初三物理简单机械与机械效率.doc
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初三物理简单机械与机械效率.doc
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课题
简单机械
授课日期
及时段
2011-4-312:
50——14:
50
教学目的
1、掌握杠杆的平衡条件,会判断力臂的变化情况
2、掌握滑轮的特点、实质
3、会在滑轮组中进行受力分析
教学内容
★高频考点★
【考点1】滑轮的实质是什么
滑轮实质是变形的,可连续转动的杠杆。
定滑轮的支点是转动轴,动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径,由杠杆的平衡条件可知,定滑轮是等臂杠杆,故使用定滑轮不能省力;动滑轮的支点是那段上端固定的绳子与动滑轮相切的点,动力臂是滑轮的直径,阻力臂是滑轮的半径,由杠杆的平衡条件可知,动滑轮的动力臂是阻力臂的2倍,动力就是阻力的,所以动滑轮能省一半力。
【考点2】怎样判断滑轮组的用力情况?
使用滑轮组提重物时,若忽略滑轮和轴之间的摩擦以及绳重,则重物和动滑轮由几段绳子承担,提起重物的力就等于总重量的几分之一,即F=。
因此判断用力情况的关键是
弄清几段绳子承担动滑轮和重物的总重。
用“隔离法”,把重物和动滑轮从滑轮组中“隔离”出来,就很容易弄清直接
与动滑轮连接的绳子的根数n,在图甲中我们用虚线把重物和动滑轮从滑轮组隔
离,以重物和动滑轮为研究对象,有四根绳子承担动滑轮及重物,所以用力F=。
同理,分析乙图可知,提起重物及动滑轮的力F=。
从上面还可以看出,同一个滑轮组,绳子的绕法不同,省力的情况也不同,绳端固定在动滑轮上比固定在定滑轮上更省力。
【考点3】正确理解“功”的意义
物理学上引入功的概念,并定为:
一个物质受到力的作用,并在力的方向上通过一
段距离,称这个力对物体作了功。
功和日常生活中常常讲的“工作”很相似,但两者并不相同。
“工作”的含义比较广泛,它是指用体力劳动或脑力劳动来完成的任何一种活动,物理学中功的含义要狭窄得多,但是比较严格。
功是由两个因素决定的,一个是作用力,一个是作用力方向上物体通过的路程,两者缺一不可。
下列三种情况对物体都没有做功:
⑴物体移动了一段距离,但没有受到力的作用。
例如物体在光滑水平面做匀速运动,在水平方向没有受到阻力,也没有受到动力,物体由于惯性而运动,因而没有力对物体做功。
⑵物体受到力的作用,但没有沿力的方向通过距离,例如,用力推车,车没有推动。
推车的力没有对物体做功。
又如,一个人举着重物不动,他对重物的举力没有对重物做功。
⑶物体受到了力的作用,也通过了距离.但物体移动的距离跟物体受到力的方向垂直.例如,手用竖直向上的拉力提水桶,沿水平方向移动距离,水桶没有在竖直方向上移动距离,这个拉力也没有对水桶做功。
【考点4】正确理解功率的概念
功率是表示物体做功快慢的物理量。
功率和功是两个不同的概念,做功多,不一定做功快;反之,做功快不一定做功多。
功率大,表示单位时间内做功多。
功率是由物体所做的功和完成这个功所用的时间两个因素决定的。
从公式P=可知,相同的时间内做功多的,功率大;做相同的功,所用时间少的,功率大。
∵W=F˙S∴P==F˙v
物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积。
在功率P一定时,力F与速度V成反比。
当汽车上坡时,司机采取换挡的办法,减小速度,以获得较大的牵引力。
【考点5】机械效率
机械效率等于有用功跟总功的比值,它与机械是否省力和机械功率大小,做功多少是无关的。
例1、画出下列图中所示的杠杆(支点为O)的力臂。
解:
例2、扁担长m,两端物体的重力分别为G1=500N,G2=300N。
若不考虑扁担的重力。
⑴人的肩头应在什么位置,扁担才平衡?
⑵若扁担两端同时增加G=100N的重力,肩头应在什么位置?
解:
⑴以肩为支点,前后两物体作用力的力臂分别
扁担平衡时,有
500NN
∴)
(2)扁担两端同时增加100N重力后
F1’=(500+100)N=600N
F2’=(300+100)N=400N
F1’·1’=F2’(-1’)
解得1’=0.8m(肩头距前面物体0.8m)
例3、一根长为的均匀木条,支点在中点时正好平衡,如果把其左端的一半锯下迭放在剩余部分上面(如图)木条还能保持平衡吗?
