备战2022 浙教版科学 中考一轮复习 第20课时 简单机械 课件(共62张PPT)

(共62张PPT)
第20课时　简单机械
　从实物中指认或辨别出杠杆，会分析其五要素
例1　如图是一种新型开瓶器，借助它可单手轻易开启啤酒瓶盖，该开瓶器可看作一个杠杆。下列各示意图中能正确表示该开瓶器工作时的支点O、动力F1和阻力F2的是( )
【解析】图中的开瓶器在打开瓶盖时，开瓶器会绕着瓶盖的左侧转动，故O点在瓶盖的左侧；阻力为瓶口与盖的向下的摩擦力，故阻力F2在瓶盖的右侧，方向向下；动力F1会绕着O点顺时针转动，故动力的方向斜向右。
1．日常生活中使用下列工具不能省力的是( )
2.如图是自行车手闸示意图，手闸是一个简单机械，这种简单机
械的名称是_______，当图中手对车闸的作用力F＝10牛时，刹车
拉线受到力的大小为_____牛。
杠杆
40
3．小明采用如图甲所示的站姿锻炼手臂力量：双脚并拢，脚尖O触地，脚后跟踮起，手臂水平，手掌支撑在竖直墙壁上的A点，B为人体重心所在位置。锻炼时，躯体伸直，手臂弯曲和伸直动作交替进行。小明设计了如图乙所示的模型(静止时)对此过程进行探究。
(1)请在图乙画出F1的力臂。
(2)锻炼时，脚尖离开墙壁越远，手掌对墙壁的压力就 _____(填“越大”“不变”或“越小”)。
越大
　 杠杆平衡及最小力问题
例2　为了防止门被风吹动，常在门背后和墙上安装如图甲所示的“门吸”。图乙是简化后的模型，门可以绕轴O点自由转动，门宽为1.2米。“门吸”与O点的位置关系、“门吸”吸引力的大小和方向如图乙所示。(摩擦力忽略不计)
(1)关门所需的最小力F为____牛。
(2)在图乙中画出F的作用点和方向。
4
【解析】(1)已知O为支点，利用杠杆平衡条件可得，F×L门宽＝
F吸引力×L吸引力，即F×1.2米＝6牛×0.8米，解得F＝4牛。(2)已知O为支点，门宽1.2米为最长力臂，F的作用点在最右端，方向与门垂直。
4．如图所示为一种切甘蔗用的铡刀示意图。下列说法中正确的是( )
A．刀刃很薄可以增大压力
B．铡刀实质上是一种费力杠杆
C．甘蔗放在a点比b点更易被切断
D．手沿F1方向用力比沿F2方向更省力
5．如图所示，均匀木棒AB长为2米，水平放置在O、O′两个支点上。已知AO、O′B的长度均为0.4米。若把B端竖直向上稍微抬起一段距离，施加的最小力为150牛，则把B端竖直向下稍微压下一段距离，施加的最小力为 ( )
A．150牛 B．200牛
C．400牛 D．600牛
6．如图所示为一个自制教具，在杠杆C点挂上钩码，在转轴O上
套有半径大小为R的圆形纸板，纸板圆心也在O点。在杠杆上先后
施加与纸板边缘相切的拉力FA、FB，杠杆都能在水平位置保持平
衡。杠杆平衡时，拉力FB的力臂大小为____， 拉力FA _____(填
“大于”“等于”或“小于”)FB。
R
等于
7．小台在学校运动会上是仪仗队旗手。他竖直举旗前进时，风对
红旗的水平阻力为20牛，其作用点可以看成在A点。已知A、B间的
距离为1.6米，B、C间的距离为0.4米。B点手对旗杆施加的最小力
是____牛。如果风力变大，小金可采取 ______________________
__________________(写出一种方法即可)仍保持旗子竖直。
增大B点的作用力(或将B
100
点作用力向上移等)
　 杠杆动态平衡问题
例3　如图所示，轻质杠杆两端放着质量不等的两个球，此时杠杆恰好在水平位置平衡。若将两球以相同速度同时远离支点移动，则杠杆( )
A．不能平衡，小球那端下沉
B．仍能平衡
C．不能平衡，大球那端下沉
D．无法判断
【解析】开始时两球平衡，即力与对应力臂的乘积相等；当向远离支点方向运动时，两球速度相同，则在相同时间内移动的距离相同，大球的力与对应力臂的乘积增加得快，则大球的力与对应力臂的乘积会大于小球的力与对应力臂的乘积，杠杆向大球那端下沉。
例4　如图所示，一轻质杠杆支在支架上，OA＝20厘米，OB＝10厘
米，G1＝10牛，G2＝20牛。经过10秒后，欲使轻杆AC对G1的作用力
为5牛，则物体G2从B点向左匀速运动的速度是______厘米/秒。
0.5
