1、第 10 课时简单机械机械效率第一篇教材梳理思维导图构建体系杠杆及其要素杠杆:在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒支点:杠杆可以绕其转动的点O;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O到动力F1的距离l1;阻力臂:从支点O到阻力F2的距离l2考点一杠杆杠杆平衡当杠杆在动力和阻力作用下或匀速转动时,我们就说杠杆平衡了;杠杆平衡条件的关系式为,这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理杠杆的类型和特点杠杆杠杆杠杆动力臂 阻力臂动力臂 阻力臂动力臂 阻力臂力但距离距离但力既不,也不 （续表）静止静止F1l1=F2l2省力省力费力费力等臂等臂大于大于小于小于等于等于省省费费省省
2、费费省力省力省距离省距离项目定滑轮动滑轮滑轮组示意图实质:;特点:_实质:;特点:_考点二滑轮滑轮组等臂杠杆等臂杠杆不能省力不能省力,但能改变但能改变力的方向力的方向省力杠杆省力杠杆省力省力,但不能但不能改变力的方向改变力的方向（续表）项目定滑轮动滑轮滑轮组力、速度、距离的关系F1=G;v1=v2;s=hF1=;v1=;s=F1=;v1=;s=(注:不计绳重和摩擦,动滑轮重为G动,滑轮组承重的绳子段数为n)2v22hnv2nh考点三简单机械的三种功和机械效率简单机械及物理量三种功机械效率()W有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-Gh W有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-Gh或fs 或 （续表）简
3、单机械及物理量三种功机械效率()不计绳重和摩擦:W有=Gh;W总=Fs=Fnh;W额=Fs-Gh或G动h 或 W有=fs物;W总=Fs绳=Fns物;W额=Fs绳-fs物 探究一杠杆的类型及应用1.图10-1是一种切甘蔗用的铡刀示意图。下列有关说法正确的是()图10-1A.刀刃很薄可以增大压力B.铡刀实质上是一种费力杠杆C.甘蔗放在a点比b点更易被切断D.手沿F1方向用力比沿F2方向更省力C2.2019成都如图10-2所示,是三种类型剪刀的示意图,请你为铁匠师傅选择一把剪铁皮的剪刀,你会选择(选填“A”“B”或“C”)剪刀,这样选择是为了省。C图10-2力力3.如图10-3是生活中常用的扳手,使
4、用它为什么能省力呢?解决这个问题,要抓住影响问题的主要因素:,忽略掉的次要因素:等,构建物理模型杠杆进行探究。图10-3支点的位置、施力点的位置、用力方向等支点的位置、施力点的位置、用力方向等扳手的材质、自重扳手的材质、自重探究二其他简单机械4.如图10-4所示的水龙头、门把手、自行车车把三种简单机械,在使用时都属于的简单机械。图乙所示的门把手,当用手转动把手手柄时,门可以被打开,它的实质是一个 (填一种简单机械的名称)。省力省力图10-4杠杆杠杆(或轮轴或轮轴)5.汽车沿着盘山公路可以驶上高耸入云的云峰,如图10-5所示,盘山公路修得弯弯曲曲,主要目的是通过,从而减小汽车爬坡所需的动力,盘山
5、公路实际上就是一个(选填“杠杆”“滑轮”“轮轴”或“斜面”)。图10-5增加斜面长度增加斜面长度斜面斜面6.如图10-6所示,用F=150 N的力使木箱沿水平方向做匀速直线运动(不计滑轮重及绳与滑轮间的摩擦),请在图中画出木箱此时受到的摩擦力并标出摩擦力的大小。图10-6如图所示探究三杠杆作图7.利用如图10-7所示的木棒撬石块时,木棒相当于(选填“省力”或“费力”)杠杆;木棒以O点为支点撬动石块,画出作用在A点的最小动力F1及阻力F2的力臂l2.省力省力图10-7如图所示8.2019山西适应性训练如图10-8甲所示,游客正在利用自拍杆进行自拍。自拍杆可以看成一个杠杆(O为支点),请你在图乙中
