导图社区 11. 简单机械和功
(最新版)苏科版9上物理《简单机械和功》知识点梳理,包含:①杠杆②滑轮③功④功率⑤机械效率等基础知识及相关拓展知识,使用其他版本教材的同学,也可以正常使用。
编辑于2023-06-13 15:21:128年级上册数学(苏科)第3章《勾股定理》相关知识点梳理,使用其他版本教材的同学也可以正常使用。可以作为学习笔记和复习资料,帮助大家系统地回顾和巩固所学知识,学生更好地理解和记忆历史知识。
8年级上册数学(苏科)第2章,轴对称图形相关知识点梳理,使用其他版本教材的同学也可以正常使用。可以作为学习笔记和复习资料,帮助大家系统地回顾和巩固所学知识,学生更好地理解和记忆历史知识。
苏科版8年级上册《全等三角形》相关知识点梳理,展示了全等三角形的定义、性质、以及判定条件等多个方面的知识点。这种组织方式使得学习者能够一目了然地掌握全等三角形的核心内容,便于记忆和复习。还介绍了多种全等三角形的判定方法,如“边角边”、“角边角”、“角角边”和“边边边”等,并详细说明了它们的由来、内容、应用格式以及推论。这些信息为学习者提供了丰富的解题技巧和方法,有助于他们在解决实际问题时灵活运用。使用其他版本的同学也可以正常使用。
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简单机械和功
杠杆
杠杆
定义
在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒
杠杆必须是硬棒
硬棒泛指有一定长度,在外力作用下不变形的物体
形状可以是任意的,既可以直,也可以弯
一根硬棒要成为杠杆,应具备两个条件
1.要有力的作用
2.能绕某固定点转动
固定点
相对于杠杆来说,这一点是不动的
杠杆五要素
支点
杠杆绕着转动的点
通常用字母O表示
杠杆的支点一定要在杠杆上,可以在杠杆的一端,也可以在杠杆的其他位置
力
动力
作用在杠杆上,使杠杆转动的力
阻力
作用在杠杆上,阻碍杠杆转动的力
动力和阻力都是指杠杆受到的力(力作用在杠杆上),而不是杠杆对别的物体施加的力
动力和阻力的作用点都在杠杆上
动力和阻力使杠杆转动方向一定相反,一个力使杠杆顺时针方向转动,则另一个力使杠杆逆时针方向转动。但动力和阻力的方向不一定相反。
力臂
力的作用线
经过力的作用点,沿着力的方向所引的直线叫力的作用线
延长线或反向延长线,要用虚线
力臂
从支点到力的作用线的距离
点到线的距离,不是点到点的距离
力臂有时在杠杆上,有时不在杠杆上,如果力的作用线恰好通过支点,则力臂为零
画法
①定点
支点
②画线
力的作用线
③从点向线引垂线
分类
动力臂
从支点到动力作用线的距离
阻力臂
从支点到阻力作用线的距离
最长力臂
杠杆示意图的画法
注意
一个完整的杠杆示意图要能反映出杠杆的五要素
步骤
找支点
画力线
找出力的作用点和力的方向,沿力的方向画出力的作用线
作垂线
从支点向力的作用线作垂线,画出垂足
标力臂
用大括号或箭头勾出力臂,并在旁边写上表示动力臂阻力臂的字母
杠杆平衡的条件
杠杆的平衡
在力的作用下,如果杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动,我们就认为杠杆平衡了
不一定是在水平位置平衡了
平衡条件
动力×动力臂=阻力×阻力臂,即
1.要准确画出杠杆的示意图,确定力臂的大小
2.单位要统一(力和力臂)
很多时候不用刻意区分动力和阻力,若其中一个力为动力,则另一个力为阻力
若涉及到杠杆的重力,注意要把重力示意图的起点画在杠杆的重心上
杠杆的分类
省力杠杆
力臂关系
动力臂比阻力臂长
力的关系
动力小于阻力
特点
省力
费距离