8．如图甲所示是一款自动化升降式存车亭，可解决停车难问题。图乙是它的工作原理图，在车子被匀速抬升的过程中，作用在B点的动力会( )
A．增大
B．减小
C．不变
D．先增大后减小
9．如图所示是一可绕O点转动的杠杆，在A端通过绳作用一竖直向下的拉力F使杠杆平衡，此时AB部分水平，保持重物静止不动，而使绳绕A点从图所示的位置沿图中的虚线CD转动，则( )
A．若沿FC转，F先变小后变大
B．若沿FC转，F先变大后变小
C．若沿FD转，F先变小后变大
D．若沿FD转，F先变大后变小
10．如图所示，用轻质材料制成的吊桥搭在河对岸。一个人从桥的左端匀速走到桥的右端，桥面始终是水平的，不计吊桥和绳的重力，人从吊桥左端出发时开始计时。人在吊桥上行走的过程中，吊桥右端所受地面支持力F与人行走时间t的关系图像是( )
11．如图所示，在杠杆的两端分别挂上铜丝团和钩码，用细绳系在杠杆中点，恰好保持平衡。
(1)点燃酒精灯，加热铜丝团一段时间后移走酒精灯，可观察到什
么现象？并说明原因。
现象： _____________________。
原因：_________________________________________________。
(2)在不增减实验器材的前提下，为使杠杆再次保持平衡，应如
何操作？ _______________________________________________
___________________。
铜丝团下降，钩码上升
铜和氧气在加热条件下反应生成氧化铜，导致质量增大
取下“铜丝团”，放在氢气流中加热直至黑色固体完
全变成红色，再挂上
　 探究杠杆平衡条件
例5　三位同学在一块轻质圆板中间插一金属杆，将其固定在铁架台上，使圆板可以围绕O点自由转动且能停留在任何位置。然后，他们在A点悬挂重物G，在圆板不同位置施加拉力使圆板在同一位置保持静止，以此来探究拉力大小与拉力作用点、拉力的方向是否有关，以下是他们的实验设计：
(1)如图甲所示，小明用弹簧测力计依次在B、C、D处竖直向下
拉， 在圆板静止时读数，他会发现拉力_____(填“变大”“变
小”或“不变”)，小明探究的是拉力大小与___________的关
系。
变小
拉力作用点
(2)如图乙所示，小科分别在D点沿不同方向拉圆板，当圆板静
止时，发现每次所用拉力不相等，由此他可以得出的结论是
___________________________。
(3)如图丙所示，小刚以O为圆心，在圆板上画了间距相等的同心
圆，用钩码的自重代替拉力，并通过细线和定滑轮(固定装置已
经略去)分别作用在B、C、D点，发现圆板每次静止时细线都与同
一个圆相切。请你运用杠杆平衡原理解释三次拉力相等的原因：
______________________________________________。
拉力大小与拉力的方向有关
根据F1L1＝F2L2，当F2L2一定时，L1相等，F1也相等
12．某兴趣小组的成员利用厚纸板来探究杠杆的平衡条件，厚纸板上每间隔相同距离有个小孔。现用细绳将纸板悬挂起来，如图甲所示。
(1)实验中，某同学在A点挂了1个钩码，如图乙所示，则需在B点
挂____个钩码才能使杠杆平衡。
(2)该同学在完成图乙实验后，将钩码从A点移到C点，如图丙所
示，其他条件不变。他的操作想证明的观点是 _______________
_____________________________________________。
(3)另一同学进行如图丁所示的实验，松手后发现杠杆不能保持
水平平衡，请分析其原因： _____________________。
力臂是支点到力
的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离
支点不在重力作用线上
3
13．某同学在测量某铁块的重力时，发现铁块的重力超过了弹簧测力计的量程，他一时又找不到其他测量工具，为了测出该铁块的重力，他找来木棒、细铁丝等物品进行如下改进：
步骤一：将细线系在木棒的A位置，在木棒左端绕上适量的细铁丝，使木棒处于水平平衡，如图甲所示。
步骤二：用手指钩住弹簧测力计的B处，对弹簧测力计进行调零，如图乙所示。
