第十一讲简单机械

第一部分考点研究第十一讲简单机械知识精讲考点清单重难点突破实验突破考点清单简单机械杠杆滑轮机械效率定义五要素杠杆的平衡条件杠杆的分类滑轮其他简单机械定义：如图所示，一根硬棒，在力的作用下能绕①_________转动，这根硬棒就是杠杆.杠杆②_____：杠杆可以绕其转动的点O.③_____：使杠杆转动的力F1.④_____：阻碍杠杆转动的力F2.动力臂：从支点O到⑤_____________的距离L1.阻力臂：从支点O到⑥_____________的距离L2.五要素固定点O支点动力阻力动力F1作用线阻力F2作用线杠杆的平衡条件当杠杆在动力和阻力作用下⑦_____时，我们就说杠杆平衡了.杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂.用F1、F2、L1、L2分别表示动力、阻力、动力臂和阻力臂，杠杆的平衡条件可以写作：⑧__________.静止F1L1=F2L2种类省力杠杆费力杠杆等臂杠杆示意图力臂L1⑨___L2L1⑩___L2L1___L2

省力情况F1___F2(省力)F1___F2(费力)F1___F2（不省力也不费力）＞＜＝＜＜＝杠杆的分类13141112种类省力杠杆费力杠杆等臂杠杆距离情况

___距离

___距离

____距离也___距离应用实例撬棒、铡刀、瓶盖起子、手推车、钢丝钳等钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪子、缝纫机脚踏板等天平等18费省不省不变171615滑轮图示定义实质定滑轮使用滑轮时轴的位置固定不动的滑轮

____杠杆动滑轮轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮称为动滑轮

____杠杆滑轮组把定滑轮和动滑轮组合在一起构成滑轮组省力省力1923滑轮特点F移动距离(s)和G移动距离(h)的关系可以_____________，但

___________可以____，但____________________既可以____又可以____________,若承担重物的绳子为n段，则绳端施加的力为重物的（忽略动滑轮的自重）______改变力的方向不省力s=h省力改变力的方向省力不改s=2hs=nh变力的方向272625242221202928其他简单机械：轮轴和斜面也属于简单机械，并且都可以是___力机械，若使用轮轴或斜面能___力，则一定要___距离.省费省滑轮323130机械效率有用功：无论是否使用机械，必须要做的功，叫有用功，用W有表示.额外功：使用机械时，并非我们需要又不得不做的功,叫做额外功，用W额表示.总功：有用功与额外功之和叫做总功，用W总表示；总功、有用功和额外功之间的关系为______________.定义：物理学中，将______跟_____的比值叫做机械效率，用符号___表示.W总＝W有+W额有用功总功J36353433计算公式：_____________.使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是_____总功，所以机械效率总是小于1的，机械效率通常用_______表示.提高机械效率的方法：改进结构，使它更合理轻巧.在使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态.机械效率百分数小于393837重难点突破1.杠杆作图（1）杠杆力臂的作图步骤（2）杠杆最省力的作图方法①动力作用点要选在杆的最远端（指距支点最远处）；②连接动力作用点与支点(用虚线）；③根据动力与阻力使杠杆的旋转方向相反来确定动力的方向；④以支点为起点，向动力作用线作垂足.1.（2014辽阳）“节约用水，人人有责”．如图甲是用水后及时关闭水龙头时的情景，水龙头手柄看作是一个杠杆，请你在图乙所示的示意图中画出阻力臂L2，并画出施加在A点的最小动力F1及其力臂L1如答图所示【解析】过O点作阻力F2的垂线，即为阻力F2对支点的力臂L2；动力的方向应该向下，动力最小，即动力臂最长，连接支点O与动力的作用点A，过动力的作用点作垂线就得到施加的最小动力F1及力臂L12.判断滑轮组绳子段数及用力情况（1）不计摩擦和机械本身的重力时，F=

