新人版八年级(下册)物理第12章知识点全面总结.doc

12 简单机械
12、1 杠杆
知识点一、杠杆
1、什么就是杠杆？
一根硬棒,在力得作用下能绕着固定点转动,这根硬棒就就是杠杆。
说明:①“硬棒”不一定就是直棒,只要在外力作用下不变形得物体都可以瞧成杠杆,杠杆可以就是直得也可以就是任意形状得。

②一根硬棒能成为杠杆,应具备两个条件:一就是要有力得作用;二就是能绕固定点转动。两个条件缺一不可。例如:撬棒在没有使用时就不能成为杠杆。杠杆得形状可以就是直得,也可以就是弯得,但必须就是硬得,固定点可以在杠杆得一端,也可以在杠杆得其她位置。
2、杠杆得五要素:
五要素
物理含义
支点
杠杆可以绕其转动得点,用“O”表示
动力
就是杠杆转动得力,用“F1”表示
阻力
阻碍杠杆转动得力,用“F2”表示
动力臂
从支点O到动力F1作用线得距离,用“l1”表示
阻力臂
从支点O到阻力F2作用线得距离,用“l2”表示
3、八点透析杠杆得五要素
①杠杆得支点一定在杠杆上,可以在杠杆得一端,也可以在杠杆得其它位置。同一杠杆,使用方法不同,支点得位置也不可能不同。在杠杆转动时,支点就是相对固定得。
②动力与阻力就是相对而言得,不论就是动力还就是阻力,杠杆都就是受力物体,跟杠杆发生相互作用得物体都就是施力物体。动力与阻力得作用效果正好相反。
③动力作用点:动力在杠杆上得作用点。
④阻力作用点:阻力在杠杆上得作用点。
⑤力臂就是支点到力得作用线得距离,不就是支点到力得作用点得距离。某个力作用在杠杆上,若作用点不变,力得方向改变,力臂一般要改变。
⑥力臂有时在杠杆上,有时不在杠杆上,如果力得作用线恰好通过支点,则力臂为零。
⑦力臂得表示与画法:过支点做力得作用线得垂线
l
l
l

