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实验探究突破,第,11,讲,简单机械,机械效率,2013,2015,年初中学业水平考试试题统计与命题解读,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,考点,1,杠杆五要素及平衡条件,1,.,杠杆,(1),定义,:,在力的作用下绕着,固定点,转动的,硬棒,叫杠杆。,说明,:,杠杆可直可曲,形状任意。,在力的作用下不易发生形变。,(,2),五要素,组成杠杆示意图。,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,说明,:,动力、阻力都是杠杆受到的力,所以作用点在,杠杆,上,;,动力、阻力的方向不一定相反,但它们使杠杆的转动的方向,相反,。,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,方法提示,画力臂的方法,:,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,2.研究杠杆的平衡条件,(1)杠杆平衡是指:杠杆静止或匀速转动。,(2)调节:调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。,目的:可以方便地从杠杆上读出力臂的大小;消除杠杆自身重力产生的力矩。,调节方法与天平的调节一样:左偏右调、右偏左调。,(3)杠杆的平衡条件(或杠杆原理):动力动力臂=阻力阻力臂。,公式:F1l1=F2l2或,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,(4),应用,:,说明,:,应根据实际来选择杠杆,当需要较大的力才能解决问题时,应选择,省力杠杆,;,当为了使用方便,省距离时,应选,费力杠杆,;,又省力又省距离的杠杆是,不存在,的。,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,考点,2,滑轮与滑轮组,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,特别提醒1.分析绳子段数:,截线法:此法是在定滑轮和动滑轮之间作一条水平辅助线,假设它把滑轮组的绕线“截断。水平线与绳的截点数就是“绳子的段数;当绳的末端从定滑轮出来这根不算,从动滑轮上去的这根那么算。特殊情况:如丙图,末端绳子虽然从定滑轮出来,但人拉绳和重物连在一起,这段也必须算,n=3。,2.组装滑轮组方法:首先根据公式 求出绳子的股数;然后根据“奇动偶定的原那么,结合题目的具体要求组装滑轮。,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,考点,3,斜面,1,.,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。,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,根据功的原理,得,W=Fs=Gh,变形,得,当,h,一定时,斜面越长越,省力,;,例,:,盘山公路。,说明,:,螺线可以看作是绕着圆柱上的斜面。例,:,饮料瓶瓶盖、,螺丝钉,、,螺旋千斤顶等,。,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,考点,4,机械效率,1,.,相关概念,:,(1),有用功,W,有用,:,对人们有用的功。公式,:,W,有用,=Gh,(,提升重物,),(2),额外功,W,额,:,并非我们需要但又不得不做的功。公式,:,W,额,=W,总,-W,有用,(3),总功,W,总,:,有用功加额外功或动力所做的功。公式,:,W,总,=Fs=W,有用,+W,额,(,4),机械效率,:,有用功跟总功的比值。公式,:,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,2.机械效率的测量:,(1)原理:;,(2)应测物理量:钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s;,(3)器材:除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需弹簧测力计、刻度尺。,(4)步骤要点:必须匀速、竖直拉动弹簧测力计使钩码升高。,目的:保证测力计示数最小且大小不变。,(5)影响滑轮组机械效率上下的主要因素有:,动滑轮越重,个数越多那么额外功相对就越多;,提升重物越重,做的有用功相对就越多;,假设各种摩擦越大做的额外功就越多;,绕线方法和重物提升高度不影响滑轮组机械效率。,考点,1,考点,2,考点,3,考点,4,说明:有用功总小于总功,所以机械效率总小于1,通常用百分数表示。,提高机械效率的方法:减小机械自重、减小机件间的摩擦、增大物重。,(6)结论:,同一种滑轮组(额外功一样),提升的重物越重,机械效率越高;,不同的滑轮组,提升一样的重物,额外功越多的机械效率越低;,使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力或者可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。,考,法,考法简单机械作图,主要是杠杆五要素作图、杠杆最小力问题作图、定滑轮和动滑轮的杠杆本质作图、滑轮组绕绳作图等。,例题,(2015,四川,雅安,),请作出图中,:,物体,A,所受重力,G,的示意图,;,力,F,的力臂,l,。,考,法,解析:过物体的重心沿竖直向下的方向画一条带箭头的线段,并用符号G表示;,过O点向F的作用线作垂线,垂线段的长就是该力的力臂。