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1、2022年中考物理第一輪復(fù)習 第16課時 簡單機械教案 新人教版
【考點聚焦】
1.理解力臂的概念。
2.理解杠桿的平衡條件。
3.知道定滑輪、動滑輪、滑輪組的作用。
4.會組裝簡單的滑輪組。
【呈現(xiàn)形式】
上述考點常以填空、選擇、作圖、實驗和計算題型出現(xiàn)。例如畫出力臂則以作圖題的形式出現(xiàn),組裝滑輪組則以實驗題的形式出現(xiàn)。
【知識結(jié)構(gòu)】
一、杠桿
一根硬棒,在力的作用下如果繞著固定點轉(zhuǎn)動,這根硬棒叫做杠桿
1.杠桿的五要素:
(1)支點:杠桿繞其轉(zhuǎn)動的點,一般用字母O表示該點。
(2)動力:使杠桿轉(zhuǎn)動的力,一般用字母F1表示。
(3)阻力:阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力,一般用字
2、母F2表示。
(4)動力臂:從支點到動力作用線的距離,一般用L1表示。
(5)阻力臂:從支點到阻力作用線的距離,一般用字母L2表示
2.力臂:從支點到力的作用線的距離。
3.杠桿平衡條件
(1)杠桿平衡是指杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)。
(2)杠桿的平衡條件:動力×動力臂=阻力×阻力臂,即F1·L1=F2·L2
二、滑輪
1.定滑輪:定滑輪實質(zhì)上是一個等臂杠桿,所以使用定滑輪不省力,但能改變動力的方向,在不少情況下,改變力的方向會給工作帶來方便。
2.定滑輪:動滑輪實質(zhì)是動力臂為阻力臂二倍的杠桿,動滑輪省一半力,但費距離,且動滑輪不能改變力的方向。
3.滑輪組:滑輪組是由定
3、滑輪和動滑輪組合而成,可以達到既省力又改變力的作用方向的目的,在忽略滑輪組與軸之間的摩擦和繩重的情況下,使用滑輪組時,重物和動滑輪總重由幾段繩子承擔,提起重物所用的力就等于總重的幾分之一。
【方法提示】
一、 正確畫出力臂
畫力臂時,要先找到杠桿的支點及力所在的那條直線,即力的作用線,再從支點向力
的作用線(或反向延長線)作垂線,支點到垂足間的距離就是該力的力臂。
圖1
【例題1】如圖1甲所示,輕質(zhì)桿OA可繞O點轉(zhuǎn)動,B處懸掛重物,A端用細繩通過頂部定滑輪被拉住時(定滑輪質(zhì)量及摩擦不計),整個系統(tǒng)靜止,請在圖中畫出桿OA所受各力的力臂。
【解析】
力臂是從支點到力的作用線的距離
4、,先找到支點的位置,可讓杠桿試著運動看它繞哪一點轉(zhuǎn)動,這一點即為該杠桿的支點(圖中O點).力的作用線是通過力的作用點沿力的方向所畫的直線,但作力臂時,應(yīng)根據(jù)實際情況來確定是否需要畫力的作用線及應(yīng)沿力的方向還是逆力的方向畫力的作用線,以本題為例,就不需要畫力的作用線,由圖示可以看出:輕質(zhì)桿共受兩個力的作用,即繩對桿斜向左上方的拉力F1,其大小等于F,其方向沿繩向左上方;另一個是物體對桿向下的拉力F2,其大小等于G,方向自B點豎直向下,故從支點到垂足的距離,分別是動力F1和阻力F2的力臂L1和L2。如圖1乙所示。
二、杠桿平衡條件的應(yīng)用
利用杠桿的平衡條件解題,首先要分析作用在杠桿上的各個力的
5、大小及方向,確立支
點及各力的力臂,明確每個力將使杠桿如何轉(zhuǎn)動,區(qū)分動力和阻力,然后應(yīng)用平衡條件。
利用平衡條件解題步驟:
(1)確立杠桿支點的位置
(2)分析杠桿受到的各個力,排除作用在支點上的力,明確每個力的大小及方向,作出力的示意圖。
(3)確定各個力的力臂,正確運用幾何知識判斷力臂的長短。
(4)根據(jù)力使杠桿的轉(zhuǎn)動將力區(qū)分為動力和阻力。
(5)應(yīng)用杠桿的平衡條件,代入相應(yīng)的力和力臂,解方程,并適當進行討論。
【例題2】某同學從市場買了一條6kg的魚,他想粗略驗證魚的質(zhì)量,他手中只有一支量程為20N的彈簧測力計和一根均勻直尺,在保證魚的完整的情況下,請你設(shè)計一種驗證方法。