撬棒、钳子、羊角锤、起子等
费力杠杆
力臂关系
动力臂比阻力臂短
力的关系
动力小于阻力
特点
费力
省距离
船桨、食品夹、筷子、镊子等
等臂杠杆
力臂关系
动力臂与阻力臂相等
力的关系
动力等于阻力
特点
既不省力也不省距离
托盘天平、跷跷板等
不存在既省力又省距离的杠杆
费力杠杆一般用在阻力不大的情况下,使用起来更方便
判断杠杆类型时,也可以根据使用杠杆的目的,是省力还是省距离来判断
相关问题
杠杆的最小力
思路
寻找最大动力臂
由杠杆平衡条件可知,动力臂最大时,动力最小
最大动力臂
支点到杠杆上离支点最远一点的距离
杠杆的动态平衡
思路
分析力臂变化
阻力一般不发生变化,则动力的变化取决于动力臂和阻力臂的变化情况
由杠杆的平衡条件可知
当动力臂变小或阻力臂变大时,动力变小
当动力臂和阻力臂都发生变化,但其比值不变时,动力不变
判断杠杆能否平衡
思路
常规法→变化量法→极限法
常规法
通过比较变化后动力动力臂乘积与阻力阻力臂乘积的大小关系,判断杠杆是否平衡
变化量法
初始状态时
通过比较等式左右(力与力臂的乘积)的变化量,判断能否再次平衡
当力不变、力臂变化时,乘积的变化量为
当力臂不变、力变化时,乘积的变化量为
极限法
把变化放大至极限,判断能否再次平衡
比如悬挂的重物都向支点移动等距离时(不越过支点),可选取极限值:某一重物移至支点,另一重物没有移至支点
利用杠杆测密度
思路
列式相除,得浮重比
根据杠杆的平衡条件,列出杠杆每个平衡状态的平衡方程。注意用物体的重力和浮力表达动力或阻力
化简两等式,得出浮重比
根据公式得出待求物体密度
滑轮
滑轮
定义
一个周边有槽,能够绕轴转动的小轮
分类
定滑轮
轴的位置固定不动的滑轮叫定滑轮
特点
可以改变力的方向
不省力也不省距离
本质
等臂杠杆
支点是转动轴,动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径
使用情况
忽略绳重和摩擦
使用定滑轮时,施加的拉力F无论朝哪个方向,定滑轮都是一个等臂杠杆,忽略绳重和摩擦时,拉力的F大小都等于物体重力
动滑轮
轴的位置随被拉动的物体一起运动的滑轮
特点
可以省力,但不能改变力的方向
费距离
本质
省力杠杆
动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆
只忽略绳子的重力和轴间摩擦力时
忽略动滑轮的重力和绳子的重力和轴间摩擦力时
相当于物体的重力由两段绳子来承担,每段承担
动滑轮使用情况
忽略绳重和摩擦,水平移动的滑轮同时忽略滑轮重力
使用动滑轮时,施加的拉力F若不沿竖直方向,F的力臂将变小,拉力会变大。
判断滑轮的类型时,看滑轮的轴是否随物体一起移动,如果轴不随物体一起移动,为定滑轮;如果轴随物体一起移动,则为动滑轮
滑轮的结构:轮、轴、吊环、挂钩等。轴通过支架与吊环或挂钩相连,定滑轮的吊环可以固定在天花板等位置上,动滑轮的挂钩与提升的物体相连。绳子绕过带有凹槽的轮,拉动绳子时,轮转动而轴不转动,所以轮与轴之间会有摩擦。
滑轮组
定义
将定滑轮和动滑轮组合在一起构成滑轮组
特点
既可以省力,也可以改变力的方向
用滑轮组吊物体时的关系式
力的关系式
不计绳重及绳轮间摩擦
考虑动滑轮重
n为动滑轮上承担重物的绳子股数
距离关系式
s=nh
F
拉力
G
物重
n
承担物重的绳子的段数
s
绳子自由端移动的距离
h
重物移动的距离
n的判断方法
只看动滑轮,即数直接与动滑轮相连的绳子股数,即为n的值
其中绳子自由端方向向上的要数上,绳子自由端向下的不要数
在定滑轮和动滑轮之间画一条线,想象成把装置一分为二,然后看分开后直接作用在动滑轮上的绳子有几段,n就等于几
滑轮组水平放置
省力情况