,答案:如下图:,方法点拨画重力示意图的关键是要把握它的三要素;画杠杆的力臂那么要找准支点和力的作用线,并从支点向力的作用线作垂线。,一、探究杠杆的平衡条件,1.实验器材:铁架台或支架、带刻度的杠杆、钩码。,2.实验要求:,(1)组装器材,在不挂任何钩码,调节杠杆水平位置平衡;这样力臂的数值在杠杆上就能直接读出或量出(同时也是为了消除杠杆自身重力的影响);,(2)在杠杆左、右两边分别挂上不同数量的钩码,使杠杆在水平位置重新平衡;,(3)读出动力,动力臂,阻力,阻力臂,填写实验记录表1,并计算出实验中F1L1和F2L2的数值;,(4)改变力及力臂的大小,重复上述实验步骤(2)、(3),(要求每次实验都应改变钩码数目和悬挂位置),填写实验记录表;,(5)对实验数据进展分析比较,得出实验结论;,(6)实验完毕,整理实验器材。,3,.,实验记录表,:,4,.,实验结论,:,杠杆的平衡条件,:,动力,动力臂,=,阻力,阻力臂或,F,1,L,1,=F,2,L,2,。,例,1,(2015,江苏,苏州,),物理实验复习时,小美和小丽再探有关杠杆平衡的问题,。,(1),小美先将杠杆调节至水平位置平衡,在左右两侧各挂如图甲所示的钩码后,杠杆的,端下降。要使杠杆重新在水平位置平衡,如果不改变钩码总数和悬挂点位置,只需将,即,可。,(2),小丽还想探究当动力和阻力在杠杆同侧时杠杆的平衡情况,于是她将杠杆左侧的所有钩码拿掉,结果杠杆转至竖直位置,如图乙所示。小丽在,A,点施加一个始终水平向右的拉力,F,却发现无论用多大的力都不能将杠杆拉至水平位置平衡。你认为原因是,。,(3),他们认为,(2),问中拉力是做功的。如果水平向右的拉力,F,大小不变,OA,长,L,将杠杆从竖直位置拉着转过,30,的过程中,拉力,F,做功为,。,解析:(1)假设每个钩码重力为G,杠杆上每格长L,由题图甲,左侧力与力臂的乘积:5G4L=20GL,右侧力与力臂的乘积:2G3L=6GL,因为20GL6GL,所以杠杆左侧下降;如果不改变钩码总数和悬挂点位置,假设要杠杆平衡,左侧取下n个钩码挂到右侧,那么:(5-n)G4L=(2+n)G3L,解得n=2,即需将左侧2个钩码挂到右侧即可;(2)由题图将杠杆左侧的所有钩码拿掉,在A点施加一个始终水平向右的拉力F,当杠杆拉到水平位置时,F的力臂通过支点,即力臂为0,根据杠杆的平衡条件可知,杠杆始终不能平衡;(3)由图杠杆从竖直位置转过30的过程,F水平移动距离为OA,长的一半,即 所以拉力F做的功,答案:(1)左左侧2个钩码挂到右侧(2)水平位置时动力臂为零,杠杆无法平衡,方法点拨杠杆平衡条件实验中出现问题分析和杠杆平衡条件运用,关键是求出杠杆转动30时水平拉力F水平移动距离。我们要学会设计实验、进展实验、收集实验数据、总结实验结论。,二、测滑轮组的机械效率,1,.,实验器材,:,刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台,一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组,长约,2 m,的细绳。,2,.,实验操作过程,:,(1)钩码的重力由钩码的质量算出。,(2)匀速拉动弹簧测力计使钩码G升高。注意“匀速拉动。测拉力时,拉力F的大小由弹簧测力计上的示数读出。,(3)钩码上升的高度(h),可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出。,(4)细绳自由端通过的距离(s)的测定,可事先在细绳与动滑轮(或定滑轮)相切处用色笔在细绳上作个记号,再拉弹簧测力计,用滑轮组提升重物。用刻度尺量出钩码上升的高度后,再量细绳色点到与动滑轮(或定滑轮)相切处的距离,就是细绳自由端通过的距离(s)。,实验结论:影响滑轮组机械效率上下的主要因素有:滑轮越重,个数越多那么额外功相对就多;提升重物越重,做的有用功相对就多;假设各种摩擦越大做的额外功就多。,例2在“测滑轮组机械效率的实验中,(1)图甲是小强实验中的情景,下表是他记录的一组数据。,由表中数据可计算出,滑轮组对钩码做的有用功为0.1 J,人做的总功为 J。,对以上两个计算结果进展比较,其不合理之处是;结合弹簧测力计放大图,可知小强的错误是。,(2)小红在小强实验的根底上多使用一个滑轮也做了实验,如图乙所示。小红多使用一个滑轮,目的是为了改变。,(3)这两位同学使用各自的滑轮组提升一样的重物时,假设忽略绳重及摩擦,它们的机械效率(选填“一样或“不一样),理由是。,(4)如果这两位同学用弹簧测力计拉着物体加速上升,测得滑轮组的机械效率将会(选填“偏高“偏低或“不变)。,(5)如果将重大于2 N的钩码挂在图甲中滑轮组下,根据题中已有的信息可以判断出这时滑轮组的机械效率应在范围内。,解析:(1)用拉力乘拉力移动的距离得出是0.06 J,比较有用功和总功大小发现出错了;错的原因是弹簧测力计的分度值是0.2 N,小强看成了0.1 N。(2)增加定滑轮只能改变力的方向,不能改变力的大小。(3)一样,因为做的有用功没有变,抑制动滑轮做的额外功也没有变,所以效率不变。(4)因为加速上升,这样说明拉力大于匀速运动时的拉力,此时读数拉力变大,总功变大,但有用功不变,所以效率变低。(5)物体重2 N时的效率为83.3%,当增大被拉升的物体重力时,滑轮组的效率会增大,但不会超过100%。,答案:(1)0.06总功小于有用功弹簧测力计读数时看错了分度值(2)力的方向(3)一样做的有用功没有变,抑制动滑轮做的额外功也没有变,所以效率不变(4)偏低(5)83.3%100%,方法点拨对滑轮组的分析、机械效率公式的运用和弹簧测力计的正确使用是实验的根底,同时,实验中分别探究了机械效率上下与动滑轮个数、提升物体重力等多个量的关系,因此,控制变量法的运用也十分关键。,
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