第六章 力和机械
6.1
怎样认识力
新知1
力的作用效果及单位
力虽然看不见，但力作用在物体上能产生一定的作用效果.
(1)力可以改变物体的形状.
作用在物体上的力可使物体的形状发生改变.
(2)力可以改变物体的运动状态.
(3)力的单位是牛顿，简称牛，符号为N.
例题精讲
【例1】图6－1－1表示力的作用效果，其中甲主要是表示了力可以使物体发生_____________，乙主要是表示了力可以使物体的_____________发生改变.
【例2】下述作用力中，最接近30
N的是( )
A.
托起两个鸡蛋所用的力
B.
拿起物理课本所用的力
C.
扛起一袋50
kg化肥所用的力
D.
提起一只大公鸡所用的力
举一反三
1.
秋天，稻子“笑弯了腰”，说明力可以改变物体的
.
跳高场上，运动员“腾空而起”，说明力可以改变物体的
.
2.
以下物理学家名字用来作为力的单位的是(
)
A.
牛顿
B.
阿基米德
C.
焦耳
D.
托里拆利
新知2
力的作用是相互的
在关于力的现象中，参与力的作用的物体至少有两个，我们通常把这两个物体中的一个叫施力物体，另一个叫受力物体.
但由于一个物体给另一个物体施加力的同时也必然受到另一个物体的力的作用，因此，力的作用是相互的.
那么，对相互作用的两个物体而言，施力物体也是受力物体，受力物体也必然是施力物体.
例题精讲
【例3】如图6－1－2所示是运动员在撑竿跳高时的情景，在这个情景中包含一些物理知识，如：
(1)撑竿受到力的作用而弯曲，说明力的作用可以____________.
(2)运动员对竿施力的同时被竿拉起，说明力的作用是____________.
举一反三
如图6－1－3所示，人踢球时，对球施力的物体是
，同时
也受到球的作用力，这一事例说明
.
新知3
力的三要素
力的三要素：大小、方向、作用点.
作用在物体上的力，如果大小、方向、作用点不同，作用效果就不同，它们都能影响力的作用效果.
例题精讲
【例4】如图6－1－4所示实验，表示力的作用效果与( )
A.
力的大小有关
B.
力的方向有关
C.
力的作用点有关
D.
力的大小、方向和作用点都有关
解析 力的作用效果有：①改变物体的运动状态(运动状态的改变包括运动速度大小的改变和运动方向的改变)；②改变物体的形状.力的三要素是：大小、方向、作用点.归纳出知识点，然后结合图示信息，找出对应的知识.
举一反三
如图6－1－5所示为一种常用核桃夹，用大小相同的力垂直作用在B点比A点更易夹碎核桃，这说明力的作用效果与(
)
A.
力的大小有关
B.
力的方向有关
C.
力的作用点有关
D.
受力面积有关
6.2
怎样测量和表示力
新知1
弹簧测力计
(1)用途：测量力的大小.
(2)构造：弹簧、指针、刻度板等.
(3)原理：在一定的弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，就被拉得越长.
(4)使用方法：
①了解其量程，不要测量超过它量程的力；
②明确分度值，知道每一大格、每一小格都表示多少牛顿；
③调零，即测力前要使指针对准零刻度线；
④测力时，要使弹簧的轴线方向跟所测力的方向一致，使用前应先轻拉弹簧几下，避免测量时弹簧与外壳有摩擦；
⑤要待指针静止才能读数，读数时视线要与刻度板面垂直.
例题精讲
【例1】下列关于弹簧测力计的使用，说法错误的是( )
A.
测量力时不能超过弹簧测力计的测量范围，被测力的大小应在这个范围内
B.
使用前应将弹簧测力计的指针调到零刻度
C.
弹簧测力计只能竖立放置，测竖直方向的力
D.
弹簧测力计可以测不同方向的力
【例2】如图6－2－2所示，弹簧测力计的量程是______N，手的拉力是_______N.
举一反三
弹簧测力计在使用前应检查指针
；如图6－2－3是使用弹簧测力计测力时的情景，请指出图中存在的操作错误：
.
新知2
力的示意图
用一根带箭头的线段来表示力.
力的示意图是一种表示力的方法，这种表示法简明、准确而且直观、形象.
画力的示意图的要领是：
①确定受力物体、力的作用点和力的方向；
②从力的作用点沿力的方向画力的作用线；
③用箭头表示力的方向.
例题精讲
【例3】请你画出下列力的示意图.
(如图6－2－4所示)
(1)图甲中小明用100
N的力推墙壁，画出墙壁受到的推力.
(2)图乙中物块放在水平地面上，对地面的压力为30
N.
(3)图丙中小车受到与水平方向成30°角的斜向右上方的拉力.
举一反三
请在图6－2－6中画出细线对小球的拉力F.
新知3
探究弹簧的伸长与受到的拉力成正比
在弹性限度内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比.
弹簧的弹性有一定的限度，超过了这个限度，弹簧的伸长与受到的拉力就不成正比了，且弹簧的形变也恢复不了，所以使用弹簧时不能超过它的弹性限度，弹簧测力计也不能用来测量超过它测量限度的力，在探究的过程中，注意弹簧的弹性限度以及刻度的标注.
根据探究得出相应的结论：
(1)在弹性限度内，弹簧的伸长量与所受的拉力成正比，且比值不变.
(2)若超出了弹性限度，弹簧的伸长量与所受的拉力不成正比.
(3)不同的弹簧，伸长量相同时，所受的拉力一般不同.
例题精讲
【例4】王斌同学在课余时间继续探究弹簧的伸长量跟所受拉力大小的关系，他进行了猜想，并利用一个铁架台、一个弹簧、一根直尺和若干相同的钩码来做实验.
他设计的实验表格和记录的实验数据如下：
分析以上数据，可得到结论：在一定范围内，__
__________.
举一反三
为研究弹簧的性质，我们在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码
(如图6－2－7甲)，同时记录弹簧总长度L与钩码质量
m，所得数据记录在表一中.
已知弹簧原长L0＝6.0
cm，实验过程中，弹簧形变在弹性限度内，不计弹簧所受的重力.
(g取10
N/kg)
表一：
(1)请根据表一中的数据，将表二填写完整.
表二：
(2)请在图6－2－7乙坐标系中描点作出弹力F跟弹簧伸长量Δx的关系图象.
(3)本实验的结论就是弹簧测力计的
工作原理.
只有规范使用弹簧测力计，才能准确测量力的大小.
请写出一条正确使用弹簧测力计的操作要求：
.
6.3
重力
新知1
重力的概念
(1)万有引力：宇宙间任何两个物体，大到天体，小到灰尘之间，都存在相互吸引的力，这就是万有引力.
任何两个物体之间都存在万有引力，万有引力的大小与物体的质量及两物体之间的距离有关.
(2)重力：物理学中，把地面附近物体因地球的吸引而受到的力叫重力，用符号G表示.
地面附近的一切物体都受到重力的作用.
重力的施力物体是地球，受力物体是物体.
(3)重力是由于地球的吸引而产生的，重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力.
例题精讲
【例1】树上的苹果离开树枝后，总是落向地面，这是由于苹果受到_______的缘故，这个力的施力物体是________.
举一反三
一个足球运动员带球跑时，面对扑过来的守门员，巧妙地将球向上一踢，足球在空中划过一条曲线飞进球门，足球在飞行的过程中(不计空气阻力)，使它的运动状态发生变化的施力物体是
(
)
A.
足球运动员
B.
守门员
C.
地球
D.
足球
新知2
重力的三要素
(1)重力的大小：重力的大小叫做重量.
物体所受的重力跟它的质量成正比.
其关系式为G＝mg，g取9.8
N/kg.
在计算物体重力时要注意以下几点：
①重力的大小可用弹簧测力计测出；
②利用G＝mg计算时，要注意式中各量的单位：m的单位为kg，g的单位为N/kg，G的单位为N.
