(共16张PPT)
素养分层评价
课标知识导学
项目式学习单
第十二章 简单机械
第2节 跨学科实践：制作简易杆秤
一、课标要求
了解杆秤的工作原理,掌握杆秤的使用;通过自制杆秤,培养观察能力、动手能力和创新能力,会运用物理知识解决生活问题,提高实践能力。
二、学以致用
杆秤是我国民间的一种传统称量工具。如图所示,使用时将待测物体挂在秤钩A上,用手拎住提纽B或C(相当于支点),秤砣D在秤杆E上移动,当秤杆水平平衡时就可以在秤杆上读数。
(1)从物理知识的角度来看,杆秤是一种测量 的工具。
(2)根据杠杆的平衡条件分析,使用杆秤称量过程中,当从提纽B换到提纽C时,杆秤的最大称量值将 (填“变大”“变小”或“不变”)。
项目主题:经历自制杆秤的探究过程,基本掌握 的平衡条件。
材料选择:砂纸、一次性筷子、铁皮、细绳、螺母(5 g)、砝码(20 g)、刻度尺、记号笔等。
备注:其他类似材料也可以。
项目实施:
1.制作秤盘:将铁皮剪成圆形,并在边缘打三个小孔,用细绳穿过小孔并
绑好。(注意避免受伤)
2.制作秤杆:选取一根一次性筷子,用砂纸打磨光滑;在筷子的一端钻上一个洞A,在距离洞A稍近处再钻上一个洞B。在洞A处挂上秤盘,在洞B处系一根细绳作为提纽。(正确的提纽位置应是手提住提纽时,秤盘的一边沉下去,秤杆的另一边翘起。若始终是秤盘一边翘起,则要在秤盘底部加上重物,使其沉下去)
3.制作秤砣:用细绳系一个5 g的螺母,作为秤砣。
4.找出零刻度线:在秤盘上不放物体,手提住提纽,移动秤砣,使秤杆水平平衡;用记号笔标记此时秤砣细绳的位置,记为零刻度线O。
5.刻度标定:在秤盘中放上20 g的砝码,调节秤砣的位置使秤杆水平平衡;用记号笔标记此时秤砣细绳在秤杆上的位置,记为20 g。在零刻度线O到20 g位置之间均匀地画上19条刻度线,每一格就表示1 g。
6.校准杆秤:杆秤刻度标定后,应用标准秤进行校准,以确保准确性。
展示交流:
1.在立夏时节,有的地方会用杆秤给孩子称体重,希冀孩子健康成长,俗称“立夏称人”。如图所示,小孩和篮子的总质量为12 kg,调节秤砣的位置,使秤杆处于水平平衡状态(忽略绳重和杆重),此时lOA=9 cm,lOB=36 cm。下列说法不正确的是( )。
A.该杆秤的悬挂点O是称量时的支点
B.该秤砣的质量为4 kg
C.要使该杆秤的称量范围变大,应该换用质量更大的秤砣
D.若称质量更大的孩子,则当秤杆水平平衡后,秤砣的悬挂点在B点右侧
B
2.杆秤是我国传统的称量工具。如图所示,手提在提纽A上,杆秤在水平位置平衡;若用该杆秤称量质量更大的物体,则下列操作可以使杆秤仍在水平位置平衡的是( )。
A.手提提纽A,秤砣往右移
B.手提提纽A,秤砣不移动
C.手提提纽B,秤砣往左移
D.手提提纽B,秤砣不移动
A
3.春节期间,小明和父母回到老家探亲。在农村的集市上,一把杆秤引起了小明的兴趣,于是他制作了一把简易杆秤,并进行了以下探究。
(1)小明认为杆秤相当于 (填简单机械名称)。人们用杆秤来测量物体的 。
杠杆
质量
(2)小明制作的简易杆秤的示意图如图所示,其中 (填“A” “B”或“O”)点相当于支点。设AO的长度为l1,BO的长度为l2,挂在秤钩下的物体质量为m1,秤砣的质量为m2。根据杠杆的平衡条件,应满足关系式:
(用g及以上物理量表示)。
(3)为确保对买卖双方公平,读数前秤杆应在 方向保持静止。
m1gl1=m2gl2
水平
O
4.某同学制作的杆秤的示意图如下。此杆秤最大可称量10 kg的物体,秤砣最远可移至位置E。秤杆和秤钩的质量忽略不计,AB、BC、BE的长度已标注,g取10 N/kg。
(1)求秤砣的质量。
解:(1)由杠杆的平衡条件可得F max·lAB=G砣·lBE,则
10 kg×10 N/kg×0.02 m=G砣×0.5 m,解得G砣=4 N,则m砣=0.4 kg。
(2)求提起位置C处的提纽称一袋质量为2 kg的荔枝时,秤砣的位置D与位置C处提纽之间的距离。
(2)m荔=2 kg,则G荔=m荔g=2 kg×10 N/kg=20 N,由杠杆的平衡条件得20 N×0.05 m=4 N×lCD,解得lCD=0.25 m。
5.某跨学科实践小组的同学们设计了测量气球在空气中所受浮力的实验。
(1)实验步骤
①如图甲所示,用细线穿过自制标尺的O点并悬挂,使标尺处于水平平衡状态,其中标尺的分度值为1 mm(图中毫米刻度线没有画出)。
甲 乙
②将充足气的篮球和套有气针的干瘪气 球固定悬挂在标尺左端距O点为l０的位置;在标尺右端对称位置悬挂小桶,往桶内装入适量细沙,使标尺处于水平平衡状态。若测得小桶和细沙的总重力为G,则篮球和气球
(含气针)的总重力为 (用物理量符号表示)。
③把气针插入篮球的气门内,气球随即膨胀,如图乙所示,标尺的 (填“左”或“右”)端向下发生倾斜,原因是
.
