1、第十讲 简单机械及机械效率一、杠杆1.定义：在力的作用下能绕着_固定点_转动的_硬棒_叫杠杆。2.五要素(如图所示)_支点_(O)：杠杆绕着转动的点。_动力_(F1)：使杠杆转动的力。_阻力_(F2)：阻碍杠杆转动的力。_动力臂_(l1)：从支点到动力作用线的距离。_阻力臂_(l2)：从支点到阻力作用线的距离。动力、阻力都是杠杆受到的力，所以作用点在_ _ 上；它们使杠杆的转动的方向_ _。3研究杠杆的平衡条件(1)杠杆平衡是指杠杆_ _或_ _。(2)杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是_ _。用公式表示是_ _。4杠杆的种类A省力杠杆：动力臂l1_ _阻力臂l2，优点是_ _；B费力杠杆：l1_
2、 _l2，优点是_ _；C等臂杠杆：l1_ _l2，不省力也不费力。力臂:应该是从支点向力的作用线引垂线，支点到垂足之间的距离；求最小动力:要想所用的动力最小，动力臂就应该最大，即在杠杆上找一点，使这一点到支点的距离最远。二、滑轮1.三种不同滑轮的对比定滑轮动滑轮滑轮组示意图定义中间的轴_固定不动_的滑轮和重物一起_移动_的滑轮定滑轮、动滑轮组合成滑轮组实质_等臂_杠杆动力臂为阻力臂_2_倍的杠杆_省力_杠杆特点不能_省力_但是能改变_动力的方向_能省_一半_的力，但不能改变_动力的方向_既能_省力_又能改变_动力的方向2斜面(1)定义：一个与水平面成一定夹角的倾斜平面。(2)特点：省力机械。
3、如图：用F表示力，s表示斜面长，h表示斜面高，物重为G。理想情况下（不计摩擦），根据功的原理，得WFsGh，变形得F ，当h一定时，斜面越长越_省力_；例盘山公路。螺旋线可以看做是绕着圆柱上的斜面；例：饮料瓶瓶盖、螺旋千斤顶等。三.机械效率1有用功：在工作时，人们必需要做的功；额外功：在工作时，对人们无实用价值而又不得不做的功。使用机械时，人们对机械做的功是_ _功，机械克服有用阻力做的功是_ _功。总功：有用功和额外功之和。2.机械效率：有用功与总功的比值叫机械效率，公式：它没有单位，大小总小于1.3提高机械效率的方法：影响机械效率的因素有_、_，提高机械效率的方法：_使机械更合理轻巧；经常
4、保养润滑。一、探究杠杆的平衡条件(1)实验前调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，目的是使杠杆的重心在支点位置，避免杠杆自重对实验的影响；(2)实验时，在杠杆两边挂不同数量的钩码并移动钩码的位置，使杠杆在水平位置平衡，目的是便于直接从杠杆上读出力臂；(3)选取不同数量的钩码挂在杠杆两端，调节钩码的位置使杠杆水平平衡，并且多做几次，这是为了使实验结论具有普遍规律，避免偶然性。二、测滑轮组的机械效率1实验方法：控制变量法。3测量滑轮组的机械效率时，可以不用刻度尺，用弹簧测力计拉滑轮组对物体进行匀速拉动。有用功为提高物体时所做的功，总功为拉力F所做的功，额外功为克服动滑轮和绳重所做的功和克服
5、摩擦所做的功之和。提高滑轮组的机械效率应设法增大G或减小F。 例1.(淄博)如图是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械重和摩擦)，其中所需动力最小的是()例2.下列说法正确的是( )A机械效率越高的机械做功越快 B机械效率越高的机械做功越多C功率越大的机械做功越快 D功率越大的机械做功越多 例3.(聊城)如图所示，在水平拉力F的作用下，使物体A沿水平面以速度v向右匀速运动了距离s，若物重为G，水平面对物体的摩擦力为f。下列说法中不正确的是( )A.有用功为fvB.拉力做的功为3 fvC.装置的机械效率为D.额外功为(3F-f)s例4.(嘉兴中考)如图所示的三个滑轮中，属于动滑轮的是
6、_ _。若滑轮的自重和摩擦不计，当分别沿力F1、F2和F3方向匀速提起同一物体时，则F1、F2、F3的大小关系是_ _。例5. 如图甲所示，用此滑轮组使重力为60 N的物体A在水平桌面上匀速向左滑动，若A与桌面间的摩擦力f是15 N，则F为_ _N。例6.(内江)如图所示，用滑轮组提升一重物，物体质量为500 g，钩码在4 s内被匀速提升了2 cm，已知弹簧测力计的拉力为2.5 N，则提升重物的过程中，拉力F的平均功率为_ _W，滑轮组的机械效率为_ _%。(g10N/kg)例7(淮安)如图所示，用500 N的拉力，将重1200 N的木箱匀速提升1.5 m，所用的时间为30 s。(1)拉力所做
7、的有用功是多少？(2)拉力的功率是多少？(3)滑轮组的机械效率是多少？ 例8(长春)如图所示，小明将重300 N的木箱沿长5 m、高2 m的斜面匀速从底端拉上顶端，拉力大小恒为150 N。求：(1)拉力所做的功(2)斜面的机械效率。例9(河北)小明做俯卧撑时(如图所示)，可将其视为一个杠杆，重心在O点。他将身体撑起时，地面对两脚尖的支持力为250 N，两脚尖与地面的接触面积为60 cm2，双手与地面的接触面积为300 cm2。(1)画出以B为支点时重力的力臂l。(2)如果小明的两脚尖对地面的压强与双手对地面的压强之比为52，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
