浙教版初中科学中考一轮复习 第20讲 简单机械（课件 38张PPT）

(共38张PPT)
浙教版初中科学七年级（下）册
第二十讲 简单机械

思维导图
简单机械
五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂
机械效率
公式：η=
W总
W有
x100%
影响因素
物体自重
机械自重
机械运转时的摩擦
杠杆
滑轮
平衡条件：F1L1=F2L2
分类：省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆
定滑轮：不能省力能改变力的方向
实质：等臂杠杆
动滑轮：能省力不能改变力的方向
实质：动力臂是阻力臂的两倍
滑轮组：省力情况的判断方法
斜面
影响因素
粗糙程度
倾斜角度

简单机械
为什么要使用机械？
使用机械可以使我们做功更加容易，极大地减轻人们的劳动强度，提高工作效率。
实际上，任何复杂的机械都是由一些简单机械组合而成的。

杠杆
杠杆的定义：
在力的作用下能够绕固定点转动的硬棒。
杠杆是生产和生活中普遍使用的一种简单机械。
杠杆形状各异，可以是直的，也可以是弯的。
③ 工作过程中不变形，都是硬的。
① 工作过程中都在转动，转动过程中有一点是不动的。
② 工作过程中要受到两个力的作用。（一个能使它转动，另一个阻碍它转动）
支 点(O)：
动 力(F1)：
阻 力(F2)：
杠杆绕着转动的点
促使杠杆转动的力
阻碍杠杆转动的力
动力臂(L1)：
阻力臂(L2)：
力的作用线：
从支点到动力作用线的垂直距离
从支点到阻力作用线的垂直距离
通过力的作用点，沿力的方向所画的直线
F1
F1
F2
F2
L1
L2
L1
L2

杠杆
杠杆的五要素：

杠杆
力臂是支点到力的作用线的垂直距离。
寻找力臂的方法：
（1）辨认杠杆；
（2）先找支点O；
（3）画出动力和阻力；
（4）画出力的作用线；
（5）过支点0作力的作用线的垂线段L，即为力臂。
F1
F2
L1
L2
O
O
F1
F2
L1
L2

杠杆
（1）无论是动力还是阻力都是作用在杠杆上的力，受力物体都是杠杆。
（2）动力和阻力可以在支点的两侧，也可以是在支点的同侧。
（3）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，故力臂不一
定在杠杆上，且力臂的长度与杠杆的长度无关。
（4）若一个作用在杠杆上的力的作用线恰好过支点，则该力的力臂为零，该力对杠杆
不起作用。
注意事项
同侧反向力
同侧反向力
异侧反向力
异侧反向力
（1）先画出杠杆，用线条表示，形状跟实物相同。
（2）画出动力和阻力的作用线，（用虚线延长）
（3）画出两个力臂，“点”（支点）到“直线”（力的作用线）的垂直距离。
B
A
C
O
B
A
C
F1
F2
B
D
E
B
D
E
O
F1
F2
L1
L1
L2

杠杆
画杠杆示意图

杠杆
人体上的杠杆
杠杆平衡的条件
平衡状态：静止或匀速直线运动。（为研究方便通常选用静止状态）
杠杆在动力和阻力作用下，保持静止状态或匀速转动状态，我们就说杠杆处于平衡。
杠杆的平衡与哪些因素有关？

杠杆
提出问题：
杠杆平衡时，动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系？
猜想与假设：
假设一：F1 / F2 = L1 / L2
假设二：F1 · L1 = F2 · L2
假设三：F1 + L1 = F2 + L2
假设四：F1 – L1 = F2 – L2
制定计划，进行实验：
F1
F2
O
L2
L1
（1）我们取杠杆的哪一种平衡状态？
（2）用什么作动力和阻力？如何测动力臂和阻力臂？
如图所示，用一根带有刻度的均质木尺作为杠杆，用钩码的拉力来代替人的作用力，进行实验研究。
1.把杠杆的中央支在支架上，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置处于平衡状态。
F1
F2
L2
L1
倾斜状态时力臂比杠杆上的刻度小
要求杠杆静止时在水平位置，可以直接在杠杆上读出力臂的数值。
2.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。这时杠杆两端受到的作用力分别等于各自钩码的重力。（左边记作动力F1，右边记作阻力F2）。将动力和阻力填入表内。
3.读出动力臂l1、阻力臂l2，并填入表内。
4.改变力和力臂的数值，重复上述实验，共做4次。把有关数据填入表内。
实验次数 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1
2
F1 L1
F2 L2
分析证据，得出结论：
动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂。
F1 × L1 = F2 × L2
杠杆平衡的条件：
动力×动力臂
=
阻力×阻力臂
F1 × L1 =
F2 × L2
问题探究
如图，杠杆已平衡
1.若两端去掉相同质量的钩码，杠杆平衡吗？
2.将两端钩码向支点移同样的距离，杠杆平衡吗？
如果将弹簧秤向上斜拉，读数发生怎样变化？为什么？
F＇
L＇
F
L
因为力臂变小；读数变大。
弹簧秤向哪个方向更省力
F1
F2
F3
L3
L1
L2
阻力和阻力臂不变，L1最长，F1最小。

