2023浙江中考科学一轮复习（基础版）第21讲 简单机械 机械效率（课件 33张ppt）

(共33张PPT)
2023浙江中考科学一轮复习（基础版）
第21讲　简单机械　机械效率
杠杆(九上教材P87)
1．杠杆的定义：在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。杠杆可以是直的也可以是弯的。
2．杠杆的五要素：________、动力、阻力、动力臂、阻力臂。动力和阻力的方向不一定相反，但作用效果一定相反。
3．力臂是______________________的距离，而不是支点到力的作用点的距离。
力臂的画法：a.找出支点O的位置；b.画出动力作用线和阻力作用线；c.从支点分别作动力作用线和阻力作用线的垂线段即为__________和__________。(即：一找点、二画线、三画垂线段)
支点
支点到力的作用线
动力臂
阻力臂
4．杠杆的平衡条件
(1)杠杆保持________或____________状态，称为杠杆平衡。
(2)平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即___________。
5．应用杠杆的平衡条件解决问题
静止
匀速转动
杠杆类型 力臂关系 平衡时力的关系 优缺点 应用
省力杠杆 l1>l2 F1______F2 省力，费距离 撬棒、瓶盖起子等
费力杠杆 l1等臂杠杆 l1＝l2 F1＝F2 不省力，不省距离 天平、定滑轮等
F1l1＝F2l2
<
>
费力
6.人体中的杠杆
(1)人的头颅——等臂杠杆
抬头时，可以在颈部找到杠杆。杠杆的支点在脊柱之顶，支点后的肌肉收缩提供动力，头颅的重量是阻力。这个杠杆几乎是个________杠杆。
(2)人的手臂——费力杠杆
肘关节是支点，肱二头肌肉所用的力是______力，手拿的重物的重力是______力，显然我们的前臂是一种______力杠杆。虽然费力，但是可以省距离(少移动距离)，提高效率。
等臂
动
阻
费
(3)走路时的脚——省力杠杆
脚掌前部是支点，人体的重力就是______力，腿肚肌肉产生的拉力就是______力。这种杠杆可以克服较大的体重。
阻
动
1．(2022，毕节)如图是常用的一些工具，它给我们带来了很多便利。其中属于费力杠杆的是( )
A.核桃夹 B.食品夹
C.园艺剪刀 D.天平
B
2．如图甲是一种利用杠杆原理可以单手轻易开启酒瓶盖的开瓶器，观察并分析图乙，下列关于该杠杆的说法正确的是( )
A．该杠杆的支点是B点
B．该杠杆可以省距离
C．沿F3方向开瓶用力最小
D．该杠杆类型与镊子相同
A
滑轮(九上教材P93)
1．定滑轮：工作时轴固定不动的滑轮。
动滑轮：工作时轴发生移动的滑轮。
2．定滑轮、动滑轮、滑轮组的特点
等臂
2
定滑轮 动滑轮 滑轮组
图示
实质 ________杠杆 动力臂是阻力臂_____倍的省力杠杆 ——
F与G的关系(忽略滑轮重及摩擦) F1＝______ F2＝______ F3＝______
特点 改变力的方向，但不省力 省力但不能改变力的方向 既可以省力，又可以改变力的方向
s与h的关系 s＝h s＝2h s＝________
G
G
G
2h
3．工人用如图所示的装置运送砂石，下列说法正确的是( )
A．滑轮组中的定滑轮能改变拉力的大小
B．图中动滑轮相当于一个省力杠杆
C．绳子自由端下拉1 m，桶上升2 m
D．质量为50 kg的工人利用该滑轮组能提
起120 kg的砂石
B
机械效率(九上教材P96)
1．有用功、额外功、总功
(1)有用功：提升重物过程中必须要做的功，用W有用表示。
(2)额外功：并非人们需要，但又不得不额外做的功，用W额外表示。
(3)总功定义：有用功与额外功之和，用W总表示。由于存在额外功，总功必定大于有用功。
2．机械效率
(1)定义：把__________跟________的比值叫做机械效率。
有用功
总功
(2)表达式：________________。
(3)因W总>W有用，所以机械效率总________1，即机械效率不可能达到100%。
(4)提高滑轮组机械效率的方法：增大物重，减小动滑轮的重力，减小摩擦。
3．杠杆、滑轮或滑轮组、斜面的机械效率
小于
杠杆 滑轮或滑轮组 斜面
提升重物 水平匀速拉动物体