8、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？1(漳州)如图所示属于费力杠杆的是( )2(河南)如图所示，小华用苹果和桔子来玩跷跷板。她将苹果、桔子分别放在轻杆的左、右两端，放手后，杆马上转动起来。使杆逆时针转动的力是( )A苹果的重力 B桔子的重力 C杆对桔子的支持力D苹果对杆的压力3.(安徽)如图，轻质杠杆AB可以绕O点转动，在A点用细线悬挂一重物，在B点施加一竖直向下的动力，使杠杆在水平位置保持平衡。若将动力的方向改为沿虚线方向，仍使杠杆在水平位置保持平衡，则( )A动力臂增大，动力增大B动力臂增大，动力减小C动力臂减小，动力减小D动力臂减小，动力增大4.(桂
9、林)小明利用如图所示的简单机械移动物体A时。当沿不同方向分别用F1、F2、F3的力，以不同速度匀速拉动物体时，忽略绳子与滑轮的摩擦，下列说法中正确的是( )AF1F2F3 BF1F2F2F3 DF1F2F35(杭州)如图，手持10 kg物体保持平衡，此时肱二头肌收缩所承受的力一定( )A大于98 N B小于98 NC等于98 N D等于10 kg6(河南)把质量相等的A、B两物体挂在如图所示的滑轮组下面，不计绳子、滑轮的重力和摩擦，放手后( )AA上升 BA下降CA、B均静止 D无法判断7(潍坊)建筑工地上，装修工人用如图所示的滑轮组运送材料和废料，先将质量为m的地板砖从地面匀速提升到三楼，工
10、人所用拉力为F1，滑轮组的机械效率为1；然后又将质量为m的废料从三楼匀速运送到地面，工人所用拉力为F2，滑轮组的机械效率为2，则( )A12 B12 CF1F28(齐齐哈尔)如图所示，小丽用滑轮组匀速提升一个重为600 N的物体，物体上升的速度为0.1 m/s，人拉绳的力F为250 N，不计绳重和摩擦，下列说法中不正确的是( )A人拉绳做功的功率为75 WB滑轮组的机械效率为80%C绳子自由端移动的速度为0.3 m/sD动滑轮重为100 N9(武汉)如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为300 N的物体，拉力F的大小为30 N。若物体和地面之间的摩擦力大小为45 N，则A处的拉力大小和
11、滑轮组的机械效率分别为( )A45 N，50%B45 N，75%C60 N，50%D60 N，75%10(天津)如图所示，斜面长s为1.2 m、高h为0.3 m，现将重为16 N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若拉力F为5 N，拉力的功率为3 W，则有关计算错误的是( )A斜面的机械效率为80%B拉力做的总功为4.8 JC提升物体所做的有用功为4.8 JD物体由斜面底端运动到顶端用时2 s11题 12题 13题 14题11(桂林)如图所示，用滑轮组提升重物。请在图中画出最省力的绕线方法。 12(陕西)如图所示的起重机将重为6103 N的货物匀速提升10 m，它的电动机做的功为1.25105
12、 J，起重机匀速提升货物做的有用功为_ J，机械效率为_。对于实际机械，机械效率总小于100%的原因是 。13.(潍坊中考)如图所示，用两个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组，每个滑轮重为30 N。用这个滑轮组把重300 N的物体匀速提升2 m，不计绳重及摩擦，则拉力F的大小是_N，滑轮组的机械效率为_。 14(安徽)某实验小组进行测量滑轮组机械效率的实验，先用弹簧测力计测量钩码所受的重力G(如图甲所示)，再按图乙所示的连接方式组装好滑轮组，并分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置。(1)图甲中弹簧测力计的示数为_N。(2)图乙中，为了测量绳子自由端的拉力F，A同学认为应该在弹簧测力计静止时读数，B同学
13、认为应该在缓慢匀速提升时读数，正确的是_(选填“A”或“B”)同学的方法。(3)按照正确的测量方法，测出的拉力F与钩码所受重力G的大小关系为F_ _ G。（填“”“”或“”)(4)实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置，是为了 15(凉山)某人用如图所示的滑轮组用100 N的拉力F将180 N的重物在4 s内匀速提高5 m，若不计绳重和摩擦，求：(1)拉力做功的功率。(2)该滑轮组的机械效率。16(扬州)水平地面上的圆桶装有体积为0.01 m3的水，圆桶与地面接触面积为0.2 m2，g取10 N/kg，水1.0103 kg/m3，桶自重忽略不计。求：(1)这桶水的质量。(2)这桶水对地面的
