗糙程度减小摩擦
B．脚踏板上有花纹，是通过增大接触面粗糙程度增大摩擦
C．轴承里加滚珠，是通过变滑动摩擦为滚动摩擦减小摩擦
D．刹车时用力捏车闸，是通过增大压力增大摩擦
解析：增大摩擦力的方法通常是增大压力的大小和接触面的粗糙程度；有的需要减小摩擦力，减小摩擦力的方法有：减小压力大小、使接触面更光滑、使接触面彼此分离、变滑动为滚动等。
A
例8 （2022 温州）跑步是一种健身方式。人沿水平直道跑步，左脚后蹬时，图中箭头表示左脚受到的摩擦力方向正确的是（　　）
C
解析：因为摩擦力的方向总是与物体相对运动或相对运动的趋势的方向相反，人沿水平直道跑步，左脚后蹬时，左脚相对于地面有向后运动的趋势，因此所受地面摩擦力方向向前。
知识点4 杠杆
1．定义：一根在力的作用下能绕着固定点O转动的硬棒叫作杠杆。
2.支点：杠杆绕其转动的点，用字母O表示。
3.动力：使杠杆转动的力，用字母F1表示；
4.阻力：阻碍杠杆转动的力，用字母F2表示。
5.力臂：从支点到动力作用线的距离，用字母L表示
7．杠杆的分类
（1）省力杠杆：L1>L2，F1（2）费力杠杆：L1F2，费力，省距离
（3）等臂杠杆：L1=L2，F1=F2，不省力，不费力
6．杠杆的平衡条件： .
F1L1=F2L2
例9 如图是早年间农村普遍使用的压井，上边的杆可抽象为一杠杆，在取水时，向下压杆的末端，水就会自动流出。不计杆的自重，如图能正确表示它的杆工作示意图的是（　　）
A
A
B
C
D
例10 如图所示，晓明和晓宏正在玩跷跷板，此时跷跷板处于静止。要使跷跷板绕中点顺时针转动，可以采取的有效方法是（　　）
A．晓明向后移动
B．两人向前、向后移动都行
C．晓宏向后移动
D．晓明向后、晓宏向前移动
C
解析：可以增大晓宏的压力或增大晓宏压力的力臂，即晓宏可以向后移动；也可以让晓明向前移动，这时晓明的力臂变小，力与其力臂的乘积变小，所以跷跷板会绕中点顺时针转动。
例11 某天，“生物”和“物理”两位大师在一起进行体育锻炼。“生物”大师伸出健硕的手臂对“物理”大师说：“看，我能提起很重的物体哦（如图）！”“物理”大师竖起大拇指说：“真厉害！其实，你的前臂就是物理学中的一根杠杆。”以下对于这根杠杆在提起重物的过程中，分析合理的是（　　）
A．前臂杠杆的支点O在肘关节处
B．肱二头肌给桡骨的力F1是阻力
C．重物给前臂的力F2是动力
D．前臂是一根省力杠杆
A
知识点5 滑轮
1.定滑轮：中间的轴固定不动的滑轮；实质相当于一个 杠杆；特点是不能省力也不费距离，但可以改变动力的方向。
2.动滑轮：轴和重物一起移动的滑轮；实质相当于动力臂为阻力臂 倍的 杠杆；特点是省一半力但多费一倍的距离，且不可以改变力的方向。
3.滑轮组：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组；特点是既能 又能改变力的 。
等臂
2
省力
省力
方向
例12 如图所示，分别用力F1、F2和F3，使用三个滑轮匀速提起相同的重物，不计绳重、滑轮重和摩擦，则F1、F2和F3的大小关系是（　　）
A．F1＜F2=F3 B．F2＜F1＜F3 C．F1＜F3＜F2 D．无法确定
C
解析：不计滑轮的重力和摩擦且不计绳重；左边的滑轮是动滑轮，省一半的力，故2F1=G；中间的滑轮是动滑轮，但F2作用在动滑轮的轴上，费一倍的力，则F2=2G；右边定滑轮，不省力也不费力，F3=G。
例13 如图所示的滑轮组（不计摩擦和滑轮重力），用力F向下拉动滑轮可以把重G=100N的物体提升，则F大小是（　　）
A．300N B．200 N C．100N D．400N
B
解析：物体受到竖直向上的拉力和重力作用，因此绳子上拉力等于物体的重力，即100N，对动滑轮进行受力分析可知，不计摩擦和滑轮重力，动滑轮受到竖直向上两条绳子的拉力和竖直向下F的作用，则有：2F拉=F，F=2F拉=2×100N=200N。
三、实验探究
实验1 探究影响滑动摩擦力大小的因素
(1)实验器材：长木板、木块、弹簧测力计、砝码、棉布、毛巾等．
(2)实验装置如图所示．
(3)测量滑动摩擦力：沿 方向拉动木块使木块在水平面内做 直线运动时，弹簧测力计的示数 木块受到的滑动摩擦力．
水平
匀速
等于
(4)控制变量法的应用：
①探究滑动摩擦力的大小与压力大小的关系时，需保持 不变，改变 大小；
②探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系时，需保持 大小不变，改变 ．
(5)实验结论：
①滑动摩擦力的大小只与接触面所受的 和 有关；
②接触面所受的压力一定时， 越大，滑动摩擦力越大；
③接触面的粗糙程度一定时，接触面所受的 越大，滑动摩擦力越大．
接触面的粗糙程度
压力
压力
接触面的粗糙程度
压力
接触面的粗糙程度
接触面的粗糙程度
压力
(6)实验拓展：