6、
【解析】
圖2
運用杠桿平衡條件,如圖2所示,將直尺當杠桿,把直尺的一端放在桌子的邊緣當支點,在直尺的另一端掛上彈簧測力計,在直尺的適當位置掛上魚,調(diào)節(jié)魚的位置,使杠桿平衡,利用杠桿的平衡條件可驗證。
讀出此時魚的力臂L1和彈簧測力計拉力F的力臂L2
根據(jù)杠桿平衡條件可得:mgL1=FL2
m=FL2/GL1
三、浮力與杠桿平衡條件的綜合運用
【例題3】將體積相同的銅塊和鐵塊,分別掛在杠桿的兩端,如圖3所示,調(diào)節(jié)杠桿使杠桿處于平衡狀態(tài),若將兩金屬塊同時浸沒在水中時,則杠桿將 〔 〕
圖3
A.仍保持平衡 B.失去平衡,A端下降
7、
C.失去平衡,B端下降 D.無法判斷
【解析】
銅塊和鐵塊的體積相同,銅的密度大,銅塊的重力大于鐵塊的重力,由圖知FA>FB,由杠桿的平衡條件可知LA<LB,同時浸沒在水中時,由阿基米德原理可知,受到的浮力相等,(FA-F浮)LA將大于(FB-F?。㎜B,杠桿的A端下沉。答案B。
四、定滑輪與動滑輪的判斷
在使用滑輪時,滑輪的軸是否隨物體移動,是識別定滑輪和動滑輪的依據(jù),判別時,要先確定滑輪軸的位置,分析它是與某個固定不動的物體連在一起,還是隨物體一起移動,如果滑輪與固定物體連在一起,不隨重物移動,則為定滑輪,如果滑輪與運動的物體相連接,隨物體一起移動,這個滑輪就是動滑
8、輪。
【例題4】如圖4所示,不計滑輪及繩重,以及滑輪與繩之間的摩擦,水平拉力為F,
物體的重力為G,且在水平面上勻速向右滑動,物體所受的摩擦力的大小等于 〔 〕
圖4
A.F B.G C.G/2 D.F/2
【解析】
通常我們使用動滑輪時,動力作用在繩子未端,阻力作用在軸上,此時使用動滑輪省
一半力。此題中動力加在軸上,相當于前面的阻力,而此時作用在繩子上的力與地面對物體的摩擦力相等,這個力相當于一般情況
下的動力,因此可得關(guān)系f=F/2。
解決此類問題時,一定要認清動滑輪的實質(zhì)及受力的特點,須根據(jù)物體的運動特點及滑輪情況具體分析哪些力之間存
9、在具體的關(guān)系,而不能誤認為使用動滑輪時,所加的力F總等于物體重量的二分之一,即F=G/2.
五、組裝和設(shè)計滑輪組
(1) 利用F=G總/n。求出承擔總重的繩子段數(shù)n,若n不是整數(shù),則小數(shù)點后“只
入不舍”使它取為整數(shù)。
(2)判定繩子固定端位置:n為偶數(shù),采用“上結(jié)法”,即繩子固定在定滑輪上;n為奇數(shù),采用“下結(jié)法”,即繩子固定在動滑輪上,又稱“奇動偶定”。
(3)確定定、動滑輪的個數(shù):
①不改變力的方向,需(n-1)個滑輪。n為奇數(shù),定、動滑輪各半,若n為偶數(shù),動滑輪比定滑輪多一個。
②改變動力方向,需n個滑輪。若n為偶數(shù),定、動滑輪各半,若n
10、為奇數(shù),定滑輪比動滑輪多一個。
圖5
圖6
(4)若使用的動滑輪個數(shù)為N,且使用時動力最小,即最省力,則繩子應(yīng)結(jié)在動滑輪上,此時承擔物重的繩子段數(shù)n=2N+1
【例題4】要用滑輪組將陷在泥中的汽車拉出來,試在圖5中畫出最省力的繞繩方法。
【解析】
使用滑輪組時,要使加在繩子末端的力最小,即最省力,在阻力一定的情況下,就需承擔總阻力的繩子段數(shù)最多,題中只有一個動滑輪,繩子應(yīng)結(jié)在動滑輪上,此時承擔阻力的繩子段數(shù)最多為3段。答案如圖6所示。
【例題5】根據(jù)圖7所示的要求,畫出滑輪組的繞法
圖7
圖8
(忽略動滑輪重和摩擦)
【解析】
繞制滑輪組時,應(yīng)確定承擔重物繩子的股數(shù)
11、n的值,對于甲圖n=2、乙圖n=3、丙圖n=4、丁圖n=5,然后根據(jù)“奇動偶定”的原則確定繩頭的位置進行繞線。各滑輪組的繞法如圖8所示。
【對應(yīng)訓(xùn)練】
1.下列應(yīng)用杠桿原理工作的工具中, 費力的是 〔 〕
A.鍘刀 B.汽水瓶起蓋器的使用 C. 釣魚桿 D.剪鐵皮的剪子
2.下列關(guān)于杠桿的說法中,錯誤的是 〔 〕
