《初三物理杠杆滑轮及其功机械效率经典编辑例题(附规范标准答案).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《初三物理杠杆滑轮及其功机械效率经典编辑例题(附规范标准答案).doc（16页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、-! 杠杆与滑轮杠杆与滑轮 教学目的教学目的: 1、巩固杠杆五要素，掌握杠杆平衡条件、巩固杠杆五要素，掌握杠杆平衡条件 2、定滑轮、动滑轮的特点、定滑轮、动滑轮的特点 教学难点：教学难点：1、运用杠杆平衡条件进行相关的计算、运用杠杆平衡条件进行相关的计算 2、理解吊起动滑轮的绳、理解吊起动滑轮的绳 n 的物理意义的物理意义 知识点总结：知识点总结： 1、杠杆五要素：杠杆五要素：支点：杠杆绕着转动的点 动力：使杠杆转动的力 阻力：阻碍杠杆转动的力 动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离 阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离 2、 杠杆平衡条件杠杆平衡条件(杠杆平衡原理杠杆平衡原理)：动力动力臂=阻
2、力阻力臂，用代数式表示 为 F1 L1=F2L2。式中，F1 表示动力，L1 表示动力臂，F2 表示阻力，L2 表示 阻力臂。 3 3、定定滑滑轮轮：工作时，中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。（实质是等臂杠杆） 特点：特点： 不能省力，但能改变力方向 动滑轮：动滑轮：工作时，轴随中午一起移动的滑轮叫动滑轮。 （实质是个动力臂为阻力臂二倍的杠杆） 特点：特点：可以省力，但不改变力的方向 滑滑轮轮组组：由若干个定滑轮和动滑轮组合在一起 -! 典型例题解析典型例题解析 杠杆与滑轮：杠杆与滑轮： 例例 1：如图 161（a）所示的杠杆重；不计，O为支点，AO0.2m，当在A点悬 吊一重 6N的物体，绳子
3、的拉力F3N时，杠杆在水平位置平衡，在图中画出拉力矿的力 臂l2，力臂l2为_m （a） （b） 图 161 如图 161（b），画出杠杆OAB示意图，找到支点O，BC为力的作用线，画出 力臂l2 根据杠杆的平衡条件：GOAFl2 代入数值：6N0.2m3Nl2 l220.2 m0.4 m 答案答案 力臂l2如图 161（b），l2为 0.4m 例例 2：杠杆OA在力FA、FB的作用下保持水平静止状态，如图 165（a）杠杆 -! 的自重不计，O为杠杆的支点，FB的方向与OA垂直，则下列关系式中一定正确的是 （ ） AFAOAFBOB BFAOAFBOB C DFA B A F F OB OA
4、 OA OBFB （a） （b） 图 162 如图 162（b），画出力FA的力臂为lA，FA和OA的夹角为。根据杠杆的平 衡条件：FAlAFBOB FAOA sinFBOB 从图中看出：090 sin1 要保持杠杆平衡：FAOAFBOB，推得FA OA OBFB 答案答案 D 例例 3：如图所示，用三个滑轮分别拉同一个物体，沿同一水平面做匀速直线运动，所用的 拉力分别是 F1、F2、F3，比较它们的大小应是（ ） A、F1F2F3 B、F1F2F3 C、F2F1F3 D、 F2 F1 F3 例例 4：如图 169 所示，物体 M 放在水平桌面上，现通过一动滑轮（质量和摩擦不计） 拉着 M 向
5、左匀速运动，此时弹簧测力计（质量可忽略）示数为 10N若在 M 上加放一物 F1 F2 F3 -! 块 m 可保持 M 向左匀速运动，需在绕过动滑轮的绳子的自由端施加一拉力，则 F （ ） 图 169 AM运动时受到向左的摩擦力 B加放m前，M受到 10N的摩擦力 C加放m前，M受到 20N的摩擦力 D加放m后，力F，保持 10N不变 未加m之前，拉力F与弹簧测力计的示数相同，也为 10 N 用动滑轮匀速拉重物，F，f2F20Nf方向向右C选项是正确的 2 f 加放m后，F ，由于M对地面压力增大，所以摩擦力增大，F也增 2 f 大，F10N 答案答案 C 功与功率功与功率 教学目的教学目的:
