初三物理杠杆-滑轮及功-机械效率经典例题(附标准答案)

1/15杠杆与滑轮教学目的:1、巩固杠杆五要素，掌握杠杆平衡条件2、定滑轮、动滑轮的特点教学难点：1、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n的物理意义知识点总结：1、杠杆五要素：①支点：杠杆绕着转动的点②动力：使杠杆转动的力③阻力：阻碍杠杆转动的力④动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离2、杠杆平衡条件(杠杆平衡原理)：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1·L1=F2·L2。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、定滑轮：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：不能省力，但能改变力方向动滑轮：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：可以省力，但不改变力的方向滑轮组：由若干个定滑轮和动滑轮组合在一起典型例题解析2/15杠杆与滑轮：例1：如图1—6—1（a）所示的杠杆重；不计，O为支点，AO＝0.2m，当在A点悬吊一重6N的物体，绳子的拉力F＝3N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1—6—1如图1—6—1（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：G·OA＝Fl2代入数值：6N×0.2m＝3N×l2l2＝2×0.2m＝0.4m答案力臂l2如图1—6—1（b），l2为0.4m例2：杠杆OA在力FA、FB的作用下保持水平静止状态，如图1—6—5（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（）A．FA·OA＝FB·OBB．FA·OA＜FB·OBC．BAFF＝OBOAD．FA＞OAOBFB（a）（b）图1—6—23/15如图1—6—2（b），画出力FA的力臂为lA，FA和OA的夹角为θ。根据杠杆的平衡条件：FA·lA＝FB·OBFA·OAsinθ＝FB·OB．从图中看出：0°＜θ＜90°∴sinθ＜1要保持杠杆平衡：FA·OA＞FB·OB，推得FA＞OAOBFB答案D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、F1＞F2＞F3B、F1＜F2＜F3C、F2＞F1＞F3D、F2＜F1＜F3例4：如图1—6—9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1—6—9A．M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10N．用动滑轮匀速拉重物，F＝2f，f＝2F＝20N．f方向向右．C选项是正确的．加放m后，F′＝2f，由于M对地面压力增大，所以摩擦力增大，F′也增大，F′＞10N．答案CF1F2F34/15功与功率教学目的:1.理解功、功率的定义；2.理解机械效率的定义；3.掌握增加有用功、提高机械效率的方法；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知识点总结：1、功的定义：力与物体在力的方向上通过的距离，公式：w=f*l，单位J2、功率：单位时间内所做的功，公式：P=w/t，单位：瓦特，符号w3、功：①有用功：有目的而做的功②无用功：并非我们的目的但是不得不做的功4、机械效率：有用功与总功的比值例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1m，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1m，长2m，如图l—6—10所示，求重力对物体做的功．（4）如图1—6—10，物体从斜面上滑下，求支持力对物体做的功．图1—6—10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（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W＝0．（2）物体匀速直线运动，推力F＝f（摩擦力）＝20N，s＝10m，所以：W＝20N×10m＝200J．（3）物体沿重力方向移动的距离为h，重力做的功W＝Gh＝100N×1m＝100J．5/15（4）如图1—4—10，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，W＝0．答案（1）W＝0（2）W＝200J（3）W＝100J（4）W＝0例6：利用图1—6—3中的滑轮组提升重物A（物体A重1600N），滑轮组的机械效率为80%，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1—6—3精析考查力、功和机械效率之间的关系．解已知：G＝1600N，机械效率η＝80%设提升时，物体上升h．根据图，拉力上升高度为S＝4hη＝总有WW＝hFGh4F＝4G＝8.041600N＝500N分析物重对机械效率的影响η＝总有WW＝额有有＝有额WW11＝GhW额11若h、W额不变，G增大，η提高．答案500N，变大例7：图1—6—4所示滑轮组匀速提升物体．已知物重G＝240N，拉力F＝100N，该滑轮组的机械效率是________．6/15图1—6—4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．