粗略计算时g可取10
N/kg；
③同一物体的重力在不同地点将发生变化，在地球两极重力最大，在赤道上的重力最小；
④物体所受的重力是由于它所在星球对它的吸引而产生的.
不同星球对同一物体的吸引强弱不同，例如：物体在月球上所受的重力大约只有地球上的六分之一.
(2)重力的方向：竖直向下.
竖直向下是指和物体所在水平面垂直向下的方向.
应注意“竖直向下”与“垂直向下”是有区别的，“垂直向下”是指垂直于某个平面向下.
(3)重力的作用点：重力在物体上的作用点叫重心.
质地均匀、形状规则的物体的重心在它的几何中心上.
例题精讲
【例2】质量为0.05
kg的苹果挂在树枝下，则苹果受到的重力大小为_______N，施力物体是_______，方向_______.
【例3】(1)
如图6－3－1甲所示，作出地面上重为500
N的物体的重力的示意图.
(2)如图6－3－1乙所示，作出斜面上重为50
N的物体的重力的示意图.
(3)如图6－3－1丙所示，作出悬挂着的质量为1
kg
的物体受到的重力示意图.
(g取9.8N/kg)
举一反三
1.
图中关于重力的示意图正确的是
(
)
2.
在墙壁上悬挂画框时，可自制一个重锤线来检查画框是否挂正，这是利用
(
)
A.
重力的大小与质量成正比
B.
重力的方向竖直向下
C.
重力的作用点在物体的重心
D.
重力的方向垂直于地面
3.
请在图6－3－3中画出蜗牛所受重力的示意图.
新知3
重力和质量的区别与联系
在认识物体所受的重力与其质量成正比的关系时，应注意重力和质量的区别，现列表加以说明：
例题精讲
【例4】某物理实验小组的同学在“探究物体所受重力大小与物体质量的关系”的实验记录如下表：
(1)在实验过程中，需要的测量工具有_____和_________.
(2)在上表空白处填出比值的平均值.
(3)分析表中实验数据，得出的结论是：________
______.
举一反三
如图6－3－4甲所示，是某同学探究“重力与质量的关系”的实验装置示意图.在安装实验装置时，让刻度尺的零刻度与弹簧测力计的弹簧上端对齐，在弹簧测力计的下端挂上1个钩码，静止时弹簧测力计的弹簧长度为L1，弹簧测力计的示数为F1；图6－3－4乙和图6－3－4丙分别是此时弹簧下端的指针在刻度尺上的位置和弹簧测力计示数的放大示意图.
那么，刻度尺的分度值为
cm，示数L1＝
cm，示数F1＝
N.
在不损坏弹簧测力计和满足相应条件的情况下，在弹簧测力计的下端再挂上4个相同的钩码，静止时如果弹簧测力计的示数为25.00
N.
那么，说明重力与质量成
(填“正比”或“反比”).
6.4
探究滑动摩擦力
新知1
摩擦力
(1)两个相互接触的物体，当它们做相对运动(或要发生相对运动)时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫摩擦力.
(2)摩擦力是一种常见的力.
例如：传送带输送货物、擦亮火柴、人走路、各种运动的机械等都存在摩擦力.摩擦力在我们的生活中无时不在、无处不有，只要你细心观察，就一定会发现.
(3)摩擦力产生的条件：
①两个物体相互接触；②两个物体之间有压力；③两个物体之间有相对运动的趋势或已发生相对运动.
(4)摩擦力产生的原因：物体相对运动的表面粗糙不平，有的物体人眼看起来很光滑，实质也不平，相对运动时凹凸部分对运动产生阻碍.
如图6－4－1所示光滑的金属表面.
例题精讲
【例1】如图6－4－2所示，用一水平推力F将物体挤压在竖直墙壁上处于静止状态，则物体受到( )
A.
重力、水平推力及墙壁对它的支持力
B.
重力、水平推力、墙壁对它的支持力及摩擦力
C.
重力及墙壁对它的摩擦力
D.
水平推力及墙壁对它的支持力
举一反三
1.
在草地上滚动的足球会越滚越慢，这是因为
(
)
A.
足球受到地面的支持力的作用
B.
足球受到重力作用
C.
足球受到摩擦力作用
D.
足球没有受到力的作用
2.
如图6－4－3所示，一小球从弧形槽上的A点静止释放，小球沿弧形槽滚至另一端的最高点为C点.
试作出由A点滚至C点过程中，小球在B点(即弧形槽底部与水平面的切点)受力的示意图(忽略空气阻力).
新知2
探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关
滑动摩擦力的大小跟以下两个因素有关：
一是跟作用在物体表面的压力大小有关系，接触面粗糙程度一定时，压力越大，摩擦力越大；二是与接触面的粗糙程度有关系，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大.
例题精讲
【例2】如图6－4－4所示是“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验.小明用到了一个弹簧测力计、一块木块、一个砝码、一块长木板和一条毛巾.
(1)拉着木块在木板上做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数如图6－4－4甲所示，则木块受到的滑动摩擦力大小为____N.
(2)分析图甲、乙两次实验数据可以得出，滑动摩擦力大小与___________有关.
(3)小明想进一步探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系，进行了图6－4－4丙的实验，
当测力计示数达到最大值时仍没拉动木块.为了使用现有实验器材顺利完成此实验探究，你建议小明可采取的办法：_____________________，测出滑动摩擦力的大小，再和实验_______(填“甲”或“乙”)进行比较.
举一反三
在探究“滑动摩擦力的大小与什么有关”的实验中，所用装置如图6－4－5
所示.
(1)从弹簧测力计直接读出的是对木块的拉力大小，实验中需要让拉力与木块所受的滑动摩擦力大小相等，则应满足的主要条件是：木块放在水平面上，拉动木块时，木块应处于
运动状态：拉力方向水平.
(2)拉动木块前，应将测力计沿
方向放置，然后进行调零.
(3)利用如图6－4－5所示的装置进行相关试验后，在木块上再叠加另一个木块来进行实验.
分析叠放木块与不叠放木块两种情况对应的数据，是为了验证下列猜想中的
.
A.
滑动摩擦力的大小与压力的大小有关
B.
滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关
C.
滑动摩擦力的大小与接触面积大小有关
D.
滑动摩擦力的大小与运动的速度大小有关
(4)交流评估时，某实验小组提出：实验过程中，弹簧测力计的示数不容易稳定.
可能的原因是
.
A.
木板的长度太长
B.
木板的粗糙程度不均匀
C.
弹簧测力计的分度值太大
D.
木块与木板的接触面积太大
新知3
摩擦力的方向
(1)摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反或与物体将要发生的相对运动的趋势方向相反.
(2)不能把摩擦力的方向理解为总是与运动方向相反.
也就是说，摩擦力有时阻碍运动，有时有利于运动，但都是与相对运动或相对运动趋势方向相反.
例如，人走路时，地面对人脚底的摩擦力方向与人前进的方向相同，自行车后轮摩擦力方向与运动方向相同.
例题精讲
【例3】关于滑动摩擦力的方向，下列说法正确的是( )
A.
总是与物体运动方向相反
B.
总是与物体运动方向相同
C.
总是阻碍物体运动
D.
总是阻碍相互接触的物体间的相对运动
举一反三
如图6－4－6，在光滑的水平面上叠放着甲、乙两个木块，甲木块用一根细绳拴在左边固定的竖直板上，现在用力把木块乙从右端匀速地抽出来，所用的力F＝15
N，则甲、乙两木块所受的摩擦力是
(
)
A.
甲为零，乙受向右的15
N的力
B.
甲和乙都受向右15
N的力
C.
甲和乙都受向左15
N的力
D.
甲和乙都是15
N，甲受向右的力，乙受向左的力
新知4
增大与减小摩擦的方法
以下场合人们利用的摩擦力，称为有益摩擦.
如：人走路；人拿起茶杯等物体；物体在皮带上传动；在黑板上用粉笔写字等.
以下情况是人们不希望有的摩擦力，称为有害摩擦.