G物.（2）只考虑动滑轮的重力，不计摩擦和绳重时，F＝

(n为承担物重的绳子段数).而承担物重的绳子段数则可以通过“隔离法”来确定，如下图所示，在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线，有几段绳子通过动滑轮(或者有几条绳子与动滑轮相连)，就有几段绳子承担物重.滑轮组的组装：根据承担物重的绳子段数n的奇偶性确定绳子固定端的位置，即“奇动偶定”：①n为奇数，绳子的固定端在动滑轮上；②n为偶数，绳子的固定端在定滑轮上.3.机械效率的计算机械效率的计算公式为η=×100％，对于滑轮、滑轮组及斜面的机械效率的计算总结如下：有用功总功机械效率物体G上升高度为h所做的功W有=Gh拉力F移动s所做的功W总=Fs(s=vt)η=×100％==物理量简单机械有用功总功机械效率物体G上升高度为h所做的功W有

=Gh拉力F移动s所做的功W总=Fs

s=nh(n为动滑轮承担绳子的段数)η=×100％==简单机械物理量有用功总功机械效率物体A移动距离为s′所做的功

W有=fs′（f为物块A所受的摩擦力）拉力F移动s所做的功W总=Fs;s=ns′（n为动滑轮承担绳子的段数）η=×100％＝

=物理量简单机械例（2014南京）如图所示，搬运工人用滑轮组在20s内将重为540N的重物匀速提升3m，所用拉力为200N，则他所做的有用功是_____J，额外功是_____J，拉力的功率是____W，滑轮组的机械效率是_____.

例题图16201809090%【解析】搬运工人所做的有用功为W有=Gh

=540N×3m=1620J，总功为W总=Fs=200N×9m=1800J，额外功为W额=W总－W有=1800J－1620J=180J，拉力的功率为P==90W，滑轮组的机械效率为η=

2.（2013长沙）用图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重100N，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像，由图可知动滑轮重为

