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文档简介
专题12简单机械【思维导图】【知识点回顾】知识点一.杠杆(1)杠杆:在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。(2)杠杆的五要素:①支点:杠杆绕着转动的固定点(O);②动力:使杠杆转动的力(F1);③阻力:阻碍杠杆转动的力(F2);④动力臂:从支点到动力作用线的距离(l1);⑤阻力臂:从支点到阻力作用线的距离(l2)。2.杠杆的平衡条件(1)杠杆的平衡:当有两个力或几个力作用在杠杆上时,杠杆能保持静止或匀速转动,则我们说杠杆平衡。(2)杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即:F1l1=F2l2(3)在探究杠杆的平衡条件实验中,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在不挂钩码时,保持水平并静止,目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响,此时杠杆自重的力臂为0;给杠杆两端挂上不同数量的钩码,移动钩码的位置,使杠杆重新在水平位置平衡,目的是方便直接从杠杆上读出力臂的大小;实验中要多次试验的目的是获取多组实验数据归纳出物理规律。3.杠杆的应用(1)省力杠杆:动力臂大于阻力臂的杠杆,省力但费距离。(2)费力杠杆:动力臂小于阻力臂的杠杆,费力但省距离。(3)等臂杠杆:动力臂等于阻力臂的杠杆,既不省力也不费力。知识点二、滑轮1.定滑轮(1)实质:是一个等臂杠杆。支点是转动轴,动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。(2)特点:不能省力,但可以改变动力的方向。2.动滑轮(1)实质:是一个动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆。支点是上端固定的那段绳子与动滑轮相切的点,动力臂是滑轮的直径,阻力臂是滑轮的半径。(2)特点:能省一半的力,但不能改变动力的方向,且多费一倍的距离。3.滑轮组(1)连接:两种方式,绳子可以先从定滑轮绕起,也可以先从动滑轮绕起。(2)作用:既可以省力又可以改变动力的方向,但是费距离。(3)省力情况:由实际连接在动滑轮上的绳子段数决定。绳子段数:“动奇定偶”。拉力 ,绳子自由端移动的距离s=nh,其中n是绳子的段数,h是物体移动的高度。4.轮轴和斜面(1)轮轴:实质是可以连续旋转的杠杆,是一种省力机械。轮和轴的中心是支点,作用在轴上的力是阻力F2,作用在轮上的力是动力F1,轴半径r,轮半径R,则有F1R=F2r,因为R>r,所以F1<F2。(2)斜面:是一种省力机械。斜面的坡度越小,省力越多。知识点三、机械效率1、有用功——W有用:使用机械时,对人们有用的功叫有用功。也就是人们不用机械而直接用手时必须做的功。在提升物体时,W有用=Gh。2、额外功——W额外(1)使用机械时,对人们没有用但又不得不做的功叫额外功。(2)额外功的主要来源:①提升物体时,克服机械自重、容器重、绳重等所做的功。②克服机械的摩擦所做的功。3、总功——W总:(1)人们在使用机械做功的过程中实际所做的功叫总功,它等于有用功和额外功的总和。即:W总=W有用+W额外。(2)若人对机械的动力为F,则:W总=F•s4、机械效率——η(1)定义:有用功与总功的比值叫机械效率。 (2)公式:η=W有用/W总。(3)机械效率总是小于1。(4)提高机械效率的方法:①改进结构,使它更合理、更轻巧;②经常保养,使机械处于良好的状态。(3)功率与机械效率的区别:①二者是两个不同的概念:功率表示物体做功的快慢;机械效率表示机械做功的效率。