6、1.:1.理解功、功率的定义；理解功、功率的定义； 2.2.理解机械效率的定义；理解机械效率的定义； 3.3.掌握增加有用功、提高机械效率的方法；掌握增加有用功、提高机械效率的方法； 教学难点教学难点: :掌握对一个过程做功的计算，做功过程中的机械效率计算掌握对一个过程做功的计算，做功过程中的机械效率计算 知识点总结：知识点总结： 1 1、功功的的定定义义：力与物体在力的方向上通过的距离，公式：w=f*l，单位 J 2 2、功功率率：单位时间内所做的功，公式：P=w/t，单位：瓦特，符号w 3 3、功功：有用功：有目的而做的功 无用功：并非我们的目的但是不 得不做的功 4 4、机机械械效效率率
7、： 有用功与总功的比值 -! 例例 5：在下述情况中，若物体重 100N，则力对物体做了多功? （1）物体沿着光滑的水平面匀速前进了 1 m，求推力对物体做的功 （2）物体沿水平面匀速前进了 10m，摩擦力是 20N，求拉力做的功 （3）物体沿光滑斜面滑下，斜面高 1 m，长 2m，如图l610 所示，求重力对物体 做的功 （4）如图 1610，物体从斜面上滑下，求支持力对物体做的功 图 1610 精析精析 初中阶段研究力做功，主要指下列几种情况： 第一种：力和物体运动方向一致，称为力对物体做功 第二种：力和物体运动方向相反，可以称为克服某个力做功如向上抛出某个物体， 重力方向向下，物体运动方
8、向向上，可以称为克服重力做了功 第三种：当某个力和运动方向垂直，则这个力对物体做的功为零 解解 （1）水平面光滑，认为摩擦力为零物体匀速前进，推力也为零这时W0 （2）物体匀速直线运动，推力Ff（摩擦力）20N，s10m，所以： W20N10m200J （3）物体沿重力方向移动的距离为h，重力做的功WGh100N1m100J （4）如图 1410，物体沿斜面运动，支持力方向与运动方向垂直，物体沿支持力 方向没有移动，W0 答案答案 （1）W0 （2）W200 J （3）W100 J （4）W0 例例 6：利用图 163 中的滑轮组提升重物A（物体A重 1600 N），滑轮组的机械效 率为 80
9、%，当物体匀速提升时，作用在绳端的拉力F为_N，如果增大物重，此滑 轮组的机械效率（选填“变大”、“变小”或“不变”） -! 图 163 精析精析 考查力、功和机械效率之间的关系 解解 已知：G1600N，机械效率80% 设提升时，物体上升h 根据图，拉力上升高度为 S4h F500N 总 有 W W hF Gh 44 G 8 . 04 1600 N 分析物重对机械效率的影响 总 有 W W 额有 有 WW W 有 额 W W 1 1 Gh W额 1 1 若h、W额不变，G增大，提高 答案答案 500N，变大 例例 7：图 164 所示滑轮组匀速提升物体已知物重G240N，拉力F100N，该
10、滑轮组的机械效率是_ 图 164 精析精析 此题主要考查是否会计算滑轮组的有用功、总功和机械效率 解解 有用功：W有Gh240Nh -! h为物体被提升的高度 总功：W总FsF3h100N3h s为拉力移动的距离 注意：有 3 根绳子连在动滑轮上，则s3h 机械效率：80% 总 有 W W hN hN 3100 240 300 240 错解错解 有的学生忽略了距离关系，认为总功：W总Fh100Nh按照这个分析， 求得100%，结果与实际情况不符 W总W有W额，由于额处功的存在，W有一定小于W总，一定100% 答案答案 80% 例例 8：用动滑轮将 400N的货物以 0.5m/s的速度匀速提高了
11、 2m，绳端的作用力是 250N，则有用功的功率是_W 解解 有用功率的概念：P有Gv其中G为物体重，v为物体上升速 t W有 t Gh 度 P有Gv400N0.5m/s200W 扩展：如果求总功率，则有： P总Fv t W总 t Fs v为拉力F提升速度 在此题中，一个动滑轮：s2h，所以v2v1m/s P总Fv250N1m/s250W 通过P有和P总，还可以求出这个动滑轮的机械效率 答案答案 200W 例例 9：如图 165，均匀杠杆下面分别挂有若干个相同的铁块，每小格距离相等，支 点在O，此时杠杆已处于平衡状态问：当下面几种情况发生后，杠杆能否再次平衡? （1）两边各减去一个铁块； （2
12、）将两侧铁块向支点方向移一个格； -! （3）将两边各一个铁块浸没于水中； （4）将两侧所有铁块分别浸没于水中； （5）左侧有两个铁块浸没于煤油中，右侧有一个铁块浸没于水中(煤油密度 油 0.8103kg/m3) 图 165 精析精析 对于一个已经平衡的杠杆来说，当某个力或力臂发生变化时，若变化的力变 化的力臂仍相等，则杠杆仍保持平否则，就失去平衡 解解 （1）设一个铁块重G，一个格长度为l，当两侧各减去一个铁块时，对于左端， 力力臂的变化G3l，对于右端，力力臂的变化G4l，可见右端“力力臂”减 少的多，因而杠杆右端上升，左端下沉，杠杆不再平衡 （2）所设与（1）相同， 左侧：力力臂的变化4