杠杆
杠杆的类型
F1
F2
L1
L2
O
O
F1
L1
L2
F2
L1
L2
=
L1
L2
＜
O
F1
F2
O
F1
F2
L1
L2
＜
L1
L2
L1
L2
L1
L2
＞
上述四例已经判断出动力臂与阻力臂的大小关系，根据杠杆平衡条件，可以推理出动力与阻力的大小关系。

杠杆
杠杆类型 杠杆特点 杠杆优点 杠杆缺点 应 用
省力杠杆
费力杠杆
等臂杠杆
L1>L2
F1(动力<阻力)
L1F1>F2
(动力>阻力)
L1=L2
F1=F2
(动力=阻力)
省力
费距离
省距离
费力
既不省力也不省距离

杠杆

杠杆
费力杠杆
省力杠杆
费力杠杆
省力杠杆
省力杠杆
省力杠杆
费力杠杆
省力杠杆
根据 F1 × L1 = F2 × L2 可以计算其中之一
【例题】如图是铁道检修工用的道钉撬，有关尺寸见图。若在A点竖直向下作用200 牛的力，道钉撬对道钉会产生多大的力？如果还不能将道钉撬出，在保持手的作用力大小和作用点不变的情况下，采用什么方法可增大道钉撬对道钉的作用力？
解：据杠杆平衡条件 F1l1 = F2l2，
可得：F2 = F1l1/l2
= 200牛×120 厘米/6 厘米
= 4000 牛
答：道钉撬对道钉能产生4000 牛的力。将F1 的方向与撬棒垂直，可增大撬棒对道钉的作用力。

杠杆
杠杆平衡条件的应用
F1
G2
F2
G1
O
G
F
杠杆的形状多种多样，可以是直的，也可以是弯的，甚至可以是圆形的。
滑轮：周边有槽，可以绕着中心轴转动的轮子。

滑轮
杠杆的定义：在力的作用下能够绕固定点转动的硬棒。
F1
①滑轮轴的位置不动。
②不省力也不费力。F = G
③可以改变力的作用方向。
④不能省距离。S = h

滑轮
滑轮的类型：定滑轮
F
G
定滑轮的实质：
F
F
0
.
l1
l2
A：支点在轴心O处。
B：动力臂l1等于阻力臂l2
定滑轮实际上就是等臂杠杆。
定滑轮的优点：
可以改变施力的方向，
给人们工作提供方便。
生活中实例：升旗、帆船的帆、幕布

滑轮
O
G
F
滑轮轴的位置移动。

滑轮
动滑轮：
先用弹簧测力计测出钩码和滑轮的总重G2。如图丁所示，通过动滑轮用弹簧测力计匀速向上拉动钩码，记录弹簧测力计的读数F2，并与钩码和滑轮的总重相比较。
a：省力一半。
F=
b：不能改变力的作用方向。
c：费一倍的距离。
S = 2h
G
1
2
h
S
动滑轮的特点：

滑轮
动滑轮的实质：
A：支点在边缘O处。
B：动力臂l1为阻力臂l2的2倍。
动滑轮实际上就是动力臂是阻力臂2倍的杠杆。
动滑轮的优点：
可以省一半的力，但不能改变力的方向。
F
G
l1
l2
O
.

滑轮
定滑轮和动滑轮组合在一起，既省力，又改变力的方向。
1．用弹簧测力计测出钩码和动滑轮的总重G。
2．按如图甲所示方式匀速拉动绳子，记录此
时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧
测力计的读数F1。
3．按如图乙所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数和弹簧测力计的读数F2。

