（湖南专用）2019中考物理高分一轮 单元14 简单机械 机械效率课件

第五单元功、功率和机械效率课时14简单机械机械效率定义在力的作用下能绕着转动的硬棒,如图所示考点知识聚焦固定点考点一杠杆考点知识聚焦动力作用线五要素支点杠杆绕着转动的点,用字母O表示动力使杠杆转动的力,用字母F1表示阻力阻碍杠杆转动的力,用字母F2表示动力臂从支点到的距离,用字母l1表示阻力臂从支点到的距离,用字母l2表示力臂画法①找支点;②画力的作用线;③画力臂(过支点向力的作用线画垂线);④标力臂(大括号或背向箭头)阻力作用线考点知识聚焦静止考点二杠杆的平衡条件1.探究：杠杆平衡条件理解杠杆平衡是指杠杆不动或转动探究过程①将杠杆中心作为支点调节杠杆两端的,使杠杆在平衡,这样做的目的是消除杠杆自身重力对实验的影响,且便于从杠杆上直接读出;②实验过程中移动钩码位置使杠杆再次水平平衡;③改变钩码数量和位置,再多测几组数据,是为了匀速平衡螺母力臂水平位置得到杠杆平衡的普遍规律,避免偶然性得出结论杠杆的平衡条件:F1l1=F2l2评估交流①实验中只测一组数据,;②若用弹簧测力计代替钩码,应当沿拉弹簧测力计,以便于测量力臂;③倾斜拉动弹簧测力计时力臂值与竖直时不同,与竖直拉动时相比力臂变,弹簧测力计示数变考点知识聚焦具有偶然性,不能得出普遍规律竖直方向小大名称力臂关系力的关系特点应用举例省力杠杆l1l2F1F2省力、撬棒、铡刀、羊角锤、起子费力杠杆l1l2F1F2、省距离理发剪刀、钓鱼竿、镊子等臂杠杆l1l2F1F2不省力、不费力天平、定滑轮考点知识聚焦2.杠杆的分类==费距离费力滑轮种类图示、实质及作用F1与G的关系s与h的关系v1与v2的关系定滑轮实质:杠杆;作用:改变F1=s=hv1=v2考点知识聚焦等臂考点三滑轮力的方向G动滑轮实质:杠杆F1=(G+G动)滑轮组甲:;乙:;即F=甲:;乙:;即s=nh甲:;乙:;即v1=nv2考点知识聚焦省力12G+G动ns=2hv1=2v2s=2hs=3hv1=2v2v1=3v2F1=𝟏𝟐(G+G动)F1=𝑮+𝑮动𝟑考点知识聚焦常见情形F=f,f为物体A所受的摩擦力F=,s绳=2s物,v绳=2v物F=2GA+G轮,s轮=,v轮=F=2f,s轮=,v轮=f2s物2v物2v物2s物2(注:均不计绳重及绳与滑轮间摩擦,考虑轮重)考点知识聚焦[点拨]滑轮组相关规律总结:(1)均是对动滑轮的受力分析。(2)省力情况:①F=G物(不考虑动滑轮重、绳重及摩擦);②F=(G物+G动)(考虑动滑轮重),其中n为动滑轮上承担物重的绳子股数。(3)n的判断方法:只看动滑轮,即数直接与动滑轮相连的绳子的股数就是n的值。其中绳子自由端方向向上的要数上,如图14-1甲、乙;而自由端方向向下的没有与动滑轮相连,不要数,如图丙。图14-11𝑛1𝑛考点知识聚焦(4)滑轮组水平放置:①省力情况为F=f,如图14-2所示,当匀速拉动物体时,F=f,f为物体受到的滑动摩擦力。②移动速度v绳=nv物,v绳为绳子自由端移动的速度,v物为物体移动的速度,n为绳子股数。③运动距离:若物体移动的距离为h,则绳子自由端移动的距离s绳=nh。图14-21𝑛13考点知识聚焦省力考点四斜面示意图定义斜面是一种可以的简单机械,但必须多移动原理(不计摩擦)Fl=Gh,由公式知,斜面越长,越应用螺旋楼梯、盘山公路距离省力三种功概念有用功无论是否使用机械,必须要做的功,用W有表示额外功使用机械时,并非我们需要而又不得不做的功,用W额表示总功有用功与额外功之和,用W总表示,W总=认识“机械效率”定义有用功跟总功的,用符号表示计算式:说明机械效率是一个比值,通常用百分数表示,由于有用功总总功,故机械效率总考点知识聚焦W有+W额考点五机械效率比值η小于小于1η=𝑾有𝑾总考点知识聚焦考点六机械效率的测量项目测量滑轮组的机械效率测量斜面的机械效率原理η==示意图𝑾有𝑾总𝑮𝒉𝑭𝒔考点知识聚焦竖直操作沿方向提升重物沿斜面拉动物体工具、所测量物重G、物体上升高度h、拉力F、弹簧测力计移动的距离s得出结论①同一滑轮组,提升重物越多,机械效率越;②提升相同重物,滑轮组中动滑轮个数越多,机械效率越斜面的机械效率与斜面的和有关。