14、压强。(3)若用动滑轮将此桶水匀速提升1 m，所用拉力60 N，求动滑轮的机械效率。自我检测1(滨州)如图所示，工人用滑轮或滑轮组提升重物，每只滑轮质量均相同，若把同一货物匀速提升相同的高度(不计绳子与滑轮间的摩擦)，下列说法正确的是( )A使用丙滑轮组与使用丁滑轮组一样省力 B使用丁滑轮组最省力C其中机械效率最高的是使用丙滑轮组 D其中机械效率最高的是使用乙滑轮2(泸州)利用如图所示的滑轮组，在20 s时间内将重为20 N的物体匀速提升了2 m，所用拉力F为12.5 N。下列判断正确的是( )A绳子自由端移动的速度为0.1 m/s B该滑轮组的机械效率为80%C此段时间内，拉力做功为40 J
15、 D拉力做功的功率为1.25 W3(天津)(多选)如图所示，斜面长s为1.2 m，高h为0.3 m，现将重为16 N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为5 N，拉力的功率为3 W，则( )A斜面的机械效率为80%B拉力做的总功为4.8 JC提升物体所做的有用功为4.8 JD物体由斜面底端运动到顶端用时2 s4(河南)一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它将同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比( )A有用功减少，总功减少 B有用功增加，总功增加C有用功不变，总功不变 D有用功不变，总功减少5(福州)如图所示，用甲、乙两种装置分别将重1 N的物体匀速提升相同的高度，滑轮重0.2
16、 N，不计摩擦和绳重，所用的拉力分别是F甲和F乙，机械效率分别是甲和乙，则( )AF甲F乙 BF甲F乙 C甲乙 D甲乙6（西宁）小明用滑轮组匀速提升一个重为600N的物体A，如图所示，物体上升速度为0.1m/s，人拉绳子的力为350N，不计绳重和摩擦，人拉绳做功的功率为W，滑轮组的机械效率为，动滑轮重为N7(达州)如图所示，用F为40 N的拉力，通过滑轮组拉着重为300 N的物体A在水平面上以0.4 m/s的速度向左做匀速直线运动。物体受到的摩擦力是物重的0.3倍，滑轮组的机械效率是_ _，拉力的功率是_ _W。8（兰州）如图所示，物重G为2000N，斜面长5m，高3m，斜面和滑轮组装置的总机
17、械效率为80%，若将重物沿斜面以0.2m/s的速度拉上来，求：（1）所需拉力F是多少？（2）机械的总功率是多少？1(长沙)用图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100 N，每次运送的量不定，图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图象，由图可知动滑轮重为_ _N，当某次运送4件货物时，绳子拉力F是_ _N，滑轮组的机械效率为_ _。(不考虑绳重和摩擦)2.如图所示，在课桌的C点用最小的力把桌腿B抬离地面，在抬起时桌腿A没有滑动。请在C点画出这个力的示意图，并标出它的力臂l。3(兰州)某同学想利用杠杆的平衡条件来测量刻度尺的质量。(1)将刻度尺平放在支座上，左右移动刻度尺
18、，找出能够使刻度尺在水平位置保持平衡的支点位置，记下这个位置，它就是刻度尺的_ _；(2)如图所示，将质量为M1的物体挂在刻度尺左边某一位置，向_ _(选填“左”或“右”)移动刻度尺，直到刻度尺能够在支座上重新保持水平平衡。记录物体悬挂点到支座的距离l1和刻度尺的_ _到支座的距离l2；(3)根据杠杆的平衡条件，可以计算出刻度尺的质量m_ _(用题目中所给物理量表示)。4（2013春海淀区期末）在图所示的装置中，质量可忽略不计的杠杆CD可绕转轴O点自由转动，OC：OD=2：1，A、B两个滑轮的质量均为2kg，E是边长为20cm、密度为1的正方体合金块，合金块E通过滑轮A用轻细线悬吊着全部浸没在
19、密度为2的液体中当质量为60kg的人用F1=75N的力竖直向下拉绳时，杠杆恰好在水平位置平衡，此时人对地面的压强为p1=1.05104Pa；若把密度为2的液体换成密度为3的液体，合金块E全部浸没在密度为3的液体中，人用F2的力竖直向下拉绳，杠杆在水平位置平衡，此时人对地面的压强为p2=1.034104Pa若2：3=5：4，取g=10N/kg，人与地面接触的面积保持不变，杠杆和滑轮的摩擦均可忽略不计，求：（1）人用F1拉绳时，杠杆C端所受的拉力大小；（2）F2的大小；（3）合金块E的密度15（随州）如图所示，有一粗细均匀，重为40N，长为4m的长木板AB，置于支架上，支点为0，且AO=1m，长木板的右端B用绳子系住，绳子另一端固定在C处，当长木板AB水平时，绳与水平成30的夹角，且绳子所能承受的最大拉力为60N一个重为50N的体积不计的滑块M在F=10N的水平拉力作用下，从AO之间某处以V=1m/s的速度向B端匀速滑动，求：滑块匀速运动时所受的摩擦力的大小当滑块匀速运动时拉力F做功的功率滑块在什么范围内滑动才能使AB保持水平
