课件19张PPT。PART FIVE第五部分 九年级·上册第31课时 简单机械考点一 指认杠杆的支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂[a]。绘制杠杆的动力臂和
阻力臂图[b]。概述杠杆的平衡条件[a]。应用杠杆平衡条件解决简单的问
题[c]。指认人体中的杠杆[a]1. 杠杆是指一根 ,在 下,能够绕着 转动。?
2. 杠杆的五要素,如图31-1所示:
(1)杠杆转动时绕着的固定点叫 ;?
(2) 的力叫动力;?
(3) 的力叫阻力;?
(4)从 的距离叫动力臂;?
(5)从 的距离叫阻力臂。?硬棒力的作用一个固定的支点支点使杠杆转动阻碍杠杆转动支点到动力作用线支点到阻力作用线3. 研究杠杆的平衡条件:
(1)杠杆平衡是指杠杆处于 状态或者 状态。?
(2)实验前,应调节杠杆两端的 ,使杠杆在 平衡。这样做的目的是 。?
(3)结论:杠杆的平衡条件(或杠杆原理): ? 。?
4. 根据使用杠杆时的用力情况,我们可以把杠杆分为 杠杆、 杠杆及 杠杆。平常所使用的工具中,理发师用的剪刀属于 杠杆,剪断钢筋用的钳子属于 ?
杠杆,而在实验室中用来测量物体质量的天平则属于 杠杆。?静止匀速转动平衡螺母水平位置方便从杠杆上量出力臂F1l1=F2l2 (动力×动力臂=阻力×阻力臂)省力费力等臂费力省力等臂考点二 辨认定滑轮、动滑轮和滑轮组[a]。知道定滑轮和动滑轮的特点[b]。知道滑
轮组的特点(限于两个滑轮的滑轮组)[b]。使用滑轮组(限于两个滑轮的滑轮
组)解决简单的问题[c]1. 定滑轮实质是一个 杠杆,定滑轮的特征是滑轮的轴 物体移动,使用定滑轮时不能 ,但能改变 。?
2. 动滑轮实质是一个 的杠杆,动滑轮的特征是滑轮的轴 物体移动,使用动滑轮时能 力,但费 。?
3. 滑轮组由定滑轮和动滑轮组合而成。使用滑轮组既可以 ,又可以 ;?
使用滑轮组时,滑轮组由几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物体和动滑轮总重的几分之一。等臂不随省力力的方向动力臂是阻力臂二倍随省距离省力改变力的方向探究一 杠杆例1 [2018·温州模拟] 图31-4是一种新型开瓶器,借助它可单手轻易开启啤酒瓶盖,该开瓶器可看作一个杠杆。下列各示意图中能正确表示该开瓶器工作时的支点O、动力F1和阻力F2的是( )
图31-4D例2 “竹升面”是我国传统面点美食,如图31-5甲所示,在制作面团的过程中,让一段毛竹的一端固定在绳扣中,人坐在另一端可以上下跳动,面团在毛竹不断挤压下变得更有韧性,如图乙所示是它的原理图,可以把毛竹视为一根杠杆,下列对此杠杆的叙述中,正确的是 ( )
图31-5
A. B是支点
B. 杠杆在B点受到向下的力
C. 杠杆在B点受到的力大于F1
D. A点移动的距离小于B点移动的距离C例3 如图31-6所示,一块厚度、密度均匀的长方形水泥板放在水平地面上,用一竖直向上的力,欲将其一端抬离地面。则下列说法正确的是 ( )
图31-6
A. F甲>F乙,因为甲方法的动力臂长
B. F甲C. F甲=F乙,因为动力臂都是阻力臂的二倍
D. F甲>F乙,因为乙方法的阻力臂短C例4 [2018·义乌模拟] 轻质杠杆每小格的长度相等,O为支点。在杠杆左侧挂一物体甲,若在杠杆右侧挂一物体乙,并在物体乙的下方拴接一个弹簧,如图31-7所示,当杠杆在水平位置时,整个装置处于平衡状态。已知物体乙的重力为800 N,弹簧对物体乙的作用力为200 N。下列说法正确的是 ( )
图31-7
A. 物体甲的重力一定为500 N
B. 物体甲的重力可能为300 N
C. 物体乙下面的弹簧一定处于压缩状态
D. 物体乙受到绳子的拉力可能为900 N或500 NB例5
图31-8