斜面越陡、越光滑,机械效率越匀速匀速弹簧测力计刻度尺高低倾斜程度粗糙程度高考点知识聚焦减小评估交流滑轮组的机械效率与物体上升的高度和绳子自由端移动的距离无关倾斜程度一定的斜面,机械效率与物体沿斜面上升的高度无关提高机械效率的方法①动滑轮的自重;②摩擦;③物重①使接触面变;②斜面的倾斜角度公式推导η组=W有W总=GhFs=GnF=GG+G动η斜面=W有W总=GhFs=GhGh+fs减小增加光滑增大考点知识聚焦[点拨](1)利用滑轮组提升重物时,在不考虑绳重和摩擦的情况下,产生额外功的原因是克服动滑轮的自重做功,即W额=G动h,滑轮组的机械效率最终可表示为η=𝐺物𝐺物+𝐺动=𝐺物𝑛𝐹。(2)利用定滑轮、动滑轮提升相同重物、上升相同高度时,η定η动。(3)利用斜面提升重物时,克服摩擦所做的功为额外功,即W额=fs。考点知识聚焦知识纵横简单机械的三种功和机械效率简单机械及物理量三种功机械效率ηW有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-GhW有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-Gh或fsGhFsGhFs或Ghfs+Gh考点知识聚焦W有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-GhW有=Gh;W总=Fs;W额=Fs-Gh或G动hW有=(G-F浮)h;W总=Fs;W额=Fs-(G-F浮)h或G动h甲:G2F;乙:2GFGnF或GG+G动G-F浮nF或G-F浮G-F浮+G动考点知识聚焦W有=fs物;W总=Fs绳;W额=Fs绳-fs物W有=fs物;W总=Fs绳;W额=Fs绳-fs物2fFfnF(注:不计水的阻力、绳与滑轮间的摩擦及绳重)考点知识聚焦[小结]认清有用功、额外功、总功,抓住η=𝑊有𝑊总。例1[画力臂及力]画出图14-3甲中杠杆的动力臂和阻力臂;图乙中已知动力臂l1,请画出杠杆的动力F1。热点考向探究探究一功杠杆图14-3［答案］如图所示变式1画出下列杠杆的动力臂与阻力臂。热点考向探究图14-4［答案］如图所示例2[最小动力问题]画出图14-5中羊角锤撬钉子时的支点O,并画出最小的动力F。热点考向探究图14-5［答案］如图所示变式2如图14-6所示,要把球滚上台阶,请画出所用的最小的力的方向及作用点。热点考向探究图14-6［答案］如图所示变式3为使杠杆ON能在图14-7所示位置保持静止,需在M点施加一个力F。请画出物体A对杆的拉力的力臂和在M点对杆的最小拉力F的示意图。热点考向探究图14-7［答案］如图所示［解析］由杠杆平衡的条件知,动力臂最大时,拉力F最小。由题图可知,当作用在M点的力与杠杆垂直时,力臂最大,作用力最小。例3[判断杠杆的类型][2018·河南]下列工具中,使用时属于费力杠杆的是()热点考向探究图14-8［答案］B［解析］使用羊角锤、瓶盖起子是为了省力,动力臂大于阻力臂,故羊角锤、瓶盖起子是省力杠杆;天平使用时,两力臂相等,是等臂杠杆;筷子使用时相当于杠杆,支点是B选项图中右端与手接触处,手指对筷子的力是动力,食物对筷子的力是阻力,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆。故选B。变式4根据工作需要选择合适的工具是劳动者的基本技能。要剪断铁丝等较硬的物体,图14-9中的四种剪刀应选择()热点考向探究图14-9D变式5观察图14-10所示的指甲刀的结构图,下列分析正确的是()A.一个杠杆,且是省力杠杆B.两个杠杆,一个省力杠杆,一个费力杠杆C.三个杠杆,一个省力杠杆,两个费力杠杆D.三个杠杆,一个费力杠杆,两个省力杠杆热点考向探究图14-10C例4[杠杆的动态平衡问题]如图14-11所示,杠杆处于平衡状态,如果将物体A和B同时向靠近支点的方向移动相同的距离,下列判断正确的是()A.杠杆仍能平衡B.杠杆不能平衡,右端下沉C.