2024年湖北省武汉市中考物理复习课件 (共76张PPT) 第十二讲 简单机械

(共76张PPT)
第十二讲　简单机械
第1课时　杠杆
目
录
1
回归教材 掌握必备知识
2
对照课标 突破核心考点
3
实验探究 一题三阶通关
1．知道简单机械。探究并了解杠杆的平衡条件。
2．知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径。
3．能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用。
1．定义：在力的作用下能绕着固定点转动的______叫做杠杆。
必备知识 杠杆及五要素
1
硬棒
[受力不易发生形变，可以是直的、弯曲的、圆的、方的，但必须是硬棒]
2．五要素
支点(O)：杠杆可以绕其转动的点；
动力(F1)：使杠杆转动的力；
阻力(F2)：阻碍杠杆转动的力；
动力臂(l1)：从支点O到_________作用线的距离；
阻力臂(l2)：从支点O到_________作用线的距离。
动力F1
阻力F2
[动力和阻力的作用点必在杠杆上]
[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]
对点练习1　杠杆五要素的作图。
(1)如图甲所示，O为支点，l2为阻力F2的力臂，请画出F1的力臂和此杠杆的阻力F2的示意图。
(2)请画出图乙中杠杆平衡时的最小的动力F1。
方法点拨：先找到杠杆上距离支点最远的点，然后连接该点与支点，即为
最长的力臂；接下来依据动力和阻力会让杠杆绕支点沿相反方向转动确定
动力的方向，并保证动力作用线与最长力臂垂直。
1．杠杆的平衡状态：当杠杆处于______或______________时，我们就说杠杆平衡了。
2．杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即____________。
必备知识 杠杆平衡条件及应用
2
静止
匀速转动状态
F1l1＝F2l2
对点练习2　如图所示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 N时，刹车拉线受到力的大小为____N。
杠杆
40
1．省力杠杆：l1____l2，F1____F2，省力，____距离。
2．费力杠杆：l1____l2，F1____F2，____力，省距离。
3．等臂杠杆：l1____l2，F1____F2，不省力，不省距离。
必备知识 杠杆的分类
3
＞
＜
费
＜
＞
费
＝
＝
【易错警示】 省力杠杆必费距离，费力杠杆必省距离，既省力又省距离的杠杆是不存在的。
杠杆的识别：
手推车 天平 镊子
船桨 羊角锤
杠杆的识别：
铁皮剪刀 理发剪刀 树枝剪刀 钢丝钳
健腹轮是一种简易的居家健身器械。如图甲所示，健腹轮的两个手柄包有粗糙的加厚海绵，这是为了______(选填“增大”或“减小”)摩擦力。如图乙所示，某人使用健腹轮锻炼时，先将膝盖放在地板上，再用两手分别紧握健腹轮的两个手柄，身体尽量向前伸展，此时健腹轮对手的作用力相当于人体杠杆的动力，人体上部受到的重力(作用点在A处)相当于阻力。请在图乙中画出这个人体杠杆的阻力及其力臂的示意图。
核心考点 五要素的作图
1
增大
如图所示的四种用具中，正常使用时能够省距离的是(　　)
核心考点 杠杆的分类
2
D
(2023·宜昌)如图所示是我国古人运送巨木的劳动情境示意图，他们通过横杆、支架、石块等，将巨木的一端抬起。当巨木太重无法抬起时，下列改进方法可行的是(　　)
A．减少横杆右端的人数
B．将支架向右移动
C．横杆右端的人向支架靠近
D．减小横杆上悬绳与支架间的距离
D
某人在动物园内，用弹簧测力计称出了一头大象的重量，在称象过程中，他用到吊车、铁笼和一根很长的槽钢等辅助工具，操作步骤如下：
(1)如图甲所示，将铁笼系于槽钢上的B点，当吊车吊钩在槽钢上的悬吊点移至O点时，槽钢在水平位置平衡。
核心考点 杠杆平衡条件及应用
3
(2)将大象引入铁笼，保持悬吊点O点和铁笼悬挂点B点的位置不变。用弹簧测力计竖直向下拉住槽钢的另一端，使之再次在水平位置平衡，如图乙所示。测得OB＝6 cm，OA＝9 m，弹簧测力计的示数为200 N。根据上述数据测出了大象的质量，则大象的质量为_______kg。设计步骤(1)的目的是__________________________。(g＝10 N/kg)