。
G
右
甲 乙
左端的气球受到了向上的浮力,导致杠杆左端受到的动力变小,动力与动力臂的乘积变小,小于右端阻力与阻力臂的乘积
④测量膨胀气球受到的浮力大小。
一:在不改变小桶悬挂位置的情况下, (填“向小桶内添加”或“从小桶内取出”)重力为G0的细沙,使标尺重新处于水平平衡状态,则膨胀气球受到的浮力大小为 (用物理量符号表示)。
二:保持小桶和细沙总重力为G,移动小桶悬挂的位置,使标尺重新处于水平平衡状态,此时小桶悬挂位置与O点的距离为l,则膨胀气球受到的浮力大小为 (用物理量符号表示)。
从小桶内取出
G0
G-
(2)实验评估
若用钩码替换图甲中的小桶和桶内细沙,为了较精准测量膨胀气球受到的浮力大小,则采用步骤④中的 更合理,理由是
。
二
由于钩码是整数的增加或减小,所以采用一无法恰好使杠杆在水平位置平衡。此时需要采用二,通过移动钩码的位置,使杠杆在水平位置平衡,通过杠杆平衡计算浮力(共13张PPT)
章末总结(十二)
知识整合
知识训练
第十二章 简单机械
简单机械
简单机械
简单机械
知识点1 杠杆的平衡条件
1.(古代科技)我国古代科技著作《天工开物》中记载的“六桨课船”如图所示。下列工具在正常使用时与船桨在使用时运用的杠杆类型不同的是( )。
A.食品夹
B.镊子
C.核桃钳
D.筷子
C
2.我国传统农耕中的谷物加工过程——“舂稻谷”的示意图如图所示。若要更省力,则下列做法可行的是( )。
A.支点不动,脚在杆上的位置前移
B.将支点靠近人,脚在杆上的位置不动
C.将支点靠近人,同时脚在杆上的位置前移
D.将支点远离人,同时脚在杆上的位置后移
D
3.如图所示,杠杆OBA可绕O点在竖直平面内转动,lOB=2lBA,在B点悬挂一个重10 N的重物,在A点施加竖直向上的动力F1使杠杆OBA在水平位置平衡,杠杆重力及摩擦均忽略不计。下列说法正确的是( )。
A.该杠杆是费力杠杆
B.作用在A点的力F1的大小为5 N
C.若重物的悬挂点B向O点移动,则要使杠杆水平平衡,力F1应变小
D.若将作用于A 点的力F1变为力F2,则要使杠杆水平平衡,F2应小于F1
C
知识点2 滑轮及滑轮组
4.如图所示,使用定滑轮匀速提升重力为G的物体,分别用F1、F2、F3三个不同方向的力,不计绳重和摩擦。关于力的大小关系,下列判断正确的是( )。
A.F1>F2>F3>G
B.F3>F2>F1>G
C.F1=F2=F3=G
D.F1=F2=F3>G
C
5.用如图甲所示的滑轮组提升重200 N的物体,已知拉力F为80 N,不计绳重和摩擦,物体和绳子自由端的运动情况如图乙所示。反映绳子自由端运动情况的是图线 (填“A”或“B”),动滑轮重为 N,3 s内拉力做功的功率为 W。
A
40
120
6.如图甲所示,方向盘相当于一个 ,若F1=20 N,轮盘的半径为20 cm,轴的半径为2 cm,不计摩擦阻力,则该方向盘平衡时F2= N。如图乙所示,门锁的把手相当于一个 (填“省力”或“费力”)机械。
200
轮轴
省力
知识点3 机械效率
7.如图所示,两个滑轮采用不同的绕绳方式,将同一个重物匀速提升相同的高度(忽略绳重和摩擦)。下列说法正确的是( )。
A.F1>F2,F1移动距离多
B.F1C.F1所做的额外功多
D.两装置的机械效率相同
D
8. 利用如图所示的滑轮组使重180 N的物体匀速直线运动了2 m,所用的拉力F=40 N,物体受到地面的滑动摩擦力为60 N。此过程中,绳子自由端移动了 m,有用功是 J,滑轮组的机械效率为 。
4
120
75%
9.如图甲所示,木箱重400 N,工人用沿斜面向上的拉力F将木箱匀速拉到高处。已知整个过程中工人做的有用功W有用与木箱运动距离s的关系如图乙所示,整个过程的额外功是440 J,则拉力F= N,斜面的机械效率η= ,木箱所受的摩擦力Ff= N。
125
56%
55(共11张PPT)
第十二章 简单机械
微专题8 探究杠杆的平衡条件
1.某同学做探究杠杆的平衡条件实验,所用的器材有支架、刻度均匀的杠杆(每小格为5 cm)、细线、重0.5 N的钩码若干个。
(1)如图甲所示,实验前,将杠杆中点置于支架上,当杠杆静止时,发现杠杆左端下沉。此时,应把杠杆两端的螺母适当向 (填“左”或“右”)调节,使杠杆在不挂钩码时,保持 并静止,达到平衡状态。这样做的目的是便于在杠杆上直接读出 。
右
水平
力臂
(2)如图乙所示,实验时,在杠杆A点挂4个钩码,要使杠杆在水平位置平衡,应在B点挂 个钩码。
6
(3)实验结束后,该同学提出了新的探究问题:“若支点不在杠杆的中点,杠杆的平衡条件是否仍然成立 ”于是他利用如图丙所示的装置进行探究,发现在杠杆左端的不同位置用弹簧测力计竖直向上拉,使杠杆处于水平平衡状态时,测出的拉力大小都与杠杆平衡条件不相符。其原因是 。
杠杆自身重力对实验有影响
(4)如图丁所示,在弹簧测力计在C点由竖直位置逐渐向右倾斜过程中,要使杠杆仍在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数将变 。
大
2.如图甲所示,小明观察到电工师傅在攀爬电线杆检修电路时,脚上套有如图乙所示的“神奇装备”——脚扣,当脚踩上去时它竟能被电线杆紧紧“锁住”而不下滑。为了探究其中的奥秘,他设计了如图丙所示的实验装置,其中塑料套筒上固定有横杆,套筒可以沿竖杆上下自由滑动,那么影响套筒被锁住的因素有哪些呢 小明作出如下猜想:
猜想一:可能与套筒上所挂的物重有关;
猜想二:可能与所挂物体距竖杆的距离有关。
(1)实验时,先在横杆上挂相同个数的钩码,改变悬挂位置,观察现象并记录,这是为了验证猜想 是否正确。
(2)改变钩码个数,移动悬挂位置,分别记录三次套筒被锁住时钩码距竖杆的最小距离,实验现象及数据如表所示。
实验序号 1 2 3 4 5 6 7
钩码个数 4 4 4 4 3 2 1
钩码距竖杆的距离/cm 5 8 13 15 9 6 5