6、画出游客施加在 A点的最小动力F。图10-8如图所示探究四简单机械的相关计算9.2019衡阳如图10-9所示,用滑轮组提升重900 N的物体,使它在10 s内匀速上升 1 m。已知所用的拉力F为400 N。则在提升重物的过程中(不计绳重和摩擦),下列说法正确的是()A.拉力做功的功率为90 WB.拉力在这10 s内做的功为400 JC.动滑轮的重力为300 ND.若用该滑轮组匀速提升更重的物体时,绳端拉力会变大,但机械效率不变C图10-910.2019荆门图10-10是用同一滑轮组分别将两个不同的物体A和B匀速提升相同的高度,不计绳重和摩擦的影响,提升物体A的过程滑轮组的机械效率较大,则下列判
7、断正确的是()物体A比物体B轻;提升物体A的拉力较大;提升物体A所做的额外功较少;提升物体A做的有用功较多;A.只有B.只有C.只有D.只有图10-10B11.2019黑龙江如图10-11所示,小聪用滑轮组拉动水平地面上重为500 N的物体A,使它匀速前进2 m,地面对它的摩擦力为150 N,小聪施加的拉力F=100 N(忽略绳重和滑轮重),则滑轮组做的有用功为J,滑轮组的机械效率为。图10-11答案 30075%12.2019绵阳如图10-12所示,斜面长20 m、高10 m,固定在水平地面上。一位同学用平行于斜面向上40 N的拉力,在20 s内把重60 N的物体沿斜面向上匀速拉动了10 m
8、。在此过程中()A.斜面的机械效率是66.7%B.斜面的机械效率是75%C.该同学对物体做功的功率是10 WD.该同学对物体做功的功率是30 W图10-12答案 B13.2019乐山如图10-13所示,在斜面上将一个重600 N的物体匀速拉到高处,沿斜面向上的拉力F=400 N,拉动的距离s=4.5 m,提升高度h=1.8 m,所用时间t=30 s。则拉力F做功的功率为W,此过程中物体受到的摩擦力为N。图10-136016014.小明做俯卧撑时(如图10-14所示),可将其视为一个杠杆,重心在O点。已知他的重力为750 N,则:(1)画出以A为支点时重力的力臂l。(2)经测量以A为支点时重力的
9、力臂为1 m,则地面对双手的支持力为多少?(3)小明在1 min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离都为0.36 m,则他1 min内克服重力所做的功为多少?图10-14(1)图略(2)500 N(3)5400 J突破一探究杠杆的平衡条件【设计和进行实验设计和进行实验】1.让支点处于杠杆的中心让支点处于杠杆的中心:消除杠杆自重对实验结论的影响。2.让杠杆在水平位置平衡让杠杆在水平位置平衡:便于从杠杆上直接读出力臂。3.平衡螺母的调节平衡螺母的调节:左高左调,右高右调,实验开始后,不能再调节平衡螺母。4.钩码换成弹簧测力计的好处钩码换成弹簧测力计的好处:能直接测出拉力的大小,可以改变用力的方向
10、。5.弹簧测力计由竖直变为倾斜拉杠杆,拉力会变大,因为拉力力臂变小。6.多次实验的目的多次实验的目的:消除实验的偶然性,使实验结论更具有普遍性。【数据处理和分析数据处理和分析】7.设计实验记录表格设计实验记录表格(如下表所示如下表所示),分析可得出分析可得出:杠杆的平衡条件为动力动力臂=阻力阻力臂,表达式为F1l1=F2l2。次数动力F1/N动力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm123【交流、反思与评估交流、反思与评估】8.实验时注意不同的物理量之间不能相加减,不能说“动力+动力臂=阻力+阻力臂”。例例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(1)挂钩码前
