十二、简单机械 复习课件(共43张PPT) 2023-2024学年人教版物理九年级

(共43张PPT)
十二章 简单杠杆
人教版 物理
1. 定义：
在力的作用下能绕着固定点转动的一根硬棒，这根硬棒就是杠杆。
（注意：杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。）
2.认识杠杆的“五要素”
支 点：杠杆绕着转动的点O
动 力：使杠杆转动的力F1
阻 力：阻碍杠杆转动的力F2
动力臂：从支点O到动力F1作用线的距离l1
阻力臂：从支点O到阻力F2作用线的距离l2
F1
F2
l1
l2
一、杠杆
3.力臂的画法
以人用撬棒翘起物体为例——画出动力F1与阻力F2的力臂
注意：
（1）必要时要用虚线将力的作用线延长；
（2）力臂用双向箭头的实线，并标注力臂的名称；
（3）力臂与力的作用线一定要画“垂直符号”。
F1
F2
O
l1
l2
2.该实验需改变力和力臂来实现多次实验的目的：
避免偶然性，使实验结论具有普遍性。
二、杠杆的平衡条件
1.调节杠杆在水平位置平衡的目的：
3.杠杆的平衡条件是：
F1 l1 = F2 l2
（1）可以从杠杆上直接读出力臂，不用测量。
（2）可以消除杠杆自身的重力对实验结果的影响。
动力×动力臂=阻力×阻力臂
省力杠杆
等臂杠杆
省力杠杆
费力杠杆
省力杠杆
省力杠杆
“生活中的杠杆”，判断下面生活中常见的工具属于哪类杠杆？
想想议议
杠杆种类 力臂的关系 力的关系 特点 应用举例
省力杠杆 撬棒、起瓶器、手推车、夹钳等
费力杠杆 镊子、钓鱼竿、筷子、船桨等
等臂杠杆 天平、定滑轮等
L1>L2
F1＜F2
省力费距离
F1＞F2　
费力省距离
L1＝L2
F1＝F2　
既不省力也不省距离
L1＜L2
杠杆的分类
滑轮：边缘有凹槽，能绕轴转动的小轮。
三、滑轮
1.实验探究：使用定滑轮的特点
①拉力与重力的大小关系：F=G，即使用定滑轮不省力。
②拉力的方向：可以改变。
③拉力（自由端）移动距离S绳与钩码上升高度h物的关系： 相等。
实验分析
定滑轮的特点:
不省力，不省距离，但可以改变力的方向。
定滑轮的实质：相当于一个能够连续转动的等臂杠杆。
定滑轮的实质
如图所示，定滑轮的轴心O为支点，动力臂l1与阻力臂l2都是滑轮的半径r。
由杠杆平衡的条件：F1l1=F2l2
即：Fl1=Gl2
力臂始终相等，则力相等
2.实验探究：使用动滑轮的特点。
注意：
用力缓慢拉动弹簧测力计竖直向上匀速运动。
动滑轮
①拉力与重力的关系：F＜G，即使用动滑轮省力。若不计动滑轮的重力及摩擦力时，则拉力：F=G/2。
②拉力的方向：不能改变。
③拉力（绳末端）移动距离S绳与钩码上升高度h物的关系： S绳=2h物。
实验分析
使用动滑轮的特点：
能省力，但要费距离，且不能改变动力的方向。
支点在绳和轮相切的O处；拉力F1是动力,重物的拉力是阻力F2；动力臂L1是轮直径、动力臂L2是轮半径。
根据杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2
l1＝ 2l2 ；
绳子自由端移动的距离S和物体升高的高度h：S=2h
动滑轮的实质
动滑轮的实质：相当于一个动力臂等于阻力臂2倍的省力杠杆。
（不计摩擦和动滑轮重）
O
A
F
l2 = R
l1= 2R
O
G
F
G
动滑轮两种常见情况的等量关系
（设物体做匀速运动，考虑滑轮自重，忽略摩擦）
F
F
2F＝（ G物 + G 动）
即 F
同一根绳子上的拉力大小相等
G动
G物
G动
G物
G物
F=2G物+G轮
3.滑轮组
定滑轮与动滑轮的组合叫滑轮组。
使用滑轮组既可以省力； 又可以改变力的方向。
分析判断滑轮组的省力与费距离的情况
G物
F1
F2
n=3
s=3h
不计动滑轮的重和摩擦:
计动滑轮的重和摩擦:
s=3h
F2
F1
G物
n=2
s=2h
不计动滑轮的重和摩擦:
计动滑轮的重和摩擦:
s=2h
结论：使用滑轮组省了力，但是费距离。
F
F
