第十一章 简单机械
一、杠杆
1.定义:在力的作用下能绕 固定点 转动的硬棒.
2.五要素
(1)支点O:杠杆绕其转动的点;
(2)动力F1:使杠杆 转动 的力; (3)阻力F2: 阻碍 杠杆转动的力;
(4)动力臂l1:支点到 动力F1作用线 的距离; (5)阻力臂l2:支点到 阻力F2作用线 的距离.
3.平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即 F1l1=F2l2 . 4.分类
(1)省力杠杆:动力臂 大于 阻力臂,省力费距离.
(2)费力杠杆:动力臂 小于 阻力臂,费力省距离.
(3)等臂杠杆:动力臂 等于 阻力臂,不省力也不省距离.
[注意] (1)杠杆的力臂是支点到力的作用线的距离,不是支点到力的作用点的距离. (2)判断杠杆是否平衡,是看力和力臂的乘积是否相等,而不是比较动力和阻力的大小. (3)使用杠杆,有时为了省力,有时为了省距离,但既省力又省距离的杠杆是不存在的.
二、滑轮 定义 特点 定滑轮 轴固定不动 不省 力,但 可以 改变力的方向 动滑轮 轴随物体一起运动 滑轮组 定滑轮和动滑轮的组合 省 力,但 不能 改变力的方向 F= 既省力,又可改变力的方向 动力 情况 F= G物 F= (n为吊着物体的绳子段数) [注意] (1)滑轮的实质:定滑轮的实质是等臂杠杆,动滑轮的实质是动力臂是阻力臂2倍的杠杆.
(2)判断滑轮组承担物重绳子的股数:动滑轮和定滑轮之间画一条虚线,数出与动滑轮相接触的绳子段数n.
三、机械效率
有用功、额外功、总功和机械效率的物理意义
概念 有用功 额外功 总功 含义 使用机械做功时,对人们有用的功叫有用功.一般来说,机械对物体所做的功是有用功 对人们没用但又不得不做的功叫额外功 外力对机械所做的功是总功,在数值上等于 有用 功与 额外 功的总和 有用功 跟 总功 的比值叫做机械效率.由于使用任何机械都要做额外功,所以机械效率总是小于 1 且没有 单位 η= W有= G物h 公式 W额=G动h(滑轮组) W总= W有 +W额 或W总=Fs 机械 效率 (1)额外功产生的原因是既要克服机械自重做功,还要克服各种摩擦力做功. (2)有用功和额外功并不是绝对的,对一种情况来说是有用功,对另外一种情况来说可能是额外功. (3)功、功率和机械效率之间没有必然的联系.做功多的,功率不一定大,机械效率不一定高;功率大的,做功不一定多,机械效率不一定高.
杠杆的平衡条件及其应用
[典例1]
(2019广东)如图所示,拉杆式行李箱在拉力F的作用下静止在斜坡上,请画出行李箱受到的重力G的示意图,以及拉力F对O点的力臂L.
?思路点拨? 画杠杆示意图及力臂的一般步骤 确定支点→明确动力、阻力大小和方向→ 画力臂(一找点、二画线、三作垂线段、四标力臂)
解析:由于重力的方向始终为竖直向下,重力的作用点在物体的重心位置,所以由重心画出一条竖直向下的线段,并标上箭头即可完成重力的示意图;力臂是指支点到力的作用线的距离,所以由支点O开始作出一条垂直力F作用线(由于力F的作用线不够长,得先用虚线反向延长)的线段,并标出力臂符号L即可. 答案:如图所示
判断杠杆是否平衡的方法 影响杠杆转动效果的既不是力的大小,也不是力臂的长短,而是力和力臂乘积的大小. ①如果F1l1>F2l2,则杠杆将沿F1的方向转动. ②如果F1l1 (2019安徽)如图所示,一轻杆AB悬于O点,其左端挂一重物,右端施加一个与水平方向成30°的力F,此时轻杆水平平衡.若重物质量m=3 kg,BO=3AO,则力F的大小为 20 N.(g取10 N/kg) 解析:由图示可知,作用在杠杆上的动力为F,动力臂l1=OB=×3AO=1.5AO,阻力为G=mg=3 kg×10 N/kg=30 N,阻力臂l2=AO;根据杠杆的平衡条件可得动力 F===20 N. 滑轮组的组装 [典例2] 如图所示,在A处或B处的虚框内添加一个滑轮,利用三个滑轮组成滑轮组,要求使用时最省力,添加滑轮并完成滑轮组绕法. ?思路点拨? 滑轮组— 解析:若在A处添加滑轮,是一个定滑轮,则滑轮组只有一个动滑轮,绕线后通过动滑轮绳子段数最多三段;若在B处添加滑轮,是一个动滑轮,绕线后通过动滑轮绳子段数最多四段,更省力. 答案:如图所示 滑轮的个数与拉力的关系 (1)确定吊起动滑轮的绳子段数n ①利用物重G与动力F来确定,即n=. ②利用绳子自由端移动的距离s与重物移动的距离h来确定,即n=,无论哪种方法,取值时应按“进一法”的原则取整数.