其中G为提升重物的重力；h为重物升高的高度；F为动力；s为动力作用点移动的距离 ①
②不计绳重及摩擦
其中G为物重；G动为动滑轮的重力；h为重物升高的高度；s为绳自由端移动的距离；n为承担重物的绳子的段数
其中F摩为物体与水平面间的摩擦力；F为拉力；s物为物体移动的距离；s绳为绳子自由端移动的距离；n为承担摩擦力绳子的段数 ①
②
其中G为物重；斜面高度；L为斜面长度；F为拉力；F摩为摩擦力
4．用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组。把相同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是( )
A．绳子受的拉力F1和F2大小相等，滑轮
组的机械效率相同
B．绳子受的拉力F1和F2大小不相等，滑
轮组的机械效率不同
C．绳子自由端移动的距离不相等，机械
效率相同
D．绳子自由端移动的距离不相等，机械效率不同
C
5．有AB和AC两个高度相等、长度不等的斜面，两者粗糙程度完全相同。现将同一物体分别沿斜面AB和AC由底端匀速拉至顶端，此过程中，物体克服重力做的功WB_________WC(填“＝”“＜”或“＞”，下同)，物体受到的摩擦力fB__________fC，斜面的机械效率ηB________ηC。
＝
＜
＞
研究杠杆的平衡条件
一、教材实验原理图
二、实验原理
通过调节平衡螺母，使杠杆在水平位置处于平衡状态。在杠杆的两端分别挂上不同数量的钩码，并左右移动钩码悬挂的位置，直到杠杆再次在水平位置处于平衡状态，多次实验。
三、实验结果
四、实验结论：F1l1＝F2l2
五、实验的注意点
1．实验前调节杠杆使其在水平位置平衡，可以使杠杆的重力作用线过支点，避免杠杆的自身重力对杠杆的平衡产生影响，同时也便于____________________________________。
直接从杠杆上读出(测出)力臂的大小
序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1
2
3
4
2．调节杠杆使其在水平位置平衡的原则是“左低右调，右低左调”，如杠杆右端下沉，应向左调节平衡螺母。
3．挂上钩码后，不能再通过调节平衡螺母使杠杆再次平衡。
三类杠杆的识别
识别三类杠杆的方法：先确定杠杆的支点、动力作用点和阻力作用点，然后分别确定动力臂l1和阻力臂l2。若l1>l2，则为省力杠杆；若l1【例1】　哑铃是我们大家都熟悉的运动器材，因其操作简单、经济实惠、实用而受广大健身爱好者的喜爱。如图是我们在使用哑铃时，上臂完成托举的示意图，据图回答：
(1)若把上臂举哑铃时看作一个杠杆，则此杠杆是________(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。
(2)在上举的过程中，阻力臂逐渐________(填“增大”“减小”或“不变”)。
费力
减小
1．杠杆在我国古代早就有了许多巧妙的应用，《天工开物》中记载了捣米用的舂就利用了杠杆的原理。如图所示是生活中用舂进行劳作的情境，用脚按住舂较短的一端，下压一小段距离，就可以把舂较长的另一端高高抬起。关于图中的舂，下列说法正确的是( )
A．是省力杠杆
B．是费力杠杆
C．是等臂杠杆
D．无法判断杠杆种类
B
杠杆平衡条件的应用
杠杆平衡条件的应用主要有两类问题：第一类是已知杠杆是平衡的，根据杠杆的平衡条件计算力或者力臂的大小。第二类是判断动力的变化。判断动力变化通常有两种方法：①根据杠杆平衡条件F1l1＝F2l2的变形公式F1l1＝F2l2/l1来判断F1的变化；②根据杠杆平衡条件F1l1＝F2l2的变形公式F1/F2＝l2/l1来判断F1的变化，这种方法通常用在l2/l1是定值的时候。
【例2】　(2022，杭州)为弘扬红军长征精神，铸造厂用铁合金制作了如图甲所示的红军战士雕像。为确保运输与安装的安全，需要测量出雕像的重力和重心所在位置。其测量方法如图乙所示，将雕像水平放置在上端装有压力传感器的支架上，测出头部A处和脚后跟B处之间的距离为175 cm。用数据线分别连接两边支架上的压力传感器，测出A处和B处受到的压力FA和FB(可通过显示器直接读取压力大小)，其测量值如表所示。
压力 显示器读数/N