13、Gl 右侧：力力臂的变化3Gl 左端力力臂的变化大，减少的力力臂大，因此杠杆左端上升，右端下沉，杠杆不 再平衡 （3）当两边各有一个铁块浸没于水中时，设一个铁块受的浮力为 F浮，两侧的铁块 受的浮力是相同的 对于左端：“力力臂”的变化F浮3l 对于右端：“力力臂”的变化F浮4l 比较两端变化，右端变化大，因为所受浮力方向是向上的，因而杠杆右端上升，左端 下沉 （4）题目所设与（3）相同， 对于左端：“力力臂”的变化4F浮3l12F浮l 对于右端：“力力臂”的变化3F浮4l12F浮l 比较两端变化是一样的，因而杠杆仍保持平衡 （5）左侧两个铁块浸没于煤油中，设一个铁块体积为 V，则两个铁块受的浮
14、力为： -! F1 油g2V2油gV，右侧一个铁块浸没于水中，铁块受的浮力F2水g V 左侧：“力力臂”的变化Fl3l6 油gVl 右侧：“力力臂”的变化F24l4 油gVl 将 油、水代入比较得： 左侧“力力臂”的变化大，因为所受浮力方向是向上的，因而杠杆左端上升，右端 下沉 答案答案 （1）杠杆失去平衡，左端下沉； （2）杠杆失去平衡，右端下沉； （3）杠杆失去平衡，左端下沉； （4）杠杆仍保持平衡 （5）杠杆失去平衡，右端下沉 例例 10：如图 166，在一轻杆AB的B处挂一重为 89N的物体，把物体浸没在水中， 在A点作用 19.75N的向下的力，杠杆可以平衡，已知：OAOB41，求物
15、体的密 度（g 取 10N/kg） 精析精析 在杠杆知识和浮力知识结合，仍以杠杆平衡条件列出方程，只是在分析B端受 力时，考虑到浮力就可以了 解解 已知重力G89N 以O为支点，杠杆平衡时有： FAOAFBOB FBFA19.75N79N OB OA 1 4 物体所受浮力F浮GFB89N79N10N V排1103m3 g F 水 浮 kg/N10m/kg100 . 1 N10 33 V物V排 m8.9kg g G kg/N10 N89 -! 物体密度： 8.9103kg/m3 物 V m 33m 101 kg9 . 8 答案答案 8.9103kg/m3 图 166 例例 11：一根轻质杠杆可绕
16、O点转动，在杠杆的中点挂一重物G，在杆的另一端施加 一个方向始终保持水平的力F，如图l67（a）所示，力F使杆从所示位置慢慢抬起到 水平位置的过程中，力F和它的力臂LF、重力G和它的力臂LG的变化情况是 （ ） AF增大，LF减小 BF减小，LF增大 CG不变，LG减小 DG不变，LG增大 （a） （b） 图 167 精析精析 以O为支点，杠杆慢慢抬起过程中，重力大小为G，始终不变，重力的力臂为 LG，从图中看出，LG增大了拉力大小为F，从图中看出，拉力的力臂LF变小了 解解 设杆OB与水平线夹角为，如图 1615（b）列出杠杆平衡方程： FlFGlG FOB sinGcos 2 OB FGc
17、ot 2 1 -! 杠杆抬起过程中，减小，cot增大，F增大 答案答案 A、D 例例 12：如图 168，金属块M静止置于水平地面上时，对地面的压强为 5.4105Pa，轻质杠杆AB的支点为O，OAOB53，在杠杆的B端，用轻绳将金属 块吊起，若在杠杆的A端悬挂质量为m4kg的物体时，杠杆在水平位置平衡，此时金属 块对地面的压强为 1.8105Pa若要使金属块离开地面，那么杠杆A端所挂物体的质量应 为多少? 解解 当M单独静置于地面时，M对地面的压强为： p1 S F1 S Mg 当A端挂m后，B端的绳子也对M产生力F，M对地面的压强： p2 S F2 S FMg 得 Pa108 . 1 Pa
18、104 . 5 5 5 FMg Mg 得 3（MgF）Mg 2Mg3F FMg 3 2 此时杠杆平衡：mgOAFOB 代入OAOB53 4kgg5F3 代简并代入式得：FMg 3 gkg20 3 2 M10kg 当金属块离开地面时：M受的拉力FMg，杠杆平衡时，mg OAMgOB m M10kg6kg OA OB 5 3 答案答案 6kg -! 图 168 例例 13：一人利用如图 169 所示的滑轮组匀速提升重为 450N的物体，若每个滑轮 重 50N，人重 600N，则人对地面的压力是_N（不计摩擦力） 图 169 精析精析 人对地面的压力大小，取决于人受的力，而人受的力，又与滑轮组绳子上