如：机器各部件之间的摩擦；电风扇转动轴上的摩擦.
例题精讲
【例4】下图所示的四个实例中，为了增大摩擦的是( )
A.
行李包下安装轮子
B.
冰壶表面打磨得很光滑
C.
鞋底有凹凸不平的花纹
D.
磁悬浮列车悬浮行驶
举一反三
1.
自行车的结构及使用涉及到不少科学知识，自行车的轮胎表面有凹凸不平的花纹是为了
(
)
A.
增大压力
B.
增大摩擦力
C.
减小压力
D.
减小摩擦
2.
下列实例属于减小摩擦的是
(
)
A.
鞋底的花纹
B.
浴室内地面上的防滑垫
C.
矿泉水瓶盖上的细条纹
D.
冰箱底下安装的小轮子
6.5
探究杠杆的平衡条件
新知1
杠杆
(1)定义：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒叫做杠杆，例如：撬棒、跷跷板、抽水机手柄等.
可见，杠杆可以是直的，也可以是弯的.
“硬棒”不一定是棒，但在外力的作用下不能变形.
(2)杠杆的“五要素”.
①支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母“O”表示；
②动力：使杠杆转动的力叫动力，用“F1”表示；
③阻力：阻碍杠杆转动的力叫阻力，用“F2”表示；
④动力臂：从支点到动力作用线的距离叫动力臂，用“L1”表示；
⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离叫阻力臂，用“L2”表示.
例题精讲
【例1】列车上有出售食品的手推车(如图6－5－1所示).
若货物在车内摆放均匀，当前轮遇到障碍物A时，售货员向下按扶把，这时手推车可以视为杠杆，支点是_______(写出字母)；当后轮遇到障碍物A时，售货员向上提扶把，这时支点是________.
举一反三
如图6－5－2所示，下列关于力臂的说法中正确的是(
)
A.
动力臂L1是指支点O到动力F1的作用点的距离
B.
阻力臂L2是指支点O到阻力F2作用点的距离
C.
阻力臂L2是指支点O到阻力F2作用线的距离
D.
动力臂与阻力臂都在杠杆上
新知2
力臂的画法
(1)研究支点O：假设杠杆转动，找杠杆上相对静止的点即为支点.
如图6－5－3甲所示.
(2)确定动力和阻力作用线：从动力、阻力作用点沿力的方向画射线，如图6－5－3乙所示.
(3)作力臂：从支点向力的作用线作垂线，支点到垂足间的距离为力臂，在旁边标上字母L1或
L2，分别表示动力臂或阻力臂，如图6－5－3丙所示.
例题精讲
【例2】如图6－5－4所示是一种常见的活塞式抽水机的示意图，在图中画出手柄所受动力F1的力臂L1和阻力F2.
举一反三
如图6－5－6甲所示是生活中常见的壁灯，图6－5－6乙是根据壁灯建立的杠杆模型，请在图乙中画出并标明电灯受到重力的力臂L.
新知3
杠杆的平衡条件
(1)杠杆处于静止状态或匀速转动状态时杠杆平衡.
(2)杠杆的平衡条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂.
公式为其中F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂.
根据杠杆的平衡条件，我们可以知道既省力又省距离的杠杆是不存在的.
(3)使用杠杆的平衡条件分析和解决问题时，应注意：
①动力和阻力都是指杠杆受到的力，而不是杠杆对别的物体所施加的力；
②动力和阻力都是相对的.
一般来说，动力是使杠杆绕支点转动的力，阻力是阻碍杠杆绕支点转动的力.
如用撬棒撬石头时，手对撬棒施加的力称为动力，石头作用在撬棒上，阻碍杠杆转动的力称为阻力.
但有时不易区分哪个是动力，哪个是阻力，可设某一个力(如使杠杆沿顺时针方向转动的力)为动力，则另一个力(使杠杆沿逆时针方向转动的力)为阻力.
例题精讲
【例3】“探究杠杆的平衡条件”实验.
(1)实验前，应先调节杠杆两端的平衡螺母，是为了使杠杆在 位置平衡，这样做是为了避免杠杆自身的重力对杠杆平衡的影响，实验时方便_____________.
如发现杠杆左端偏高，则可将右端的平衡母向________调节，或将左端的平衡螺母向________调节.
(2)部分实验数据已记录在上表中.
①请将表格中的实验数据补充完整；②实验时需要测量三组以上数据的目的是_____
_______；
③杠杆的平衡条件是________
____.
举一反三
1.
如图6－5－7所示，不计重力的杠杆OA，O为支点，在拉力F和重力为30N的重物P的作用下，恰在水平位置平衡.
已知OA＝80
cm，AB＝20
cm，杠杆与转动轴间的摩擦忽略不计.
那么拉力F的力臂L＝
cm，拉力的大小F＝_
N.
2.
在探究杠杆平衡条件的实验中：
(1)安装好杠杆，调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；把钩码挂在杠杆A点如图6－5－8甲，为方便直接从杠杆上读出力臂，应在B点沿着
的方向拉动弹簧测力计，使杠杆在水平位置平衡.
(2)如图6－5－8乙，当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡，测力计示数将
.
新知4
杠杆的分类
根据杠杆平衡的条件可将杠杆分为三类.
(1)省力杠杆.
如：剪铁皮的剪刀，起瓶盖用的起子，起钉子用的羊角锤等.
(2)费力杠杆.
如：理发用的剪刀，钓鱼用的鱼竿.
(3)等臂杠杆.
如：天平.
杠杆在使用时，省力和省距离不可能兼而有之，省力则费距离，费力则省距离.
因此各类杠杆选择的原则是根据实际情况，从有利于生产出发.
三类杠杆比较：
例题精讲
【例4】观察如图6－5－9所示的指甲刀的结构图，其中分析正确的是
( )
A.
一个杠杆，且是省力杠杆
B.
两个杠杆，一个省力杠杆，一个费力杠杆
C.
三个杠杆，一个省力杠杆，两个费力杠杆
D.
三个杠杆，一个费力杠杆，两个省力杠杆
举一反三
1.
图6－5－10中正在使用的机械，属于费力杠杆的有(
)
A.
①③
B.
②③
C.
①④
D.
②④
2.下列工具：①镊子、②天平、③瓶盖起子、④钢丝钳、⑤鱼竿，这些工具中属于省力杠杆的是
，属于费力杠杆的是
，属于等臂杠杆的是
.
6.6
探究滑轮的作用
新知1
定滑轮
(1)定义：工作时中间轴固定不动的滑轮叫定滑轮.
如图6－6－1甲所示.
(2)实质：定滑轮实质上是个等臂杠杆，所以不省力.
如图6－6－1乙所示.
(3)特点：使用定滑轮可以改变作用力的方向，动力移动距离与重物移动距离相等，如图6－6－1丙所示.
例题精讲
【例1】某同学研究定滑轮的使用特点，他每次都匀速提升钩码，研究过程如图6－6－2所示.
请仔细观察图中的操作和测量结果，然后归纳得出初步结论.
(1)比较a、b两图可知：_________________.
(2)比较b、c、d三图可知：_________________.
举一反三
如图6－6－3所示，古代士兵常用定滑轮把护城河上的吊桥拉起.
使用定滑轮可以
(填“省力”
“省距离”或“改变动力方向”)；吊桥可以看作杠杆，绳子对它的拉力是动力，吊桥的重力是阻力.
在拉起吊桥的过程中，阻力臂大小
(填“变大”“变小”或“不变”).
新知2
动滑轮
(1)定义：工作时，中间轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮.
“动”指轴心的位置在移动，而不是转动.
如图6－6－4
甲所示.
(2)实质：动滑轮实质上是动力臂为阻力臂2倍的杠杆，所以可省一半的力.
如图6－6－4乙所示.
(3)特点：省一半的力，但动力移动的距离是重物移动距离的2倍.
如图6－6－4丙所示.