实验现象 快速滑落 慢慢滑落 刚好滑落 紧紧锁住 刚好锁住 刚好锁住 刚好锁住
二
(3)由前四次实验数据可知:当横杆上挂相同重物时,重物距竖杆越 越容易被锁住;分析第5、6、7次实验数据发现:横杆上所挂的物重越小,被锁住的最小距离越 ,验证了猜想 是正确的。
(4)小明结合所学知识对其中的原理进行了如下分析:套筒及横杆相当于一个杠杆,如图丁所示,当套筒被锁住时,A为支点,l1、l2为动力臂和阻力臂,根据 条件可知,当F1和l2一定时,l1越大,套筒B点受到竖杆的支持力F2就越大,套筒对竖杆的压力也越大,从而使竖杆给套筒的 越大,这个力的方向是 ,最终可阻碍套筒下滑,将它锁住。
远
小
一
杠杆的平衡
摩擦力
竖直向上
3.跨学科实践小组的同学们思考用杠杆的平衡条件测量未知液体的密度(实验使用的杠杆的自重忽略不计)。
(1)将一个质量不计的矿泉水瓶装满水挂在杠杆的A点,将质量为m的物体悬挂在O点另一边,调节物体的位置,直至杠杆在水平位置平衡,标记此时物体悬挂点的位置,记为B点,如图甲所示,用刻度尺测量BO的长度为l1。
(2)保持物体位置不变,用同一矿泉水瓶装满待测液体,挂在A点,如图乙所示,此时发现右端下沉,接着移动物体直至杠杆在水平位置平衡,标记此时物体悬挂点的位置,记为C点,再 (补充实验步骤)。
(3)实验过程中,调节杠杆在水平位置平衡的目的是 。
测量CO的长度l2
便于测量力臂
(4)待测液体的密度ρ= (用ρ水及测得的物理量符号表示)。
(5)若装待测液体时液体并未装满,则待测液体密度的测量值与真实值相比 (填“偏大”“偏小”或“不影响”)。
偏小
ρ水(共29张PPT)
第十二章 简单机械
第4节 机械效率
关键能力训练
素养分层评价
必备知识导学
学习任务清单
序号 学习任务 核心素养
1 能结合实例分析什么是有用功、总功和额外功 物理观念
2 能说出机械效率的含义,知道机械效率总是小于1。能利用机械效率的公式进行简单的计算(重点) 科学思维
3 通过实验探究,学会测量滑轮组的机械效率(难点) 科学探究
1.在使用机械(动滑轮)的过程中,动力对机械所做的功叫作 功,用 表示;机械(动滑轮)对物体(钩码)的拉力所做的功叫作 功,用 表示;克服机械(动滑轮)本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做的功叫作 功,用 表示。总功等于有用功与额外功 ,即W总=W有用+W额外。
2.物理学中,将 功跟 功的比值叫作机械效率,用 表示。机械效率的表达式为 。
总
W总
有用
W有用
额外
W额外
之和
有用
总
η
η=
3.事实上,使用任何机械都不能省功,有用功总是 总功,所以机械效率总是 1。机械效率通常用百分数表示。
4.利用动滑轮或滑轮组竖直向上提升物体(填物理量符号)。
(1)有用功:W有用= (G表示物体重力,h表示物体上升的高度)。
(2)总功:W总= (F表示拉力,s表示绳端沿拉力方向移动的距离,s=nh,n表示动滑轮承担物重的绳子段数,h表示物体上升的高度)。
(3)机械效率:η====。
小于
小于
Gh
Fs
知识点一 有用功和额外功
例1 如图所示,小明用100 N的拉力将重180 N的物体匀速提升2 m,则小明对物体所做的有用功为 J,总功为 J,额外功为 J。
变式1 王叔叔不小心将桶掉入井中,他用钩子将质量为1 kg的桶从离井口5 m处匀速捞出,称出桶内水的质量为9 kg。这个过程中,他做的有用功是 J,额外功是 J,总功是 J。g取10 N/kg。
360
400
40
50
450
500
知识点二 机械效率
例2 在进行房屋装修过程中,工人需要将装修材料从一楼搬至二楼,他采用如图所示的滑轮进行工作。某次工作时,工人用800 N的拉力在10 s内将重1 500 N的材料匀速竖直提升3 m。不计绳重和摩擦。
(1)求工人做的有用功。
(2)求工人拉力做的功。
解:(1)工人做的有用功W有用=Gh=1 500 N×3 m=4 500 J。
(2)由题图可知n=2,工人拉力做的总功
W总=Fs=Fnh=800 N×2×3 m=4 800 J。
(3)求本次工作中滑轮的机械效率。
(3)本次工作中滑轮的机械效率η===0.937 5=93.75%。
变式2 如图所示,刘叔叔用滑轮组将重400 N的货物在20 s内匀速提升了2 m,刘叔叔对绳子的拉力F为250 N,不计绳重及摩擦。
(1)求刘叔叔做的有用功。
解:(1)刘叔叔做的有用功W有用=Gh=400 N×2 m=800 J。
(2)求滑轮组的机械效率。
(2)由题图可知n=2,拉力做的总功
W总=Fs=Fnh=250 N×2×2 m=1 000 J。
滑轮组的机械效率η===0.8=80%。
(3)求动滑轮受到的重力。
(3)不计绳重及摩擦,根据F=(G+G动)可知,动滑轮受到的重力G动=nF-G=2×250 N-400 N=100 N。
例3 某实验小组对影响滑轮组机械效率的因素作出了如下猜想:
猜想一:滑轮组的机械效率与绕绳方式有关;
猜想二:滑轮组的机械效率与物重有关;
猜想三:滑轮组的机械效率与动滑轮的重力有关。
为了验证上述猜想,该小组的同学进行了实验,实验装置如图所示。
(1)实验时要沿 方向 拉动弹簧测力计。
(2)通过更换滑轮组,改变物重,测得的实验数据如表所示,则表中横线处的数据为 。分析实验数据可知,第3次实验是用图 (填“丙”或“丁”)所示装置做的。
实验序号 物体重G/N 动滑轮重G动/N 物体上升高度h/m 绳端拉力F/N 绳端移动距离s/m 机械效率η
1 4 0.2 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.2 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.2 0.1 3.2 0.3 83%
4 8 0.35 0.1 2.5 0.4 .
