第十二章 简单机械 整理与复习(课件)(共41张PPT)2024-2025学年人教版八年级物理下册

(共41张PPT)
整理与复习
第十二章 简单机械
R·八年级物理下册
概念整合
简单机械
杠杆
滑轮
机械效率
测量η
使用任何机械都不能省功
三种功
要素
平衡条件
分类
定滑轮
动滑轮
滑轮组
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
有用功
额外功
总功
知识回顾
一、杠杆
1. 定义：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是一个杠杆。
2. 杠杆的五要素
支点
O
动力 F1
阻力
F2
动力臂l1
阻力臂
l2
支点：杠杆可以绕其转动的点
动力：使杠杆转动的力
阻力：阻碍杠杆转动的力
动力臂：从支点到动力作用线的距离
阻力臂：从支点到阻力作用线的距离
3.杠杆的平衡条件
动力×动力臂＝阻力×阻力臂
F1l1=F2l2
杠杆的 分类 力臂关系 力的关系 特点 实例
等臂杠杆 l动 = l阻 F动 = F阻 不费力也不省距离 天平等
省力杠杆 l动 > l阻 F动 < F阻 省力费距离 开瓶器、指甲剪、羊角锤等
费力杠杆 l动 < l阻 F动 > F阻 费力省距离 镊子、筷子等
例1 如图所示，正常使用时属于费力杠杆的是（ ）。
C
练习
例2 小强在探究“杠杆的平衡条件”时：
（1）为了便于测量力臂，他先调节杠杆两端的螺母，使杠杆在______位置平衡；
（2）下表是小强的实验记录，在这两组数据中，他发现实验序号为____的一组数据是错误的。经检查，结果是测量阻力臂时读错了，阻力臂的实际值应为____m；通过探究，小强得到杠杆的平衡条件是___________。
实验序号 动力F1/N 动力臂l1/m 阻力F2/N 阻力臂l2/m
1 2 0.3 1 0.4
2 1 0.4 2 0.2
水平
1
0.6
F1l1=F2l2
例3 如图所示，不计重力的杠杆 OB 可绕 O 点转动，重为 6 N 的物体 P 悬挂在杠杆的中点 A 处，拉力 F1 与杠杆成 30° 角，杠杆在水平位置保持平衡。此状态下拉力 F1 = _____N。试作出 F1 的力臂 l1。
l1
6
二、滑轮
1. 定滑轮
（1）定义：轴固定不动的滑轮。
（2）实质：等臂杠杆。
（3）特点：可以改变力的方向，但不省力也不费距离。
（4）F与G物的关系：F=G物（忽略绳重和摩擦）。
（5）s与h距离关系：s=h。
2.动滑轮
（1）定义：滑轮跟物体一起运动的滑轮。
（2）实质：动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆。
（3）特点：可以改变力的大小，但不改变力的方向也费距离。
2.动滑轮
（4）F与G的关系：
（5）s与h距离关系：s=2h
①忽略绳重和摩擦：
②忽略绳重、动滑轮重和摩擦：
3.滑轮组
（1）定义：由定滑轮和动滑轮组合在一起。
（2）特点：既可以改变力的大小，也可以改变力的方向。
（3）F与G的关系：
①忽略绳重和摩擦：
②忽略绳重、动滑轮重和摩擦：
（4）s与h距离关系：s=nh
3.滑轮组
（5）承担总重的绳子段数n的判断：
①盖住定滑轮或在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将动滑轮和定滑轮分开，则滑轮组中承重绳子的股数，就是跟动滑轮直接接触的绳子段数。
②绳子的绕法(奇动偶定法)。
1 2 3
n = 3
练习
例4 如图所示，图中是一个______滑轮，如果物体在水平面上做匀速直线运动，拉力 F 为 10 N，不计绳重、滑轮重及摩擦，物体受到的摩擦力大小为______，若 F 拉滑轮运动的速度是 1 m/s，则物体 A 移动的速度是_______。
动
5N
绳子一端移动速度等于物体移动速度的2倍
2m/s
例5 如图所示，滑轮下挂重 500 N 的物体 G，滑轮重 40 N，绳和杠杆都是轻质的。不计绳重和摩擦，要在图示位置使杠杆平衡，在杠杆的 A 点所加的竖直向上的力 F 应是（杠杆上标度的间距相等）（ ）
A. 270 N B. 360 N
C. 540 N D. 720 N
G总·4l=F·3l
B
1.轮轴
（1）定义：由两个半径不等的大轮和小轮固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。
（2）原理：动力作用在轮上，轮轴是一个省力杠杆，费距离。轮轴实质可看作是一个可以连续转动的杠杆。