N，当某次运送4件货物时，绳子的拉力F是

N，滑轮组的机械效率为

（不考虑绳重和摩擦）．80%100250实验突破实验一探究杠杆的平衡条件（2014年3次，2013年2次，2012年2次）1.杠杆平衡的调节（杠杆向右倾斜时，向左调节平衡螺母；杠杆向左倾斜时，则向右调节平衡螺母）（2013年1次）2.调节杠杆使其在水平位置平衡的目的（便于方便测量力臂）（2014年2次，2013年12次，2012年1次）3.选择杠杆中间为支点的原因（减少杠杆自重对实验的影响）（2013年1次，2012年1次）4.杠杆平衡条件的应用（F1L1＝F2L2）（2014年1次，2012年1次）5.测力计从竖直拉杠杆变成倾斜拉杠杆，测力计的示数的变化（测力计的示数将变大，因为拉力的力臂变小了）（2014年1次，2013年1次）6.需要多次实验（只做一次实验得出的结论往往具有偶然性和片面性，不具普遍性）（2014年1次，2012年1次）7.实验结论的提出（2013年1次）8.实验评估实验结论：动力×动力臂=阻力×阻力臂，公式F1L1=F2L2例1（2014昆明）在探究“杠杆平衡条件”的实验中，采用了如图所示的实验装置.例1题图（1）调节杠杆平衡时，都应该使它在______位置平衡.根据图示杠杆所处的位置，应将平衡螺母向_____调整（选填“右”或“左”）.（2）挂上钩码，正确调节使杠杆再次平衡.此时挂在杠杆上的钩码施加的动力、阻力方向恰好与杠杆_____，挂钩码位置所对应的刻度值就等于_____.水平左垂直力臂（3）某小组同学在杠杆左右两侧分别挂上不同数量的钩码，同时调节平衡螺母使杠杆平衡，你认为他们的做法是_______.错误的（4）实验的结果如下表所示.动力（F1/N）动力臂（L1/cm）阻力（F2/N）阻力臂（L2/cm）366325524224369234264428甲同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是：动力+动力臂=阻力+阻力臂乙同学分析实验数据后认为杠杆平衡的条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂两个同学都认为自己是对的，对方是错误的，那么你认为他们中正确的应该是___同学.原因是___同学的结论仅从部分实验数据分析得到，不是所有实验数据都满足他总结的结论.乙甲（5）下列正在使用中的杠杆：用镊子取砝码、用扳手拧螺母、用钉锤拔钉子，属于费力的杠杆是_____.镊子【解析】（1）调节杠杆平衡时，都应该使它在水平位置平衡，使杠杆的重心落到支点，消除杠杆重对杠杆平衡的影响；杠杆右端低左端高，要使它在水平位置平衡，应将杠杆右端的平衡螺母向左调节；（2）对于直棒杠杆，如果力的方向与杠杆垂直，则力臂和支点与动力作用点之间的距离相等；如果力的方向与杠杆不垂直，则力臂小于支点与动力作用点之间的距离；（3）在挂上钩码后，如果出现不平衡，不能再调节平衡螺母，应通过加减钩码或调节钩码的位置来使其平衡；（4）乙同学是通过6组实验结果，得出的实验结论是：杠杆平衡时：动力×动力臂=阻力×阻力臂（或F1L1=F2L2）.而甲同学仅仅通过前3组实验得出的结果，具有片面性和不正确性；（5）镊子是动力臂小于阻力臂的杠杆，是费力杠杆；而扳手和钉锤是动力臂大于阻力臂的杠杆，是省力杠杆.（1）实验时应多次测量是为了____________；（2）实验时加减砝码应使杠杆在水平位置平衡，这样做的好处是：便于在杠杆上直接测量_____；（3）当弹簧测力计逐渐向右倾斜时，使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将_____（选填“变大”、“变小”或“不变”），其原因是________________.寻找普遍规律力臂拉力的力臂变小变大【解析】（1）只做一次实验得出的结论往往具有偶然性和片面性，不具普遍性；（2）当杠杆在水平位置平衡时，支点到力的作用点的距离就是力臂，这样便于测量力臂；（3）当弹簧测力计向右倾斜时，拉力的力臂变小，根据杠杆平衡条件可知拉力要变大.1.（2014锦州）在探究“杠杆的平衡条件”实验中，所用的实验器材有杠杆和支架、尺、细线、质量相同的钩码若干．（1）将杠杆装在支架上，发现杠杆右端下沉，此时应将杠杆两侧的螺母同时向

调．（2）某同学进行正确的实验操作后，能不能根据图甲这一组数据得出探究结论？_____（选填“能”或“不能”），理由是_______________________.（3）如图甲所示，杠杆在水平位置平衡．如果在杠杆两侧各增加一个相同的钩码，则杠杆____（选填“左”或“右”）端将下沉．左不能实验数据少，具有右偶然性（4）如图乙所示，用弹簧测力计在Ｃ处竖直向上拉使杠杆在水平位置平衡．当弹簧测力计逐渐向右倾斜时，仍使杠杆在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将