竖直
匀速
80%
丙
(3)分析第1、2两次实验数据可知,猜想一是 (填“正确”或“错误”)的。
(4)通过比较 两次实验数据可得出结论:使用相同滑轮组提升物体时,物体越重,滑轮组机械效率越 。
(5)分析表中数据可知,随着物重的增大,额外功 (填“变大”
“变小”或“不变”)。
(6)另一个实验小组也用第1次实验的装置提升重4 N的物体,测量相关数据后算出滑轮组的机械效率为66.7%,与表中的74%有较大差别。造成上述较大差别的原因可能是该小组的同学在实验中 (填字母代号)。
A.提升的高度变大 B.拉着弹簧测力计向上加速运动
C.测拉力时,弹簧测力计使用前未调零,指针指在零刻度线上方
错误
2、3
高
变大
B
知识点一 有用功和额外功
1.分别用杠杆、斜面和滑轮组将同一物体提升相同的高度,则做的有用功( )。
A.一样多
B.斜面的多
C.滑轮组的多
D.杠杆的多
A
2.值日时,小阳将一桶水从一楼提到二楼,在此过程中,下列关于做功的说法正确的是( )。
A.对桶做的功是有用功
B.对水做的功是有用功
C.对水做的功是额外功
D.克服自身重力做的功是总功
B
知识点二 机械效率
3.关于功、功率和机械效率,下列说法正确的是( )。
A.机械做功越多,功率一定越大
B.机械做功越多,机械效率一定越高
C.功率越大,机械效率一定越高
D.有用功在总功中所占的比例越大,机械效率一定越高
D
4.如图所示,甲、乙两人用不同的装置,在相同时间内把质量相等的货物匀速提升到同一平台,不计绳重及摩擦。下列说法正确的是( )。
A.甲做的有用功多
B.乙做的总功多
C.甲做的额外功多
D.乙所用装置的机械效率低
C
5.(古代科技)图甲是《墨经》中记载的古代提升重物的工具——车梯,图乙是其等效图。利用此车梯匀速提升重物,下列说法正确的是( )。
A.使用车梯可以省功
B.绳端移动的距离是物体上升距离的5倍
C.重物受到的重力是绳子拉力的4倍
D.增大物重,车梯的机械效率变高
甲 乙
D
6.如图所示,用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆,使重18 N的物体缓慢升高0.1 m,拉力大小为8 N,拉力移动的距离为0.25 m,则提升该物体做的有用功为 J,拉力做的总功为 J,杠杆的机械效率为 。
1.8
2
90%
7.如图所示,用滑轮组把重80 N的物体匀速提起。若拉力为50 N,匀速将物体提高4 m,则拉力所做的功是 J,滑轮组的机械效率是 。
400
80%
8.如图所示,在测量滑轮组的机械效率实验中,某同学用同一滑轮组进行了三次实验,实验数据记录如表所示。
(1)实验中要竖直向上 拉动弹簧测力计,使物体升高。
(2)若在第1次实验时,忽略绳重和摩擦,则动滑轮受到的重力为 N。
(3)分析实验数据可得出结论:同一滑轮组的机械效率与 有关。
序号 物体重/N 物体上升高度/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计移动距离/cm 机械效率
1 2 10 0.8 30 83.3%
2 4 10 1.5 30 88.9%
3 6 10 2.2 30 90.9%
匀速缓慢
0.4
物体的重力
(4)用滑轮组提升物体时,下列操作也可提高机械效率的是 (填字母)。
A.改变绳子绕法
B.加大物体提升的速度
C.给机械加润滑油
(5)该同学进一步研究时,先测出了动滑轮的重力,再计算出每一次实验中总功与有用功、克服动滑轮重力所做的功的差值ΔW(ΔW=W总-W有用-W动),发现物体的重力越大,ΔW越 。
C
大
9.工人用如图所示的滑轮组将一个重120 N的物体匀速提升3 m,所用的拉力为50 N,不计绳重及摩擦。
(1)求滑轮组的机械效率。
解:(1)由题图可知,作用在动滑轮上的绳子段数n=3。
滑轮组的机械效率η====0.8=80%。
(2)求动滑轮所受的重力。
(3)求用该滑轮组同时匀速提升4个这样的物体的拉力。
(2)动滑轮所受的重力G动=nF-G=3×50 N-120 N=30 N。
(3)用该滑轮组同时匀速提升4个这样的物体的拉力
F'=(4G+G动)=×(480 N+30 N)=170 N。
10.如图所示,重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%,物体与地面间的滑动摩擦力为 N。
180
11.(数形结合)如图甲所示,在探究斜面机械效率的活动中,分别用力将两个完全相同的物体A、B匀速拉到斜面顶端,做功情况如图乙所示,则力对物体A做的有用功为 J,物体A所在斜面的机械效率 (填“大于”“小于”或“等于”)物体B所在斜面的机械效率。若物体B所在斜面长1 m,则物体B受到的摩擦力为 N。
2
小于
0.5
12.(数形结合)如图甲所示,用平行于斜面向上的拉力F,在10 s内将重物从底端匀速拉到顶端。该过程中,重力做功及斜面摩擦力做的功占比如图乙所示。斜面的机械效率为 ,有用功为 J。
72%
360
13.(古代科技)龙骨水车是一种历史悠久的提水设施,相当于现代的抽水机,其构造如图甲所示。《天工开物》中有“数尺之车,一人两手疾转,竟日之功可灌二亩而已”的记载。如图乙所示,将水车一端浸入水中,另一端固定于岸上,使用时摇动长柄摇杆,使轮轴转动,带动嵌满刮水板的链条运动,槽内板叶刮水上行,倾灌于地势较高的田中。