FR = Gr
（3）主要功能：
①改变用力大小；②改变物体的运动速度
三、轮轴和斜面
是与水平面成一定夹角的的倾斜平面。
2.斜面：
（2）原理：根据功的原理，如果不计物体与斜面之间的摩擦：FL = Gh。即，利用斜面可省力，但要费距离。
（3）特点：斜面与平面的倾角越小，斜面越长，越省力，但费距离，机械效率低。斜面与平面的倾角越大，斜面较短，越费力，但省距离，机械效率高。
3.螺旋：特殊的斜面
例6 [江西中考]如图所示，物重为 G 的物体在不同简单机械中均处于平衡状态（不计机械自重和摩擦），拉力F1、F2、F3、F4的大小关系是__________________。
L1 = L2
F1 L1 = GL2
F1 = G
n = 3
F3 = 2G
L = 2h
FL = Gh
F2 < F4 < F1 < F3
练习
四、机械效率
在用动滑轮提升重物时，动滑轮对物体所做的功是有用的，是必须做的，这部分功叫作________
___________。
（W有用）
有用功
提升重物时，不可避免地要对动滑轮本身做功和克服摩擦力做功，这部分功叫作________________。
额外功（W额外）
________与______的总和叫作________________。
总功（W总）
W总=W有用+ W额外
有用功
额外功
1. 定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率，用符号η表示。
2. 计算公式：
3. 特点：
使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1，机械效率通常用百分数表示。
4. 提高机械效率的方法：
减轻机械自重;
减小机械间的摩擦(加润滑油);
允许情况下增加物重。
5. 影响滑轮组机械效率的因素：
1.滑轮组轮与轴及轮与绳之间的摩擦
（减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率）
2.所提升的物重
3.动滑轮的自重
例7 在物理拓展课上，李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料。若他用 250 N 的拉力在 20 s 内将 450 N 的材料提升了 10 m，不计绳重和摩擦，g 取 10 N/kg。求：
（1）拉力的功率是多少？
（2）提升 450 N 材料时，此滑轮组的机械
效率是多少？
（3）若绳子能承受的最大拉力为 400 N 时，
此滑轮组的机械效率最大可提高到多少？
练习
解：（1）承担物重的绳子段数 n = 3，则绳子自由端移动的距离 s = nh = 3×10 m = 30 m，拉力做的功 W总= Fs = 250 N×30 m =7 500 J，则拉力做功的功率为
（2）有用功 W有用= Gh = 450 N×10 m =4 500 J，机械效率
（3）由 可得，动滑轮的重力
G动 = nF - G = 3×250 N – 450 N = 300 N。
绳子能承受的最大拉力为 400 N，则最大物重 G' = nF' – G动 = 3×400 N – 300 N = 900 N， 此时滑轮组的机械效率最大，最大机械效率
复习与提高
1. 如图所示，夹核桃时，用力向下压夹子上部的手柄即可夹碎核桃。把上部手柄视为杠杆，用力时支点在哪里？阻力的作用点、动力的作用点在哪里？
把上部手柄视为杠杆，夹核桃时，上部手柄绕着 A 点转动，即支点在 A 点；核桃阻碍了上部手柄的转动，即阻力的作用点在 B 点；用力向下压夹子上部的手柄，使其转动，即动力的作用点在 C 点。
2. 在“探究杠杆的平衡条件”的实验中，把钩码挂在水平静止的杠杆两侧后，杠杆向右侧倾斜。为了使杠杆在水平位置平衡，如果保持左侧钩码不动，应该怎样调节右侧钩码的位置？如果保持右侧钩码不动，应该怎样调节左侧钩码的位置？
为了使杠杆在水平位置平衡，如果保持左侧钩码不动，可将右侧钩码向左移动；如果保持右侧钩码不动，可将左侧钩码向左移动。
3. 脚踏式垃圾箱的结构可简化为下图。在 A 处向下踩动脚踏板，连杆 CD 便向上顶起箱盖。在上述过程中，你发现了哪几个杠杆？他们是省力杠杆，还是费力杠杆？
由图可知，脚踏式垃圾箱的结构中存在两个杠杆，分别是 ABC 与 ED。
对于杠杆 ABC，支点是 B，动力作用在 A 点，阻力作用在 C 点，在 A 处向下踩动脚踏板时，动力臂大于阻力臂，故该杠杆属于省力杠杆。