例题精讲
【例2】小明在探究动滑轮的工作特点时，他开始用弹簧测力计测出了钩码的重力，然后按如图6－6－5所示装置实验.
他绘制了下表，请你帮他完成.
(不计摩擦和动滑轮重)
举一反三
1.
图6－6－6是小聪为拉船靠岸而设计的甲、乙两种方案，若拉船的力需要很大，则应选用
(填“甲”或“乙”)方案，因为采用这种方案可以
.
(不计机械的自重及摩擦)
2.
如图6－6－7所示，把重为20
N的物体匀速向上提起，弹簧测力计的示数为12
N，若不计绳重及摩擦，则拉力及动滑轮重力的大小分别是
(
)
A.
10
N、8
N
B.
12
N、4
N
C.
16
N、8
N
D.
6
N、4
N
新知3
滑轮组
(1)定义：由若干个定滑轮和动滑轮组成的装置叫滑轮组.
(2)特点：可以省力，也可以改变力的方向，总重由几股绳子承担，拉力便是总重的几分之一.
(3)使用滑轮组虽然可以省力，但必须多移动距离.
总重由几股绳子承担，拉力移动的距离便是重物移动距离的几倍.
例题精讲
【例3】如图6－6－8所示，甲图中使用的是___________，使用这种机械的优点是_____________________；乙图使用的是_______________，使用这种机械的优点是_____________.
如乙图所示，重物G2为100
N，若不计滑轮自重和摩擦，则拉力F是_______N，若物体以1
m/s的速度匀速上升，则绳自由端移动的速度是________m/s.
举一反三
用如图6－6－9所示的滑轮组提升重物，若被提升的重物重25
N，每个滑轮重10
N，则绳子自由端的拉力为
N，使用此装置的优点是
.(不计绳与滑轮之间的摩擦)
新知4
轮轴和斜面
(1)轮轴
①定义：由一个轮和一个轴组成，并且都绕固定的轴转动.
使用轮轴，若动力F1作用在轮上可以省力；动力F2作用在轴上则费力；
②实质：轮轴实质上是一个可连续转动的杠杆.
图6－6－10中，F1——作用在轮上的力，F2——作用在轴上的力，R——轮半径，r——轴半径.
(2)斜面
①定义：斜面是一种可以省力的简单机械，但必须多移动距离；
②原理：F·L＝G·h(如图6－6－11所示).
F——沿斜面拉力，G——物体重力，L——斜面长，h——斜面高.
从公式中可知：斜面越长越省力.
例题精讲
【例4】下列简单机械是轮轴的是
( )
A.
撬大石头的撬棒
B.
撬钉子的羊角锤
C.
拧螺丝的螺丝刀
D.
撬瓶盖的起子
举一反三
1.
斜面是一种省力、
的简单机械，如盘旋公路等；轮轴是由公共转轴的轮和轴组成，轮轴也可以看成是
的变形.如门把手、方向盘、扳手等.
2.
下图所示的日常生活和生产实践中使用的机械能抽象为斜面的是
(
)
新知5
滑轮组的组装：奇动偶定法
(1)根据F＝G，求出动滑轮上绳子的段数n.
(2)如n为偶数时，绳子的固定端系在定滑轮上(即“偶定”
).
(3)若n为奇数时，绳子的固定端系在动滑轮上(即“奇动”
).
例题精讲
【例5】用滑轮组提起2
000
N的重物，绳子最多只能承受600
N的力.
(不计滑轮重和摩擦)
(1)设计一个向下拉动绳子的最简单的滑轮组，并画出示意图.
(2)据此设计要匀速提起物体所用的拉力是多大？
(3)若在此问题中，将物体匀速提高3
m，应把绳子拉下多少米？
解析 首先确定承担重物的绳子段数：＝3.3(要取整数4，即4段绳子)，既要省力，又能改变力的方向，并且承担重物的绳子是偶数，要从定滑轮绕起，所以需要两个定滑轮和两个动滑轮.
省了力，就要费距离，由s＝nh可求出绳子拉下的长度.
答案 (1)n＝4，示意图如图6－6－12.
(2)F＝＝500
N.
(3)s＝nh＝4×3
m＝12
m.
举一反三
如图6－6－13所示，在A处或B处的虚框内添加一个滑轮，利用三个滑轮组成滑轮组，要求使用时最省力.添加滑轮并完成滑轮组绕法.
图6－6－2第六章 力和机械
6.1
怎样认识力
新知1
力的作用效果及单位
力虽然看不见，但力作用在物体上能产生一定的作用效果.
(1)力可以改变物体的形状.
作用在物体上的力可使物体的形状发生改变.
(2)力可以改变物体的运动状态.
(3)力的单位是牛顿，简称牛，符号为N.
例题精讲
【例1】图6－1－1表示力的作用效果，其中甲主要是表示了力可以使物体发生_____________，乙主要是表示了力可以使物体的_____________发生改变.解析 甲图弹簧被拉长，形状变了；乙图球的运动方向变了，说明运动状态发生了改变.
答案
形变
运动状态
【例2】下述作用力中，最接近30
N的是( )
A.
托起两个鸡蛋所用的力
B.
拿起物理课本所用的力
C.
扛起一袋50
kg化肥所用的力
D.
提起一只大公鸡所用的力
解析 托起两个鸡蛋所用的力约为1
N，拿起物理课本所用的力约为2
N，扛起一袋50
kg化肥所用的力为
500
N，提起一只大公鸡所用的力约为30
N.
答案 D
举一反三
1.
秋天，稻子“笑弯了腰”，说明力可以改变物体的
形状
.
跳高场上，运动员“腾空而起”，说明力可以改变物体的
运动状态
.
2.
以下物理学家名字用来作为力的单位的是(
A
)
A.
牛顿
B.
阿基米德
C.
焦耳
D.
托里拆利
新知2
力的作用是相互的
在关于力的现象中，参与力的作用的物体至少有两个，我们通常把这两个物体中的一个叫施力物体，另一个叫受力物体.
但由于一个物体给另一个物体施加力的同时也必然受到另一个物体的力的作用，因此，力的作用是相互的.
那么，对相互作用的两个物体而言，施力物体也是受力物体，受力物体也必然是施力物体.
例题精讲
【例3】如图6－1－2所示是运动员在撑竿跳高时的情景，在这个情景中包含一些物理知识，如：
(1)撑竿受到力的作用而弯曲，说明力的作用可以____________.
(2)运动员对竿施力的同时被竿拉起，说明力的作用是____________.
解析 (1)力可以使物体发生形变.(2)运动员对竿施力，竿同时也对运动员施力，因为力的作用是相互的.
答案 (1)使物体发生形变 (2)相互的
举一反三
如图6－1－3所示，人踢球时，对球施力的物体是
脚
，同时
脚
也受到球的作用力，这一事例说明物体间力的作用是相互的.
新知3
力的三要素
力的三要素：大小、方向、作用点.
作用在物体上的力，如果大小、方向、作用点不同，作用效果就不同，它们都能影响力的作用效果.
例题精讲
【例4】如图6－1－4所示实验，表示力的作用效果与( )
A.
力的大小有关
B.
力的方向有关
C.
力的作用点有关
D.
力的大小、方向和作用点都有关
解析 力的作用效果有：①改变物体的运动状态(运动状态的改变包括运动速度大小的改变和运动方向的改变)；②改变物体的形状.力的三要素是：大小、方向、作用点.归纳出知识点，然后结合图示信息，找出对应的知识.
答案 B
举一反三
如图6－1－5所示为一种常用核桃夹，用大小相同的力垂直作用在B点比A点更易夹碎核桃，这说明力的作用效果与(
C
)
A.
力的大小有关
B.
力的方向有关
C.
力的作用点有关
D.
受力面积有关
6.2
怎样测量和表示力
新知1
弹簧测力计
(1)用途：测量力的大小.
(2)构造：弹簧、指针、刻度板等.
(3)原理：在一定的弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，就被拉得越长.