如图31-8所示,重力不计的杠杆OAB,可绕O点在竖直平面内转动。重力为100 N的物体挂在OA的中点处。已知OA=40 cm,AB=30 cm,OA垂直于AB,杠杆与转动轴间的摩擦忽略不计。要使杠杆平衡,且OA段处于水平位置,那么作用于B端的最小力的力臂等于 cm,最小力的大小等于 N。?5040【解析】当力臂为OB时,力臂最长,此时最省力。连接OB,作用在B点的最小力应垂直于OB向上。根据杠杆的平衡条件可计算出最小力的大小。例6 [2018·杭州模拟] 教室内的日光灯一般都是由两条竖直平行的吊链吊在天花板上的(图31-9甲所示),两条吊链竖直平行除了美观外,还蕴含着科学道理。
图31-9
(1)甲图中,a、b是挂日光灯的吊链,若以吊链a的固定点O作为支点,F甲作为拉力时,可将灯视作
(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆。?
(2)比较甲图、乙图两种悬挂方式,甲图吊链受到的拉力大小为F甲,乙图吊链受到的拉力大小为F乙,则F甲
(选填“>”“=”或“<”)F乙。?
(3)若甲图中b吊链突然断开后日光灯将绕O点转动,此时日光灯的重力势能将 (选填“增大”“减小”或“不变”)。?省力<减小探究二 滑轮【答案】B[点拨] 定滑轮只能改变力的方向,不省力;而动滑轮省力,但是会费距离。例8 如图31-11所示,光滑的地面上有一足够长的木板,在木板的右端固定着一个滑轮(不计绳与滑轮间的摩擦),木板上面放置一个小木块,小木块一端连接着弹簧测力计。当拉力F为5 N时,木板向右做匀速直线运动,当把拉力增大到10 N时,下列分析正确的是 ( )
图31-11
A. 弹簧测力计的示数为20 N
B. 弹簧测力计的示数为0 N
C. 木板仍向右做匀速直线运动
D. 小木块将保持静止D例9 [2017·杭州] 如图31-12所示的装置,在水平拉力F的作用下,物体M沿水平地面做匀速直线运动,已知弹簧测力计示数为10牛,物体M的运动速度为1米/秒(若不计滑轮与绳子质量、绳子与滑轮间的摩擦、滑轮与轴间摩擦),那么在此过程中 ( )
图31-12
A. 物体M与地面间的摩擦力为5牛
B. 物体M与地面间的摩擦力为10牛
C. 水平拉力F做功的功率为20瓦
D. 1秒内滑轮对物体M做的功为10焦C例10 [2018·义乌模拟] 如图31-13所示,用10 N的力F沿水平方向拉滑轮,可使物体A以0. 2 m/s的速度在水平面上做匀速直线运动。弹簧测力计的示数恒为2 N(不计滑轮、弹簧测力计、绳子的重力,滑轮的转轴光滑)。下列说法正确的是( )
图31-13
A. 物体A受到地面的摩擦力是3 N,水平向左
B. 在2 s内,绳子对A做的功为4 J
C. 滑轮移动的速度是0. 4 m/s
D. 拉力F做功功率为1 WD例11 [2018·宁波模拟] 如图31-14所示,物体B放在水平桌面上,物体A通过滑轮组拉着物体B,此时物体B保持静止状态。当用竖直向下3 N的力F1拉重为1 N的物体A时,能使物体B以0. 6 m/s的速度匀速向右运动,若只用水平向左的力F2拉物体B时,能使物体A以0. 3 m/s的速度匀速上升,不计滑轮重、绳重及滑轮间的摩擦。下列判断正确的是 ( )
图31-14
A. 物体B受到的摩擦力为4 N
B. 拉力F2大小为8 N
C. 拉力F2的功率为1. 2 W
D. 拉力F1的功率为5. 4 WD探究三 有关杠杆平衡条件的探究实验例12 [2018·枣庄] 如图31-15所示是小李和小王利用刻度均匀的轻质杠杆探究“杠杆平衡条件”的实验装置。
图31-15
(1)实验前没挂钩码时,杠杆静止的位置如图甲所示,此时应将平衡螺母向 调节,使杠杆在水平位置平衡。?右(2)杠杆平衡后,小李在左右两侧分别挂上钩码,如图乙所示,杠杆的 端会下沉,要使杠杆重新在水平位置平衡,在不改变钩码悬挂点的位置和改变较少钩码的前提下,只需将 即可。?