对于杠杆 DE，E 点是支点，动力作用在 D 点，阻力作用点大约在箱盖的中心，连杆 CD 向上顶起箱盖时，动力臂小于阻力臂，故该杠杆属于费力杠杆。
4. 如图是人们仿照《天工开物》中的桔槔利用杠杆原理从水井中提水的情景。假设不悬挂重物时木杆恰好能保持平衡。为了省力，在木杆左端悬吊水桶，木杆右端固定一个石块。已知支点到水桶所受的重力作用线的距离是支点到石块所受重力作用线距离的 3 倍。用该装置提水时，水桶所受的重力为 20 N，每次提水时连水带桶所受的重力为 80 N。请你设计石块所
受的重力的大小，使提水时用力最小，
说出你的设计思路和数据。
解：已知支点到水桶所受的重力作用线的距离是支点到石块所受重力作用线距离的 3 倍，即l1 = 3l2 。
如果提水时用力为 0，根据杠杆平衡条件有 G水l1 = G石l2，则
5. 如图所示，戥子是一种微型杠杆，过去的中药房里都用戥子称量中药。为使问题简化，以下不考虑秤杆的重力。已知秤砣的质量为 m0，零刻度线在提纽右侧、离提纽悬挂点的距离为 l0，秤盘离提纽的距离为 l1。当秤盘中放入一定质量的中药后，移动秤砣至杆秤水平平衡时，秤砣悬挂点到提纽的距离是 l2，中药的质量是多少？
l0
l1
l2
解：设秤盘的质量为 m盘，当秤盘中没有放中药时，根据杠杆的平衡条件有 m盘gl1 =m0gl0；当秤盘中放入中药后，根据杠杆的平衡条件有（m盘g+m药g）l1= m0gl2，则有 m0gl0 + m药gl1 = m0gl2，解得
l0
l1
l2
6. 某同学利用滑轮组提升一个重物，设计了两种方案，如图所示。请在图中分别画出绳子的绕法，要求用上所有的滑轮。这两种方法各有什么特点？
如图所示，提升相同重物时，左边滑轮组的动滑轮上承担物重的绳子共有3段，而右边滑轮组的动滑轮上承担物重的绳子共有4段，故右边的滑轮组更省力；左边的滑轮组可以改变力的方向，右边的滑轮组不能。
7. 工人师傅用如图所示的装置把质量为 48 kg 的货物从地面匀速提升至 3 楼，所用的拉力为 300 N。图示装置的机械效率是多少？g 取 10 N/kg。
解：由图可知，连在动滑轮上的绳子段数 n = 2，每层楼高取 3 m，
则货物被提升的高度 h = 2×3 m = 6 m，
提升货物做的有用功
W有用 = Gh = mgh = 48 kg×10 N/kg×6 m = 2880 J，拉力做的总功
W总 = Fs = Fnh = 300 N×2×6 m = 3 600 J，
则图示装置的机械效率
8. 小明的妈妈蒸馒头需要 1 kg 面粉。在没有秤的情况下，他利用一根轻杆、一瓶 550 mL 的矿泉水和几根细线等物品帮妈妈大致称出了 1 kg 面粉。如果换作是你，你会怎样做？
一瓶 550 ml 的矿泉水中水的体积 V水= 550 mL = 550 cm3 ，若不计矿泉水瓶的质量，则该瓶矿泉水的质量
m水 = ρ水V水 = 1.0 g/cm3 ×550 cm3 = 550 g = 0.55 kg。
将轻杆用细线在中点悬挂，调节细线的位置使轻杆在水平位置平衡，此时固定细线。在轻杆的左侧距离细线 10 cm 处挂上一瓶 550 mL 的矿泉水，在轻杆的右侧挂上塑料袋以便于装面粉。根据杠杆的平衡条件知，m水gl = m面gl'，则有 m水l = m面l'，即 0.55 kg×10 cm = 1 kg×l'，l'= 5.5 cm。调节塑料袋到支点的距离为 5.5 cm 后，向塑料袋中加入面粉直到轻杆在水平位置
平衡，面粉的质量大约为 1 kg。
9. 在天宫课堂中，我国航天员王亚平讲了在太空中测量航天员质量的方法。其中用到了一个“弹簧凸轮机构”，它可以产生恒力来牵引航天员运动，以便计算航天员的质量。有同学根据杠杆原理设计了一个装置：把一个半径为 OC 的圆轮和一个凸轮固定在一起组成一个杠杆，支点为 O。如图甲所示，圆轮边缘的绳索与被牵引的航天员相连，拉力是 F1，力臂为 OC；凸轮上的绳索一端连接着被拉长的弹簧，拉力为 F2，力臂为 OA，另一端连接图中的 B 点。
当弹簧收缩使杠杆沿顺时针方向转过一定角度达到图乙所示的位置时，弹簧缩短，拉力减小为F2'。凸轮使其力臂变成了 OD，OD 比 OA 长，而 F1 的力臂仍然等于圆轮半径。如果 OA 为
12 cm、 F2 为 30 N、 F2' 为 20 N，图中 OD 的长度应为多少？
解：弹簧收缩前，根据杠杆的平衡条件有
F1·OC = F2·OA
弹簧收缩后，根据杠杆的平衡条件有
F1·OC = F2'·OD
则有F2·OA = F2'·OD，故 OD 的长度