杠杆不能平衡,左端下沉D.无法判断热点考向探究C图14-11变式6如图14-12所示,一杠杆可绕O点转动,杠杆下端挂一重物,为了提高重物,用一个始终跟杠杆垂直的力使杠杆由竖直位置慢慢转到水平位置,在这个过程中杠杆()A.始终是省力杠杆B.始终是费力杠杆C.先是省力的,后是费力的D.先是费力的,后是省力的热点考向探究图14-12C变式7图14-13是吊车起吊货物时的结构示意图,伸缩撑杆为圆弧状,工作时它对吊臂的支持力始终与吊臂垂直,使吊臂绕O点缓慢转动,从而将货物提起。下列说法正确的是()A.吊臂是一省力杠杆,但要费距离B.吊臂是一个费力杠杆,但可以省功C.匀速顶起吊臂的过程中,伸缩撑杆支持力的力臂变小D.匀速顶起吊臂的过程中,伸缩撑杆支持力渐渐变小热点考向探究图14-13D例5[杠杆的简单计算]如图14-14所示,将边长为10cm的正方体合金块用细绳挂在轻质杠杆的A点处,在B点施加力F1=30N时,杠杆在水平位置平衡,合金块对水平地面的压强恰好为0。撤去F1,在B点施加力F2时,合金块对地面的压强为1.2×103Pa。已知OB=3OA,g取10N/kg。(1)画出F2的力臂l2。(2)求合金块的质量。(3)求F2的大小。热点考向探究图14-14解:(1)如图所示(2)求合金块的质量。热点考向探究(2)在B点施加力F1=30N时,杠杆在水平位置平衡,合金块对水平地面的压强恰好为0。对合金块进行受力分析可知,此时合金块受到竖直向下的重力和细绳对它竖直向上的拉力,并且这两个力是一对平衡力。根据杠杆平衡条件可得FA×OA=F1×OB,即FA×OA=30N×3OA,解得FA=90N,则G=FA=90N,合金块的质量m=𝐺𝑔=90N10N/kg=9kg。(3)求F2的大小。热点考向探究(3)从(1)答案图可以得出,拉力F2的力臂为l2=12OB。撤去F1,在B点施加力F2时,合金块对地面的压强为1.2×103Pa。对合金块进行受力分析可知,此时合金块受竖直向下的重力G、竖直向上的拉力FA'及地面对它的支持力FN,如下图所示。热点考向探究由题意知,FN的大小为FN=F压=pS=1.2×103Pa×0.1m×0.1m=12N,因为FA'+FN=G,所以绳子向上的拉力为FA'=G-FN=90N-12N=78N,此时合金块对轻质杠杆的拉力FA″=FA'=78N。根据杠杆平衡条件得F2l2=FA″×OA,即F2×12OB=78N×13OB,解得F2=52N。变式8俯卧撑是一项常见的体育健身活动。如图14-15所示是小红同学做俯卧撑时的示意图。小红重600N,1min钟内做俯卧撑30个,每做一次肩膀升高50cm。小红身体可视为杠杆,O为支点,A'为重心,OA=1m,B到O点的距离OB=1.5m。(1)求地面对手的支持力。(2)若每个手掌的面积为0.016m2,求双手对地面的压强。(3)求1min内小红所做的功。(4)小红做功的功率。热点考向探究图14-15解:(1)根据杠杠平衡条件F×OB=G×OA可知,地面对双手的支持力F=𝐺×𝑂𝐴𝑂𝐵=600N×1m1.5m=400N。(2)若每个手掌的面积为0.016m2,求双手对地面的压强。热点考向探究(2)双手对地面的压力F'=F=400N,双手对地面的压强p=𝐹'𝑆=400N2×0.016m2=1.25×104Pa。(3)求1min内小红所做的功。热点考向探究(3)做一次俯卧撑所做的功W=Fs=400N×0.5m=200J,1min钟内小红所做的功为W总=30W=30×200J=6000J。(4)小红做功的功率。热点考向探究(4)小红做功的功率为P=𝑊总𝑡=6000J60s=100W。变式9[2017·重庆A卷]图14-16甲是《天工开物》中记载的三千多年前在井上汲水的桔槔,其示意图如图乙所示。轻质杠杆的支点O距左端l1=0.5m,距右端l2=0.2m。在杠杆左端悬挂质量为2kg的物体A,右端挂边长为0.1m的正方体B,杠杆在水平位置平衡时,正方体B对地面的压力为20N。(g取10N/kg)(1)求此时杠杆左端所受的拉力。(2)求正方体B的密度