②它们之间的物理意义不同,也没有直接的联系,功率大的机械效率不一定大,机械效率高的机械,功率也不一定大。【例题精析】(2022•菏泽)如图所示,在快递仓库内工人把重为600N的货物用滑轮组以0.2m/s的速度匀速提升,忽略摩擦及绳重,该过程中滑轮组的机械效率为80%,则()A.工人所用的拉力为200N B.动滑轮的重力为100N C.拉力的功率为150W D.提升重力不同的货物时,此滑轮组机械效率不变(2022•辽宁)使用如图所示的滑轮组,沿水平方向匀速拉动质量为300kg的物体,弹簧测力计的示数为200N,物体在10s内移动1m。物体所受的摩擦力为物重的0.1倍。不计绳重和滑轮组内的摩擦,下列说法正确的是()A.滑轮组的机械效率为50% B.动滑轮重为100N C.绳子自由端拉力的功率为20W D.增大物重机械效率不变(2022•广元)小李家在自建房屋的过程中,自制了向高处运送材料的装置如图所示,其中动滑轮重为100N。若某一次运送的材料重为400N,在拉力F作用下,材料在20s内匀速上升4m,不计绳的质量和滑轮的摩擦,下列说法中正确的是()A.滑轮组所做的额外功为1600J B.材料上升的速度大小为0.4m/s C.拉力F做功的功率为80W D.滑轮组的机械效率为80%(2022•眉山)小廖同学家里正在修建楼房,他通过调查了解到工人利用如图的装置,将重力为900N的物体匀速提升了6m,工人对绳子施加的拉力F为475N。忽略绳重和机械之间的一切摩擦。下列说法中正确的是()①拉力F做功为2850J②动滑轮的重力为50N③拉力F做的额外功为600J④如用该装置匀速提升重力为950N的物体,则该滑轮组的机械效率为95%A.①③ B.②④ C.①② D.③④(2022•乐山)如图所示,在50N的水平拉力F的作用下,重600N的物体沿水平地面做匀速直线运动,物体与地面间的滑动摩擦力是自身重力的0.2倍,绳子自由端向前移动的速度为0.6m/s。则()A.拉力F的功率为3W B.1min内物体移动的距离为36m C.1min内所做的有用功为1440J D.该滑轮组的机械效率为85%(2022•内江)在如图所示的滑轮组中,每个滑轮重20N,在绳子自由端用100N的拉力把货物匀速提高1m,不计摩擦和绳重,则货物的重力和滑轮组的机械效率分别是()A.20N80% B.20N90% C.180N90% D.180N80%(2022•镇江)如图1所示,轻质杠杆可绕O转动,A点悬挂一重为12N的物体M,B点受到电子测力计竖直向上的拉力F,杠杆水平静止,已知OA=AB=BC,则F为N。保持杠杆水平静止,将F作用点从B移至C,此过程中F方向保持不变,F的力臂记为l,则F的大小变,F与(1l)的关系图线为图2中的①;将M从A移至B,再重复上述步骤,F与(1l)的关系图线为图2中的(2022•宁夏)生活中有很多小妙招,如图甲所示,用钢勺很轻松就可以打开饮料瓶盖,模型如图乙,它是以为支点(选填“A”或“B”)的省力杠杆,手在(选填“C”或“D”)点向下压时会更省力。(2022•泰州)建设中的常泰大桥为斜拉索公路、铁路两用大桥,如图为小华制作的斜拉索大桥模型,她用长30cm、重5N的质地均匀分布的木条OA做桥面,立柱GH做桥塔。OA可绕O点转动,A端用细线与GH上的B点相连,桥面OA实质是一种(填简单机械名称)。保持桥面水平,细线对OA的拉力F=N;将细线一端的固定点由B点改至C点,拉力F的大小变化情况是,由此小华初步了解到大桥建造很高桥塔的好处。(2022•湖北)如图是指甲剪的示意图。请在图中画出杠杆ABO以O点为支点时动力F1的力臂l1和阻力F2。(忽略摩擦,保留作图痕迹)(2022•黔东南州)如图所示,用杠杆将物体A提起,请画出使杠杆平衡最小力F的示意图和物体A所受重力的示意图。(2022•河南)在探究杠杆平衡条件的实验中:(1)将装置放在水平桌面上,静止时如图1所示。为了使杠杆在水平位置平衡,应将螺母向(选填“左”或“右”)调节。