第十一章《简单机械和功》.doc
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《简单机械和功》 一、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:①杠杆可直可曲,形状任意。 ②有些情况下,可将杠杆实际转一下,来帮助确定支点。如:鱼杆、铁锹。 2、 五要素——组成杠杆示意图。 ① 支点:杠杆绕着转动的点。用字母O 表示。 ② 动力:使杠杆转动的力。用字母 F1 表示。 ③ 阻力:阻碍杠杆转动的力。用字母 F2 表示。 说明 动力、阻力都是杠杆的受力,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 ④ 动力臂:从支点到动力作用线的距离。用字母l1表示。 ⑤ 阻力臂:从支点到阻力作用线的距离。用字母l2表示。 画力臂方法:一找支点、二画线、三连距离、四标符号 ⑴ 找支点O; ⑵ 画力的作用线(虚线); ⑶ 画力臂(实线,过支点垂直力的作用线作垂线);⑷ 标力臂符号。 3、 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 实验前:应调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是:可以方便的从杠杆上量出力臂。 ③ 结论:杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是: 动力×动力臂=阻力×阻力臂。写成公式F1l1=F2l2 也可写成:F1 / F2=l2 / l1 解题指导:分析解决有关杠杆平衡条件问题,必须要画出杠杆示意图;弄清受力与方向和力臂大小;然后根据具体的情况具体分析,确定如何使用平衡条件解决有关问题。(如:杠杆转动时施加的动力如何变化,沿什么方向施力最小等。) 解决杠杆平衡时动力最小问题:此类问题中阻力×阻力臂为一定值,要使动力最小,必须使动力臂最大,要使动力臂最大需要做到①在杠杆上找一点,使这点到支点的距离最远(支点到动力作用线的连线);②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。 ④ 当力的作用线通过支点时,力臂为零,该力不会破坏杠杆的平衡。 4、应用: 名称 结构特征 特 点 应用举例 省力杠杆 l1>l2 省力、费距离 撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车、花枝剪刀 费力杠杆 l1<l2 费力、省距离 缝纫机踏板、起重臂 人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆 等臂杠杆 l1=l2 不省力不费力 天平,定滑轮 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。 二、滑轮 l1 l2 F2 F1 1、定滑轮: ① 定义:中间的轴固定不动的滑轮。 ② 实质:定滑轮的实质是:等臂杠杆 ③ 特点:使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。 ④ 对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦)F=G 绳子自由端移动距离SF(或速度vF) = 重物移动的距离SG(或速度vG) F1 l1 F2 l2 2、 动滑轮: ① 定义:和重物一起移动的滑轮。(可上下移动,也可左右移动) ② 实质:动滑轮的实质是:动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。 ③ 特点:使用动滑轮能省一半的力,但不能改变动力的方向。 ④ 理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:F= 1/2G只忽略轮轴间的摩擦则拉力 F= 1/2(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG) 3、 滑轮组 ① 定义:定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。 ② 特点:使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向 ③ 理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=1/n G 。只忽略轮轴间的摩擦,则拉力F=1/n (G物+G动) 绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG) ④ 组装滑轮组方法:首先根据公式n=(G物+G动) / F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。 三、功: 1、力学里所说的功包括两个必要因素:一是作用在物体上的力; 二是物体在力的方向上通过的距离。 2、不做功的三种情况:有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。 巩固:☆某同学踢足球,球离脚后飞出10m远,足球飞出10m的过程中人不做功。(原因是足球靠惯性飞出)。 3、力学里规定:功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。 公式:W=FS 4、功的单位:焦耳,1J= 1N·m 。 把两个鸡蛋举高1m ,做的功大约是1 J 。 5、应用功的公式注意:①分清哪个力对物体做功,计算时F就是这个力;②公式中S 一定是在力的方向上通过的距离,强调对应。③ 功的单位“焦”(牛·米 = 焦),不要和力和力臂的乘积(牛·米,不能写成“焦”)单位搞混。 6、功的原理内容:使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功;即:使用任何机械都不省功。 7、说明: (请注意理想情况功的原理可以如何表述?) ① 功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。 ② 功的原理告诉我们:使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。 ③ 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。 ④ 我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)理想机械:使用机械时,人们所做的功(FS)= 直接用手对重物所做的功(Gh) 8、应用:斜面 ① 理想斜面:斜面光滑 ② 理想斜面遵从功的原理; ③ 理想斜面公式:FL=Gh 其中:F:沿斜面方向的推力;L:斜面长;G:物重;h:斜面高度。如果斜面与物体间的摩擦为f ,则:FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功Gh 。 四、功率: 1、定义:单位时间里完成的功 2、物理意义:表示做功快慢的物理量。 P W t = 3、公式: = Fv 4、单位:主单位 W 常用单位 kW mW 马力 换算:1kW=103W 1mW=106 W 1马力=735W 某小轿车功率66kW,它表示:小轿车1s 内做功66000J 5、测量人体输出功率的计算式是: 。人骑自行车的功率约为 W。人正常爬楼的功率约为 W。反映机械输出功率的计算式是: ,汽车爬坡时减小速度是为了增加 。 6、机械效率和功率的区别: 功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢,即单位时间内完成的功;机械效率表示机械做功的效率,即所做的总功中有多大比例的有用功。 五、机械效率: 1、有用功:定义:对人们有用的功。 公式:W有用=Gh(提升重物)=W总-W额=ηW总 斜面:W有用= Gh 2、额外功:定义:并非我们需要但又不得不做的功 公式:W额= W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组) 斜面:W额=f L 3、总功: 定义:有用功加额外功或动力所做的功 公式:W总=W有用+W额=FS= W有用/η 斜面:W总= fL+Gh=FL 4、机械效率:① 定义:有用功跟总功的比值。 η W有用 W总 = η Gh FL = η Gh FS = Gh Fh = G F = η Gh FS = Gh F2h = G 2F = η Gh FS = Gh Fnh = G nF = ② 公式: 斜 面: 定滑轮: 动滑轮: 滑轮组 ③ 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。某滑轮机械效率为60%表 示有用功占总功的60% 。 ④ 提高机械效率的方法:(1)增加 ,即使用同一滑轮组,在条件许可的情况下,尽可能多提重物。(2)减少 ,即使用不同的滑轮组提相同的重物,尽可能少用动滑轮,尽量减少摩擦。同一滑轮组时,(1)若不同的绕线方式,η_________,(2)增加钩码重,则η_________,(3)重物提升高度变大,η________。(4)若减少摩擦、减轻动滑轮的重,则η______。(5)不同的滑轮组,η一般 _______。 η W有用 W总 = Gh FS = 5、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 刻度尺、弹簧测力计。 ④ 步骤:必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:保证测力计示数大小不变。 ⑤ 结论:影响滑轮组机械效率高低的主要因素有: A动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。 B提升重物越重,做的有用功相对就多。 C 摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。 绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。- 配套讲稿:
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- 简单机械和功 第十一 简单机械
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