11、,杠杆在如图甲所示的位置静止,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,使杠杆保持水平并静止。达到达到左左例例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(2)如图乙所示,杠杆调节水平平衡后,小红在杠杆的A处挂4个钩码,为使杠杆重新在水平位置平衡,应在B处挂个钩码。当杠杆平衡后,将A处和B处下方所挂的钩码同时向支点O靠近一格,杠杆会 (选填“左侧下降”“右侧下降”或“仍水平平衡”)。6左侧下降左侧下降例例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(3)如图乙所示,保持杠杆水平
12、位置平衡,弹簧测力计从a位置转到b位置,其示数将(选填“变大”“变小”或“不变”)。若b位置与水平方向夹角为30,一个钩码的重量是0.5 N,则弹簧测力计的示数应是N。变大变大6例例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。(4)下表是小红实验得到的数据,分析后她得出“动力动力臂=阻力阻力臂”的结论,但分析表格数据后可以发现这次实验的不妥之处:。次数 动力F1/N动力臂l1/cm阻力F2/N阻力臂l2/cm11.5103.0521.0202.01031.0302.015图10-15动力臂都是阻力臂动力臂都是阻力臂的两倍的两倍,实验数据不具有普遍性实验数据不具有普遍性例例1用如图
13、10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。(5)得到实验结论后,利用图乙所示的装置,只借助杠杆上的刻度线,右侧只使用弹簧测力计,左侧只悬挂重物。若弹簧测力计的量程是02.5 N,当杠杆在水平位置平衡时,通过计算可知,悬挂的重物最重可达N。操作过程中,当弹簧测力计的示数达到量程时仍不能使杠杆水平平衡,你认为接下来合理的操作是_ 。(写出一条即可)15图10-15 弹簧测力计拉力的位置向右移弹簧测力计拉力的位置向右移(或换用量程较大的弹簧测力计或换用量程较大的弹簧测力计,或减少左侧或减少左侧钩码的数量钩码的数量,或左侧钩码的位置向右移或左侧钩码的位置向右移,答出其中一点即可答出其中一点即可
14、)例例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。+图10-15(6)实验中小红发现:如果在杠杆的O点用弹簧测力计施加一个向上的力,这个力在探究实验时是否影响到杠杆的平衡?请说明理由:。不影响不影响,这个作用在杠杆这个作用在杠杆O点的力的力臂等于零点的力的力臂等于零,不影响杠杆的平衡不影响杠杆的平衡例例1用如图10-15所示的装置做“探究杠杆的平衡条件”实验。图10-15(7)杠杆在生活中有很多应用,现欲使如图10-16(a)所示的静止跷跷板发生转动,小女孩乙可采取的做法是 。远离支点远离支点(或向右移动或向右移动)图10-16 实验拓展 例例1用如图10-15所示的装置做“探究
15、杠杆的平衡条件”实验。图10-15(8)同组的小王采用如图(b)所示的装置进行探究,发现当杠杆水平平衡时,与小红得出的结论不相同,其主要原因是 。杠杆自重对实验产生影响杠杆自重对实验产生影响图10-16突破二测量滑轮组的机械效率3.实验中注意绳子的自由端若最终与动滑轮相绕,则需要匀速、竖直向上拉动物体。实验次数钩码所受的重力G/N提升高度h/m有用功W有/J拉力F/N绳端移动的距离s/m总功W总/J机械效率1235.实验结论实验结论:同一滑轮组,提升物体越重,机械效率越高;不同滑轮组提升同一重物,动滑轮越轻(个数少或质量小),机械效率越高。滑轮组的机械效率与提升物体的高度和速度,绳子的段数,省
16、、费力情况均无关。【交流、反思与评估交流、反思与评估】6.影响滑轮组机械效率的因素影响滑轮组机械效率的因素:提升物体的重力;动滑轮的重力;绳重、摩擦。7.提高滑轮组机械效率的方法提高滑轮组机械效率的方法:增加提升物体的重力;减小动滑轮的重力;减小绳重和摩擦等。例例2 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用相同的滑轮安装了如图10-17甲、乙所示的滑轮组,实验测得的数据如下表所示,回答下列问题:(1)该组同学准备了下列器材:钩码、天平、滑轮组、细绳、弹簧测力计和刻度尺,其中多余的器材是。图10-17实验次数动滑轮的重力G动/N物体的重力G物/N物体升高的高度h/m弹簧测力计示数F/N绳端