3 000
消除铁笼自重对测量的影响
(1)如图1所示，轻质杠杆OA的B点悬挂一重物G，在A端施加一垂直杠杆的动力F1将杠杆匀速拉到水平位置平衡。设阻力和阻力臂分别为F2、l2，则将杠杆从实线位置匀速提到虚线位置的过程中，l1______，l2______，F1______，F1l1______。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
核心考点 动态杠杆
4
不变
变大
变大
变大
(2)如图2所示，轻质杠杆OA的B点悬挂一重物G，在A端施加一竖直向上的动力F1将杠杆匀速拉到水平位置平衡。设阻力和阻力臂分别为F2、l2，则将杠杆从实线位置匀速提到虚线位置的过程中，l1____，l2____， ____，F1______。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
变大
变大
不变
不变
如图所示是我国自主研发的一款水陆两栖车，它是一种结合了车与船的双重性能的特种车辆，既可以像汽车一样在陆地上行驶，又可以像船一样在水上浮渡。该车轴距为3.2 m，整车质量2.4 t，最大承载量600 kg。当该车空载在水平路面上直线行驶时，若重力作用线到前轮轴的距离为1.2 m，假设重心位于整车左右两侧中轴线上，如图所示，前、后车轮对路面的压力差是__________。(不计驾驶员的重力，g＝10 N/kg)
核心考点 不定支点杠杆
5
6 000 N
【点拨】 有三个点都可以选为支点，被选为支点的点，不考虑该点所受的力，因为力臂为零。①以前轮为支点，后轮所受支持力为动力，重力为阻力；②以后轮为支点，前轮所受支持力为动力，重力为阻力；③以重心为支点，前轮和后轮所受的支持力为动力和阻力。
F1
l2
l1
F1
l1
l2
F1
l2
l1
F2
小明同学利用如图1所示装置，探究杠杆平衡条件：
实验 探究杠杆的平衡条件
(1)挂钩码前，杠杆在如图1所示的位置静止，此时杠杆______(选填“达到”或“没达到”)平衡状态，接下来应向____调节杠杆两端的螺母，使杠杆保持__________。
达到
右
水平静止
杠杆静止和匀速转动均为杠杆平衡
(2)选择合适的位置挂上钩码，如图2所示，在A点挂有2个质量相等的钩码，应在B点挂3个质量相等的钩码，让杠杆恢复__________，这样做的目的是__________________。
水平静止
便于直接读出力臂
(3)改变钩码的____________多次实验，目的是__________________。
(4)小明同学完成一次操作后，杠杆在水平位置平衡。记录的数据为：动力F1＝2 N，动力臂l1＝1 cm；阻力F2＝1 N，阻力臂l2＝2 cm。他测出了这组数据后就得出了“动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂”的结论，你认为他的结论是______(选填“正确”或“错误”)的，理由是_____________________
___。
个数和位置
避免实验的偶然性
错误
不同的物理量不能相加
减
(5)图2中杠杆已经在水平位置平衡，若在左右两边所挂钩码下方再各加一个钩码，此时杠杆______水平静止；若将左右两边所挂的钩码都靠近支点移动一格，此时杠杆______水平静止。(均选填“能”或“不能”)
不能
不能
(6)图3中将一边换成了弹簧测力计，弹簧测力计从第一种方式拉动变为第二种方式拉动，弹簧测力计的示数会______，此时________(选填“可以”或“不可以”)直接读出力臂。
(7)图4中的实验方法缺点是______________________。
变大
不可以
杠杆自重对实验有影响
重力力臂不为零
(8)如图5所示，若每个钩码重0.5 N，且杠杆上每格长度相等，小明在杠杆左端C处挂上3个钩码，为使杠杆在水平位置平衡，他在图中D处施加一个力F1，此力最小值为___N，方向是__________。
2
竖直向上
(9)若撤去力F1，改在杠杆右端E处施加一个方向向下的力F2(如图5所示)，仍使杠杆平衡。请在图5中画出力F2的力臂；可以判断：F2______(选填“大于”“小于”或“等于”)1.5 N。
大于