(3)小李和小王又分别设计了两种实验方案,小李的方案如图丙所示,小王的方案如图丁所示。你认为
的实验方案更好,请说明你的理由 。?
(4)实验中小王发现:如果在杠杆的O点用弹簧测力计施加一个向上的力,这个力在探究实验时是否会影响到杠杆的平衡?答: ;理由: 。?左左侧的钩码去掉一个小李方便从杠杆上直接读出力臂不会该力的力臂为零高效课时训练(三十一) 简单机械
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一、选择题
1.[2018·河南] 下列工具中,使用时属于费力杠杆的是 ( )
/
图K31-1
2.AC硬棒质量忽略不计,在棒的B、C两点施加力F1、F2,F2的方向沿OO'线,棒在图K31-2所示位置处于平衡状态,则( )
/
图K31-2
A.F1??
2
??
1
F2
C.F1力臂小于s1 D.F2方向沿OO'线向下
3.如图K31-3所示,一根质地均匀的木杆可绕O点自由转动,在木杆的右端施加一个始终垂直于杆的作用力F,使杆从OA位置匀速转到OB位置的过程中,力F的大小将 ( )
/
图K31-3
A.一直是变大的 B.一直是变小的
C.先变大后变小 D.先变小后变大
4.如图K31-4所示,在竖直向上的力F的作用下,重物A沿竖直方向匀速上升。已知重物A的重力G=100 N,重物A上升速度为0.2 m/s,不计绳与滑轮摩擦以及滑轮重和绳重,则拉力F的大小和滑轮上升的速度分别为 ( )
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图K31-4
A.50 N 0.4 m/s B.50 N 0.1 m/s
C.200 N 0.4 m/s D.200 N 0.1 m/s
5.[2016·绍兴] 下列杠杆能平衡的是(杆重和摩擦均不计) ( )
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图K31-5
6.某同学设计了一种如图K31-6所示的简易电梯,由图可知 ( )
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图K31-6
A.A是动滑轮
B.B是定滑轮
C.如果电动机向下拉动绳子,电梯厢将上升
D.电梯厢运动的速度与电动机拉绳的速度相等
7.[2018·广东] A、B两种实心物体的质量与体积的关系如图K31-7所示,把体积相等的A、B物体挂在滑轮组下,若要使它们处于静止状态,则图K31-8的虚线框内悬挂B物体的个数是(不计摩擦和滑轮的自重) ( )
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图K31-7
/
图K31-8
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
8.[2018·临沂] 图K31-9(a)所示的杠杆是水平平衡的。如果在支点两侧的物体下方分别加挂一个等重的物体,如图(b)所示,则杠杆 ( )
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图K31-9
A.右端下沉 B.左端下沉
C.要保持平衡应将左端的物体向右移动 D.要保持平衡应在右端再加挂一个物体
二、填空题
9.[2018·遂宁] 小丽同学用水平力F拉动如图K31-10所示装置,使重100 N的A物体4 s内在水平地面上匀速运动了80 cm,物体B重50 N(物体B与A始终接触),此过程中地面受到的摩擦力为10 N,弹簧测力计的示数为8 N。若不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和绳与滑轮间摩擦,则滑轮移动的速度为 m/s,物体A受到B施加的摩擦力 (选填“水平向左”“水平向右”或“为零”),水平拉力F为 N,水平拉力F的功率为 W。 ?
