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1、第十二章第十二章 简单机械简单机械一、简单机械一、简单机械1杠杆的五要素杠杆的五要素支点支点O、动力动力F1 、阻力阻力F2 、动力臂动力臂 l1 、阻力臂阻力臂 l2 图示杠杆的力臂图示杠杆的力臂杠杠 杆杆 例：例：画出图中力画出图中力F对对支点支点O的力臂的力臂l 。FOl2探究杠杆的平衡条件探究杠杆的平衡条件 调节杠杆在水平位置平衡调节杠杆在水平位置平衡 ； 获取实验数据；获取实验数据； 归纳结论。归纳结论。实验实验次数次数阻力阻力F2/ N阻力臂阻力臂l2/ m阻力阻力阻力阻力臂臂F2l2/Nm动力动力F1/N动力臂动力臂l1/m动力动力动力动力臂臂F1l1/Nm110.150.151
2、0.150.1521.50.100.15330. 050.1541.50.20.310.30.3520.150.3630.10.33杠杆的平衡条件杠杆的平衡条件 动力动力动力臂动力臂=阻力阻力 阻力臂阻力臂 F1l1=F2l2 1221FlFl 两个力与它们的力臂成反比。两个力与它们的力臂成反比。例例右图所示杠杆平衡吗？右图所示杠杆平衡吗？作如下变化，杠杆能平衡吗？作如下变化，杠杆能平衡吗？若左侧加一个相同钩码；若左侧加一个相同钩码；若右侧减一个钩码；若右侧减一个钩码；支点右移一格；支点右移一格；左侧钩码组左移一格。左侧钩码组左移一格。4杠杆分类杠杆分类 省力杠杆：动力臂大于阻力臂。省力，但费
3、距离。省力杠杆：动力臂大于阻力臂。省力，但费距离。 费力杠杆：动力臂小于阻力臂。省距离，但费力。费力杠杆：动力臂小于阻力臂。省距离，但费力。 等臂杠杆：动力臂等于阻力臂。不省力也不费力。等臂杠杆：动力臂等于阻力臂。不省力也不费力。 例：开瓶起子、羊角锤起钉子、剪铁皮的剪子例：开瓶起子、羊角锤起钉子、剪铁皮的剪子例：钓鱼杆、使用筷子、用大扫帚扫地例：钓鱼杆、使用筷子、用大扫帚扫地例：天平例：天平例例一块截面积为矩形一块截面积为矩形ABCD的均匀金属块重的均匀金属块重2 000 N，它的长宽之比为，它的长宽之比为4: :3，将它置于水平地，将它置于水平地面上如图所示，若在面上如图所示，若在A点用力
4、点用力F抬起金属块的一抬起金属块的一端，则力端，则力F至少为至少为 N。 ABDCGl2Fl112lFGl 800L2L1BF2OF1AF2BOAF1画出图中各力的画出图中各力的力臂力臂（1 1）找出支点的位置）找出支点的位置（3 3）从支点作动力、阻力）从支点作动力、阻力作用线的垂线作用线的垂线（2）确定动力、阻力）确定动力、阻力作用线作用线（4）标垂足）标垂足,定力臂定力臂画出图中画出图中杠杆各力的力臂杠杆各力的力臂F1F2l1l2F1F2l1Ol2O想一想想一想*在在“研究杠杆的平衡条件研究杠杆的平衡条件”实验中：实验中：实验前要调节杠杆两端的平衡螺母，实验前要调节杠杆两端的平衡螺母，使
5、杠杆在使杠杆在_位置平衡，这样做是位置平衡，这样做是 为了为了_.若发若发现杠杆左端低、右端高，这现杠杆左端低、右端高，这 时应将两端时应将两端的螺母都向的螺母都向_ _移移. 杠杆的支点通过杠杆的重心，这样杠杆的支点通过杠杆的重心，这样做的目的是做的目的是_从杠杆上方便地读出或测量出力臂从杠杆上方便地读出或测量出力臂水平水平右右使重力作用线通过支点，重力臂为使重力作用线通过支点，重力臂为0 0 ，不影响杠杆平衡条件不影响杠杆平衡条件实验中，我们是根据测得的数据，实验中，我们是根据测得的数据，通过计算通过计算_ _才归纳出杠杆的平衡条件是才归纳出杠杆的平衡条件是_ _。动力动力动力臂和阻力动力