(4)使用方法：
①了解其量程，不要测量超过它量程的力；
②明确分度值，知道每一大格、每一小格都表示多少牛顿；
③调零，即测力前要使指针对准零刻度线；
④测力时，要使弹簧的轴线方向跟所测力的方向一致，使用前应先轻拉弹簧几下，避免测量时弹簧与外壳有摩擦；
⑤要待指针静止才能读数，读数时视线要与刻度板面垂直.
例题精讲
【例1】下列关于弹簧测力计的使用，说法错误的是( )
A.
测量力时不能超过弹簧测力计的测量范围，被测力的大小应在这个范围内
B.
使用前应将弹簧测力计的指针调到零刻度
C.
弹簧测力计只能竖立放置，测竖直方向的力
D.
弹簧测力计可以测不同方向的力
解析 根据弹簧测力计的使用分析：①观察测力计的量程及分度值，加在测力计上的力不能超过其量程；②使用前将测力计的指针调到零；③使用时力的方向应与弹簧的轴线一致.
答案 C
【例2】如图6－2－2所示，弹簧测力计的量程是______N，手的拉力是_______N.
解析 通过观察可知，该弹簧测力计的量程为0～5
N，分度值为0.2
N，指针指示的示数为1.6
N.
答案 0～5 1.6
举一反三
弹簧测力计在使用前应检查指针是否指在零刻度线上；如图6－2－3是使用弹簧测力计测力时的情景，请指出图中存在的操作错误：拉力方向与弹簧测力计轴线方向不在同一直线上.
新知2
力的示意图
用一根带箭头的线段来表示力.
力的示意图是一种表示力的方法，这种表示法简明、准确而且直观、形象.
画力的示意图的要领是：
①确定受力物体、力的作用点和力的方向；
②从力的作用点沿力的方向画力的作用线；
③用箭头表示力的方向.
例题精讲
【例3】请你画出下列力的示意图.
(如图6－2－4所示)
(1)图甲中小明用100
N的力推墙壁，画出墙壁受到的推力.
(2)图乙中物块放在水平地面上，对地面的压力为30
N.
(3)图丙中小车受到与水平方向成30°角的斜向右上方的拉力.
解析 先在图中确定力的作用点和方向，然后沿力的方向画一条线段，在线段的末端画个箭头表示力的方向.
答案 (1)如图6－2－5甲所示.
(2)如图6－2－5乙所示.
(3)如图6－2－5丙所示.
举一反三
请在图6－2－6中画出细线对小球的拉力F.
如答图6－2－1所示.
新知3
探究弹簧的伸长与受到的拉力成正比
在弹性限度内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比.
弹簧的弹性有一定的限度，超过了这个限度，弹簧的伸长与受到的拉力就不成正比了，且弹簧的形变也恢复不了，所以使用弹簧时不能超过它的弹性限度，弹簧测力计也不能用来测量超过它测量限度的力，在探究的过程中，注意弹簧的弹性限度以及刻度的标注.
根据探究得出相应的结论：
(1)在弹性限度内，弹簧的伸长量与所受的拉力成正比，且比值不变.
(2)若超出了弹性限度，弹簧的伸长量与所受的拉力不成正比.
(3)不同的弹簧，伸长量相同时，所受的拉力一般不同.
例题精讲
【例4】王斌同学在课余时间继续探究弹簧的伸长量跟所受拉力大小的关系，他进行了猜想，并利用一个铁架台、一个弹簧、一根直尺和若干相同的钩码来做实验.
他设计的实验表格和记录的实验数据如下：
分析以上数据，可得到结论：在一定范围内，____________.
解析 从表中的数据可以看出，拉力增加1
N，弹簧伸长量就增加0.5
cm.
可见弹簧的伸长量与所受拉力的大小成正比.
答案 弹簧的伸长量与所受拉力的大小成正比
举一反三
为研究弹簧的性质，我们在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码
(如图6－2－7甲)，同时记录弹簧总长度L与钩码质量
m，所得数据记录在表一中.
已知弹簧原长L0＝6.0
cm，实验过程中，弹簧形变在弹性限度内，不计弹簧所受的重力.
(g取10
N/kg)
表一：
(1)请根据表一中的数据，将表二填写完整.
表二：
(2)请在图6－2－7乙坐标系中描点作出弹力F跟弹簧伸长量Δx的关系图象.
如答图6－2－2所示.
(3)本实验的结论就是弹簧测力计的
工作原理.
只有规范使用弹簧测力计，才能准确测量力的大小.
请写出一条正确使用弹簧测力计的操作要求：被测力的方向要沿弹簧的轴线方向、使用前要调零等.
6.3
重力
新知1
重力的概念
(1)万有引力：宇宙间任何两个物体，大到天体，小到灰尘之间，都存在相互吸引的力，这就是万有引力.
任何两个物体之间都存在万有引力，万有引力的大小与物体的质量及两物体之间的距离有关.
(2)重力：物理学中，把地面附近物体因地球的吸引而受到的力叫重力，用符号G表示.
地面附近的一切物体都受到重力的作用.
重力的施力物体是地球，受力物体是物体.
(3)重力是由于地球的吸引而产生的，重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力.
例题精讲
【例1】树上的苹果离开树枝后，总是落向地面，这是由于苹果受到_______的缘故，这个力的施力物体是________.
解析 苹果落向地面，是由于重力作用的结果，重力的施力物体是地球.
答案
重力
地球
举一反三
一个足球运动员带球跑时，面对扑过来的守门员，巧妙地将球向上一踢，足球在空中划过一条曲线飞进球门，足球在飞行的过程中(不计空气阻力)，使它的运动状态发生变化的施力物体是
(
C
)
A.
足球运动员
B.
守门员
C.
地球
D.
足球
新知2
重力的三要素
(1)重力的大小：重力的大小叫做重量.
物体所受的重力跟它的质量成正比.
其关系式为G＝mg，g取9.8
N/kg.
在计算物体重力时要注意以下几点：
①重力的大小可用弹簧测力计测出；
②利用G＝mg计算时，要注意式中各量的单位：m的单位为kg，g的单位为N/kg，G的单位为N.
粗略计算时g可取10
N/kg；
③同一物体的重力在不同地点将发生变化，在地球两极重力最大，在赤道上的重力最小；
④物体所受的重力是由于它所在星球对它的吸引而产生的.
不同星球对同一物体的吸引强弱不同，例如：物体在月球上所受的重力大约只有地球上的六分之一.
(2)重力的方向：竖直向下.
竖直向下是指和物体所在水平面垂直向下的方向.
应注意“竖直向下”与“垂直向下”是有区别的，“垂直向下”是指垂直于某个平面向下.
(3)重力的作用点：重力在物体上的作用点叫重心.
质地均匀、形状规则的物体的重心在它的几何中心上.
例题精讲
【例2】质量为0.05
kg的苹果挂在树枝下，则苹果受到的重力大小为_______N，施力物体是_______，方向_______.
解析 根据公式G＝mg，已知质量m和g的大小可计算重力的大小G＝mg＝0.05
kg×9.8
N/kg＝0.49
N.
答案 0.49 地球 竖直向下
【例3】(1)
如图6－3－1甲所示，作出地面上重为500
N的物体的重力的示意图.
(2)如图6－3－1乙所示，作出斜面上重为50
N的物体的重力的示意图.
(3)如图6－3－1丙所示，作出悬挂着的质量为1
kg
的物体受到的重力示意图.
(g取9.8N/kg)
解析 先找出重力作用点(重心)作为线段起点，再根据重力方向竖直向下画出箭头方向，最后标出重力G的大小.
答案 如图6－3－2所示.
举一反三
1.
图中关于重力的示意图正确的是
(
D
)
2.
在墙壁上悬挂画框时，可自制一个重锤线来检查画框是否挂正，这是利用
(
B
)
A.
重力的大小与质量成正比
B.
重力的方向竖直向下
C.
重力的作用点在物体的重心
D.
重力的方向垂直于地面
3.
请在图6－3－3中画出蜗牛所受重力的示意图.