解有用功：W有＝Gh＝240N·hh为物体被提升的高度．总功：W总＝F·s＝F·3h＝100N·3hs为拉力移动的距离．注意：有3根绳子连在动滑轮上，则s＝3h机械效率：η＝总有WW＝hNhN3100240＝300240＝80%错解有的学生忽略了距离关系，认为总功：W总＝F·h＝100N·h．按照这个分析，求得η＞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，η一定＜100%．答案80%例8：用动滑轮将400N的货物以0.5m/s的速度匀速提高了2m，绳端的作用力是250N，则有用功的功率是________W．解有用功率的概念：P有＝tW有＝tGh＝G·v其中G为物体重，v为物体上升速度．P有＝Gv＝400N×0.5m/s＝200W扩展：如果求总功率，则有：P总＝tW总＝tFs＝F·v′v′为拉力F提升速度．在此题中，一个动滑轮：s＝2h，所以v′＝2v＝1m/s∴P总＝Fv′＝250N×1m/s＝250W7/15通过P有和P总，还可以求出这个动滑轮的机械效率．答案200W例9：如图1—6—5，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）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＝0.8×103kg/m3)图1—6—5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（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＝G×3l，对于右端，力×力臂的变化＝G×4l，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＝4G×l右侧：力×力臂的变化＝3G×l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8/15沉．（4）题目所设与（3）相同，对于左端：“力×力臂”的变化＝4F浮×3l＝12F浮·l对于右端：“力×力臂”的变化＝3F浮×4l＝12F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，则两个铁块受的浮力为：F1＝油g·2V＝2油gV，右侧一个铁块浸没于水中，铁块受的浮力F2＝水gV左侧：“力×力臂”的变化＝Fl·3l＝6油gV·l右侧：“力×力臂”的变化＝F2·4l＝4油gV·l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（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10：如图1—6—6，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：OA∶OB＝4∶1，求物体的密度．（g取10N/kg）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．解已知重力G＝89N以O为支点，杠杆平衡时有：FA·OA＝FB·OBFB＝OBOA·FA＝14×19.75N＝79N物体所受浮力F浮＝G－FB＝89N－79N＝10N9/15V排＝gF水浮＝kg/N10m/kg100.1N1033＝1×10—3m3V物＝V排m＝gG＝kg/N10N89＝8.9kg物体密度：＝物Vm＝33m101kg9.8＝8.9×103kg/m3答案8.9×103kg/m3图1—6—6例11：一根轻质杠杆可绕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l—6—7（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（）A．F增大，LF减小B．F减小，LF增大C．G不变，LG减小D．G不变，LG增大（a）（b）图1—6—7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．解设杆OB与水平线夹角为θ，如图1—6—15（b）．列出杠杆平衡方程：F·lF＝G·lG10/15F·OB·sinθ＝G·2OBcosθF＝21G·cotθ杠杆抬起过程中，θ减小，cotθ增大，F增大答案A、D例12：如图1—6—8，金属块M静止置于水平地面上时，对地面的压强为5.4×105Pa，轻质杠杆AB的支点为O，OA∶OB＝5∶3，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m＝4kg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1.8×105Pa．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?解当M单独静置于地面时，M对地面的压强为：p1＝SF1＝SMg①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＝SF2＝SFMg②①÷②得Pa108.1Pa104.555＝FMgMg得3（Mg－F）＝Mg2Mg＝3FF＝32Mg此时杠杆平衡：mg·OA＝F·OB③代入OA∶OB＝5∶34kg×g×5＝F×3代简并代入③式得：F＝3gkg20＝32Mg∴M＝10kg当金属块离开地面时：M受的拉力F′＝Mg，杠杆平衡时，m′g·OA＝Mg·OBm′＝OAOB·M＝53×10kg＝6kg答案6kg11/15图1—6—8例13：一人利用如图1—6—9所示的滑轮组匀速提升重为450N的物体，若每个滑