(10)得出杠杆的平衡条件“动力×动力臂＝阻力×阻力臂”后，小明又进一步探究杠杆平衡时动力和动力臂的关系。实验过程中，保持阻力和阻力臂不变，在杠杆水平平衡时，测出多组动力F1和动力臂l1的数据，并绘制了F1与l1的关系图象，如图6所示，请根据图象推算，当l1为0.1 m时，F1为___N。图象中每个点与两坐标轴围成的方形面积______(选填“相等”或“不等”)。
图6
6
相等
阻力和阻力臂不变，动力×动力臂为定值，图象应为反比例函数
(11)如图7所示，同桌小叶同学在探究杠杆的平衡条件时，将一个钩码悬挂在杠杆左端B点的下方，这样使阻力的大小、方向和作用点都不变。实验中始终保持杠杆右端动力作用点的位置在A点，多次改变动力的方向(即改变支点和动力作用点的连线OA跟动力作用线的夹角θ)，用弹簧测力计测出每次动力的大小。下表是他记录的实验数据，5次实验中，动力F3的力臂最长；第5次实验中动力F5大小为______。分析表中的数据可知：支点和动力作用点的连线跟动力作用线的夹角越接近______，杠杆越省力。
图7
4 N
90°
夹角为90°时力臂最长
实验次数 1 2 3 4 5
动力的方向(θ) 30° 45° 90° 135° 150°
动力的大小 4 N 2.8 N 2 N 2.8 N
通过作图，第1次和第5次实验的力臂相等，均为OA长度的二分之一
l1
l5
(12)小叶同学又将实验装置改装成如图8所示，在A处正下方悬挂一不吸水的石块，在B处施加一个与竖直方向夹角为60°的拉力F＝4 N，杠杆恰好在水平位置平衡，此时杠杆为______杠杆。若将该石块浸没在水中且不触底，要使杠杆在水平位置再次平衡，应在B处竖直向上施加拉力为___N。(已知ρ石＝2．0×103 kg/m3，ρ水＝1.0×103 kg/m3，g＝10 N/kg)
图8
等臂
1
l1
F2=G
l2
第一次平衡：Fl1=Gl2可以求出石块重力
l1＇
F2＇=G-F浮
l2＇
F＇
第二次平衡：F＇l1＇=（G-F浮）l2＇可以求出拉力
本课时内容结束
第十二讲　简单机械
第2课时　滑轮　机械效率
目
录
1
回归教材 掌握必备知识
2
对照课标 突破核心考点
3
实验探究 一题三阶通关
必备知识 定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点(不计绳重和摩擦)
1
定滑轮 动滑轮 滑轮组
图示 　　 　　
n＝3　 n＝2　 n＝___
实质 ______杠杆 ______杠杆 \
4
等臂
省力
1 2 3
1 2
1 2 34
定滑轮 动滑轮 滑轮组
特点 既不省力也不省距离，但能____ 力的方向 省力，但____距离，且不能改变力的方向 省力费距离，是否改变力的方向与绕线方式有关
F、G物的关系(不 计绳重和摩擦) F＝G物 F＝ (G物＋G动) F＝______________
改变
费
定滑轮 动滑轮 滑轮组
s绳、h物的关系 s绳＝h物 s绳＝2h物 s绳＝______
v绳、v物的关系 v绳＝v物 v绳＝2v物 v绳＝nv物
nh物
视频：
定滑轮在使用时可以改变拉力的方向，拉力方向发生改变时，力臂大小不变、等于滑轮半径，拉力大小不变
动滑轮使用中如果拉力方向发生改变，动力臂会变小，导致绳端拉力大小改变
【易错警示】
对点练习1　用下列滑轮组将重为18 N的重物G移动3 cm，不计绳重和摩擦，每个滑轮重6 N，拉力为F，绳端移动距离为s。图1，F1＝____N，s1＝___cm；图2，F2＝____N，s2＝___cm；图3，F3＝___N，s3＝___cm；图4，F4＝____N，s4＝_____cm；图5，不计滑轮自重，地面对重物的滑动摩擦力为9 N，F5＝___N，s5＝___cm。
18
3
12
6
8
9
42
1.5
3
9
1．斜面：一种省____、费______的简单机械。斜面高相同时，斜面______，越省力。如：盘山公路。
2．轮轴：由具有公共转轴的____和____组成，可看作杠杆的变形，如：门把手、方向盘、扳手等。
必备知识 斜面和轮轴
2
力
距离
越长
轮
轴
轮轴
门把手
水龙头旋钮
自行车龙头
自行车脚踏
方向盘
螺丝刀
斜面
商场电梯
车后木板
残疾人通道
盘山公路
螺旋引桥
螺丝
对点练习2　汽车沿着盘山公路可以驶上高耸入云的云峰，盘山公路修得弯弯曲曲，如图1所示，主要目的是______________，盘山公路实际上就是一个______。如图2所示，用扳手拧紧螺帽时，它属于______杠杆，可以看成简单机械中的______，____(选填“左”或“右”)图的握法更有利于拧紧或松开螺帽。