甲 乙
(1)使用时,人对长柄摇杆施加力的作用使轮轴转动,相当于在使用一个
(填“省力”或“费力”)杠杆。木链条运动起来,一定质量的水被水车提升到高处,则这些水的重力势能 (填“变大”或“变小”)。
(2)若工人踩动龙骨水车旋转一周可将0.03 m3的水提升到4 m高的田地中,所用时间为60 s,工人做功的总功率为50 W,则该过程中龙骨水车所做的有用功为 J,工人做的总功为 J,机械效率为 。ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。
(3)请写出一个能提高龙骨水车提水效率的:
。
省力
变大
1 200
3 000
40%
增大槽内板叶刮水的量(合理即可)(共32张PPT)
第十二章 简单机械
第1节 杠杆
关键能力训练
素养分层评价
必备知识导学
学习任务清单
序号 学习任务 核心素养
1 能识别杠杆,并能准确找出支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂 物理观念
2 能准确画出动力臂和阻力臂 科学思维
3 能通过实验探究,得出杠杆的平衡条件,并能利用杠杆的平衡条件进行简单计算(重点) 科学探究
4 能对杠杆进行分类,并能根据实际需要选择合适的杠杆 科学思维
1.一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点 ,这根硬棒就是一个杠杆。
2.杠杆的五要素(如图所示)
(1) :杠杆可以绕其转动的点(O点);
(2)动力:使杠杆 的力(F1);
(3)阻力: 杠杆转动的力(F2);
(4)动力臂:从支点O到动力F1 的距离(l1);
(5)阻力臂:从支点O到阻力F2 的距离(l2)。
转动
支点
转动
阻碍
作用线
作用线
3.画力臂的
(1)确定支点:找出杠杆在转动时 的点;
(2)作力的作用线:沿力的方向延长或反向延长,且延长线用 表示;
(3)作垂线段:从支点向力的作用线作 ;
(4)标注:在垂线段旁边注明力臂的名称。
4.当杠杆在动力和阻力的作用下 时,我们就说杠杆平衡了。
5.杠杆的平衡条件: ,用字母表示: 。
固定不动
虚线
垂线段
静止
动力×动力臂=阻力×阻力臂
F1l1=F2l2
6.杠杆的分类
分类 力臂大小关系 作用力的关系 主要特点 应用
省力杠杆 l1 l2 F1 F2 . 撬棒、铡刀
等臂杠杆 l1=l2 F1=F2 不省力、不省距离 天平
费力杠杆 l1 l2 F1 F2 . 筷子、理发剪刀
>
>
<
<
省力、费距离
费力、省距离
知识点一 杠杆
例1 如图所示,轻质杠杆OA可绕O点转动,请在图中画出杠杆OA的动力臂l。
如图所示
变式1 如图所示,用一根可绕O点转动的直棒提升重物,请画出阻力F2的力臂l2,以及在B点所用最小力F1的示意图。
如图所示
知识点二 杠杆的平衡条件
例2 探究杠杆平衡条件的实验装置如图所示(实验中所用的钩码质量均相同,杠杆刻度均匀)。
(1)如图甲所示,杠杆在此位置静止,此时杠杆处于 (填“平衡”或“非平衡”)状态。
甲 乙 丙
平衡
(2)实验前应向 (填“左”或“右”)适当调节螺母,使杠杆在水平位置平衡,目的是 。
(3)经过多次实验,获得了如表所示的实验数据,可得F1、F2、l1、l2之间的关系是 。
实验序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm
1 0.5 10 1 5
2 2 15 1.5 20
3 1.5 10 3 5
右
便于测量力臂
F1l1=F2l2
(4)如图乙所示,在杠杆左侧A处挂2个钩码,要使杠杆在水平位置平衡,则需在杠杆右侧距O点 格的位置挂3个相同的钩码。
(5)如图丙所示,用弹簧测力计在a位置向下拉杠杆,保持杠杆在水平位置平衡,当弹簧测力计逐渐向右移到b位置时,要使杠杆仍然在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数将逐渐 (填“变大”“变小”或“不变”)。
2
变大
例3 爸爸和小红分别坐在跷跷板上的A、B两点,跷跷板在水平位置保持平衡。将上述场景简成如图所示的杠杆,不考虑杠杆自重的影响,若小红的质量为25 kg,则爸爸的质量为 kg。
75
变式2 某人自制了如图所示的健身器材来锻炼身体。用绳子系在轻杆的O点将轻杆悬挂起来,在轻杆的A端悬挂质量m1=10 kg的重物,人站在B端竖直向下缓慢拉动轻杆至水平位置。已知lAO=1.5 m,lOB=0.5 m,此人的质量m2=56 kg,则人对轻杆的拉力为 N。g取10 N/kg。
300
知识点三 生活中的杠杆
例4 下列工具中,属于省力杠杆的有 ,属于费力杠杆的有 ,属于等臂杠杆的有 。(均填序号)
①独轮车;②夹取砝码的镊子;③自行车手闸;④拖把;⑤托盘天平;
⑥理发剪刀;⑦铁皮剪刀;⑧赛艇船桨;⑨汽车方向盘。
①③⑦⑨
②④⑥⑧
⑤
变式3 在跨学科实践活动中,某物理小组开展了探索人体中的杠杆的实践活动,下列说法正确的是( )。
A.图甲中,做仰卧起坐时人体属于费力杠杆
B.图乙中,踮脚时动力臂小于阻力臂
C.图丙中,l1为做下压运动时的动力臂
D.图丁中,手提重物时前臂是省力杠杆