17、移动的距离s/m机械效率10.510.10.60.355.6%20.520.11.00.366.7%30.540.11.80.3天平天平例例2 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用相同的滑轮安装了如图10-17甲、乙所示的滑轮组,实验测得的数据如下表所示,回答下列问题:图10-17实验次数动滑轮的重力G动/N物体的重力G物/N物体升高的高度h/m弹簧测力计示数F/N绳端移动的距离s/m机械效率10.510.10.60.355.6%20.520.11.00.366.7%30.540.11.80.3(2)上表中实验数据是用图所示的滑轮组测得的。实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计,使物体缓
18、缓上升。小组同学提出实验过程中边拉动边读数,弹簧测力计的示数不稳定,应该静止读数,你认为他的想法(选填“正确”或“不正确”),因为他没考虑到对滑轮组机械效率的影响。第3次实验中应补充的数据是。根据第1次实验中的数据,若不计绳重和摩擦,要使滑轮组达到省力的效果,则提升物体的重力不得小于N。甲甲缓慢缓慢(或匀速或匀速)不正确不正确摩擦力摩擦力74.1%0.25例例2 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用相同的滑轮安装了如图10-17甲、乙所示的滑轮组,实验测得的数据如下表所示,回答下列问题:(3)分析表中的数据可知:随着物重的增加,额外功(选填“变大”“变小”或“不变”),原因是 。图1
19、0-17实验次数动滑轮的重力G动/N物体的重力G物/N物体升高的高度h/m弹簧测力计示数F/N绳端移动的距离s/m机械效率10.510.10.60.355.6%20.520.11.00.366.7%30.540.11.80.3变大变大物重增加物重增加,绳和滑轮间的压力变大绳和滑轮间的压力变大,摩擦力就变大摩擦力就变大例例2 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用相同的滑轮安装了如图10-17甲、乙所示的滑轮组,实验测得的数据如下表所示,回答下列问题:图10-17实验次数动滑轮的重力G动/N物体的重力G物/N物体升高的高度h/m弹簧测力计示数F/N绳端移动的距离s/m机械效率10.510
20、.10.60.355.6%20.520.11.00.366.7%30.540.11.80.3(4)根据以上实验数据可以得出如下结论:同一滑轮组的机械效率主要与 有关。通过分析表格中的数据,小组同学得到了提升滑轮组机械效率的方法。汽车作为一种“机械”,提升效率对节能减排有重要意义。请你指出以下三种提高效率的方法中,方法的原理与本实验结论是相同的。方法一:鼓励人们“拼车”出行,使汽车尽量装满人员;方法二:汽车制造厂用新材料减轻汽车重量;方法三:经常给汽车做保养,保持良好润滑。物重物重一一例例2 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用相同的滑轮安装了如图10-17甲、乙所示的滑轮组,实验测得
21、的数据如下表所示,回答下列问题:图10-17实验次数动滑轮的重力G动/N物体的重力G物/N物体升高的高度h/m弹簧测力计示数F/N绳端移动的距离s/m机械效率10.510.10.60.355.6%20.520.11.00.366.7%30.540.11.80.3(5)小明发现绳端移动的距离始终与钩码提升高度成倍数关系,于是他认为:钩码数量一定时,无论将钩码提升多高,都不影响该滑轮组的机械效率。小芳则认为:钩码提升的高度不同,有用功就不同,机械效率就变化了,你认为的看法是正确的。小明小明例例2 在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,某组同学用相同的滑轮安装了如图10-17甲、乙所示的滑轮组,实验测