增加斜面长度
斜面
省力
轮轴
右
斜面高度相同时，斜面越长越省力
1．定义：有用功跟总功的______叫机械效率。
2．额外功：使用任何机械都不可避免地要做______功，有用功总是______总功，所以机械效率总是______1的。
必备知识 机械效率
3
比值
额外
小于
小于
【易错警示】 省力的机械一定费距离，省距离的机械一定费力，既省力又省距离的机械是不存在的，使用任何机械都不能省功。
3．几种常见简单机械的机械效率
机械 拉力F、物体上升高度h、绳子自由端移动距离s、物重G、动滑轮重G动 拉力F、物体移动距离s物、绳子自由端移动距离s、物重G、物体匀速直线运动时与地面间的摩擦力f
拉力F、物体上升高度h、斜面长l、物重G、物体匀速直线运动时与斜面间的摩擦力f
有用功W有 _____ ______ _____
额外功W额 _______ ____
总功W总 _____或______或____________ _____或________ _____或_________
机械效率η
说明 ①不计绳重和轮轴间的摩擦；②n为承担物重的绳子股数
Gh
fs物
Gh
G动h
fs
Fs
Fnh
Gh＋G动h
Fs
Fns物
Fs
Gh＋fs
拓展：拉力F、物体上升高度h、绳子自由端移动距离s、物重G、动滑轮重G动，物体浸没在水中所受浮力为F浮（不计绳重和轮轴间的摩擦）
有用功W有 _____
额外功W额 _______
总功W总 _____或____________
机械效率η
（G-F浮）h
Fs
G动h
（G-F浮+G动）h
对点练习3　用一个动滑轮在8 s内将一重为300 N的物体匀速向上提起2 m，拉力为200 N，这个动滑轮的机械效率为______，拉力的功率是_____W。
对点练习4　利用图中的信息，计算小车匀速上升时：拉力的功率为_______W，这个斜面的机械效率为________，物体所受到的斜面的摩擦力为______N。
75%
100
0.12
83.3%
0.05
【点拨】 斜面的额外功就是物体克服摩擦力做功。可以通过求出额外功，来求出滑动摩擦力的大小。
如图所示，工人站在高处利用滑轮组提升物体，请画出最省力的滑轮组的绕线方式。
核心考点 滑轮组的作图
1
如图所示，小明组装了甲、乙两种滑轮，用来提升同一物体，G物＝200 N(不计绳重、轮重和摩擦)，要使物体竖直匀速提升2 m。下列说法正确的是(　　)
A．F甲＝200 N，拉力端向上移动4 m
B．F甲＝100 N，拉力端向上移动2 m
C．F乙＝200 N，拉力端向上移动1 m
D．F乙＝400 N，拉力端向上移动1 m
核心考点 定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点
2
D
小柯用图中装置提升重为1 000 N的物体，不计摩擦和滑轮自重，下列说法正确的是(　　)
A．四个滑轮均为定滑轮
B．人将绳子向下拉4 m，物体会上升1 m
C．物体匀速上升时，拉力F为200 N
D．使用该装置能省力，不能改变力的方向
B
下列关于机械效率的说法正确的是(　　)
A．机械效率高的机械，功率一定大
B．有用功越多，机械效率一定越高
C．省力机械一定比费力机械的机械效率高
D．有用功相同时，额外功越小，机械效率越高
核心考点 机械效率的理解
3
D
功率：描述做功快慢
效率：有用功占总功的百分比
用如图所示的电动起重机将6 000 N的重物匀速提升了4 m，电动机的功率为5 000 W，此过程用时10 s。下列说法正确的是(　　)
A．起重机对重物做的有用功是2×104 J
B．起重机的电动机做的总功是6×104 J
C．起重机的机械效率是48%
D．若减小动滑轮的重力，起重机的机械效率将变小
核心考点 滑轮组的机械效率
4
C
如图所示，用滑轮组帮助汽车脱困，汽车被水平匀速拉动1.2 m时，作用在绳子自由端的拉力F为1 000 N，绳子自由端移动的速度为0.6 m/s，滑轮组的机械效率为80%，则下列说法正确的是(　　)
A．汽车移动的速度为0.4 m/s
B．拉力F做的功为1 200 J
C．汽车受到的摩擦力大小为2 000 N
D．拉力F所做的有用功的功率为480 W
D