步骤三：在木棒左端挂上铁块，右端用弹簧测力计竖直向下拉，当木棒处于水平平衡时，读出弹簧测力计的示数，如图丙所示。
(1)步骤一的操作目的是：①方便测量力臂；② _____________
_______________________。
(2)该铁块的重力是______牛。
防止木棒自身
重力对测量结果产生影响
8.8
　 杠杆平衡条件的应用
例6　一扇矩形窗户重为60N(设重力作用在几何中心)，高0.9米，宽0.4米，靠铰链A和B固定在窗户框架上，并可以绕AB形成的竖起轴线转动，其中AB＝0.6m。
(1)在图中画出A处窗户所受铰链的水平作用力F的示意图。
(2)计算上述力的大小(要求在图中画出相关力的力臂)。
【解析】(1)由题意，窗户可以看成以B为支点的杠杆，由于窗户受到重力作用，它要绕B点顺时针转动，所以A处窗户所受铰链的水平作用力F方向向左，由此画出其力的示意图如图所示；
(2)过支点B作力F的力臂，即线段AB；窗户重力的力臂，如图所示；由杠杆的平衡条件得：F×0.6m＝G×0.2m，解得：F＝20N。
【答案】(1)见上图；(2)20N；力臂如图所示。
例7　如图所示为小区内的一种健身器械的模型图，坐在器械座
椅上的人，用力向下拉动手柄A时，操作杆AB会绕着转轴O转动，
连杆BD拉动杆O′C绕转轴O′转动，将座椅向上抬起。(g取10牛/
千克)
(1)小明让爸爸静止坐在器械的座椅上，小明竖直向下拉动手柄，
将爸爸拉起，经过测量，手柄竖直向下移动30厘米，座椅竖直升
高10厘米，用时5秒。 小明利用器械拉起爸爸时是_____(填
“省”或“费”)力的。不计能量损耗，若爸爸的质量为80千克，
则此时小明拉起爸爸所做功的功率为多少？
省
(2)如图所示，若小明坐在座椅上并用竖直向下的力拉手柄，为了更加省力，在保持拉力方向不变的情况下，身体可适当靠近O′还是远离O′？并说明理由。
14．晾衣架(如图)给日常生活带来许多方便，转动手摇器能使横杆上升或下降。
(1)安装在天花板上虚线框内的简单机械的名称是_______。
(2)使用一段时间后，对手摇器的转轴添加润滑剂，目的是
___________。
(3)将挂在晾衣架上重为20牛的衣服升高1.5米，至少对衣服做多少功？
(4)由于使用不当，造成晾衣架右侧钢丝绳受损，最多只能承受15牛的力，左侧钢丝绳能正常使用。晾衣架的横杆上有11个小孔，相邻两孔间的距离均为20厘米。现准备将重为20牛的一件衣服挂到水平横杆的小孔进行晾晒，通过计算说明挂在哪些编号的小孔，右侧钢丝绳会断裂(横杆、衣架和钢丝绳等自重不计)。
定滑轮
减小摩擦
15．不倒翁是一种儿童玩具，上半部分为空心壳体，质量较小，下半部分是一个实心的半球体，质量较大，不倒翁的重心O(重力作用点)就在半球体之内(如图甲所示为竖立状态)，下面的半球体和支撑面之间有一个接触点，用手轻轻推一下不倒翁，使它往右方向摆动至某一位置(如图乙所示)，不倒翁不会倒下，会自动立起来。
请你从力和杠杆平衡条件的角度分析图甲竖立和图乙不会倒下的原因？(不倒翁底部为圆形，摩擦力可忽略不计，分析时可画图辅助说明)
答：图甲中不倒翁的重力和支持力在同一条直线上，大小相等、方向相反，是一对平衡力，处于平衡状态，所以不会倒下；图乙中重力和支持力不在同一条直线上，以接触点O′为支点，支持力的力臂为零，重力的力臂不为零，根据杠杆的平衡条件知，重力和重力的力臂乘积大于支持力和力臂的乘积，所以不倒翁向左摆动，不会倒下。
　 滑轮和滑轮组
例8　小柯用图中装置提升重为400 N的物体，不计摩擦、绳重和滑轮重，下列说法正确的是( )
A．两个滑轮均为定滑轮
B．人将绳子拉过1 m，物体也上升1 m
C．物体匀速上升时，人对绳子的拉力为200 N
D．使用该装置不能省力，但能改变力的方向
【解析】由图可知，该装置由一个动滑轮和一个定滑轮组成，故A错误；使用动滑轮时，绳子自由端移动1 m，物体上升0.5 m，故B错误；不计摩擦、绳重和滑轮自重，使用动滑轮能省一半的力，物体的重力为400 N，则拉力为200 N，故C正确；使用动滑轮能省力，使用定滑轮能改变力的方向，故D错误。
