八年级物理：简单机械

八下物理：简单机械知识分享！分享内容包含：杠杆原理与应用、滑轮及其应用、其他简单机械、机械效率，附有教材图解。

简单机械

• 杠杆
  • 认识杠杆
    • 在力的作用下绕着固定点O转动的硬棒叫杠杆
    • 杠杆可以是直的，也可以是弯的，但必须是硬的
    • ①要有力的作用②能绕某固定点转动
    • 杠杆五要素
      • 支点:杠杆绕着转动的固定点。O
      • 动力:使杠杆转动的力。F1
      • 阻力:阻碍杠杆转动的力。F2
      • 动力臂:从支点到动力作用线的距离。l1
      • 阻力臂:从支点到阻力作用线的距离。l2
    • 注:如果某个力的作用线恰好通过支点，则其力臂为0，此时这个力不能使杠杆转动。①动力、阻力都是杠杆受到的力,作用点在杠杆上,不是杠杆施加给物体的力; ②动力、阻力的方向不一定相反,但它们使杠杆转动的方向相反
  • 杠杆平衡：指杠杆在动力和阻力作用下静止或匀速转动(不一定在水平位置平衡)
  • 科学探究:杠杆平衡的条件
    • 调节螺母，将没挂钩码的杠杆调节 至水平位置平衡。的目的
      • ①减小杠杆自身重力对实验的影响 ②便于直接从杠杆上读取力臂
    • 如何让杠杆平衡
      • 实验前:调节螺母（反方向调节，左偏右调）①调节杠杆两端的 ,使杠杆在 平衡,目的:排除杠杆自重对实验的影响; ②实验过程中移动钩码位置使杠杆再次水平平衡,目的是便于从杠杆上直接读出 ; ③改变钩码数量和位置,再多测几组数据,是为了分析杠杆平衡的普遍规律,避免偶然性
      • 实验中:①加减钩码个数（改变动力、阻力）， ②移动钩码位置（改变动力臂、阻力臂）注:实验中不可以移动钩码！！！
    • 杠杆平衡的条件
      • 动力×动力臂＝阻力×阻力臂F1l1=F2l2
  • 杠杆的运用
    • 省力杠杆:（省力，费距离）动力臂大于阻力臂 举例:启瓶器、榨汁器、胡桃钳、撬棍、扳手、钳子、拔钉器、开瓶器、铁皮剪刀、铡刀、羊角锤、钢丝钳、指甲刀、汽车方向盘、动滑轮、独轮车、斜拉桥等 。
    • 费力杠杆:阻力臂大于动力臂（费力，省距离） 举例:胳膊，镊子，鱼竿，筷子，火钳，理发剪刀，钓鱼竿，镊子，筷子，船桨
    • 等臂杠杆:动力臂等于阻力臂（不费力，不省力；不费距离，不省距离） 举例:天平 定滑轮
    • 没有既省力又 省距离的杠杆！！！
• 滑轮及其应用
  • 定滑轮
    • ①定义：使用滑轮时，其轴固定不动的滑轮。
    • ②作用 ：不省力，但可以改变作用力的方向。
    • ③实质 ：等臂杠杆
    • ④各个方向拉动绳子，力都相同。
    • 力的关系 (不计滑轮重和摩擦) ：F1=F2
    • 距离的 关系：s=h
  • 动滑轮
    • ①使用滑轮时，滑轮的轴随物体一起运动的滑轮。
    • ②作用 ：可以省力，但不改变力的方向，而且费距离费功。（通常情况下，省一半力，费一倍距离）
    • ③实质：动力臂是阻力臂二倍的杠杆
    • 力的关系 (不计滑轮重和摩擦) ：F1=F2
    • 距离的关系 s=2h
  • 滑轮组
    • 公式：①S=nh物 （s：绳子自由端移动的距离，h：重物被提升的高度）②
    • 作用 ：既可省力 , 也可以改变力的方向
• 其他简单机械
  • 轮轴
    • 由轮和轴组成,能绕固定轴转动的简单机械
    • 结构：
      • 由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。大轮叫轮，小轮叫轴
    • 原理(不计摩擦)：轮轴是可以连续转动的杠杆,动力F1作用在轮上可省力,若作用在轴上则费力
    • 公式：
      • F1R=F2r
    • 应用：方向盘、水龙头、扳手、门把手、水龙头把手、钥匙 、螺丝刀、自行车车把和曲柄飞轮
  • 斜面
    • 斜面是一种可以省力 的简单机械,但必须多移动距离
    • 原理(不计摩擦)：FL=Gh,由公式可知,斜面越长越省力
    • 公式
      • W总=FL，W有=Gh,W额=W总-W有=FfL, Ff为摩擦力
    • 应用：螺旋楼梯、盘山公路、螺丝钉上的螺纹
• 教材图解
  • 等臂杠杆
    • 天平
  • 省力杠杆
    • 钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆
    • 独轮车在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆
    • 指甲刀
      • A.ABC的动力臂大于阻力臂，是省力杠杆； B.D处刀刃较薄,可以增大压强 C.杠杆ABC上有粗糙的花纹,可以增大摩擦 D.OBD、OED的动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；
    • 自行车手闸在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆
    • 剪铁剪刀，修剪树枝剪刀在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆。
  • 费力杠杆
    • 赛艇船桨
      • A、船桨对水有向后的作用力，由于力的作用是相互的，水对桨产生向前的反作用力，使船前进。
      • B、赛艇在水面上处于漂浮状态，受到的浮力等于赛艇与运动员总重力。
      • C、赛艇质量一定，重力一定，与划艇人数无关。
      • D、将赛艇的船桨看作杠杆，支点在轴上，手加在桨上的动力的力臂小于水对桨的阻力的力臂，所以是费力杠杆。手施加的动力要大于水施加的阻力
• 机械效率
  • 有用功和额外功
    • 为了达到目的而必须做的功叫做有用功,W有=G物h，W有=fs物（从总功中减去额外功，才是有用功W有=W总-W额 ）。
    • 克服动滑轮的重力和滑轮转动时的摩擦阻力做的功，是无用的，但不能不做，称为额外功。W额=G动h(忽略摩擦和绳重)；W额=W总-W有
    • 有用功和额外功之和叫做总功 W总=W有+W额（拉力或动力所做的功W总=Fs,W总=Pt）
    • W总＝W有＋W额
  • 定义
    • 有用功和总功的比值，叫做机械效率。用符号η 表示
  • 公式
    • η-机械效率；W有-有用功；W总-总功。
  • 机械效率是一个比值,通常用百分数表示,由于有用功总小于总功,故机械效率总＜1；机械功率没有单位，用百分数表示！
  • 意义
    • 机械效率是衡量机械做功性能好坏的物理量,但机械效率的高低与使用机械是省力还是费力无关
  • 机械效率一定是一定的吗
    • 不是一定的
    • 其他条件相同时， 提升物体重力越大， 机械效率越高。
      • 有用功增加， 额外功不变， 总功增加。
        • 增大提升重物的重量可以提高机械效率
    • 其他条件相同时， 动滑轮自身重力越小， 机械效率越高。
      • 额外功减少， 有用功不变， 总功减小。
        • 减小动滑轮的重力可以提高机械效率
  • 测量滑轮组的机械效率
    • 原理
    • 实验器材:
      • 滑轮组、铁架台、细绳、弹簧测力计、刻度尺、钩码。
      • 测量工具
        • 弹簧测力计、刻度尺(没有刻度尺也可以进行实验的原理:
    • 操作
      • 2.滑轮组绕线:由n=s/h确定承担对动滑轮及物体拉力的绳子段数,用奇动偶定法确定绕线方式。
      • 沿竖直方向匀速(或缓慢)提升重物
      • 3.实验中注意绳子的自由端若最终与动滑轮相绕,则需要匀速、竖直向上拉动物体。
    • 结论
      • 【数据处理和分析】
        • 4.设计实验数据记录表格(如下表所示),分析表格数据,可计算出有用功、额外功、总功,及滑轮组机械效率
      • ①同一滑轮组,提升重物越重,机械效率越高;
      • ②提升相同重物,滑轮组中动滑轮总重越小,机械效率越高
    • 评估交流
      • 滑轮组的机械效率与物体上升高度和速度、绳子的段数、绳子自由端移动距离以及物体上升速度、省费力情况均无关。
    • 提高机械效率的方法
      • ①减小动滑轮的重力;②减小绳重和摩擦;③增加提升物体的重力;
    • 所测物理量
      • 物重G、物体上升高度h、拉力F、弹簧测力计移动距离s
  • 实验拓展:测量斜面的机械效率
    • 实验过程
      • ①将木板用一木块垫起搭成斜面,使其倾斜程度较小,用弹簧测力计沿斜面将物块从斜面底部匀速拉到斜面顶部,记下物块移动的距离s,并测出斜面高度h、拉力F。
      • ②改变斜面的倾斜程度再测量几次,计算出不同倾斜程度下的机械效率
    • 实验 结论
      • 斜面的机械效率与粗糙程度和倾斜角度有关。斜面越陡、越光滑,机械效率越高