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图K31-10
10.[2015·衢州] 如图K31-11所示为水平桌面上的圆形玻璃转盘(转盘半径为50 cm),在水平力作用下能绕转盘中心O点自由转动,转动时可视为杠杆。甲在A点施加一个大小为20 N的水平力FA,让转盘转动;对面的乙在距O点40 cm处的B点同时施加一个水平力,想让转盘反方向转动。乙应沿图中 (选填“F1”“F2”“F3”或“F4”)方向施加一个至少为 N的力,才可能达到目的。(假设只有甲、乙两人对转盘施力,忽略其他力对转动的影响)?
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图K31-11
三、实验探究题
11.[2015·金华] 小柯在测量某铁块的重力时,发现铁块的重力超出了弹簧测力计的量程,一时又找不到其他测量工具,为了测出该铁块的重力,他找来木棒、细铁丝等物品进行如下改进:
步骤一:将细线系在木棒的A位置,在木棒左端绕上适量的细铁丝,使木棒在水平位置平衡,如图K31-12甲所示;
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图K31-12
步骤二:用手指钩住弹簧测力计的B处,对弹簧测力计进行调零,如图乙所示;
步骤三:在木棒左端挂上铁块,右端用弹簧测力计竖直向下拉,如图丙所示。
(1)步骤一中“在木棒的左端绕上适量的细铁丝,使木棒在水平位置平衡”是为了防止 对测量结果的影响。?
(2)步骤三中,当木棒在水平位置平衡时,弹簧测力计的示数如图丁所示,则该铁块的重力是 N。?
12.[2015·丽水] 随着智能手机的普及,低头看手机的“低头族”越来越多。那么,颈椎承受的压力跟低头的角度有什么关系?科研人员进行了探究:制作头部模型,如图K31-13甲所示,头部可绕支点O(颈椎)转动,转动角度通过固定在上面的量角器测量,将一个小球挂在模型内模拟头部的重力,其重为5 N,头部后面绑一根绳子模拟肌肉,绳子上系一弹簧测力计。支点(颈椎)承受的压力约为头部重力和绳子拉力之和,实验数据如下表:
//
图K31-13
低头角度
绳子拉力/N
颈椎承受的压力/N
0°
0
5
15°
5
10
30°
9
14
45°
13.5
18.5
60°
17.5
22.5
(1)分析表中数据,可得出的结论是? 。?
(2)该头部模型相当于绕O点转动的杠杆,如图乙所示,当低头角度增大时,头部重心向左移动,拉力F的力臂变小,请分析拉力F变大的原因: 。?
(3)下列措施中,有利于保护颈椎的是 。?
A.不要长时间低头看手机
B.适当抬高手机屏幕,减小低头角度
C.低头看书久了应适当抬头,以缓解颈椎承受的压力
四、解答题
13.[2018·台州] 图K31-14甲是一种壶口处配有自动开合小壶盖的电水壶。
/
图K31-14
(1)如图乙,电水壶底部的导线连接装置有铜环①、铜环②和铜柱③。经测试发现:①、②之间是绝缘的,②、③之间常温下有十几欧姆的电阻。则与水壶金属外壳相连的装置是 。?