滑轮
滑轮组：
拉力F的大小与吊起动滑轮的绳子股数n有关。
F
F
F
G
G
G
1
2
F =
G
1
3
F =
G
1
2
F =
G
n=2
n=2
n=3
组装：奇动偶定。
使用滑轮组时，重物和动滑轮被几股绳子吊起，所用力就是物重和动滑轮的几分之一。
F =
G物
G动滑轮
n
1
=
n
1
（
）
+
G总
G总
F
G
n = 4
F
G
n = 5
F =
4
1
5
1
F =
G总
【例题】 缠绕滑轮的绳子能承受的最大拉力为300牛，用它连接成如图所示的滑轮组，能否提升600牛的重物？（已知动滑轮重20牛，摩擦及绳的质量不计）
解：
G总
=
G物
G动滑轮
+
=
600牛
+
20牛
=
620牛
因为总重是由2股绳子承担，所以，所用的拉力为：
F =
G总
2
1
=
620牛
2
=
310牛
可见，拉力大于绳子所能承受的最大拉力
答：该滑轮组不能用来提升600 牛的重物。
用如图所示的滑轮组提升重为400牛的重物，动滑轮重60牛，则拉力要多大？（摩擦及绳的重力不计）
F
G
F = 1/2（G物＋G动）
=1/2（400牛＋60牛）= 230牛
要使重物上升2米，绳子自由端需拉过几米？
s = 2h = 2×2米 = 4米
拉力所做的功是多少焦？
W = Fs = 230牛×4米 = 920焦
提升重物所做的功是多少焦？
W物 = G物h = 400牛×2米 = 800焦
提升动滑轮所做的功是多少焦？
W动 = G动h = 60牛×2米 = 120焦
希望做的功
不希望做的功
有用功（W有用）：机械克服有用阻力所做的功。即必须要做的功。
额外功（W额外）：机械克服摩擦等额外阻力所做的功。即不需要但又不得不做的功。
总功（W总）：有用功加额外功是总共做的功。
W总 = W有用 ＋ W额外
克服摩擦所做的功
克服机械本身重力所做的功
总功必定大于有用功。

机械效率
3、在左图中，如果考虑绳子的自重及滑轮轴心处的摩擦，所做的额外功还有哪些？你希望额外功大些还是小些？
1、用水桶从井中提水的时候，所做的功，哪部分是有用功，哪部分是额外功？
2、如果桶掉到井里，从井中捞桶的时候，捞上来的桶有些水，此时所做的功，哪部分是有用功，哪部分是额外功？
4、从能量转化的角度，可以对左图中的各种功进行如下的分析。怎样描述机械工作时能量的利用率？
总功 =
人提供的能量
有用功 = 重物增加的势能
额外功 = 动滑轮增加的势能+ 摩擦产生的内能
有用功跟总功的比值
表达式：
η的特点:
（1）无单位 （2）总小于1 （3）一般用百分比表示
机械效率越大，机械工作时能量的利用率越高。
η
=
W有用
W总
×100%

机械效率
机械效率是表示机械性能的一项重要指标。
一般的滑轮组的机械效率为50%~70%
起重机的机械效率为40%~50%
抽水机的机械效率为60%~80%
【例1】如图所示的滑轮组，用280牛的力提升重为400牛的重物，动滑轮重60牛，要使重物上升2米，求：该滑轮组的机械效率？（摩擦及绳的重力不计）
F
G
总功 即拉力所做的功是：
W总 = Fs = 280牛×4米 = 1120焦
有用功 即提升重物所做的功是：
W有 = G物h = 400牛×2米 = 800焦
？
η
=
W有用
W总
×100%
=
800焦
1120焦
×100%
≈
71.4%
如果考虑摩擦效率更低。
拉力移动距离为 s = 2h = 4米
提高机械效率的方法：
（1）减小摩擦，经常润滑，定时保养。（2）减小机械本身的重力。
1．如图所示，将1块长木板的一端垫高，构成一个斜面，用刻度尺测出斜面的长S 和斜面的高度h。
2.用弹簧测力计测出小车的重力G。
3.用弹簧测力计沿着斜面把小车从斜面底端匀速拉到顶端，读出弹簧测力计的读数F。
4.改变斜面的倾斜程度，重复上述步骤2 次。
5.将测量结果记录在下面的表格中。

斜面
斜面
——一种可以省力的简单机械。
对光滑程度相同的斜面，斜面的倾斜程度越大，
斜面的机械效率越高。
当斜面的倾斜程度一定，机械效率与何因素有关？
与斜面的光滑程度有关。
h
F
A
C
B
L
G
FL
W动力 =
W克服重力=
Gh
如果斜面光滑
FL
=
Gh
F
=
h
G
L
η
=
100%
如果斜面粗糙
即斜面存在摩擦力。
FL
W动力 =
W克服重力=
Gh
W克服摩擦=
f L
FL
=
Gh
f L
+
F
=
h
G
L
f
+
斜面越粗糙，摩擦力越大，克服摩擦做功越大，机械效率越小。
h
F
A
C
B
L
G
f
感谢聆听！