结论：
n为承担物重的绳子段数。
讨 论
5. 机械效率总是小于1的，通常用百分数表示。
1. 意义：
机械效率是反映机械做功性能的物理量。
2. 定义：
物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。
3. 符号：
用“η”表示。
4. 公式：
η
=
W有
W总
在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好。即额外功在总功中所占的比例越少越好。
总功：有用功与额外功之和。 （W总= W有+ W额）
四、机械效率
6.机械效率的三种类型
类型1· 滑轮组竖直提升重物
①有用功：
W有=Gh
②总 功：
W总=Fs
③机械效率：
④额外功：
W额= G动h
（不计绳重和摩擦）
s
h
η
=
W有
W总
=
Gh
Fs
=
G
nF
类型2·滑轮组水平拉动物体（不计滑轮及绳重）
①有用功：
W有= f s物
②总 功：
W总=Fs绳
③机械效率：
s绳
s物
f
η
=
W有
W总
=
f s物
Fs绳
=
f
nF
类型3·用斜面提升物体
①有用功：
W有=Gh
②总 功：
W总=Fs
③机械效率：
η
=
W有
W总
=
Gh
Fs
④额外功：
W额= f s
s
f
7.实验探究 测量滑轮组的机械效率
实验原理：
η
=
W有
W总
=
Gh
Fs
甲 乙
注意事项：
竖直向上缓慢（匀速）拉动测力计。
结论：动滑轮重一定时，物重越大，机械效率越高。
物重一定时，动滑轮越重，机械效率越低。
提高机械效率的方法：
改进滑轮结构，减轻动滑轮自重;
在机械承受的范围内，增加物重；
减小机械间的摩擦(加润滑油)。
杠杆、滑轮作图
专项1
画杠杆力臂的一般步骤为：首先找到力的作用线(过力的作用点沿力的方向画的一条直线)，然后从支点向力的作用线作垂线，垂线段的长即为力臂。
类型一 力臂作图
1．用如图所示的装置来改变照明灯的高度，轻质杠杆ABO可绕O点转动，请在图中画出拉起杠杆的动力F的力臂l1及杠杆受到的阻力F′。
2．如图所示，轻质杠杆处于静止状态，请在图中画出力F1的力臂l1和阻力F2。
画最小力的一般步骤为：
(1)找支点；
(2)找力的作用点；
(3)连接支点和力的作用点；
(4)过力的作用点作连线的垂线，垂线即为最小力的方向。
类型二 最小力问题
3．如图是一根轻质杠杆，O为支点，请作出最小动力的示意图。
4．如图所示为一拉杆箱的示意图。将其视为杠杆，O为支点，B为重心，A为拉杆端点，请画出重力G的力臂l2及使拉杆箱在图示位置静止时的最小动力F。
滑轮组绕绳的关键点是判断绳的起点，最省力的绕法是从动滑轮的钩上开始绕绳，尽可能增加与动滑轮接触的绳子的股数。注意“奇动偶定”，即与动滑轮接触的绳子的股数为奇数时，从动滑轮的钩上开始绕绳；与动滑轮接触的绳子的股数为偶数时，从定滑轮的钩上开始绕绳。
类型三 滑轮组
5.如图所示，请画出滑轮组提起重物最省力时绳子的绕法。
6.如图所示，人要站在楼上提升重物，请在图中画出最省力的绕绳方法。
利用公式计算机械的效率
专项2
教你一招
1.使用机械使物体升高，有用功W有＝Gh；使用机械使物体水平移动，
有用功W有＝fs物。
2.使用机械，总功是利用机械所做的功W总＝Fs或W总＝Pt。
3.机械效率η＝。
4.滑轮组提升重物机械效率的计算：
(1)η＝、η＝、η＝这几个公式是通用公式；
(2)若不计摩擦和绳重，则有η＝。
例： 如图所示，在水平地面上放着物体A，A与地面的接触面积为0.14 m2，对地面的压强为3 000 Pa，用滑轮组匀速提升物体A时，滑轮组的机械效率是84％，不计绳重和摩擦，g取10 N/kg。求：
(1)物体A的质量mA和动滑轮的质量m；
(2)用此滑轮组使物体A以0.2 m/s的速度匀速上升，在5 s的时间内，人拉力做的功是多少？
解：(1)A对地面的压力F压＝pS＝3 000 Pa×0.14 m2＝420 N，
物体A的重力GA＝F压＝420 N，物体A的质量mA＝＝＝42 kg。