移动速度
绳子自由端移动的速度
物体移动的速度
运动距离
若物体升高h,则绳子自由端移动的距离
在滑轮组问题中,力、距离、速度都有两个,务必分清是绳子自由端的还是物体的
研究对象
一般把物体和动滑轮当做一个整体,进行受力分析
绳子的段数n,可以理解为与受力分析研究对象接触的绳子
滑轮组的组装
基本原则
奇动偶定
步骤
1.确定n
由多少股绳子承担重力
2.确定动滑轮个数(N)
n为偶数时,动滑轮的个数是
n为奇数时,动滑轮的个数是
3.确定定滑轮个数
一动配一定,偶数减一定,变向加一定
1.在不改变施力方向时,以动滑轮个数为基数,按“一动配一定,偶数减一定”来确定定滑轮的个数。当n为偶数时,定滑轮的个数等于动滑轮的个数减一个
2.在需要改变施力方向时,仍以动滑轮个数为基数,按“变向加一定”确定定滑轮个数。即在“一动配一定,偶数减一定”的基数上,再加上一个定滑轮
4.组装滑轮组
奇动偶定,由内向外
确定好滑轮数后,再确定绳子的起始点
n为奇数时,绳子的起始点从动滑轮开始
n为偶数时,绳子的起始点从定滑轮开始
5.滑轮组绕线
所画线要直,并且要与两个滑轮外侧相切
一般情况下,要在最后一股绳子的末端用箭头标出拉力的方向
使用的动滑轮的个数为N,且使用时要求最省力,则绳子的固定端应接在动滑轮上。此时,承担物重的绳子股数n=2N+1
若使用时要求既省力又能改变方向,则绳子的固定端应接在定滑轮上,此时n=2N
注意拉力方向不同时,所需要的定滑轮个数也不同
其他简单机械
斜面
定义
一个与水平面成一定夹角的倾斜平面
特点
斜面是一种省力的简单机械
若忽略摩擦,斜面长是斜面高的几倍,拉力就是物体所受重力的几分之一
F
沿斜面的拉力
G
物体的重力
L
斜面长
h
斜面高
盘山公路原理
斜面越长,越省力
轮轴
定义
由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成,大的称为轮,小的称为轴
实质
一个可以连续转动的杠杆,是一种省力机械
特点
轮半径是轴半径的几倍,加在轮上的力就是加在轴上的力的几分之一
功能
1.改变用力大小
2.改变物体的运动速度
汽车方向盘
门把手
扳手
相关问题
滑轮组的分析与计算
思路
受力分析法+平衡方程法
把物体和动滑轮当做整体进行受力分析,一般可得平衡方程
注意
竖直滑轮组需要忽略绳重和轴摩擦,水平滑轮组还需要忽略动滑轮重力
物体不与动滑轮直接相连或运动方向不一致时,需要隔离分析动滑轮和物体
功
功
定义
如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段距离,就说这个力对物体做了功
1.作用在物体上的力
2.物体在力的方向上通过的距离
力对物体不做功的三种情况
1.靠惯性运动的物体,没有力对它做功
有距离,无力
2.物体受到力的作用,但没有移动距离
有力,无距离
3.物体受到力的作用,同时也运动了一段距离,但两者相互垂直
力与距离垂直
判断力是否做功
关键是看力与距离是否具有同时性、同向性和同体性
描述功的方法
某力做功
物体A对物体B做功
克服某力做功
力和物体的运动方向相反
重力方向竖直向下,当物体向上运动时,可以称为克服重力做功
功的计算
公式
W=Fs
F
表示力
s
表示在力的方向上通过的距离
W
表示功
单位
国际单位
焦耳,简称焦,J
1J=1N×1m=1N·m
计算
先明确做功的力
如某人做功就是某人施加的力做的功
对物体做的功就是对物体施加的力做的功
再找在力的方向上移动的距离
力与物体移动的距离方向必须一致,对应同一物体、同一段时间
求变力做功时,要分段计算,再求和
常见值
1. 将2个鸡蛋举高1m,做功大约1J