FA 3200
FB 2400
(1)雕像受到的重力为多少？
(2)雕像重心距脚后跟B处的距离是多少？
2．如图所示，OAB是杠杆，OA与BA垂直，在OA的中点挂一个20 N的重物，加在B点的动力F1始终使OA在水平位置保持静止(杠杆重力及摩擦均不计)。
(1)当F1竖直向上时，F1的大小为
______N。
(2)当F1由竖直向上的位置沿逆时
针方向缓慢的转到水平向左的位
置时，动力F1的大小变化是
________________(填“变小”
“变大”“先变小后变大”或“先变大后变小”)。
10
先变小后变大
滑轮组的相关计算
使用滑轮组时，确定重物由几股绳子承担是关键，即判断承担重物和动滑轮绳子的股数n。方法1：在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线，隔离观察绕在动滑轮上(包括挂在动滑轮挂钩上)绳子有几股，承担物重的绳子股数就有几股。方法2：先数出动滑轮的个数N，如果绳子的固定端固定在动滑轮上，则绳子的股数为n＝2N＋1；如果绳子的固定端不在动滑轮上，则绳子的股数为n＝2N。几股绳子拉住动滑轮，绳子的自由端(动力的作用点)移动的距离就是重物移动距离的几倍。
【例3】　如图所示，不计滑轮重和绳重以及绳子与滑轮间摩擦。物体A重100 N，B重20 N，当B匀速下降40 cm时，A受到桌面的摩擦力和A移动的距离分别是( )
A．20 N，40 cm
B．10 N，20 cm
C．10 N，80 cm
D．20 N，20 cm
C
3．如图所示，重为800 N的物体在100 N的水平拉力F的作用下以0.1 m/s的速度沿水平地面，向左匀速直线运动了20 s，滑轮组的机械效率为60%，在此过程中，下列说法正确的是( )
A．绳子自由端移动距离为4 m
B．物体与地面间的滑动摩擦力大小为120 N
C．额外功的功率为12 W
D．若物体的重力和运动速度不变，只增大水平地面的粗糙程度，则滑轮组的机械效率会降低
C
【例】　(2021，湖州)下列是某科学研究小组探究杠杆平衡条件的实验过程：(本实验均使用轻质杠杆)
实验1：在直杠杆水平平衡时(如图甲所示)进行实验，记录多组数据。得出：F1×s1＝F2×s2(注：s1和s2分别表示支点O到F1和F2的作用点的距离)。在直杠杆倾斜平衡时(如图乙所示)进行实验，也得到了同样的结论。
实验2：科学研究小组用一侧弯曲的
杠杆进行如图丙所示的实验，移动
钩码，改变钩码数量，记录数据如
表，分析表格数据发现上述结论并
不成立，但发现一个新的等量关系，
即：__________________。
F1×s1＝F2×s2
实验次数 F1/N s1/cm F2/N s2/cm l2/cm
1 1.0 10.0 0.5 21.3 20.1
2 1.5 20.0 1.0 31.7 29.8
3 2.0 30.0 2.5 25.5 24.0
s和l(支点到力的作用线的距离)这两个量在研究杠杆平衡条件时，哪个量才是有价值的呢？研究小组的同学观察到：支点到F1的作用点的距离(s1)与支点到F1的作用线的距离(l1)是相等的。研究小组的同学又进行了实验。
实验3：
①移动钩码，使杠杆______________，并使杠杆处于平衡状态。
②记录F1、s1、l1和F2、s2、l2。
③改变钩码数量，移动钩码，记录杠杆处于平衡时的多组F1、s1、l1和F2、s2、l2。
④分析实验数据，得出弯杠杆的平衡条件。
倾斜或转动
最后，通过科学思维，得出所有杠杆的平衡条件都是：F1×l1＝F2×l2。杠杆的平衡条件可用于解释许多杠杆应用，如用图1方式提升物体比用图2方式省力，就可用杠杆的平衡条件作出合理解释。请回答：
(1)在研究一侧弯曲的杠杆时，发现的一
个新的等量关系是__________________。
(2)将实验3中的①填写完整。
(3)“支点到力的作用线的距离”在科学
上被称为________。通过探究杠杆平衡
条件的实验，使我们深深认识到建立这一科学量的价值。
F1×s1＝F2×l2
力臂
(4)用图1方式提升物体比用图2方式省力的原因是____________
____________________________________________。
图1中动力
臂是阻力臂的2倍，图2中动力臂等于阻力臂