22、得的数据如下表所示,回答下列问题:图10-17实验次数动滑轮的重力G动/N物体的重力G物/N物体升高的高度h/m弹簧测力计示数F/N绳端移动的距离s/m机械效率10.510.10.60.355.6%20.520.11.00.366.7%30.540.11.80.3(6)若将此滑轮组换一种绕绳方法,不计摩擦及绳重,提升相同的物体时,滑轮组的机械效率 ;若在图甲装置的基础上,增加一个动滑轮,改为如图丙所示的装置,提升同一物体,则滑轮组的机械效率。(均选填“变大”“变小”或“不变”)不变不变变小变小1.2017山西17题3分 图10-18中的工具属于省力杠杆的是()考点一省力、费力的判断图10-18
23、A2.2015山西16题3分 生产生活中,如图10-19所示的简单机械在使用时,一定费力的是()图10-19D3.2013山西17题3分 小明小组利用如图10-20所示装置探究“杠杆平衡条件”时,在杠杆两侧挂上不同个数的钩码,移动钩码使杠杆在水平位置平衡,这样三次实验后得出结论: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。下列能帮助他们得出正确结论的操作是()A.去掉一侧钩码,换用弹簧测力计竖直向下拉B.去掉一侧钩码,换用弹簧测力计斜向下拉C.去掉一侧钩码,换用弹簧测力计竖直向上拉D.增加钩码个数,再进行多次实验使结论更具普遍性考点二探究杠杆的平衡条件图10-20B4.2016山西
24、32题2分 如图10-21所示是人拉着拉杆旅行箱静止在水平地面上的情景,O是轮子的转轴。以O为支点,请你画出拉力F的力臂l。考点三杠杆作图图10-21如图所示5.2014山西34题2分 为使轻质杠杆AB在如图10-22所示位置静止,请你在杠杆上画出所施加最小动力F1的示意图,并作出阻力F2的力臂l2。图10-22如图所示6.2018山西40题2分 如图10-23所示,用一根细绳将杠杆AOB在O点悬挂起来,B处挂一重物G,在杠杆上施加最小动力F,使杠杆在图示位置平衡,请你在图中画出这个力的示意图。图10-23如图所示7.2014山西33题2分 如图10-24所示,用F=10 N的水平拉力,使重为
25、100 N的物体A,在1 s内沿水平方向匀速直线运动了0.5 m,若滑轮和绳子的质量及其摩擦均不计,则物体A受到地面的摩擦力为N,拉力F的功率为W。考点四简单机械相关计算图10-2420108.2019山西44题3分汽车超载是当前发生交通事故的重要原因之一。全国各汽车超载是当前发生交通事故的重要原因之一。全国各地设置了许多超载监测站加强监管。如图地设置了许多超载监测站加强监管。如图10-25所示所示,一辆两轴货车正在水平地一辆两轴货车正在水平地面上设置的某种电子地磅秤上称重。先让货车前轮单独处于电子地磅秤上面上设置的某种电子地磅秤上称重。先让货车前轮单独处于电子地磅秤上,其其示数为示数为8 t
26、;前轮驶离电子地磅秤前轮驶离电子地磅秤,再让后轮单独处于电子地磅秤上再让后轮单独处于电子地磅秤上,其示数为其示数为9 t。国家规定两轴货车限载车货总质量为。国家规定两轴货车限载车货总质量为18 t,请你通过计算分析该货车是否超请你通过计算分析该货车是否超载。载。图10-25解:当货车前轮处于电子地磅秤上时,以后轮为支点建立杠杆模型,如图甲所示,根据杠杆的平衡条件得F前l=Gl1,当货车后轮处于电子地磅秤上时,以前轮为支点建立杠杆模型,如图乙所示,根据杠杆的平衡条件得F后l=Gl2,联立可得G=F前+F后,则此货车与货总质量为m=m前+m后=8 t+9 t=17 t18 t,所以该货车没有超载。