2. 体重为500N的中学生从一楼走到二楼,做功约为1500J
功的原理
使用任何机械都不省功
在不考虑机械本身重力和摩擦的情况下,使用机械所做的功至少等于不用机械而直接用手对物体所做的功
在考虑机械本身的重力和摩擦的情况下,使用机械总比不用机械而直接用手对物体所做的功多些
使用机械要么省力,要么省距离,不可能同时省力和省距离
功率
功率
定义
功与做功所用时间之比叫功率,大小等于单位时间内所做的功
物理意义
表示物体做功快慢的物理量
定义式
W
功
t
做功所用的时间
表示做功的物体在t时间内的平均功率,不是某一时刻的瞬时功率
无论受力物体运动状态如何,此公式普遍适用
单位
瓦特,W
1W=1J/s
换算
1KW=1000W
1MW=1000KW
功率表示做功快慢,不表示做功的多少
一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定
功率大的机械做功不一定多
做功多的机械,功率也不一定大
推导式
速度:v
速度的单位必须是m/s,计算出来的功率单位才是W
速度必须是物体在力的方向上移动的速度
v是F作用点移动的速度
可以表示物体的瞬时功率
功率一定时,机器的牵引力与速度成反比
汽车在平路上,需要的牵引力较小,时速就可大些
汽车在上坡时,需要的牵引力大,就需要改用低速行驶
功率的比较
在相同时间内,做功越多的物体功率越大
在做功相同的条件下,所用时间越短,功率越大
在做功的多少和所用时间都不相同的情况下,通过公式计算后进行比较
相关问题
爬楼问题
公式
爬楼时克服重力做功
W=Gh
爬楼时克服重力做功的功率
注意:使用爬楼的高度,而不是楼梯的长度
机车问题
公式
机车发电机的功率
机车的牵引力或动力
机车的速度
机车做匀速直线运动时
机械效率
基本概念
功的原理
使用任何机械都不能省功
省力费距离
省距离费力
实际情况
用机械做的功大于不用机械做的功
理想情况
用机械做的功与不用机械做的功相等
有用功
在物理学中,把完成某项任务时有实用价值的功(对人们有用的功),叫有用功
有用功等于人们不用机械而直接用手时做的功
额外功
把其他并非我们需要而又不得不做的功,叫额外功
额外功产生的原因
克服摩擦做的功
克服机械自身重力做的功
对包装或盛放容器等做的功
总功
是人们在达到一定目的的过程中,实际做的功,一般指动力F做的功
有用功和额外功的判断
确定工作的目的
从井中打水
工作目的
打水
对水做的功是有用功
对水桶和绳子做的功是额外功
从井中捞桶
工作目的
捞桶
对桶所做的功是有用功
对桶里的水所做的功是额外功
机械效率
机械效率
有用功跟总功的比值叫机械效率
符号
η
读“yita”
η是一个没有单位的量,常用百分数表示
使用机械做功,额外功是不可避免的,任何实际机械的机械效率η都小于1
公式
使用任何机械都不能省功
有用功一定时
额外功越大,η越小
额外功一定时
有用功越大,η越大
使用机械要多做额外功,效率更低
理解
机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量
机械效率的高低并不决定使用机械是省力还是费力,效率高只说明有用功在总功里所占的比例大
机械效率不是机械的一种固定性能,在完成不同任务的过程中,同一机械的机械效率可能不同
功率大,机械效率不一定高;机械效率高,功率不一定大
提高机械效率的方法
有用功一定时
减小额外功
比如:减小机械自身重力和摩擦
额外功一定时
增大有用功
比如:在机械承受范围内,增加提起物体的重力
相关问题
①
②
若忽略绳重和摩擦,额外功只是滑轮重,则有
结论
在提起同样重的物体时,动滑轮越重、摩擦力越大,其机械效率越小
滑轮组的机械效率还与所提重物有关