如答图6－3－1所示.
新知3
重力和质量的区别与联系
在认识物体所受的重力与其质量成正比的关系时，应注意重力和质量的区别，现列表加以说明：
例题精讲
【例4】某物理实验小组的同学在“探究物体所受重力大小与物体质量的关系”的实验记录如下表：
(1)在实验过程中，需要的测量工具有_____和_________.
(2)在上表空白处填出比值的平均值.
(3)分析表中实验数据，得出的结论是：______________.
解析 本题主要考查重力与质量的关系的探究方法.
测量质量要用到天平，测量重力要用到弹簧测力计；分析表中的数据可以看出，在实验误差允许的范围内，G与m的比值是一定的.
答案 (1)天平 弹簧测力计
(2)9.8
(3)物体所受重力与质量成正比,
举一反三
如图6－3－4甲所示，是某同学探究“重力与质量的关系”的实验装置示意图.在安装实验装置时，让刻度尺的零刻度与弹簧测力计的弹簧上端对齐，在弹簧测力计的下端挂上1个钩码，静止时弹簧测力计的弹簧长度为L1，弹簧测力计的示数为F1；图6－3－4乙和图6－3－4丙分别是此时弹簧下端的指针在刻度尺上的位置和弹簧测力计示数的放大示意图.
那么，刻度尺的分度值为
0.1
cm，示数L1＝25.85(25.83～25.88)cm，示数F1＝5.00(5或5.0均可)
N.
在不损坏弹簧测力计和满足相应条件的情况下，在弹簧测力计的下端再挂上4个相同的钩码，静止时如果弹簧测力计的示数为25.00
N.
那么，说明重力与质量成
正比
(填“正比”或“反比”).
6.4
探究滑动摩擦力
新知1
摩擦力
(1)两个相互接触的物体，当它们做相对运动(或要发生相对运动)时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫摩擦力.
(2)摩擦力是一种常见的力.
例如：传送带输送货物、擦亮火柴、人走路、各种运动的机械等都存在摩擦力.摩擦力在我们的生活中无时不在、无处不有，只要你细心观察，就一定会发现.
(3)摩擦力产生的条件：
①两个物体相互接触；②两个物体之间有压力；③两个物体之间有相对运动的趋势或已发生相对运动.
(4)摩擦力产生的原因：物体相对运动的表面粗糙不平，有的物体人眼看起来很光滑，实质也不平，相对运动时凹凸部分对运动产生阻碍.
如图6－4－1所示光滑的金属表面.
例题精讲
【例1】如图6－4－2所示，用一水平推力F将物体挤压在竖直墙壁上处于静止状态，则物体受到( )
A.
重力、水平推力及墙壁对它的支持力
B.
重力、水平推力、墙壁对它的支持力及摩擦力
C.
重力及墙壁对它的摩擦力
D.
水平推力及墙壁对它的支持力
解析 物体虽然处于静止状态，但由于受重力作用，物体有向下运动的趋势，所以物体受到墙壁对它向上的摩擦力.
此时物体受四个力的作用：重力、水平推力、墙壁对它的支持力、摩擦力.
答案 B
举一反三
1.
在草地上滚动的足球会越滚越慢，这是因为
(
C
)
A.
足球受到地面的支持力的作用
B.
足球受到重力作用
C.
足球受到摩擦力作用
D.
足球没有受到力的作用
2.
如图6－4－3所示，一小球从弧形槽上的A点静止释放，小球沿弧形槽滚至另一端的最高点为C点.
试作出由A点滚至C点过程中，小球在B点(即弧形槽底部与水平面的切点)受力的示意图(忽略空气阻力).
如答图6－4－1所示.
新知2
探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关
滑动摩擦力的大小跟以下两个因素有关：
一是跟作用在物体表面的压力大小有关系，接触面粗糙程度一定时，压力越大，摩擦力越大；二是与接触面的粗糙程度有关系，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大.
例题精讲
【例2】如图6－4－4所示是“探究影响滑动摩擦力大小因素”的实验.小明用到了一个弹簧测力计、一块木块、一个砝码、一块长木板和一条毛巾.
(1)拉着木块在木板上做匀速直线运动时，弹簧测力计的示数如图6－4－4甲所示，则木块受到的滑动摩擦力大小为____N.
(2)分析图甲、乙两次实验数据可以得出，滑动摩擦力大小与___________有关.
(3)小明想进一步探究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系，进行了图6－4－4丙的实验，
当测力计示数达到最大值时仍没拉动木块.为了使用现有实验器材顺利完成此实验探究，你建议小明可采取的办法：_____________________，测出滑动摩擦力的大小，再和实验_______(填“甲”或“乙”)进行比较.
解析 (1)在实验中，小明用弹簧测力计在水平方向上匀速直线拉动木块，此时拉力与摩擦力是一对平衡力，大小相等；由图甲知，测力计的分度值为0.2
N，所以其示数为4.2
N，所以摩擦力为4.2
N.
(2)甲、乙接触面的粗糙程度相同，压力大小不同，测力计的示数不同，可得滑动摩擦力与压力大小有关.
(3)丙是为了探究摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系，需使压力大小相同，接触面的粗糙程度不同，由于摩擦力较大，测力计量程不够，可使丙的压力与甲相同进行探究，所以可以将丙实验中木块上的砝码取下，测出滑动摩擦力，再和甲实验进行比较.
答案 (1)4.2 (2)压力大小 (3)先将丙实验中木块上的砝码取下 甲
举一反三
在探究“滑动摩擦力的大小与什么有关”的实验中，所用装置如图6－4－5
所示.
(1)从弹簧测力计直接读出的是对木块的拉力大小，实验中需要让拉力与木块所受的滑动摩擦力大小相等，则应满足的主要条件是：木块放在水平面上，拉动木块时，木块应处于
匀速直线
运动状态：拉力方向水平.
(2)拉动木块前，应将测力计沿
水平
方向放置，然后进行调零.
(3)利用如图6－4－5所示的装置进行相关试验后，在木块上再叠加另一个木块来进行实验.
分析叠放木块与不叠放木块两种情况对应的数据，是为了验证下列猜想中的
A
.
A.
滑动摩擦力的大小与压力的大小有关
B.
滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关
C.
滑动摩擦力的大小与接触面积大小有关
D.
滑动摩擦力的大小与运动的速度大小有关
(4)交流评估时，某实验小组提出：实验过程中，弹簧测力计的示数不容易稳定.
可能的原因是
B
.
A.
木板的长度太长
B.
木板的粗糙程度不均匀
C.
弹簧测力计的分度值太大
D.
木块与木板的接触面积太大
新知3
摩擦力的方向
(1)摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反或与物体将要发生的相对运动的趋势方向相反.
(2)不能把摩擦力的方向理解为总是与运动方向相反.
也就是说，摩擦力有时阻碍运动，有时有利于运动，但都是与相对运动或相对运动趋势方向相反.
例如，人走路时，地面对人脚底的摩擦力方向与人前进的方向相同，自行车后轮摩擦力方向与运动方向相同.
例题精讲
【例3】关于滑动摩擦力的方向，下列说法正确的是( )
A.
总是与物体运动方向相反
B.
总是与物体运动方向相同
C.
总是阻碍物体运动
D.
总是阻碍相互接触的物体间的相对运动
解析 摩擦力的作用是阻碍物体的相对运动，其方向与相对运动方向相反.
答案 D
举一反三
如图6－4－6，在光滑的水平面上叠放着甲、乙两个木块，甲木块用一根细绳拴在左边固定的竖直板上，现在用力把木块乙从右端匀速地抽出来，所用的力F＝15
N，则甲、乙两木块所受的摩擦力是
(
D
)
A.
甲为零，乙受向右的15
N的力
B.
甲和乙都受向右15
N的力
C.
甲和乙都受向左15
N的力
D.
甲和乙都是15
N，甲受向右的力，乙受向左的力
新知4
增大与减小摩擦的方法
以下场合人们利用的摩擦力，称为有益摩擦.