①验证滑动摩擦力的大小与接触面积的关系时，采用的方法是控制接触面的粗糙程度不变，让木块平放、侧放和立放在水平放置的木板上，分别用弹簧测力计水平拉着木块以相同的速度做匀速直线运动，比较弹簧测力计的示数大小．
②验证滑动摩擦力的大小与速度的大小关系时，采用的方法是：控制接触面的粗糙程度和压力不变，让木块平放在水平放置的木板上，分别用弹簧测力计拉着木块以不同的速度做匀速直线运动，比较弹簧测力计的示数大小．
例14 小明在做“研究影响摩擦力大小的因素”实验时，利用一套器材依次完成如图所示的实验，其中甲、乙图中长木板正面朝上，丙图中长木板反面朝上，长木板的反面比正面粗糙。
（1）小明提出如下猜想：①滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力有关；②滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。如果小明要验证猜想①，他应该选择 甲、乙两图所示的实验来操作；如果小明要验证猜想②，他应该选择 乙、丙两图所示的实验来操作。
（2）实验中，小明用弹簧测力计 拉动木块，使它沿水平长木板做匀速直线运动，此时测力计对木块的拉力 木块受到的滑动摩擦力大小。
（3）小明分别对猜想①②进行了实验验证。在图甲、丙实验中弹簧测力计的示数分别为0.8N、1.2N，在图乙实验中，弹簧测力计的示数如图丁所示，示数为 N。
小明多次实验后得出结论：接触面所受的压力越大，滑动摩擦力越大；接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
水平
等于
1.0
（4）许多情况下摩擦是有用的，人们常常设法增大它。请写出一个通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的实例： 。
（5）实验后，小明和同学们对实验中存在的问题进行了交流，改进了实验方案，设计了如图戊所示的实验装置：将弹簧测力计固定不动、木块挂在弹簧测力计的挂钩上，不拉木块，改为使长木板与木块相对运动。再次验证了猜相①②得出相同结论。针对实验改进，同学们提出了以下观点，其中不正确的是 （选填序号）。
A.改进后,拉动长木板时不必保持匀速运动，更易于操作
B.改进后,测力计示数较稳定，容易读出正确的数值
C.改进后,木块稳定时受到的滑动摩擦力小于弹簧测力计对木块的拉力
C
鞋底的花纹
实验 2 探究杠杆的平衡条件
(1)实验器材：带支架的杠杆、质量相等的钩码若干．
(2)实验情景如图所示．
(3)实验前，应先调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在 位置平衡，具体的做法是杠杆的哪端高，平衡螺母就往哪端调．
(4)实验前调节杠杆在水平位置平衡的目的是方便测量 和避免杠杆的 对实验的影响．
(5)选择杠杆的中点作为支点的好处：消除杠杆 对实验的影响．
(6)实验步骤：
①如图所示，设右侧钩码对杠杆施加的力为动力F1，左侧钩码对杠杆施加的力为阻力F2，测出杠杆水平平衡时的动力臂L1和阻力臂L2；
水平
力臂
自重
自重
②改变动力F1和动力臂L1的大小，相应调节阻力F2和阻力臂L2，再做几次实验并将相应的实验数据填在表中；
(7)实验结论：___________________________．
(8)测量多组实验数据的目的是： ．
(9)实验总结：
①若增减钩码后，F1L1≠F2L2，则哪侧力与力臂乘积大，杠杆就向哪端下沉；
②在实验过程中，可把右侧的钩码去掉，换成弹簧测力计，则这样做的好处是：能够直接测出拉力大小，实验操作更方便．
寻找普遍规律，避免实验结论的偶然性
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
例15 （2022 鸡西）在“探究杠杆平衡条件”的实验中：
（1）如图甲所示，实验前杠杆左端下沉，则应将平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，直到杠杆在水平位置平衡；
右
（2）如图乙所示，杠杆上刻度均匀，在A点挂3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两点下方同时增加一个相同的钩码，则杠杆将 （选填“左端下沉”、“右端下沉”或“仍保持静止不动”）；
（3）如图丙所示，若不在B点挂钩码，改用弹簧
测力计在C点竖直向上拉杠杆，使杠杆在水平位置
平衡；当弹簧测力计从图丙位置转到图丁位置时，
其示数会 （选填“变大”、“不变”或“变
小”），原因是 。
4
左端下沉
变大
阻力和阻力臂不变，动力臂变小，动力变大

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