（选填“变大”、“变小”或“不变”），其原因是：______________

变大臂变小力【解析】（1）杠杆右端下沉，说明左端较高，则应将左边或右边的平衡螺母向左端调节，使杠杆在水平位置平衡；（2）只有一次实验总结实验结论是不合理的，一次实验具有偶然性，要多进行几次实验，避免偶然性；（3）根据杠杆的平衡条件：F1L1=F2L2，如果在杠杆两侧各增加一个相同的钩码，则杠杆左端F1L1=（4+1）G×3L=15GL，则杠杆右端F2L2=（3+1）G×4L=16GL，钩码数量和格数的乘积右端大，所以杠杆右端将下沉；（4）由图示可知，当弹簧测力计逐渐向右倾斜时，弹簧测力计拉力F的力臂L变小，FA=4G，LA=3L保持不变.由杠杆平衡条件FALA=FL可知弹簧测力计的拉力变大.实验二测量滑轮组的机械效率（2014年3次，2013年6次，2012年4次）1.实验用到的测量器材（弹簧测力计和刻度尺等）（2014年2次，2013年1次，2012年1次）2.实验时，必须匀速拉动弹簧测力计（保证测力计的读数与拉力的大小相同）（2014年1次，2013年2次，2012年1次）3.实验中有用功、额外功、总功、机械效率的计算（2014年2次，2013年3次）4.知道绳子自由端移动的距离和物体上升高度的关系（看有n段绳子吊着动滑轮，有n段，绳子自由端就费n倍的距离）（2014年1次，2013年2次，2012年1次）5.判断影响滑轮组机械效率的因素（与滑轮自重、货物重、绳子重、摩擦力有关）（2014年2次，2013年1次）6.影响滑轮组机械效率大小的因素（滑轮组的机械效率与物体的重力、机械间的摩擦力、动滑轮的重力有关）（2014年1次，2012年1次）7.控制变量法的应用：（1）控制动滑轮的重力相同，通过改变所吊钩码的数量，来探究滑轮组的机械效率与所吊钩码重力的关系（2013年1次，2012年1次）（2）控制动滑轮组所吊起钩码数量相同，通过改变动滑轮的数量，来探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力的关系（2013年2次）8.实验数据分析（应用控制变量法的思想）（2014年2次，2013年3次，2012年1次）例2

某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如下表，实验装置如图所示.123钩码重G/N446钩码上升高度h/m0.10.10.1绳端拉力F/N1.81.62.4绳端移动距离s/m0.30.4机械效率η74.1％62.5％实验次数物理量（1）实验中应沿竖直方向________________拉动弹簧测力计，使钩码上升.（2）通过表中数据可分析出第2次实验是用___（选填“甲”或“乙”）图所示装置做的实验.例2题图匀速（匀速直线）乙（3）通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率______（选填“越高”、“不变”或“越低”）.（4）小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验，表中第3实验中空缺的数据应为：绳端移动距离s＝____m，机械效率η＝______.越低83.3％0.3【解析】（1）实验中应该沿竖直方向匀速向上拉动弹簧测力计使物体向上做匀速直线运动.（2）题图甲的滑轮组有3股绳子承重，绳子自由端通过的距离是钩码上升高度的3倍；题图乙的滑轮组有4股绳子承重，绳子自由端通过的距离是钩码上升高度的4倍.分析表中数据可知，第2次实验绳子自由端移动的距离正好是钩码上升高度的4倍，而题乙图绳子自由端通过的距离是钩码上升高度的4倍，所以第2次实验使用的是题乙图的装置.（3）由表中数据可知，第1次实验时绳子自由端移动的距离正好是钩码上升高度的

=3倍，所以它使用的是甲滑轮组，而第2次实验使用的是乙滑轮组.显然，甲滑轮组动滑轮的个数少，动滑轮质量小，重力小，而两次实验钩码重、物体上升高度等都不变，所以探究的是机械效率与动滑轮个数（质量）的关系.实验中，第1次实验使用的甲滑轮组动滑轮个数少（质量小），其机械效率较大，所以通过这两组实验可得：使用不同的滑轮组提升相同的重物时，动滑轮的个数越多（动滑轮的质量越大），滑轮组的机械效率越低.（4）使用第1次实验使用的甲滑轮组做实验时，绳端通过的距离是钩码上升高度的3倍，所以绳端移动距离s=3h=3×0.1m=0.3m，有用功是W有=Gh=6N×0.1m=0.6J，总功是W总=Fs=2.4N×0.3m=0.72J，所以机械效率（1）在测量滑轮组的机械效率时，需要的实验测量仪器有___________和________；（2）第1次实验和第3次实验中，第3次实验的机械效率较____，这是因为两次实验中所做额外功____，而第3次实验所做有用功较____；（3）此实验在探究滑轮组的机械效率的的实验中，用到的物理研究方法是_________法；（4）通过实验，请你提出提升滑轮组机械效率的两种方法：①_____________；②______________________________________________.弹簧测力计刻度尺高多相同控制变量增加重物重量重力（减少绳子与滑轮间的摩擦力）减轻动滑轮的2.在“探究滑轮组机械效率”的实验中，某实验小组采用图甲中A、B两种绕线方式不同的滑轮组进行实验，发现了一些实际问题．（1）下表是实验中的几组数据，请在表格的空白处填上相应的计算结果．实验