如：人走路；人拿起茶杯等物体；物体在皮带上传动；在黑板上用粉笔写字等.
以下情况是人们不希望有的摩擦力，称为有害摩擦.
如：机器各部件之间的摩擦；电风扇转动轴上的摩擦.
例题精讲
【例4】下图所示的四个实例中，为了增大摩擦的是( )
A.
行李包下安装轮子
B.
冰壶表面打磨得很光滑
C.
鞋底有凹凸不平的花纹
D.
磁悬浮列车悬浮行驶
解析 行李包下安装滚动的轮子，是通过将滑动摩擦变为滚动摩擦的方法来减小摩擦的，A不符合题意；冰壶表面打磨得很光滑，是通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦力的，B不符合题意；鞋底有凹凸不平的花纹，是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力的，C符合题意；磁悬浮列车悬浮行驶，是通过使接触面脱离接触来减小摩擦力的，D不符合题意.
答案 C
举一反三
1.
自行车的结构及使用涉及到不少科学知识，自行车的轮胎表面有凹凸不平的花纹是为了
(
B
)
A.
增大压力
B.
增大摩擦力
C.
减小压力
D.
减小摩擦
2.
下列实例属于减小摩擦的是
(
D
)
A.
鞋底的花纹
B.
浴室内地面上的防滑垫
C.
矿泉水瓶盖上的细条纹
D.
冰箱底下安装的小轮子
6.5
探究杠杆的平衡条件
新知1
杠杆
(1)定义：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒叫做杠杆，例如：撬棒、跷跷板、抽水机手柄等.
可见，杠杆可以是直的，也可以是弯的.
“硬棒”不一定是棒，但在外力的作用下不能变形.
(2)杠杆的“五要素”.
①支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母“O”表示；
②动力：使杠杆转动的力叫动力，用“F1”表示；
③阻力：阻碍杠杆转动的力叫阻力，用“F2”表示；
④动力臂：从支点到动力作用线的距离叫动力臂，用“L1”表示；
⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离叫阻力臂，用“L2”表示.
例题精讲
【例1】列车上有出售食品的手推车(如图6－5－1所示).
若货物在车内摆放均匀，当前轮遇到障碍物A时，售货员向下按扶把，这时手推车可以视为杠杆，支点是_______(写出字母)；当后轮遇到障碍物A时，售货员向上提扶把，这时支点是________.
解析 把手推车视为杠杆，当前轮B遇到阻碍，在E点向下用力时，车身转动，而车轮C却相对保持静止，所以C点为支点；当后轮C遇阻，人从E点向上用力时，车身转动，而车轮B点相对静止，所以此时的支点为B.
答案 C B
举一反三
如图6－5－2所示，下列关于力臂的说法中正确的是(
C
)
A.
动力臂L1是指支点O到动力F1的作用点的距离
B.
阻力臂L2是指支点O到阻力F2作用点的距离
C.
阻力臂L2是指支点O到阻力F2作用线的距离
D.
动力臂与阻力臂都在杠杆上
新知2
力臂的画法
(1)研究支点O：假设杠杆转动，找杠杆上相对静止的点即为支点.
如图6－5－3甲所示.
(2)确定动力和阻力作用线：从动力、阻力作用点沿力的方向画射线，如图6－5－3乙所示.
(3)作力臂：从支点向力的作用线作垂线，支点到垂足间的距离为力臂，在旁边标上字母L1或
L2，分别表示动力臂或阻力臂，如图6－5－3丙所示.
例题精讲
【例2】如图6－5－4所示是一种常见的活塞式抽水机的示意图，在图中画出手柄所受动力F1的力臂L1和阻力F2.
解析 先画出动力F1的作用线，再从支点O向F1的作用线画垂线，垂线段长即为动力臂L1.
手柄所受的阻力是活塞对手柄向下的拉力F2，作用在B点.
答案 如图6－5－5所示.
举一反三
如图6－5－6甲所示是生活中常见的壁灯，图6－5－6乙是根据壁灯建立的杠杆模型，请在图乙中画出并标明电灯受到重力的力臂L.
如答图6－5－1所示.
新知3
杠杆的平衡条件
(1)杠杆处于静止状态或匀速转动状态时杠杆平衡.
(2)杠杆的平衡条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂.
公式为其中F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂.
根据杠杆的平衡条件，我们可以知道既省力又省距离的杠杆是不存在的.
(3)使用杠杆的平衡条件分析和解决问题时，应注意：
①动力和阻力都是指杠杆受到的力，而不是杠杆对别的物体所施加的力；
②动力和阻力都是相对的.
一般来说，动力是使杠杆绕支点转动的力，阻力是阻碍杠杆绕支点转动的力.
如用撬棒撬石头时，手对撬棒施加的力称为动力，石头作用在撬棒上，阻碍杠杆转动的力称为阻力.
但有时不易区分哪个是动力，哪个是阻力，可设某一个力(如使杠杆沿顺时针方向转动的力)为动力，则另一个力(使杠杆沿逆时针方向转动的力)为阻力.
例题精讲
【例3】“探究杠杆的平衡条件”实验.
(1)实验前，应先调节杠杆两端的平衡螺母，是为了使杠杆在 位置平衡，这样做是为了避免杠杆自身的重力对杠杆平衡的影响，实验时方便_____________.
如发现杠杆左端偏高，则可将右端的平衡母向________调节，或将左端的平衡螺母向________调节.
(2)部分实验数据已记录在上表中.
①请将表格中的实验数据补充完整；
②实验时需要测量三组以上数据的目的是____________；
③杠杆的平衡条件是____________.
解析 为了方便读取力臂，本实验中应该让杠杆在水平位置平衡.
在调节平衡时，哪边高就向哪边调.
如果只用一组数据得到结论，偶然性太大，所以为了使实验数据具有普遍性，应测量多组实验数据.
答案 (1)水平 读取力臂 左 左
(2)①
15 2 ②多次实验避免偶然性，使规律具有普遍性 ③动力×动力臂＝阻力×阻力臂
举一反三
1.
如图6－5－7所示，不计重力的杠杆OA，O为支点，在拉力F和重力为30N的重物P的作用下，恰在水平位置平衡.
已知OA＝80
cm，AB＝20
cm，杠杆与转动轴间的摩擦忽略不计.
那么拉力F的力臂L＝
40
cm，拉力的大小F＝
45
N.
2.
在探究杠杆平衡条件的实验中：
(1)安装好杠杆，调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；把钩码挂在杠杆A点如图6－5－8甲，为方便直接从杠杆上读出力臂，应在B点沿着
竖直向下
的方向拉动弹簧测力计，使杠杆在水平位置平衡.
(2)如图6－5－8乙，当弹簧测力计由位置1转至位置2的过程中，杠杆在水平位置始终保持平衡，测力计示数将先变小后变大.
新知4
杠杆的分类
根据杠杆平衡的条件可将杠杆分为三类.
(1)省力杠杆.
如：剪铁皮的剪刀，起瓶盖用的起子，起钉子用的羊角锤等.
(2)费力杠杆.
如：理发用的剪刀，钓鱼用的鱼竿.
(3)等臂杠杆.
如：天平.
杠杆在使用时，省力和省距离不可能兼而有之，省力则费距离，费力则省距离.
因此各类杠杆选择的原则是根据实际情况，从有利于生产出发.
三类杠杆比较：
例题精讲
【例4】观察如图6－5－9所示的指甲刀的结构图，其中分析正确的是
(
)
A.
一个杠杆，且是省力杠杆
B.
两个杠杆，一个省力杠杆，一个费力杠杆
C.
三个杠杆，一个省力杠杆，两个费力杠杆
D.
三个杠杆，一个费力杠杆，两个省力杠杆
解析 指甲刀在使用过程中包括有三个杠杆，其中以O点为支点的有两个，分别是DCO和DEO，指甲对刀口上下两边的阻力为两个杠杆的阻力.