(2)实验中,在杠杆两侧挂上不同数量的钩码,第1、2次杠杆平衡时的数据已填入表格。图2是第3次杠杆平衡时的情景,此次杠杆右侧的阻力和阻力臂的数据①为,②为。实验次数动力F1/N动力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m12.50.220.25220.151.50.231.50.1①②(3)分析实验数据,可归纳出杠杆的平衡条件:。(4)某小组对实验过程交流、讨论后,按图3所示又进行了实验。老师肯定了他们的做法,并指出,用弹簧测力计斜拉可使结论更具普遍性,因为这样做改变了。在测量拉力F的力臂时,小组内有不同的意见,你认为拉力的力臂应为(选填“OA”“OB”或“AB”)。(2022•威海)为了建设精致城市,每到春天园林工人要在过街天桥上放置花草,为城市增添一抹绿色。如图所示,工人用长木棒、滑轮、轻绳组装提升装置。木棒放置在天桥栏杆上始终保持水平,与栏杆M接触点为O;用沙袋将木棒B端压在栏杆N上,在木棒A端吊装滑轮组。OA:OB=1:2,每个沙袋重300N,每个滑轮重24N。(木棒和绳的重力、滑轮与轴的摩擦均忽略不计)(1)若A点受到竖直向下的拉力为1000N,为了保持木棒水平平衡,在B端至少需要放置几个沙袋?(2)若某次工人利用滑轮组竖直向下拉绳子,将重为376N的花架匀速提升5m。求:①滑轮组的机械效率。②滑轮组对绳AC的拉力。(2022•荆州)美的楼宇科技荆州产业园项目是美的集团继冰箱和洗衣机项目后,第三个落地荆州的生产基地,将成为美的楼宇科技在全国最大的集研发、生产于一体的标杆工厂。项目建设中,工人用如图所示的装置将质量为70kg的建筑材料匀速提升了6m,用时10s。电动机的输出功率恒定为600W,不计绳重和摩擦,g=10N/kg。求:(1)建筑材料上升的速度;(2)10s内电动机输出的总功;(3)动滑轮所受的重力;(4)若用此滑轮组匀速提升另一批建筑材料时,机械效率是90%,则该建筑材料上升的速度。(2022•毕节市)如图,一辆货车匀速从山底A开到山顶B。货车重为5.0×104N,发动机的功率50kW保持不变,山坡AB长2000m,高h为300m,牵引力保持2.5×104N不变,不计空气阻力。求:(1)汽车从山底开到山顶所做的有用功。(2)山坡的机械效率。(3)汽车在山坡上行驶时的摩擦力。【习题巩固】一.选择题(共12小题)1.(2022•泰山区三模)如图所示是一种铡刀切甘蔗的示意图,下列说法正确的是()A.铡刀的刀刃比较薄是为了减小甘蔗和刀刃间的摩擦 B.铡刀实质上是一种费力杠杆 C.把甘蔗放在b点比放在a点更容易切断 D.手沿F2方向用力比沿F1方向时更省力2.(2022•牡丹江一模)关于生产生活中简单机械的使用,下列说法正确的是()A.用瓶起子起瓶盖可以省力 B.用滑轮组提升重物一定省功,但会费距离 C.钳子的手柄有条纹,是通过增大压力的方法来增大摩擦力 D.传送带将货物由高处匀速传到低处,货物的重力势能减小,动能增大3.(2022•莲湖区二模)某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率。保持O点位置不变,竖直向上拉动弹簧测力计使重为G的钩码缓慢匀速上升,在此过程中弹簧测力计的读数为F,利用刻度尺分别测出C、B两点上升的高度为h1、h2,忽略杠杆自重,则下列说法不正确的是()A.杠杆机械效率的表达式为Gh1B.在如图水平位置拉升时F×OB=G×OC C.若只将钩码的悬挂点由A移至C,O、B位置不变,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将变大 D.若弹簧测力计始终竖直向上拉,则测力计示数不断变化4.