A
甲 乙 丙 丁
知识点一 杠杆
1.下列说法正确的是( )。
A.支点不一定在杠杆上
B.动力臂与阻力臂的和是杠杆的长度
C.力臂肯定在杠杆上
D.力的作用点肯定在杠杆上
D
2.钓鱼时,钓鱼竿可看成是一个杠杆。下列能正确表示其支点O、动力F1和阻力F2的是( )。
A B C D
B
3.杠杆受力F作用的情景如图所示,下列线段能表示力F的力臂的是( )。
A.OA段 B.OB段
C.OC段 D.AB段
C
4.(1)如图甲所示,请画出图中力F的力臂并用字母l表示。
甲
(1)如图所示
(2)请画出图乙中杠杆的动力臂l1和阻力臂l2。
乙
(2)如图所示
知识点二 杠杆的平衡条件
5.小明要晾晒三条相同的湿毛巾,如图所示,最有可能让衣架保持水平平衡的是( )。
A B C D
A
6.如图所示,AB为能绕B点转动的轻质杠杆,中点C处用细线悬挂一重物,在A端施加一个竖直向上的大小为20 N的拉力F,使杠杆在水平位置保持平衡,则物重G= N。若保持拉力F方向不变,将拉力F缓慢向左移动一小段距离,使杠杆仍在水平位置保持平衡,则在移动的过程中,拉力F将变 (填“大”或“小”)。
40
大
7.某实验小组探究杠杆的平衡条件,每个钩码质量都相等。
(1)杠杆处于图甲所示的状态时,杠杆 (填“平衡”或“不平衡”)。杠杆是否处于水平位置平衡,是由杠杆与铅垂线是否垂直来判断的,这利用了重力的方向总是 。
甲 乙 丙
平衡
竖直向下
(2)如图乙所示,调节杠杆水平平衡后,在杠杆上的A点挂3个钩码,在B点挂2个钩码,可以使杠杆在水平位置平衡。若把A、B两点所挂钩码同时向O点移动1格,则杠杆将会 旋转。
(3)如图丙所示,分别沿F1和F2两个方向在B点向下拉杠杆,杠杆仍在水平位置平衡,则F1 (填“>”“<”或“=”)F2。
(4)在实验中,改变力和力臂的大小测量多组数据的目的
是 。
顺时针
<
使实验结论具有普遍性
知识点三 生活中的杠杆
8.(科技发展)如图所示,仿照人的手臂设计的我国天宫空间站的机械臂,工作时可以省距离。下列工具中与该机械臂属于同类型杠杆的是( )。
A.夹起食物的筷子
B.拔钉子的羊角锤
C.剪铁丝的钢丝钳
D.起瓶盖的开瓶器
A
9.某人用铡刀切甘蔗的侧面示意图如下,铡刀可以视为以O点为支点的杠杆。甘蔗放在a点比放在b点更容易被切断,原因是甘蔗放在a点时( )。
A.阻力小 B.动力大
C.阻力臂小 D.动力臂大
C
10.地震中滚落的山石挡住了道路,救援人员用撬棒撬开山石,分别沿如图所示的四个方向用力,其中最省力的是( )。
A. 沿F1方向 B. 沿F2方向
C. 沿F3方向 D. 沿F4方向
B
11.如图甲所示,停车场常用闸杆来控制车辆出入。将闸杆看作一个质量分布均匀的杠杆,其简示意图如图乙所示,O为杠杆的支点。下列说法正确的是( )。
A.闸杆升起时,若施加在A点的力F1为动力,则此时闸杆是省力杠杆
B.闸杆升起时,力F1方向比F2方向更省力
C.闸杆升起的过程中,阻力臂保持不变
D.适当将支点O远离A点,可以减小升起闸杆的动力
D
甲
乙
12.如图所示,用一个直杆把飞机机翼模型固定在轻质杠杆上,直杆始终与杠杆垂直。用同一弹簧测力计在a、b、c三种不同情形下拉杠杆,使杠杆始终在水平位置平衡。下列说法正确的是( )。
A.弹簧测力计在a情形时的示数比模型和直杆的总重大
B.弹簧测力计从a情形转到b情形后,其示数变小
C.弹簧测力计从a情形移至c情形后,其示数变大
D.弹簧测力计在c情形时,对模型水平向右吹风,其示数变大
A
13.如图所示,杠杆AOBC不计自重,O为支点,lAO=60 cm,lOB=40cm, lBC=30 cm,要使杠杆在图示位置平衡,请画出最小的力F的示意图及其力臂l。
如图所示
14.如图甲所示的斜拉桥可逐步简成如图乙、丙、丁所示的模型。
(1)以O点为支点,在图丁中作出F1、F2的力臂l1、l2。
(2)为了减小钢索承受的拉力,可适当 (填“升高”或“降低”)钢索悬挂点在桥塔上的高度,理由是 .
。
甲 乙 丙 丁
(1)如图所示
升高
当升高钢索悬挂点在桥塔上的高度
时,动力臂变大,从而减小钢索承受的拉力
15.(古代科技)桔槔是古代的一种取水工具,其结构相当于一个杠杆。如图甲所示,直杆的一端用绳子与水桶相连,另一端绑上大石头。当要取水时,人借助体重用力向下拉绳子使水桶下降到水面以下,另一端大石头的位置则上升。当水桶装满水后,就让另一端的大石头下降,通过杠杆的作用,将水桶提升。因此,使用这种提水工具时可以减轻劳动强度。
甲
(1)人用力向下拉绳子时,桔槔的结构相当于一个______
(填“费”或“省”)距离杠杆。
(2)水桶在露出水面之前匀速上升的过程中,受到的浮力
(填“增大”“减小”或“不变”),水桶受到的重力______
(填“大于”“小于”或“等于”)水桶受到的浮力。
(3)使用更大的水桶一次取更多的水时,为了更省力,在不
改变另一端重物位置的情况下,另一端重物的质量应______
(填“增大”“减小”或“不变”)。
费
不变
大于
甲
增大
(4)图乙是桔槔的简模型,若lBO=1 m,lAO=2 m,
空水桶重20 N,石头重100 N,则取水时所用的竖直向
下的最小力为 N。
(5)某同学说桔槔另一端绑上的大石头越重越
好。该说法 (填“正确”或“不正确”),理由是
. .