以O点为支点时，两杠杆的力为动力，由力臂的概念可判断，这两个杠杆的动力臂均小于阻力臂，属于费力杠杆；而杠杆CBA中人的用力为动力，作用在A点，轴对C向下的力为阻力，支点为B，由力臂的概念可判断，此杠杆的动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆.
答案 C
举一反三
1.
图6－5－10中正在使用的机械，属于费力杠杆的有(
A
)
A.
①③
B.
②③
C.
①④
D.
②④
2.下列工具：①镊子、②天平、③瓶盖起子、④钢丝钳、⑤鱼竿，这些工具中属于省力杠杆的是
③④
，属于费力杠杆的是
①⑤
，属于等臂杠杆的是
②
.
6.6
探究滑轮的作用
新知1
定滑轮
(1)定义：工作时中间轴固定不动的滑轮叫定滑轮.
如图6－6－1甲所示.
(2)实质：定滑轮实质上是个等臂杠杆，所以不省力.
如图6－6－1乙所示.
(3)特点：使用定滑轮可以改变作用力的方向，动力移动距离与重物移动距离相等，如图6－6－1丙所示.
例题精讲
【例1】某同学研究定滑轮的使用特点，他每次都匀速提升钩码，研究过程如图6－6－2所示.
请仔细观察图中的操作和测量结果，然后归纳得出初步结论.
(1)比较a、b两图可知：_________________.
(2)比较b、c、d三图可知：_________________.
解析 观察图6－6－2中测力计的示数可知它们的拉力是相同的，所以a、b两图说明使用定滑轮不省力；而b、c、d三图中，使用定滑轮沿不同方向拉，所用的拉力相同.
答案 (1)使用定滑轮不省力
(2)使用定滑轮沿不同方向拉重物时，所用拉力相同
举一反三
如图6－6－3所示，古代士兵常用定滑轮把护城河上的吊桥拉起.
使用定滑轮可以
改变动力方向
(填“省力”
“省距离”或“改变动力方向”)；吊桥可以看作杠杆，绳子对它的拉力是动力，吊桥的重力是阻力.
在拉起吊桥的过程中，阻力臂大小
变小
(填“变大”“变小”或“不变”).
新知2
动滑轮
(1)定义：工作时，中间轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮.
“动”指轴心的位置在移动，而不是转动.
如图6－6－4
甲所示.
(2)实质：动滑轮实质上是动力臂为阻力臂2倍的杠杆，所以可省一半的力.
如图6－6－4乙所示.
(3)特点：省一半的力，但动力移动的距离是重物移动距离的2倍.
如图6－6－4丙所示.
例题精讲
【例2】小明在探究动滑轮的工作特点时，他开始用弹簧测力计测出了钩码的重力，然后按如图6－6－5所示装置实验.
他绘制了下表，请你帮他完成.
(不计摩擦和动滑轮重)
解析 在不计摩擦和动滑轮重的前提下，使用动滑轮工作时，可以省一半的力，即测力计的示数是砝码重的二分之一，但拉力移动的距离是砝码上升距离的2倍.
由此可知：第一次砝码重应为5
N×2＝10
N，而砝码上升的距离应为30
cm×＝15
cm；第二次测力计的读数应为18
N×＝9
N，而拉力移动距离应为20
cm×2＝40
cm.
答案 第一次：10 15 第二次：9 40
举一反三
1.
图6－6－6是小聪为拉船靠岸而设计的甲、乙两种方案，若拉船的力需要很大，则应选用
甲
(填“甲”或“乙”)方案，因为采用这种方案可以
省力
.
(不计机械的自重及摩擦)
2.
如图6－6－7所示，把重为20
N的物体匀速向上提起，弹簧测力计的示数为12
N，若不计绳重及摩擦，则拉力及动滑轮重力的大小分别是
(
B
)
A.
10
N、8
N
B.
12
N、4
N
C.
16
N、8
N
D.
6
N、4
N
新知3
滑轮组
(1)定义：由若干个定滑轮和动滑轮组成的装置叫滑轮组.
(2)特点：可以省力，也可以改变力的方向，总重由几股绳子承担，拉力便是总重的几分之一.
(3)使用滑轮组虽然可以省力，但必须多移动距离.
总重由几股绳子承担，拉力移动的距离便是重物移动距离的几倍.
例题精讲
【例3】如图6－6－8所示，甲图中使用的是___________，使用这种机械的优点是_____________________；乙图使用的是_______________，使用这种机械的优点是_____________.
如乙图所示，重物G2为100
N，若不计滑轮自重和摩擦，则拉力F是_______N，若物体以1
m/s的速度匀速上升，则绳自由端移动的速度是________m/s.
解析 定滑轮不省力，但能改变力的方向；滑轮组在不计摩擦和动滑轮的重时，绳子自由端的拉力是物重的n分之一，绳子自由端移动的距离是物体上升高度的n倍.
答案 定滑轮 能改变力的方向 滑轮组 不仅能省力，有时还可以改变力的方向 25
4
举一反三
用如图6－6－9所示的滑轮组提升重物，若被提升的重物重25
N，每个滑轮重10
N，则绳子自由端的拉力为
17.5
N，使用此装置的优点是
能省力又能改变力的方向
.(不计绳与滑轮之间的摩擦)
新知4
轮轴和斜面
(1)轮轴
①定义：由一个轮和一个轴组成，并且都绕固定的轴转动.
使用轮轴，若动力F1作用在轮上可以省力；动力F2作用在轴上则费力；
②实质：轮轴实质上是一个可连续转动的杠杆.
图6－6－10中，F1——作用在轮上的力，F2——作用在轴上的力，R——轮半径，r——轴半径.
(2)斜面
①定义：斜面是一种可以省力的简单机械，但必须多移动距离；
②原理：F·L＝G·h(如图6－6－11所示).
F——沿斜面拉力，G——物体重力，L——斜面长，h——斜面高.
从公式中可知：斜面越长越省力.
例题精讲
【例4】下列简单机械是轮轴的是
( )
A.
撬大石头的撬棒
B.
撬钉子的羊角锤
C.
拧螺丝的螺丝刀
D.
撬瓶盖的起子
解析 本题主要考查学生对轮轴概念的理解，A、B、C、D四个选项，只有C选项符合题意.
答案 C
举一反三
1.
斜面是一种省力、
费距离
的简单机械，如盘旋公路等；轮轴是由公共转轴的轮和轴组成，轮轴也可以看成是
杠杆
的变形.如门把手、方向盘、扳手等.
2.
下图所示的日常生活和生产实践中使用的机械能抽象为斜面的是
(
C
)
新知5
滑轮组的组装：奇动偶定法
(1)根据F＝G，求出动滑轮上绳子的段数n.
(2)如n为偶数时，绳子的固定端系在定滑轮上(即“偶定”
).
(3)若n为奇数时，绳子的固定端系在动滑轮上(即“奇动”
).
例题精讲
【例5】用滑轮组提起2
000
N的重物，绳子最多只能承受600
N的力.
(不计滑轮重和摩擦)
(1)设计一个向下拉动绳子的最简单的滑轮组，并画出示意图.
(2)据此设计要匀速提起物体所用的拉力是多大？
(3)若在此问题中，将物体匀速提高3
m，应把绳子拉下多少米？
解析 首先确定承担重物的绳子段数：＝3.3(要取整数4，即4段绳子)，既要省力，又能改变力的方向，并且承担重物的绳子是偶数，要从定滑轮绕起，所以需要两个定滑轮和两个动滑轮.
省了力，就要费距离，由s＝nh可求出绳子拉下的长度.
答案 (1)n＝4，示意图如图6－6－12.
(2)F＝＝500
N.
(3)s＝nh＝4×3
m＝12
m.
举一反三
如图6－6－13所示，在A处或B处的虚框内添加一个滑轮，利用三个滑轮组成滑轮组，要求使用时最省力.添加滑轮并完成滑轮组绕法.
如答图6－6－1所示.