(2022•鼓楼区校级一模)如图所示,轻质杠杆MON及支架是一个固连在一起的整体,且能绕O点转动,MO:NO=3:2,图中正方体D通过细线与N点相连且与水平地面的接触面积S为400cm2,当物体A的质量为8kg时,杠杆在水平位置上平衡,物体D对水平地面的压强p1为4000Pa;当把物体A换成质量为12kg的物体B,支点移至O',使MO':NO'=4:3时,杠杆仍在水平位置上平衡,此时绳对物体D的拉力为F,物体D对水平地面的压强为p2(杠杆、支架和托盘的重力不计),则下列结论正确的是()A.物体D的质量为16kg B.物体D的密度为2.5×103kg/m3 C.绳对物体D的拉力F为160N D.物体D对水平地面的压强p2为400Pa5.(2022•碑林区校级模拟)滑轮是提升重物时经常用到的一种机械,工人师傅用500N的拉力F,利用如图所示的滑轮将重800N的重物在30s内匀速提高了6m。下列判断正确的是()A.绳端移动的速度为0.2m/s B.提升重物所做的有用功为3000J C.工人师傅拉绳子的功率为200W D.该滑轮的机械效率为62.5%6.(2022•越秀区校级二模)如图分别使用甲、乙、丙三种方式把同一物体M匀速竖直提升,绳长不变,测得各拉力F大小如图,已知拉力F的作用点移动距离相等,则以下说法正确的是()A.F乙和F丙两个力所做的功不同 B.机械乙的有用功比机械丙的有用功大 C.机械丙的滑轮重一定为12N D.机械乙的机械效率小于机械丙的机械效率7.(2022•雁塔区校级模拟)如图所示是一种车载起重机,由汽车的发动机带动电动机拉动滑轮组吊起重物,汽车和设备的总质量约为30t,与地面的总接触面积约为0.8m2,其中由A、B组成滑轮组(结构如左侧的放大示意图),通过C杆伸缩可以改变吊臂的长短,D杆伸缩可以改变吊臂与水平面的夹角大小,O为吊臂的转动轴;装在E里的电动机牵引钢丝绳,利用滑轮组提升重物。H为在车身外侧增加的支柱,F为吊臂顶端受到竖直向下的力。现用该起重机在30s内将20t重的物体匀速提升4m的高度,电动机的额定功率为3kW,汽车发动机的耗油量为0.5L/min(ρ油=0.8×103kg/m3,q油=3.0×107J/kg,取g=10N/kg)。下列有关说法中正确的是()A.当C杆伸长时起吊重物更省力 B.当D杆伸长时力F的力臂将变长 C.该装置在上述匀速起重的过程中对水平地面的压强约为3.75×104Pa D.该汽车起重机的工作效率约为13%8.(2022•武汉模拟)在杭州动物园内,一位物理老师仅用小小的弹簧测力计(量程0﹣200N)就测出了一头大象的质量,测量时利用了一根长度约为10m的槽钢作为杠杆(不计槽钢和铁笼的质量)。当槽钢水平静止时,弹簧测力计的读数为200N,测得吊车吊钩的悬点O距弹簧测力计一端(B)点9m,距系铁笼处(A)点10cm。当他拉着弹簧测力计匀速竖直向下拉动了100s,使装有大象的铁笼向上运动了0.1m。有关此次活动的说法正确的是()A.该大象的质量为1.8×104kg B.拉力做的功为1.8×103J C.拉力的功率是0.2W D.他若想称量更重的大象,可以将弹簧测力计的悬挂点向O点靠近9.(2022•天津模拟)如图所示,杠杆左端挂有质量为m1的货物,其所对应力臂为L1,杠杆右端挂有质量为m2的货物,其所对应的力臂为L2,现将杠杆的支点向左移动ΔL,则为使杠杆重新达到平衡,需向左端补充的货物质量为()A.(m1+m2C.(m2-m10.(2022•黄山模拟)如图所示,当水平拉力F=25N时,恰好可以使物体A沿水平地面向右做匀速直线运动。已知物体A重为100N,所受地面的摩擦力为40N,假如在5s时间内,物体水平移动了0.6m,不计绳和滑轮的自重,则在此过程中()A.拉力F做功为15J B.物体重力做功为60J C.拉力F做功的功率为6W D.该装置的机械效率约为60%11.(2022•惠城区一模)用如图甲所示的装置提升重物,空吊篮A重25N,将A提升到高处,施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示,空吊篮A的上升速度随时间变化关系如图丙所示,忽略绳重、摩擦、空气阻力,下列说法不正确的是()A.