例9　如图所示，光滑的地面上有一足够长的木板，在木板的右端固定着一个滑轮(不计绳与滑轮间的摩擦)，木板上面放置一个小木块，小木块一端连接着弹簧测力计。当拉力 F 为 5 N 时，木板向右做匀速直线运动，然后把拉力增大到 10 N 时，下列分析正确的是( )
A．弹簧测力计的示数为 20 N
B．弹簧测力计的示数为 0 N
C．木板仍向右做匀速直线运动
D．小木块将保持静止
【解析】当拉力F 为5 N时，木板向右做匀速直线运动，此时木板所受摩擦力为10 N，方向向左。因地面光滑，故这时木块所受摩擦力是10 N。当拉力增大到10 N时，木板所受拉力为20 N。木块对木板的压力未变，接触面的粗糙程度也未变，故木块所受摩擦力还是10 N，所以木板向右做加速运动，木板受到的摩擦力不变，木块相对竖直墙面处于静止状态，弹簧测力计保持10N不变。
16．如图所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重、绳重及摩擦，则最省力的是( )
17．如图所示，甲、乙实验可以得出“定滑轮不能省
力”这一结论，小敏想通过一次实验既得出结论，又
能直接显示出钩码的重力大小，于是在左侧加上一个
相同的弹簧测力计(弹簧测力计重力不能忽略、绳和
滑轮之间摩擦不计)，下列四套装置中能实现的是( )
18．如图所示，物体A在水平拉力F的作用下，沿水平地面以
0.4 m/s的速度运动了2 s，弹簧测力计的示数为5 N，拉力F做
功为____J。
8
19．如图所示，分别用图甲、乙两种形式的滑轮组合，把重为
500 N的物体以0.5 m/s的速度匀速向上提起，忽略绳重、滑轮重
和滑轮摩擦，图甲中车对绳子的拉力为____N，图乙中人所做有
用功的功率为______W。
500
250
20．在拓展课上，小泉同学模拟某建筑工地上拉动工件的情景，设置了如图所示的滑轮组。他用该滑轮组在4s内将一个重为100N的物体，沿着水平地面匀速拉动了2m。人的拉力为18N，物体移动时受到地面的摩擦力为物重的0.35倍，不计绳重及滑轮摩擦。求：
(1)人的拉力所做的功；
(2)人的拉力做功的功率；
(3)动滑轮受到的重力。
　 斜面及机械效率
例10　如图所示，用300牛的力沿斜面将600牛的物体匀速从斜面底端推到斜面顶端，斜面的长度为3米，高度为1米。下列说法中正确的是( )
A．此斜面的机械效率为50%
B．人们使用斜面主要是为了省功
C．物体受到的摩擦力为100牛
D．运动过程中木块的机械能守恒
21．人们骑自行车上坡时，往往在斜坡上走“S”形路线，这样做是为了( )
A．提高速度 B.提高机械效率
C．省功 D.省力
22．如图所示，斜面长3 m，高0.6 m，建筑工人用绳子在6 s内将重500 N的物体从斜面底端沿斜面向上匀速拉到顶端，拉力是150 N(忽略绳子的重力)。则下列说法正确的是( )
A．物体受到的摩擦力是50 N
B．拉力的功率是50 W
C．拉力所做的功是300 J
D．斜面的机械效率是80%
23．如图所示，物体A是正方体铁块，边长是20 cm，当水平拉力F＝80 N 时，物体A恰好做匀速直线运动。已知ρ铁＝7.8×103 kg/m3，物体A运动时受到地面的阻力是物重的0.3倍，(g取10 N/kg)求：
(1)物体A的质量；
(2)该滑轮组的机械效率。
24．如图甲为塔式起重机简易示意图，塔式起重机主要用于房屋建筑中材料的输送及建筑构件的安装。(动滑轮重、绳重及摩擦均不计，g取10 牛/千克)
(1)为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡重
的质量应 _____。
(2)图乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图，滑轮a的作用是_____
_________。若钢丝绳能承受的最大拉力为3×104牛，则能吊起
货物的质量不能超过多少千克？
越大
改变
力的方向
(3)若将重为1.2×104牛的货物由地面沿竖直方向匀速提升30米，再沿水平方向移动20米，则此过程中克服货物重力做功为多少焦？
(4)若该起升电动机的效率为90%，将重为1.2×104牛的货物提升到30米的高度，用时50秒，则该起升电动机的实际功率是多少瓦？