6、臂和阻力阻力臂阻力臂 动力动力 动力臂动力臂= =阻力阻力阻力臂阻力臂(F(F1 1L L1 1=F=F2 2L L2 2 ) )例例1 1：在已平衡的杠杆两边分别在已平衡的杠杆两边分别挂上不同数量的钩码（每个质量相挂上不同数量的钩码（每个质量相等），杠杆仍然平衡，等），杠杆仍然平衡，如图，则如图，则：左右力臂左右力臂L1:L2=_?L L1 1L L2 2在两边钩码下同时加在两边钩码下同时加挂一个同样的钩码，挂一个同样的钩码，杠杆杠杆_（填（填“能或能或不能不能”）平衡？）平衡？ _边下降边下降? ?例例1 1：在已平衡的杠杆两边分别在已平衡的杠杆两边分别挂上不同数量的钩码（每个质量相挂上不
7、同数量的钩码（每个质量相等），杠杆仍然平衡，等），杠杆仍然平衡，如图，则如图，则：若使再次平衡的若使再次平衡的杠杆两边同时去杠杆两边同时去掉一个钩码，则掉一个钩码，则 _ _ 边将下降，边将下降，-“极端判断法极端判断法”2 2、如图所示是脚踩式垃圾箱的示意图，、如图所示是脚踩式垃圾箱的示意图，下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ( )( ) A A两杠杆均为省力杠杆两杠杆均为省力杠杆 B B两杠杆均为费力杠杆两杠杆均为费力杠杆 C CABCABC为省力杠杆为省力杠杆 D DABCABC为省力杠杆为省力杠杆一、简单机械一、简单机械 2动滑轮动滑轮 动滑轮的杠杆示意图；动滑轮的杠杆示意图； 动
8、滑轮实质是动力臂是阻力臂动滑轮实质是动力臂是阻力臂2倍的杠杆。倍的杠杆。1定定滑轮滑轮 定滑轮杠杆示意图；定滑轮杠杆示意图； 定滑轮实质是等臂杠杆，定滑轮实质是等臂杠杆，滑滑 轮轮F1F2l2l1OF1F2l2l1O3滑轮组滑轮组拉力大小与重力大小的关系：拉力大小与重力大小的关系： 动滑轮和重物由几段绳子承重，拉动滑轮和重物由几段绳子承重，拉力就是总重的几分之一。力就是总重的几分之一。 拉力与重物移动距离的关系：拉力与重物移动距离的关系： 绳子自由端移动的距离是重物移动绳子自由端移动的距离是重物移动距离的距离的n倍。倍。s = nh1+FGGn 物物轮轮（）例例1小明站在地面上准备用一个滑轮组
9、提升重物，小明站在地面上准备用一个滑轮组提升重物，请在图中画出绕线的方法。请在图中画出绕线的方法。 根据下面的省力要求，给滑轮组绕绳根据下面的省力要求，给滑轮组绕绳 F= G31 F= G51F1、按要求画出绳子的绕法n = 5n = 4n = 4n = 2n = 3FFFFF练习：解析：解析：n 应为整数应为整数 n = 4应用两应用两“动动”两两“定定”滑轮组，绳子固定端滑轮组，绳子固定端在定滑轮下最多能提起：在定滑轮下最多能提起：例例一根绳子最多能承受一根绳子最多能承受300 N的拉力，要的拉力，要提起提起1 000 N的重物，应用什么样的滑轮组？的重物，应用什么样的滑轮组？(动滑轮重力
10、不计要求向下拉且滑轮个数最动滑轮重力不计要求向下拉且滑轮个数最少少)用这个滑轮组最多能提起多重的物体？用这个滑轮组最多能提起多重的物体？1000N3 3300NGn.F物1FGn 物物4 30012NN0=0GnF 物F 二、机械效率二、机械效率1机械效率的概念机械效率的概念 有用功跟总功的比值。有用功跟总功的比值。 公式：公式： 用百分数表示。总小于用百分数表示。总小于1。WW 有有总总2测滑轮组的机械效率：测滑轮组的机械效率：WGhWFs 有有总总 实验原理实验原理 滑轮组的机械效率与滑轮轴摩擦、滑轮组的机械效率与滑轮轴摩擦、动滑轮重、动滑轮重、物重有关。物重有关。 动滑轮重一定动滑轮重一