动滑轮所受的重力为15N B.第2秒内拉力做的功为80J C.当货物的重是160N时,匀速提升时,所需拉力是100N D.当货物的重是160N时,匀速提升时,机械效率为92.5%12.(2022•临平区一模)如图所示,拉力F为10N,物体A以0.2m/s的速度在物体B表面向左做匀速直线运动(B表面足够长);物体B静止在地面上,受到地面水平向左6N的摩擦力,弹簧测力计示数为20N。下列说法正确的是()A.物体A受到物体B的摩擦力为20N B.此时拉力F的功率为2W C.此时滑轮组的机械效率为70% D.当拉力F增大到20N时,物体B将向左运动二.实验探究题(共3小题)13.(2022•立山区一模)某小组同学在用杠杆测定机械效率的实验中。(一)小敏用如图1所示的实验装置测定杠杆的机械效率。实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆下面的钩码缓缓上升。(1)实验中,测力计的示数F为N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m时,C点上升了30cm,则杠杆的机械效率为%。(2)实验中若提升的钩码重一定,则影响杠杆机械效率的主要因素是。(3)若只将钩码的悬挂点由A移至B,仍将钩码提升相同的高度,则杠杆的机械效率将(选填“变大”、“变小”或“不变”)。(二)小王用如图2所示的另一实验装置测量杠杆的机械效率。O为杠杆的转轴,不计摩擦。实验时,给B端施加竖直向下的力,使挂在杠杆A端的钩码缓缓上升。(图中杠杆为质量分布均匀的直棒)下表是提升物体时采集到的数据:实验序号物重G(N)拉力(N)A端上升的高度h/mB端下降的高度s/m杠杆的效率1250.040.0280%2490.040.0289%3250.060.0380%46150.040.0.292%(1)由三组实验,可以初步得出的结论:相同的杠杆,提升的物体越重效率越高。(2)该实验中杠杆的效率总小于100%的原因是杠杆有自重,分析实验数据可知道杠杆的自重为N。14.(2022•涟水县模拟)小张做“探究杠杆平衡条件的实验”:(1)实验前,杠杆静止在如图甲所示位置,此时杠杆(选填“是”或“不是”)平衡状态。(2)实验前小张调节平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡;而实验过程中,也总是使杠杆在水平位置平衡,这样做目的是便于测量。(3)如图乙所示,若每个钩码重0.5N,则弹簧测力计示数为N。(4)如图丙所示,当弹簧测力计由M位置倾斜至N位置时,要使拉力大小不变,杠杆继续在水平位置处于平衡,则应(选填“增大”或“减小”)悬挂的钩码总质量。15.(2022•浑南区二模)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,小王和小李选用的器材有滑轮组、重物、弹簧测力计和刻度尺,测得实验数据如表所示。序号物体重力G/N物体上升高度h/cm拉力F/N绳端移动距离s/cm机械效率η12100.83083.3%24101.53036102.23090.9%46152.24590.9%(1)请你根据他们的实验数据画出滑轮组的绕线方式;(2)测量拉力时,为了使弹簧测力计示数更稳定,小王在测力计静止时读数,同组的小李指出他这样测出的数据对实验的结果有影响,原因是他忽略了对实验的影响;(3)第2次实验测得滑轮组的机械效率是;(4)如果小王没找到刻度尺,他(选填“能”或“不能”)计算出滑轮组的机械效率;(5)结合表中数据和生活实际可知,用滑轮组提升重物时,可提高机械效率
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