。
乙
30
不正确
当要取水时,人用力向下拉绳子,使水桶下降,此时根据杠杆平衡条件,
则有(G桶+F人)·lOA=G配·lOB,大石头越重,人所用的力越大(共31张PPT)
第十二章 简单机械
第3节 滑轮
关键能力训练
素养分层评价
必备知识导学
学习任务清单
序号 学习任务 核心素养
1 能识别定滑轮和动滑轮 物理观念
2 通过实验,认识定滑轮和动滑轮的特点,并能根据需要选择合适的滑轮解决实际问题(重点) 科学探究
3 会组装滑轮组,并能根据组装情况分析施加的拉力大小与物重的关系(难点) 科学思维
1.滑轮的主要部分是一个能绕 自由转动、周边有槽的轮子。
2.定滑轮:轴固定不动的滑轮;使用定滑轮 省力,但可以改变力的 。
3.动滑轮:轴可以随被吊物体一起运动的滑轮;使用动滑轮 省力,但 改变力的方向,而且费距离。
4.滑轮组:定滑轮和动滑轮可以组成滑轮组。
(1)使用滑轮组可以省力,但 距离。
轴
不
方向
可以
不能
费
(2)使用滑轮组匀速提升物体时,若不计动滑轮的自重、绳重及摩擦,有n段绳子吊着动滑轮,则绳子自由端的拉力F就是物重G物的,即F= ;若不计绳重和摩擦,动滑轮的自重为G动,则F= ;设绳子自由端移动的距离为s,物体上升的高度为h,则s= 。
nh
(3)请完成下列填空(不计绳重和摩擦,物重为G物,动滑轮重为G动,物体上升高度为h)。
F甲= F乙=
s甲= s乙=
甲
乙
2h
3h
5.其他简单机械
(1)轮轴由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫作轮,小轮叫作轴。使用轮轴可以省 ,但费 ,如门把手、方向盘、扳手等。
(2)使用斜面可以省 ,但费 ,如盘山公路、斜坡、螺丝钉等。
力
力
距离
距离
知识点一 定滑轮和动滑轮
例1 一辆汽车不小心陷进了泥坑中,按如图所示的甲、乙两种安装滑轮,均可将汽车从泥坑中拉出。若汽车的动力比阻力小800 N,则图甲中拉动汽车的拉力 F1至少为 N,图乙中拉动汽车的拉力F2至少为 N,其中比较省力的是图 的。忽略滑轮自重、绳重及绳与滑轮间的摩擦。
甲 乙
800
400
乙
变式1 如图所示,分别利用定滑轮、动滑轮匀速向上提升同一个重100 N的物体。已知作用在绳子自由端的拉力分别为F甲和F乙。
(1)忽略滑轮自重、绳重及摩擦时,拉力:F甲= N,F乙= N。
(2)把物体提升2 m时,绳子自由端移动的距离:s甲= m,s乙= m。
(3)通过观察与实验可知:使用定滑轮能 ,但不能 ,使用动滑轮可以 ,但 。
甲 乙
100
50
2
4
改变力的方向
省力
省力
费距离
知识点二 滑轮组
例2 一辆货车不小心开进了泥潭中,司机取来一套滑轮将货车从泥潭中拉出,如图所示。已知货车的质量为8 000 kg,货车受到的阻力为车重的,忽略滑轮重、绳重及摩擦。g取10 N/kg。
(1)请在图中画出最省力的绳子绕法。
如图所示
(2)计算司机将货车从泥潭中拉出使用的最小拉力。
解:由图可知n=4,货车受到的阻力
F阻=G=×8 000 kg×10 N/kg=4 000 N,
忽略滑轮重、绳重及摩擦,则最小拉力
F=F阻=×4 000 N=1 000 N。
变式2 如图所示,动滑轮重4 N,所吊物体B重20 N,物体A重240 N,此时物体B恰好以0.1 m/s的速度匀速下降。忽略绳重、绳子的伸长及滑轮的摩擦。
(1)求水平面对物体A的摩擦力。
解:(1)不计绳重和滑轮的摩擦,当物体B匀速下降时,物体A受到水平向右的滑动摩擦力的大小
Ff=F拉=(GB+G动)=×(20 N+4 N)=12 N。
(2)若要使物体B恰好以0.2 m/s的速度匀速上升,则要对物体A 施加水平向右的拉力是多大
(2)当物体B匀速上升时,绳子的拉力F拉不变,物体A受到的滑动摩擦力大小不变,由平衡条件可得,对物体A施加的水平向右的拉力F=Ff+F拉=12 N+12 N=24 N。
知识点三 其他简单机械
例3 日常生活或生产实践中的一些简单机械的应用实例如图所示,其中能抽象为斜面的是( )。
A.方向盘 B.螺丝刀 C.盘山公路 D.自行车闸
C
变式3 简单机械的使用给人们的生活带来便利。如图甲所示,当插入锁孔的钥匙转动时,锁芯随之转动可打开门,此时钥匙相当于简单机械中的 ;如图乙所示,使用镊子夹取物体时,将手压在B处,则该杠杆的支点是 (填“A”“B”或“C”)点;如图丙所示,手柄 (填“粗”或“细”)一些的螺丝刀用起来更省力。
轮轴
A
粗
知识点一 定滑轮和动滑轮
1.如图所示,利用了动滑轮的是( )。
A B C D
C
2.如图所示,不计绳重及摩擦,物体重20 N。图中的滑轮可以看成 杠杆。当物体在力F的作用下以0.5 m/s的速度匀速上升2 s时,力F为 N,绳子自由端移动的距离为 m。
等臂
20
1
3.用如图所示的滑轮将重3 N的物体匀速提升10 cm,不计绳重和摩擦,若动滑轮的重力为1 N,则绳子自由端的拉力F= N,绳子自由端向上移动的距离为 cm。
2
20
4.如图所示,为了把被风吹倒的甲树拉正,胡叔叔将绳子的一端系在乙树上,然后绕过甲树后用力拉绳子。在拉起甲树的过程中, (填“甲树”或“乙树”)相当于动滑轮,这种方式的好处是可以省 。不计绳重和摩擦,若甲树受到400 N的拉力,则胡叔叔拉绳子的力为 N。
甲树
力
200
知识点二 滑轮组
5.如图所示,若不计滑轮自重、绳重和摩擦,物重G=600 N,则图中的拉力F1 = N;若不计绳重及摩擦,动滑轮的重力为30 N,物重G=600 N,则图中的拉力F2= N。若绳子的自由端向上移动0.6 m,则重物升高 m。
200
210
0.2
6.如图所示,物体A重10 N,动滑轮重2 N,忽略绳重及摩擦,要让整个装置处于静止状态,则物体B所受的重力为 N。
6
7.(1)某运动员利用如图甲所示的滑轮组进行腿部力量训练,请画出滑轮组的绕线方式。
甲
(1)如图所示