为什么?
解:
根据杠杆平衡的条件来分析,但不能直接代公式,把左端锯下的木条迭放在剩余部分上面,当不知能否平衡,所以须先分别算出各段重力对支点O的力距(F·l)。
画出杠杆的示意图,设木条重G
=
∵
∴木条不能保持平衡
例4、有一个结构不明的滑轮组,只知道拉力F向下拉绳子时,每拉下12m,重物就上升3m,拉力F=400N,重物为多大,试画出滑轮的结构图。
解:
对于滑轮组的问题,要弄清:
(1)绳端移动的距离s与重物上升的距离h,绳子的段数n之间的关系是s=nh;
(2)判断滑轮组绕绳的段数的方法,用一条虚线把动滑轮组和定滑轮“切割”开,再数直接与动滑轮组相连的“绳子段”有几(n)个,就有几(n)段绳;(3)滑轮组上的绳的绕法有两种:
一是将绳的一端固定在动滑轮的钩上,拉力方向向上。
二是将绳的一端固定在定滑轮的钩上,拉力方向向下。
s=nh
n=
F=
G=nF=4400N=1600N
滑轮组的结构如图所示
例5、如图甲所示,用F=10N的力,拉着物体在地面上匀速运动,则物体与地面的摩擦力是多大?
若物体向前移动1m,绳子要拉过多少m?
解:
由图甲可知,滑轮组用3段绳子拉物体运动,我们对滑轮B及物体进行受力分析,如图乙所示,
设摩擦力为f。
F1=3F,f=F1’而F1’=F1
则f=F1=3F=3
若物体移动1m,动滑轮上三段绳子都要移动1m,故绳子自由端需拉过3m。
例6、用100N水平拉力,将质量为100kg的物体沿水平
地面匀速拉动10m,则拉力对物体做多少功?
重力对物体做多少功?
物体受到的阻力是多少?
解:
物体在水平面上作匀速直线运动,共受四个力作用,水平方向有拉力F和磨擦力f,竖直方向有重力G和支持力N,物体受力情况如图所示,物体沿拉力F方向移动10m,拉力F做功:
WF=F
重力G的方向与物体移动方向垂直,重力做功为零,WG=0。
因物体在水平面上作匀速直线运动,根据N顿第一定律
可知:
f=F=100N。
例7、一台拖拉机耕地的最大牵引力是2.5N,若每小时拖拉机行驶7.2千m,它的功率多大?
每小时作功多少?
解:
拖拉机功率:
拖拉机速度:
∴
拖拉机每小时作功:
例8、在100m深的矿井里,每分钟积水9m3,要想不让水留在矿井里,应该用至少多大功率的水泵抽水?
解:
每分钟泵抽起水的重力G=,水泵克服重力做功,完成这些功所需时间
∴
=
=147000W=147(kW)
例9、某人用如图所示的滑轮组(不计磨擦)提升某一重物,所用拉力F为200N,若滑轮组的机械效率为80%。
求
(1)被提升的物重?
(2)动滑轮重?
解:
(1)
∴
(2)有
例10、测“滑轮组机械效率”的实验中所用的测量仪器有__________________________________________________________________________________________________
(1)画出测量由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组的机械效率装置示意图
(2)若动滑轮重0.5牛,弹簧秤测量范围是0~2.5牛,则实验时,被提起的重物不得超过___________________。
(3)为记录本实验的数据,请你设计一个表格
(4)实验时,必须使弹簧秤做____________________运动。
答:
本实验
(1)需要的器材有a弹簧秤、b铁架台、c刻度尺一把、d钩码一盒、e定滑轮及动滑轮各一个f2—3米长的细绳一条、g铁夹子一个
(2)(G重+G滑轮)=F
G重+G滑轮=3F
G重=3F-G滑轮
=3×2.5牛-0.5牛
=7牛
答:
重物不能超过7牛,即G重≤7牛
(3)实验表格
拉力F(牛)
钩码重G(牛)
弹簧秤上的线移动的距离S米
钩码升起的高度h(米)
有用功W有用(焦)
总功W总(焦)
机械效率η(%)
(4)弹簧秤必须做匀速直线运动
例11、图中所示装置的机械效率是90%,物体A在拉力F的作用下,以1.5米/秒的速度在水平面上匀速移动。
已知物体A重200牛,A运动时受的阻力是72牛,求拉力F的功率。
分析:
此题中机械克服物体A与水平面的摩擦阻力做的功是有用功,而不是克服物体的重力所做的功,所以物体A重200牛,是多余的条件,拉力F做的功是总功。
拉力F移动的距离S拉与物体A移动的距离S物之间的关系是:
S物=3S拉,拉力F匀速移动的速度V拉与物体A移动的速度之间的关系是
V物=3V拉
解:
拉力F的大小可由下式求得
∵η=
∴F=
拉力F的功率:
P=FV拉=F
〖思维拓展训练〗:
1.在图中的四种情境中,人对物体做功的是()
2.如图所示,在水平拉力F作用下,使重40N的物体A匀速移动5m,物体A受到地面的摩擦力为5N,不计滑轮、绳子的重力及摩擦,拉力F做的功()
A.50JB.25JC.100JD.200J
3.下列说法中,最接近实际情况的是()
A.成年人走两步的距离大约是1.5mB.家用白炽灯功率约为1000W.
