1.定義:在力的作用下繞着固定點轉動的硬棒叫杠杆。
說明:①杠杆可直可曲,形狀任意。
②有些情況下,可将杠杆實際轉一下,來幫助确定支點。如:魚杆、鐵鍬。
2. 五要素——組成杠杆示意圖。
①支點:杠杆繞着轉動的點。用字母O 表示。
②動力:使杠杆轉動的力。用字母 F1 表示。
③阻力:阻礙杠杆轉動的力。用字母 F2 表示。
說明:動力、阻力都是杠杆的受力,所以作用點在杠杆上。
④動力、阻力的方向不一定相反,但它們使杠杆的轉動的方向相反
⑤動力臂:從支點到動力作用線的距離。用字母l1表示。
阻力臂:從支點到阻力作用線的距離。用字母l2表示。
畫力臂方法:
一找支點、二畫線、三連距離、四标簽
⑴ 找支點O;
⑵ 畫力的作用線(虛線);
⑶ 畫力臂(虛線,過支點垂直力的作用線作垂線);
⑷ 标力臂(大括号)。
3.研究杠杆的平衡條件
①杠杆平衡是指:杠杆靜止或勻速轉動。
②實驗前:應調節杠杆兩端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。這樣做的目的是:可以方便的從杠杆上量出力臂。
③結論:杠杆的平衡條件(或杠杆原理)是:
動力×動力臂=阻力×阻力臂。寫成公式F1l1=F2l2 也可寫成:F1 / F2=l2 / l1
解題指導:分析解決有關杠杆平衡條件問題,必須要畫出杠杆示意圖;弄清受力與方向和力臂大小;然後根據具體的情況具體分析,确定如何使用平衡條件解決有關問題。(如:杠杆轉動時施加的動力如何變化,沿什麼方向施力最小等。)
解決杠杆平衡時動力最小問題:此類問題中阻力×阻力臂為一定值,要使動力最小,必須使動力臂最大,要使動力臂最大需要做到
①在杠杆上找一點,使這點到支點的距離最遠;
②動力方向應該是過該點且和該連線垂直的方向。
4.應用:
說明:應根據實際來選擇杠杆,當需要較大的力才能解決問題時,應選擇省力杠杆,當為了使用方便,省距離時,應選費力杠杆。
二、滑輪
1.定滑輪:
①定義:中間的軸固定不動的滑輪。
②實質:定滑輪的實質是:等臂杠杆
③特點:使用定滑輪不能省力但是能改變動力的方向。
④對理想的定滑輪(不計輪軸間摩擦)F=G
繩子自由端移動距離SF(或速度vF) = 重物移動
的距離SG(或速度vG)
2.動滑輪:
①定義:和重物一起移動的滑輪。(可上下移動,
也可左右移動)
②實質:動滑輪的實質是:動力臂為阻力臂2倍
的省力杠杆。
③特點:使用動滑輪能省一半的力,但不能改變動力的方向。
④理想的動滑輪(不計軸間摩擦和動滑輪重力)則:F= 1/2G
隻忽略輪軸間的摩擦則拉力F=1/2(G物 G動)
繩子自由端移動距離SF(或vF)=2倍的重物移動的距離SG(或vG)
3.滑輪組
①定義:定滑輪、動滑輪組合成滑輪組。
②特點:使用滑輪組既能省力又能改變動力的方向
③理想的滑輪組(不計輪軸間的摩擦和動滑輪的重力)拉力F= 1/n G 。
隻忽略輪軸間的摩擦,則拉力F= 1/n (G物 G動)
繩子自由端移動距離SF(或vF)=n倍的重物移動的距離SG(或vG)
④組裝滑輪組方法:
首先根據公式n=(G物 G動) / F求出繩子的股數。
然後根據“奇動偶定”的原則。
結合題目的具體要求組裝滑輪。
三、機械效率1.有用功:對人們有用的功。
公式:W有用=Gh(提升重物)=W總-W額=ηW總
斜面:W有用= Gh
2.額外功:并非我們需要但又不得不做的功
公式:W額= W總-W有用=G動h(忽略輪軸摩擦的動滑輪、滑輪組)
斜面:W額=f L
3.總功:有用功加額外功或動力所做的功
公式:W總=W有用+W額=FS= W有用/η
斜面:W總= fL Gh=FL
4.機械效率:有用功跟總功的比值。
有用功總小于總功,所以機械效率總小于1 。通常用 百分數表示。某滑輪機械效率為60%表示有用功占總功的60% 。
提高機械效率的方法:減小機械自重、減小機件間的摩擦。
5.機械效率的測量:
① 原 理:
②應測物理量:鈎碼重力G、鈎碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動的距離S
③器 材:除鈎碼、鐵架台、滑輪、細線外還需 刻度尺、彈簧測力計。
④步驟:必須勻速拉動彈簧測力計使鈎碼升高,目的:保證測力計示數大小不變。
⑤結論:影響滑輪組機械效率高低的主要因素有:
A動滑輪越重,個數越多則額外功相對就多。
B提升重物越重,做的有用功相對就多。
C 摩擦,若各種摩擦越大做的額外功就多。
繞線方法和重物提升高度不影響滑輪機械效率。
四、功的原理1.内容:使用機械時,人們所做的功,都不會少于直接用手所做的功;即:使用任何機械都不省功。
2.說明:(請注意理想情況功的原理可以如何表述?)
①功的原理是一個普遍的結論,對于任何機械都适用。
②功的原理告訴我們:使用機械要省力必須費距離,要省距離必須費力,既省力又省距離的機械是沒有的。
③使用機械雖然不能省功,但人類仍然使用,是因為使用機械或者可以省力、或者可以省距離、也可以改變力的方向,給人類工作帶來很多方便。
④我們做題遇到的多是理想機械(忽略摩擦和機械本身的重力)理想機械:使用機械時,人們所做的功(FS)= 直接用手對重物所做的功(Gh)
3.應用:斜面
①理想斜面:斜面光滑
②理想斜面遵從功的原理;
③理想斜面公式:FL=Gh 其中:F:沿斜面方向的推力;L:斜面長;G:物重;h:斜面高度。
如果斜面與物體間的摩擦為f ,則:FL=fL Gh;這樣F做功就大于直接對物體做功Gh 。
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