A.杠桿可以是直的,也可以是彎的
B.動力、阻力使杠桿轉(zhuǎn)動方向相反,但他們的方向不一定相反
圖9
12、 C.支點可以在杠桿的端點,也可以在力的作用線之間
D.杠桿的長度等于動力臂和阻力臂之和
3.如圖9所示。把一把米尺,在O點支起,兩邊分別掛相同砝碼各4個和2個,下列情況下,哪種情況還能保持平衡( )
A.兩邊砝碼組各向支點處移近一個格
B.兩邊砝碼組各向支點處移遠一個格
C.兩邊鉤碼組各減少一個鉤碼
圖10
D.兩邊鉤碼組各減少一半鉤碼
4.如圖10所示的輕質(zhì)杠桿OA上懸掛著一重物G,O為支點,在A端用力使杠桿平衡。下列敘述正確的是( )
A.此杠桿一定是省力杠桿
B.沿豎直向上方向用力最小
C.此杠桿可能是省力杠
13、桿,也可能是費力杠桿;
D.沿桿OA方向用力也可以使杠桿平衡
5.圖11中,O為一根輕質(zhì)杠桿的支點,OA=2m,OB=2.5m,
A點處掛著重100N的物體。若在B端施加一個豎直方向的力,使杠桿在水平位置上保持靜止,則這個力的大小和方向是 〔 〕
圖11
A.20N,豎直向上 B.20N,豎直向下
C.80N,豎直向上 D.80N,豎直向下
6.如圖12 用三個力沿不同的方向拉繩子, 則 〔 〕
圖12
圖13
A.F1最大 B.F2 C.F3最大; D.一樣大
7.如圖13所示的裝置處于靜止狀態(tài), 不計滑輪
重量和摩擦的情況下,G1和
14、G2之比為 ( )
A.1:2 B.1:1 C.2:1 D.4:1
8.圖14是用滑輪組把陷入溝里的汽車拉出來的兩種方
法,你看哪種方法更省力? ( )
A.甲圖的方法 B.乙圖的方法
C.兩圖的方法一樣 D.無法比較
圖14
9.使用滑輪組時,拉起重物所用力大小決定于( )
A.定滑輪的個數(shù). B.動滑輪的個數(shù).
C.定滑輪和動滑輪的個數(shù). D.連接動滑輪繩子的條數(shù).
10.使用如圖15所示的裝置來提升重物時,既能省力又能改變力的方向的裝置是〔 〕
A.甲
15、 B.乙 C.丙 D.丁
圖15
11.在力的作用下,繞某一_________轉(zhuǎn)動的硬
棒叫杠桿。 杠桿的五個要素是_______、________、________、________、_________。從支點到____________________的距離
叫動力臂。
12.用某杠桿勻速提起重物可以省五分之二的
力,這個杠桿阻力臂跟動力臂之比L2∶L1=_______。
13.在“研究杠桿平衡條件”的實驗中,要調(diào)節(jié)
圖16
杠桿兩端的螺母,使杠桿在水平位置
平衡,這樣做的目的是為了便于___________的測量。
14.一個帶有刻度的均勻杠桿,在中點支
16、起,如圖16所示。當在B處掛300N的鉤碼時,在A處應(yīng)掛___________N的鉤碼,杠桿才能平衡,杠桿平衡后,如果再在杠桿兩側(cè)鉤碼的下面同時掛100N的鉤碼,則A端將向___________轉(zhuǎn)動。(填“順時針”或“逆時針”)
15.畫出圖17杠桿示意圖中的動力臂和阻力臂。
圖17
圖18
16.若有三種獨輪車如圖18所示,請你挑選一下,哪一種最適合?
17.使用___________滑輪不能省力,但可以改變__________;使用____滑輪可以省一半力。就杠桿的力臂長短關(guān)系來看,定滑輪實際上就是___________杠桿,而動滑輪是________
17、______________的杠桿。
圖20
圖19
18.使用滑輪組時,若動滑輪重和摩擦不計,動滑
輪和重物被n股繩子吊起,所用的力就是___________ ,其關(guān)系是___________。
19.如圖19所示,物體重G=500N,滑輪重10N,當物體G勻速上升時,則掛鉤B承受拉力為__________N,掛鉤A承受_______N的拉力,拉力F為_________N,若繩子自由端向上拉動0.5m,則物體向上移動________m。
20.用一根結(jié)實的繩子,在兩根光滑木棒或竹竿上繞上幾圈如圖20所示,小朋友用力一拉,兩位大力士竟撞在一起了。你信不信?試一試,并說明其中的道理。