同一滑轮组,所提重物的重力越大,其机械效率越大
提高滑轮组机械效率的方法
尽量使用轻质滑轮(减小滑轮重力)
在滑轮的转轴处加润滑油,以减小轮与轴之间的摩擦
在机械强度允许的前提下,尽量增大被提升的物重,使滑轮组在满载的情况下工作
用滑轮组的时候,做有用功的这个力一般就是:滑轮组直接作用在物体上的力
注意
非常规滑轮组,需要根据实际情况推导,不能直接套用
G为物体重力
h为上升物体的高度
F为拉力
为物体移动的路程
f为摩擦力
当斜面光滑时
实验
探究杠杆平衡的条件
实验步骤
1
调节杠杆两端的螺母,使杠杆在不挂钩码时,保持水平并静止,达到平衡状态
在实验过程中,就不可以再调节平衡螺母了
保持水平静止
杠杆的重心在支点上杠杆重力的力臂为0,消除杠杆自重的影响
2
给杠杆两侧挂上不同数量的钩码,移动钩码的位置,使杠杆重新在水平位置平衡
这时杠杆两侧受到的作用力等于各钩码所受的重力
重新平衡
便于测量力臂(力臂与杠杆重合)
3
设右侧钩码对杠杆施加的力为动力,左侧钩码对杠杆施加的力为阻力;测出杠杆平衡时的动力臂和阻力臂。
力
设右侧钩码对杠杆施加的力为动力
左侧钩码对杠杆施加的力为组力
实验中钩码的重力不是动力或阻力
力臂
测出杠杆平衡时的动力臂和阻力臂:
实验中钩码的重力不是动力或阻力,动力或阻力是钩码通过挂钩作用在杠杆上的力,钩码的重力是由于地球的吸引使钩码受到的力,二者受力物体和施力物体都不同。但是当杠杆水平平衡时,动力和阻力与钩码的重力大小相等
4
再做几次实验
避免偶然性,使得出的结论具有普遍性
结论
当杠杆平衡时,动力×动力臂=阻力×阻力臂,即
注意事项
1
调节杠杆在水平位置平衡,与调节天平平衡的方法一样,杠杆哪端高,就将平衡螺母向哪调,即左高左调,右高右调
2
使杠杆在水平位置平衡是为了使力臂的大小可以直接从杠杆上读出,测量力臂比较方便
3
探究平衡条件时,实验数据至少测三组,使实验结论更有说服力,不具有偶然性
4
杠杆的支点处于中央的目的
使杠杆重心落在支点上,排除杠杆自重对杠杆平衡产生的影响
5
将杠杆一端的砝码换成弹簧测力计的好处
能直接测出拉力的大小,实验操作更方便
6
弹簧测力计从竖直拉杠杆变成倾斜拉杠杆
拉力的力臂变小
弹簧测力计示数变大
测量滑轮组的机械效率
实验方案
用刻度尺测出钩码被提升的高度h和绳子末端移动的距离s,算出钩码的重力,用弹簧测力计测出绳子末端的拉力F,求出机械效率η
实验步骤
1
算出钩码的重力
G=mg
2
按照装置甲的要求安装好滑轮组,先在细绳与动滑轮相切处用彩笔在细绳上做个记号,再匀速拉动弹簧测力计,提升重物,此时弹簧测力计的示数即为拉力F
用刻度尺量出钩码上升的高度h,以及细绳彩点到与动滑轮相切处的距离,就是细绳自由端通过的距离s
3
由以上测得的数据,用公式计算出滑轮组此时的机械效率
改变钩码的数量,重复以上实验
4
再换用装置乙,用相同的方法测出滑轮组乙的机械效率
5
实验完毕,整理好仪器,放回原处
实验结论
1
滑轮组的机械效率与滑轮组自身有关
2
在提起同样重的物体时,动滑轮越重、摩擦力越大,其机械效率越小
3
滑轮组的机械效率还与所提重物有关,同一滑轮组,所提重物的重力越大,其机械效率越大
注意
弹簧测力计沿竖直方向向上匀速拉动绳子的目的
使弹簧测力计示数与拉力相等
影响滑轮组机械效率大小的因素
物体的重力
机械间的摩擦力
动滑轮的重力
提高滑轮组机械效率的方法
增大物重
减轻动滑轮重力
减小机械间的摩擦
控制变量法的使用
控制动滑轮的重力或数量相同,通过改变所吊钩码的数量,来探究滑轮组的机械效率与物重的关系
控制滑轮组所吊钩码数量相同,通过改变动滑轮的重力或数量,来探究滑轮组的机械效率与动滑轮的重力的关系