11、定, ,物重越大，机械效率越高。物重越大，机械效率越高。 物物重一定，动滑轮越重，机械效率低。重一定，动滑轮越重，机械效率低。直接测量量为直接测量量为G、F、h、s ，用公式计算中间量用公式计算中间量W有有= Fs ， W总总= Gh 。WW 有有总总计算机械效率计算机械效率WF lFWFsnF 有有摩摩摩摩总总WF hFFWFsnFFG 有有拉拉拉拉拉拉拉拉动动总总F拉拉FF例例 某人用如图所示的滑轮组提升某人用如图所示的滑轮组提升2000牛牛的重物，使用的拉力是的重物，使用的拉力是800牛，绳子自牛，绳子自由端被拉下由端被拉下4米。米。（1）这个人做的总功是多少焦？）这个人做的总功是多少焦
12、？（2）有用功是多少焦？）有用功是多少焦？（3）额外功是多少焦？）额外功是多少焦？（4）这个滑轮组的机械效率是多少？）这个滑轮组的机械效率是多少？FG2 2用如图所示滑轮组拉着一重为用如图所示滑轮组拉着一重为100100牛的物牛的物体体A A沿水平面做匀速运动，所用拉力沿水平面做匀速运动，所用拉力F F的大小的大小为为4040牛牛（1 1）不计轮和绳的重力以及摩擦，求：物）不计轮和绳的重力以及摩擦，求：物体体A A所受的摩擦力所受的摩擦力（2 2）若滑轮组的机械效率为）若滑轮组的机械效率为80%80%，求：物体，求：物体A A所受的摩擦力所受的摩擦力 1农村用来舂米的工具是一个杠杆，下图是它的
13、结农村用来舂米的工具是一个杠杆，下图是它的结构示意图。构示意图。O为固定转轴，在为固定转轴，在A端连接着石球，脚踏端连接着石球，脚踏B端可以使石球升高，抬起脚，石球会落下击打稻谷。端可以使石球升高，抬起脚，石球会落下击打稻谷。 若石球重若石球重50 N，要将石球，要将石球 抬起，脚至少用多大竖直抬起，脚至少用多大竖直 向下的力？向下的力？(摩擦和杠杆摩擦和杠杆 自重均忽略不计自重均忽略不计)F2l1=1m l2=0.4mF1OBA练一练练一练2杠杆由图中位置到水平位置的过程中，力杠杆由图中位置到水平位置的过程中，力F如如何变化？何变化？力力F始终与杠杆始终与杠杆垂直垂直力力F的方向始终的方向始
14、终水平水平力力F的方向始终的方向始终竖直竖直3质量是质量是6 kg的物体的物体A放在水平桌面上，利用下图放在水平桌面上，利用下图装置使物体以装置使物体以0.2 m/s的速度做匀速直线运动，弹簧的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为测力计始终保持水平，其示数为2 N，不计绳子的，不计绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦，则（伸长和滑轮组内部的摩擦，则（g取取10 N/kg）（1）作用在绳端的拉力）作用在绳端的拉力F为为N（2）水平桌面对物体）水平桌面对物体A的摩擦力是的摩擦力是N（3）在）在10 s内拉力作用点移动内拉力作用点移动mAF2644如图所示的滑轮组将重如图所示的滑轮组将重G1
15、2 N的物体匀速提的物体匀速提升升20 cm。所用的拉力。所用的拉力F5 N，所做的有用功为，所做的有用功为 J，机械效率为，机械效率为 ，当改为提升，当改为提升18 N的重物时，该滑轮组的机械效率为的重物时，该滑轮组的机械效率为 。（忽略绳重和滑轮与轴的摩擦）（忽略绳重和滑轮与轴的摩擦） 2.480%85.7%FG5如图所示，每个滑轮均重如图所示，每个滑轮均重12 N，用滑轮组拉着，用滑轮组拉着重重1 000 N的物体的物体A沿水平方向以沿水平方向以0.2 m/s的速度匀速的速度匀速向左移动，拉力向左移动，拉力F的功率为的功率为32 W。（不计绳重及。（不计绳重及机械内部摩擦）求：机械内部摩擦）求：（1）拉力）拉力F的大小；的大小； （2）滑轮组的机械效率。）滑轮组的机械效率。 AF 1FFGn 动动摩摩WF hFFWFsnFFG 有有摩摩摩摩摩摩动动总总摩摩