次数滑

轮

组物块重

G/N物块上升

的高度

h/m有用功

W有/J拉力

F/N弹簧测力

计移动的

距离s/m总功

W总/J机械

效率1A0.500.20.100.200.40.08125%2A1.900.20.380.950.40.38100%3B0.500.20.100.250.64B1.900.20.380.750.60.4584.4%0.1566.7％（2）实验中机械效率η

（选填“＞”、“＝”或“＜”），而表格中1、2两次实验的机械效率分别为125％和100％．这是什么原因？通过观察图乙和图丙，手持弹簧测力计在竖直方向时，发现指针的位置不同，图乙中指针在零刻线的下方．（3）经过分析，找到了机械效率为100％和125％的原因是：用滑轮组Ａ进行实验时，弹簧测力计的示数比细绳实际的拉力要

，用测量值计算出的总功比细绳实际拉力做的功要___________，因此测得的机械效率比实际效率要高．＜小小（或少）（4）实验总结：在测量滑轮组机械效率的实验中，考虑弹簧测力计对读数的影响，测拉力时，弹簧测力计一般要竖直向

移动；若弹簧测力计倒置时测拉力，要先将指针调至零刻线处。上（2）实际中，由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1．而在第1、2次实验中，由表格中数据知由两段绳子承担物重，所以拉力向下，由于测力计外壳本身有重力，所以此时所测拉力偏小，计算出的总功也会偏小，从而造成机械效率偏大甚至大于100％；（3）因为弹簧测力计本身具有重力，所以当拉力方向竖直向下时，弹簧测力计的重力与测力计示数之和为绳端的实际拉力．所以所测的的拉力比实际的拉力要小.因此计算的总功偏小，根据公式，有用功不变，总功偏小，所以测量的机械效率偏高；（4）由于弹簧测力计本身重力的影响，所以向下拉弹簧测力计误差会很大,所以弹簧测力计一般要竖直向上移动.实验三探究斜面的机械效率（2014年3次，2013年2次，2012年3次）1.弹簧测力计应匀速拉动绳子（2014年2次，2013年1次，2012年1次）2.改变斜面倾斜程度是通过改变斜面与水平面的夹角来实现的（2014年1次，2013年1次）3.有用功的计算方法（W有用＝Gh）（2012年1次）4.总功的计算方法（W总＝Fs）（2012年1次）5.斜面机械效率的计算方法（η＝×100％＝×100％）（2014年2次，2013年1次）6.影响斜面机械效率大小的因素（斜面的机械效率和斜面的倾斜程度、物体重力、斜面的粗糙程度有关：斜面越光滑、倾斜程度越大，物体越重，斜面的机械效率越大）（2014年1次，2012年2次）7.提高机械效率的方法

（2014年1次，2013年1次）实验结论：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度、物体重力、斜面的粗糙程度有关；斜面越光滑、倾斜程度越大、物体越重、斜面的机械效率越大例3（2014淄博）小亮看到工人利用斜面把货物推到车上，联想到物理课上学过的知识，提出了以下两个问题：（1）斜面越平缓越省力，是不是机械效率越高呢？（2）对于同一个滑轮组，提升的物体越重，机械效率越高；对于同一个斜面，是不是所推的物体越