(2)图丙是自动开合小壶盖简化侧视图。OA是小壶盖,C是其重力作用点,B是小壶盖的配重,OB是配重柄,AOB能绕固定点O自由转动。请在图丙中作出小壶盖的重力G及其力臂L。
(3)已知:小壶盖质量为4克,OA=3厘米,OC=1.4厘米,OB=1厘米,∠AOB=135°。要求倒水时,壶身最多倾斜45°,小壶盖便自动打开;壶身竖直时,小壶盖在水平位置自动闭合。求配重B的质量取值范围。(配重柄质量和O点的摩擦均忽略不计,
2
取1.4)
★自主招生
14.如图K31-15所示装置中,均匀木棒AB的A端固定在铰链上,悬线一端绕过一固定定滑轮,另一端用线套套在木棒上使棒保持水平。现使线套逐渐向右移动,但始终使木棒保持水平,则悬线上的拉力F(棒和悬线足够长) ( )
/
图K31-15
A.逐渐变小 B.逐渐变大
C.先逐渐变大,后又逐渐变小 D.先逐渐变小,后又逐渐变大
15.小杰同学发现了一个金属块,他想知道它的重力和密度。他手中只有一只量程较小的弹簧测力计,当他用此弹簧测力计测量此金属块的重力时,发现已超过弹簧测力计的最大量程,于是他设计了如图K31-16所示的装置去测量。图中OA∶OB=1∶3,用细绳把金属块悬挂于A点,用弹簧测力计在B点施加一个竖直向上的力,当OB杠杆水平静止时,弹簧测力计读数为1.8 N,当向容器中加水,金属块浸没于水中后,弹簧测力计读数为1.2 N,g取10 N/kg,求:
(1)金属块的重力G是多少。
(2)金属块浸没于水中后所受到的浮力是多少。
(3)金属块的密度是多少。
/
图K31-16
参考答案
1.B
2.C
3.C
4.D
5.C
6.C
7.B [解析] 由题图K31-7可知,两种物质的密度分别为ρA=
20 g
10 c
m
3
=2 g/cm3,ρB=
20 g
40 c
m
3
=0.5 g/cm3,则体积相等时,它们的质量和重力的关系分别为mA=4mB,GA=4GB;题图K31-8中的滑轮组,n=2,则要使它们保持静止状态,需挂2个B物体,故选B。
8.A
9.0.1 水平向右 36 3.6
[解析] 物体A运动的速度为v物=
??
物
??
=
0.8 m
4 s
=0.2 m/s,滑轮移动的速度v滑=
1
2
v物=0.1m/s。由物体B与A始终接触,且弹簧测力计的示数为8 N,可知物体B受到A施加的摩擦力为8 N,方向水平向左,则物体A受到B的摩擦力也为8 N,方向水平向右,故物体A受到地面和B施加的摩擦力共为18 N,则拉力F=2f总=36 N,拉力F的功率为P=Fv滑=36 N×0.1 m/s=3.6 W。
10.F2 25
11.(1)木棒自身重力 (2)6.6
12.(1)低头角度越大,颈椎承受的压力越大
(2)当低头角度变大时,重力的力臂变大
(3)ABC
13.(1)①
(2)如图所示
/
(3)4~7.89 g
[解析] (1)铜是导体,由题意,铜环①、铜环②之间是绝缘的,说明它们之间有底盘的绝缘体,②、③之间常温下有十几欧姆的电阻,为加热电阻,故与水壶金属外壳相连的装置只能是铜环①,否则与②或③相连则有触电的危险。
(2)小壶盖的重力G方向竖直向下,根据力臂的定义作出重力的力臂,如图1所示:
/
(3)当配重柄水平时,可求出配重的最小质量,杠杆示意图如图2所示。OD=
1
2
OC=
1
2
×1.4 cm=1 cm,根据杠杆的平衡条件:G1L1=G2L2,m1gL1=m2gL2,m2=
??
1
·????
????
=
4 g×1 cm
1 cm
=4 g;
当小壶盖水平时,可求出配重的最大质量,杠杆示意图如图3所示,OE=
1
2
OB=
1
2
×1 cm≈0.71 cm;
根据杠杆的平衡条件:G1L1'=G2L2',m1gL1'=m2gL2',
m2'=
??
1
·????
????
=
4 g×1.4 cm
0.71 cm
≈7.89 g。
14.D
15.解:(1)根据杠杆平衡条件可知,G×OA=FB×OB,
G=
??
??
×????
????
=FB×
????
????
=1.8 N×
3
1
=5.4 N。
(2)金属块浸没于水中后阻力变为G-F浮,
(G-F浮)×OA=F'B×OB,
F浮=G-F'B×
????
????
=5.4 N-1.2 N×
3
1
=1.8 N。
(3)F浮=ρ水gV排=ρ水gV,V=
??
浮
??
水
??
=
1.8 N
1.0×1
0
3
kg/
m
3
×10 N/kg
=1.8×10-4 m3,
金属块的密度为ρ=
??
??
=
??
????
=
5.4 N
10 N/kg×1.8×1
0
-4
m
3
=3×103 kg/m3。