C.一名中学生体重约为50N.D.物理课本质量是16kg.
4.图3中的铡刀、瓶盖起子、手推车、铁锨都属于杠杆,其中费力杠杆是()
图3图4
5.如图4所示,杠杆AOB的A端挂重为GA的物体,B端挂重GB的物体,杠杆处于平衡状态,AO=BO,杠杆自身重力不计,则()
A.GA=GBB.GA
6.初二物理兴趣小组的同学学习了功率知识后,进行了“比一比谁上楼功率大”的比赛.其中某同学从一楼跑到三楼用了10s,则他上楼过程中的功率大约是 ( )
A.3W.B.30W.C.300W D.3000W
7.如图5所示,在“研究杠杆的平衡条件”的实验中,杠杆上每小格的长度都相同,两边挂上钩码后杠杆平衡,如果把两边的钩码都同时向里移动一个格,则杠杆()
A.仍能平衡.B.不能平衡,A端上升.C.不能平衡,B端上升.D.无法判断.
图5图6图7
8.如图6为脚踩式垃圾桶的示意图,在开盖子的过程中,是杠杆ABC和杠杆A,B,C,在起作用,对两个杠杆的认识正确的是()
A.ABC和A'B'C,都是省力杠杆.B.ABC和A,B,C,都是费力杠杆.
C.ABC是省力杠杆,A,B,C,是费力杠杆.
D.ABC是费力杠杆,A,B,C,是省力杠杆.
9.小明同学用40N的水平推力沿水平地面推重为200N的小车,匀速前进了5m,所用时间为20s,在这个过程中()
A.重力做功1000J.B.推力做功200J.
c.小车所受合力为160N.D.小明做功功率为50W.
10.如图9所示,某同学用一个动滑轮匀速提起一袋质量为18kg的面粉,所用的拉力为100N,则动滑轮的机械效率为_____.若用此动滑轮匀速提起一袋质量为25Kg的大米,当拉绳子的速度为_____m/s时,拉力的功率为54W.(取g=10N/kg,绳重与摩擦不计)
11.小明用100N的力沿竖直方向将杠杆的一端拉下2m时,杠杆的另一端把320N的重物提高了0.5m,他做的有用功是___J,总功是____J,杠杆的机械效率是___.
12.用滑轮组拉出陷人泥中的汽车.在图11中画出最省力的绳子绕法.
图11图12图13图14
13.画出图12中杠杆的支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂.
14.画出使杠杆AB在图13所示位置静止时,所用最小力F的作用点和方向.
15.如图14所示,重200N的均匀木板AB在细绳拉力作用下保持静止.请你根据所给出的标度画出木板受到的重力和拉力的图示,以及拉力的力臂.
16.如图17所示的滑轮组匀速提起重1000N的物体,10S内绳子的自由端拉下16m,已知做的额外功是800J,若绳重和摩擦不计,试求:
(1)绳自由端拉力的功率;
(2)滑轮组的机械效率;(3)动滑轮的总重;(4)若用此装置匀速提起1200N的重物,则拉力为多少N?
17.在某工地上,工人师傅用滑轮组起吊重为600N的物体,他站在地面上用200N、的力往下拉绳,使物体匀速上升3m,滑轮组工作时的效率为75%.
(1)求滑轮组提升重物所做的有用功和该工人的拉力所做的总功;
(2)求该滑轮组中吊起动滑轮的绳子股数n,并画出这个滑轮组的示意图.
参考答案
1.D2.B3.A4.D5.B6.C7.C8.C9.B10.90%9.411.16020080%12.略13.略14.略15.略16.480W83.3%200N350N17.1800J2400J4股图略
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