如图所示，将一个重9.0 N的物体从斜面底端匀速直线拉到斜面顶端，沿斜面向上的拉力为3.6 N，在斜面上移动的距离s＝1.2 m，物体升高的高度h＝0.3 m，则(　　)
A．物体所受的摩擦力为3.6 N
B．物体克服重力做功4.32 J
C．拉力做功2.7 J
D．斜面的机械效率为62.5%
核心考点 斜面的机械效率
5
D
实验小组的同学利用如图1所示装置，测量滑轮组的机械效率。实验器材有：刻度尺、钩码、弹簧测力计、滑轮组两个、铁架台、长约2 m的细绳。实验数据如表一。
实验 测量滑轮组的机械效率
表一
实验序号 钩码重G/N 钩码上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 4 0.1 1.8 0.3 74%
2 8 0.1 3.1 0.3 86%
3 8 0.1 2.5 0.4
(1)本实验的测量原理是______。实验中需要的测量工具有____________和________。
(2)实验时沿______方向______拉动弹簧测力计。分析表中数据可知：实验序号2是用图1中____做的实验；实验序号3中的机械效率η＝______。
弹簧测力计
刻度尺
竖直
缓慢
乙
80%
缓慢拉动可以让物体近似做匀速直线运动
(3)如图1所示，通过比较______(填实验序号)两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重______，滑轮组的机械效率越高。通过比较2、3两次实验数据可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率______。
1、2
越大
越低
影响滑轮组效率的因素：
①外因：物重（影响有用功）
②内因：动滑轮自重、绳重及摩擦（影响额外功）
(4)实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，有同学认为应静止时读数。你认为他的想法______(选填“正确”或“错误”)，因为他没有考虑到________对滑轮组机械效率的影响。
(5)关于影响滑轮组机械效率的因素，该小组同学讨论后得到以下认识，你认为正确的有______(多选，选填字母代号)。
A．在相同情况下，摩擦越大，机械效率越低
B．在相同情况下，摩擦越大，机械效率越高
C．忽略摩擦，定滑轮质量相同，则机械效率相同
D．忽略摩擦，动滑轮质量相同，则机械效率相同
E．忽略摩擦，动滑轮质量相同，所吊重物质量越大，则机械效率越高
F．忽略摩擦，动滑轮质量相同，所吊重物质量越大，则机械效率越低
错误
摩擦力
AE
(6)实验小组的小雪和小红又一起组装好了如图2甲所示的实验装置，他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。小红缓慢向上拉动弹簧测力计，使钩码升高，并由弹簧测力计读出拉力为0.5 N，同时小雪用刻度尺测出钩码提升的高度为0.1 m，以上测量准确无误，其他被测物理量和计算的数据如表二。
表二
钩码重G/N 弹簧测力计提升的高度h/m 有用功W有/J 总功W总/J 机械效率η
2 0.4 0.2 0.2 100%
小雪和小红测得滑轮组的机械效率为100%，他们意识到出现了错误，请你帮助他们找出原因：_________________________________。
弹簧测力计提升的高度应该为0.5 m
连接动滑轮绳子段数n=5，s=nh=5×0.1m=0.5m
(7)两同学想进一步探究滑轮组的机械效率是否与滑轮组中细绳的绕法有关，根据探究目的，他们先通过实验测算出如图2乙所示的滑轮组的机械效率，请你在图2丙中画出下一步实验所需的绕线方式。
由表中数据可计算出，滑轮组对钩码做的有用功为_______J，人做的总功为_______J。
对以上两个计算结果进行比较，其不合理之处是________________；结合弹簧测力计放大图，可知小强的错误______________________________。
(8)实验小组的小强也按正确方法“测量滑轮组的机械效率”，如图3所示是他实验中的情景，表三是他记录的一组数据。
图3
钩码重G/N 钩码上升高度h/cm 弹簧测力计拉力F/N 测力计移动距离s/cm
5 5 1．4 15
0.25
0.21
有用功大于总功
弹簧测力计读数错误，应该是1.8 N
表三
本课时内容结束