19、的拉 力F有关 解解 滑轮组上承担物重的绳子根数为 2所以滑轮组绳子上的拉力： F（GG动）（G：物重，G动：动滑轮重） 2 1 （450N50N） 2 1 250N 人受力为：重力G，绳子的拉力F和地面的支持力NFNG 支持力：NGF600N250N350N 根据相互作用力大小相等，人对地面的压力：FN350N 答案答案 人对地面压力 350N 例例 14：如图 1610，滑轮及绳子的质量和摩擦不计，物体A重G1，木板重G2，要 使木板处于平衡状态，求： （1）绳子对A的拉力多大？ （2）A对木板压力多大? -! 精析精析 分析绳子上的拉力（且同根绳子上的拉力，大小不变），然后以某物为研究对
20、 象，列出受力平衡式 解解 （1）研究绳子 1、2、3、4 上拉力，如图 1410，设与A相连的绳子 2 的拉力 为F，则绳子 3 的拉力也为F，绳子 4 的拉力为 2 和 3 的拉力之和为 2F，绳子 1 的拉力也 为 2F 图 1610 以物体A和板为研究对象： 向下受重力为：GlG2 向上受绳子 1、2、3 的拉力，大小为：4F A和木板处于静止状态：4FG1G2 （2）以A为研究对象： A受重力G1，拉力F 和持力N 4 21 GG A静止时，GlFN NG1FG1G1G2G1G2 4 1 4 1 4 3 4 1 根据相互作用力大小相等，A对木板的压力： NG1G2 4 3 4 1 答
21、案答案 （1） （2）G1G2 4 21 GG 4 3 4 1 例例 15：如图 1611，把重 250N的物体沿着长 5m，高 1 m的斜面匀速拉到斜面顶 端，（1）若不计摩擦，求拉力；（2）若所用拉力为 100N，求斜面的机械效率 -! 图 1611 精析精析 根据功的原理，动力做的功为W1FL，克服重力做的功为W2Gh 解解 （1）不计摩擦时： W1W2 FLGh FG250N50N L h m5 m1 （2）若所用拉力为F100N时克服重力做的功为：W2Gh250N1m250J 动力做的功为：W1FL100 N5 m500J 斜面的机械效率：50% 1 2 W W J500 J250
22、答案答案 （1）50N （2）50% 例例:16：如图 1612 所示，物体A的质量为 50kg当力F为 100N时，物体A恰 能匀速前进若物体A前进 0.5m所用时间为 10s，（不计绳和滑轮重）求： 图 1612 （1）物体A的重力 （2）物体A受到的摩擦力 （3）力F做的功 （4）力F做的功率？ 解解 （1）A的重力：Gmg50kg9.8N/kg490N （2）A匀速前进：f2F200N （3）10s，物体A前进：s10.5m 拉力F向前移动距离：s220.5m1m 力F做功：WFs2100N1m100J -! （4）力F功率：P10W t W s10 J100 答案答案 （1）490N
23、 （2）200N （3）100N （4）10W 例例 17:一架起重机在 60s内能将密度为 2103kg/m3，体积为 5m3的物体匀速提高 12m，求这架起重机的功率？ 已知：2103kg/m3，t60s V5m3 h12m 求：功率P 解解 物体重：GmgVg2103kg/m35m39.8N/kg9.8104N 克服物重做的功： WGh9.8104N12m1.76106J 功率：P t W 60s J10176 . 1 6 1.96104W 答案答案 1.96104W 例例 18:如图 1413 所示，用滑轮匀速提起 1200N的重物，拉力做功的功率为 1000W，绳子自由端的上升速度为
24、 2m/s，（不计绳重和摩擦）求： （1）作用在绳自由端的拉力多大？ （2）滑轮组的机械效率为多大？ （3）若用此滑轮组匀速提起 2400N的重物，作用在绳子自由端的拉力为多少？ 1413 精析精析 求滑轮组的机械效率关键是搞清有用功和总功涉及功率时，也同样要区别有 用功率和总功率 -! 解解 已知G1200N，P总100W，vF2m/s 在分析已知条件时，应注意此时拉力的功率为总功率，速度为拉力F移动的速度 （1） P总FvF t W总 F500N F v P总 sm W /2 1000 （2）80% 总 有 W W Fs Gh hF Gh 3F G 3N5003 N1200 （3）当物体重力为G2400N时，机械效率也要变化，但不计绳重和摩擦时，由 前面给的已知条件，可先求出动滑轮重，由 F（G动G） 3 1 G动3FG1500N1200N300N 当G2400N时 F拉（G动G）（300N2400N）900N 3 1 3 1