用滑轮组匀速提升物体A时，不计绳重和摩擦，则滑轮组的机械效率
η＝＝＝，即＝84％，解得G轮＝80 N，
动滑轮的质量m＝＝＝8 kg。
(2)用此滑轮组使物体A以0.2 m/s的速度匀速上升5 s，
则物体A上升的高度h＝vt＝0.2 m/s×5 s＝1 m，由图可知n＝2，
则拉力端移动距离s＝2h＝2×1 m＝2 m，不计绳重和摩擦，
则有nF＝GA＋G轮，即2F＝420 N＋80 N，解得F＝250 N，
人拉力做的功W总＝Fs＝250 N×2 m＝500 J。
例：以“‘荆歌’铁马，奔向未来”为主题的2023荆州马拉松3月26日在荆州体育中心
鸣枪起跑。在开赛场地建设过程中，工人利用长度L＝3 m的斜面把质量为240 kg的重物匀速推到h＝1 m高处，如图所示，工人所用推力F＝1 000 N，g取10 N/kg。求：
(1)推力做的有用功；
(2)斜面的机械效率；
(3)工人将另一质量为300 kg的重物匀速推到同一高度，
为了省力，换用长度为5 m的斜面，此时重物与斜面
间的摩擦力与原来的摩擦力之比为6∶5，共用时20 s，
工人推力做功的功率。
解：(1)W有＝mgh＝240 kg×10 N/kg×1 m＝2 400 J。
(2)W总＝Fs＝1 000 N×3 m＝3 000 J，
η＝＝＝80％。
(3)W额＝W总－W有＝3 000 J－2 400 J＝600 J，f＝＝＝200 N。
f'＝f＝×200 N＝240 N，W有'＝G'h＝m'gh＝3 000 J，
W额'＝f's'＝1 200 J，W总'＝W有'＋W额'＝4 200 J，
P＝＝＝210 W。
例：如图所示，某建筑工地上，工人通过固定在斜面顶端的滑轮组把工件匀速拉上斜面。已知斜面高h＝6 m，长L＝10 m，工人施加的拉力F＝600 N，工件的质量m＝250 kg，工件沿斜面上升的速度v＝0.5 m/s。若不计工件和滑轮组长度，忽略绳和动滑轮重量及绳与滑轮间、滑轮与轮轴间的摩擦，g取10 N/kg。求：
(1)拉力F做功的功率P；
(2)整个装置的机械效率η；
(3)工件所受斜面的摩擦力f。
解：(1)v1＝nv＝3×0.5 m/s＝1.5 m/s，P＝Fv1＝600 N×1.5 m/s＝900 W。
(2)W＝F×nL＝600 N×3×10 m＝1.8×104 J，
W1＝Gh＝mgh＝250 kg×10 N/kg×6 m＝1.5×104 J，
η＝＝=83.3％。
(3)W2＝W－W1＝1.8×104 J－1.5×104 J＝3×103 J，
f＝＝＝300 N。
利用杠杆平衡条件测密度
专项3
利用杠杆平衡条件测密度的思路：
利用直杆与刻度尺，运用杠杆平衡条件测物体的重力；再利用排水法可间接测得物体的体积，进而求出物体的密度。
(1)在实验前，杠杆静止在图甲所示的位置，此时杠杆处于 (填“平衡”或“不平衡”)状态；要使杠杆在水平位置平衡，应将平衡螺母向 调节，这样做的目的是 ，并消除杠杆自重对实验的影响；
(2)在溢水杯中装满水，如图乙所示，将石块缓慢浸没在水中，让溢出的水流入小桶A中，此时小桶A中水的体积 石块的体积；
例：如图所示的是“利用杠杆测量石块密度”的实验。(ρ水＝1.0×103 kg/m3)
平衡　
右　
便于从杠杆上测量力臂　
等于
(3)将石块从溢水杯中取出，擦干后放入另一相同小桶B中，将装有水和石块的A、B两个小桶分别挂在调好的杠杆两端，移动小桶在杠杆上的位置，直到杠杆在水平位置平衡，如图丙所示。此时小桶A、B的悬挂点距支点O分别为13 cm和5 cm，若不考虑小桶重力，则石块密度的测量值为 kg/m3。
2.6×103　
【点拨】题图丙中，由杠杆平衡条件可得，
G石l1＝G水l2，即m石gl1＝m水gl2，ρ石V石gl1＝ρ水V水gl2，ρ石V石l1＝ρ水V水l2，
又溢出的水的体积等于石块的体积，即V石＝V水，
则石块的密度ρ石＝·ρ水＝×1.0×103 kg/m3＝2.6×103 kg/m3。
课后作业