(2)如图乙所示,一辆汽车陷入泥潭中,要用滑轮组将汽车拉出,请画出最省力的绳子绕法。
乙
(2)如图所示
8.某人用如图所示的滑轮组匀速提升质量为50 kg的货物,所用的每个滑轮重20 N,货物被提升的高度为4 m,在此过程中,不计绳重和摩擦,g取10 N/kg。
(1)求货物的重力。
(2)求绳子自由端的拉力。
解:(1)货物的重力G=mg=50 kg×10 N/kg=500 N。
(2)由题图可知,n=2,不计绳重和摩擦,绳子自由端的拉力大小
F拉= = =260 N。
(3)绳子自由端移动的速度v====0.8 m/s。
(3)假设所用时间为10 s,求绳子自由端移动的速度。
知识点三 其他简单机械
9.骑自行车上一段陡坡时,有经验的同学会沿S形路线骑行,他这样做是为了( )。
A.缩短上坡过程中所走的路程
B.减小上坡过程中所施加的力
C.减少上坡过程中所做的功
D.缩短上坡过程中所用的时间
B
10.自行车把手的示意图如图所示,自行车在转弯时,车把手相当于简单机械轮轴中的 (填“轮”或“轴”)。
11.图甲是用于松紧内六角螺丝的扳手,其中lAB>lBC。它的使用如图乙、丙所示,该工具使用时可以 (填“费力”或“省力”)。图乙与图丙两种使用相比,图 所示的可以更轻松地拧动螺丝。
轮
省力
乙
12.将同一物体沿相同水平面匀速拉动,如图所示,拉力分别为F1、F2、F3、F4,不计绳重、滑轮重及滑轮与绳子间的摩擦,拉力的大小关系为( )。
A.F3>F1=F2>F4 B.F1>F2>F3>F4
C.F4>F1>F2>F3 D.F4=F1>F2>F3
C
甲 乙 丙 丁
13.小明利用家中的衣架、细线等物品组成了如图所示的装置,在拉动细线使水瓶上升的过程中,该装置类似于简单机械中的 ,它的好处是 。将水瓶平稳提升到高处,细线被拉下0.6 m时,水瓶上升 m。
滑轮组
既能改变力的方向又能省力
0.12
14.(古代科技)明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置——辘轳沿用至今。图甲是一种辘轳,由具有共同转动轴的大轮和小轮组成,可视为不等臂杠杆。为方便提水,它是按照 (填“省力”或“费力”)杠杆来设计的。用辘轳提水过程中,某时刻的简易示意图如图乙所示,它的支点是 (填“A”“B”或“C”)点。设大轮与小轮的半径之比为3∶1,水桶受到的总重力为
90 N,若要使辘轳静止在图乙所示的
位置,则作用在C点的最小力应为
N。不计井绳的粗细和自重。
甲 乙
省力
B
30
15.如图所示,某同学利用油性笔笔芯做探究轮轴特点的实验。实验步骤如下:
①左手捏紧笔头,右手旋转笔管,则左手不能使笔头部分保持不被旋转。
②左手捏紧笔管,右手旋转笔头,则左手能使笔管部分保持不被旋转。
③当笔管转动一圈,笔头也转动一圈,由于笔头的直径小于笔管的直径,所以捏住笔管的手比捏住笔头的手费距离。
(1)油性笔笔芯相当于轮轴,笔管相当于 (填“轮”或“轴”),笔头相当于 (填“轮”或“轴”)。忽略摩擦力不同对实验的影响,由此实验可知,使用轮轴时,当轮带动轴,可以 (填“省”或“费”)力,但 (填“省”或“费”)距离。
(2)应用:体重、力气均相同的两位同学做游戏,甲同学握住棒球棍细的一端,乙同学握住棒球棍粗的一端,若他们各自向相反方向拧,则能使另一端旋转的是 (填“甲”或“乙”)同学。
轮
轴
省
费
乙(共16张PPT)
第十二章 简单机械
微专题7 简单机械的作图
类型1 杠杆作图
1.已知力画力臂。
(1)古人用来取水的桔槔的简易示意图如图甲所示,请在图中画出动力F的力臂l。
(1)如图所示
(2)如图乙所示,活塞式抽水机的AOB部分可看作杠杆,O为支点,请在图中画出动力F1的力臂l1。
(2)如图所示
(3)静止在水平地面上的拉杆旅行箱的示意图如图所示,O是轮子的转轴,以O为支点,画出力F的力臂l。
(3)如图所示
2.已知力臂画力。
(1)一个绕O点转动的轻质杠杆如图甲所示,已知阻力F2的方向,以及动力F1的力臂l1,请在图中画出动力F1的示意图。
(1)如图所示
(2)如图乙所示,杠杆在力F1、F2的作用下处于平衡状态,l1为力F1的力臂,请在图中画出力F1的示意图。
(2)如图所示
(3)如图丙所示,杠杆AB上挂了一个重物,为使杠杆在图示位置静止,请根据已画出的力臂l画出动力F的示意图。
(3)如图所示
3.先判断受力方向再画力。
(1)如图甲所示,轻质杠杆上挂一个重物G,沿着动力F1的方向匀速提拉杠杆,请画出杠杆所受阻力F2的示意图。
(1)如图所示
(2)用开瓶器开瓶盖的示意图如图乙所示,请画出开瓶器受到阻力F2的示意图。
(2)如图所示
(3)如图丙所示,常用来切物体的铡刀可以看作是杠杆,O是支点,请画出杠杆受到阻力F2的示意图。
(3)如图所示
4.画最小动力。
(1)如图甲所示,用可绕O点转动的直棒提升重物,请在图中画出维持直棒在图示位置平衡时所用最小力F1的示意图,并画出阻力F2的力臂l2。
(1)如图所示
(2)如图乙所示,弯曲杠杆OBA的B点挂一个重物,在杠杆A端施加一个最小拉力F,使其在图示位置平衡,请画出该最小拉力F的示意图及其力臂l。
(2)如图所示
(3)如图丙所示,在杠杆A端施加一个最小力F,使其在图示位置平衡,请画出该最小力F的示意图。
(3)如图所示
(2)请画出图乙中滑轮组的装配图,要求每个滑轮都要用上。
类型2 滑轮组绕线
5.画最省力的绕线。
(1)如图甲所示,请画出使用该滑轮组最省力的绕线方式。
(1)如图所示
(2)如图所示
(4)请在图丁中画出滑轮组的绕绳方式,要求使用滑轮组提升重物时最省力。
(3)请画出图丙中滑轮组的装配图,要求每个滑轮都要用上。
(3)如图所示
(4)如图所示
(6)如图己所示,某人站在高处通过一根绳用滑轮组向上提起物体,请画出最省力的绕绳方式。
(5)如图戊所示,工人站在地面上通过一根绳将重物提起,请画出最省力的绕绳方式。
(5)如图所示
(6)如图所示