⑧力臂得三种表示方式:选择哪种方式,根据个人习惯而定。
4、力臂得画法:
第一步:先确定支点,即杠杆绕着转动得固定点,用字母“O”表示。

第二步:确定动力与阻力。人得目得就是将石头撬起,则人应向下用力,此力即为动力,用“F1”表示。这个力F1得作用效果就是使杠杆逆时针转动,阻力得作用效果恰好与动力得作用效果相反,在阻力得作用下杠杆应沿着顺时针方向转动,则阻力得作用效果杠杆应沿着顺时针方向转动,则阻力就是石头施加给杠杆得方向向下得压力,用“F2”表示。
第三步:画出动力臂与阻力臂。将力得作用线正向或反向延长,由支点向力得作用线作垂线,从支点到垂足得距离就就是力臂,并标明动力臂与阻力臂得符号“l1”“l2”。
知识点二、杠杆得平衡条件
1、杠杆平衡:在力得作用下,如果杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动时,我们就可以认为杠杆就是平衡了。
2、实验探究:杠杆得平衡条件
实验器材:杠杆与支架、钩码、刻度尺、线。
实验步骤:①调节杠杆两端得螺母,使杠杆在不挂钩码时,保持水平并静止,达到平衡状态。在调节时,如果杠杆得左边下沉,则应将杠杆两端得平衡螺母向右调,如果杠杆得右边下沉,则应将杠杆两端得平衡螺母向左调,简称“左沉右调,右沉左调”。
②如图所示,在杠杆两边挂上不同数量得钩码,调节钩码得位置,使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两边收到钩码得作用力得大小都等于钩码重力得大小。
把支点右方得钩码对杠杆施得力当成动力F1,支点左方得钩码对杠杆施得力当成阻力F2;用刻度尺测量出杠杆平衡时得动力臂l1与阻力臂l2;把F1、l1、F2、l2得数据填入实验表格中。
③改变动力F1与动力臂l1得大小,相应调节阻力F2与阻力臂l2得大小,再做两次实验,将结果填入实验表格
实验
序号
动力F1/N
动力臂l1/cm
动力×动力臂/N·cm
阻力F2/N
阻力臂l2/cm
阻力×阻力臂/N·cm
1
0、5
20
10
1、0
10
10
2
1、5
20
30
1、0
30
30
3
2、0
20
40
4、0
10
40
探究归纳:只有动力×动力臂=阻力×阻力臂,杠杆才平衡
注意:①试验中,调节平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡,有两个目得:一就是让杠杆得重心刚好在支点,重力得力臂为0,以消除杠杆得重力对实验得影响;二就是便于测量力臂(或从带有刻度得杠杆上直接读取力臂)。
②试验中应改变钩码得个数或位置进行多次试验,得出普遍规律,防止结论得偶然性。
③在实验过程中绝不能再调节平衡螺母,因为实验过程中再调节平衡螺母,会破坏原有得平衡。
3、杠杆得平衡条件表达式:动力x动力臂=阻力x阻力臂,即;公式表示为
应用公式计算时,单位要统一,即动力与阻力得单位要统一,动力臂与阻力臂得单位要统一。
4、杠杆转动方向得判断
①当时,杠杆得平衡即被破坏,原来静止得杠杆就要转动起来,原来匀速转动得杠杆将变速转动。
②影响杠杆转动得因素:作用在杠杆上得两个例F1与F2,如果产生得效果不同,一个力得作用效果若使杠杆沿顺时针方向转动,另一个力得作用效果将一定使杠杆沿逆时针方向转动,一个就是动力时,另一个就称为阻力。但杠杆就是否转动、怎样转动,应瞧F1l1与F2l2得大小关系,并不单纯取决于F1、F2得大小关系,也不单纯取决于力臂l1与l2得大小关系。也就就是说,影响杠杆转动得因素不单就是力,也不单就是力臂,而就是力与力臂得乘积。
③转动方向得判断:当F1l1＞F2l2时,杠杆沿F1得方向转动;当F1l1＜F2l2时,杠杆沿F2得方向转动。
知识点三、生活中得杠杆
1、等臂杠杆:天平得动力臂与阻力臂相等,在使用中既不省力也不省距离。
2、省力杠杆:利用撬棒用较小得动力就能撬动较重得重物,省力杠杆动力臂比阻力臂长,虽然省力,但动力作用点移动得距离比阻力作用点移动得距离大,省力却费距离。
3、费力杠杆:动力臂比阻力臂短,动力比阻力大,这类杠杆动力作用点移动得距离不阻力作用点移动得距离小,虽然费力,却省了距离。

归纳总结:三种杠杆得比较

力臂关系
平衡时力得关系
优缺点
应用
等臂杠杆
l1=l2
F1=F2
不省力,不省距离
天平
省力杠杆
l1＞l2
F1＜F2
省力,费距离
撬棒、瓶盖起子
费力杠杆
l1＜l2
F1＞F2
费力,省距离
镊子、钓鱼竿
注意:①凡省力得杠杆必定费距离,凡费力得杠杆必定省距离,既省力又省距离得杠杆就是不存在得。
②判定杠杆得种类,主要通过比较动力臂与阻力臂得大小进行判断,如果动力臂大于阻力臂,则为省力杠杆,反之则为费力杠杆,对于较复杂得杠杆,最好在图上找到支点、动力、阻力,然后画出动力臂与阻力臂进行比较。对于一些不容易判断力臂大小得杠杆,我们可以根据杠杆就是省距离还就是费距离得角度来判断,如用筷子吃饭时省距离,则筷子为费力杠杆。
③省力杠杆与费力杠杆得应用不同,省力杠杆一般应用在阻力很大得情况下,而费力杠杆一般用在阻力不大得情况下,就是为了省距离,使用起来方便。
12、2 滑轮
知识点一、定滑轮与动滑轮
1、定滑轮与动滑轮
1)滑轮:滑轮就是个周边有槽,能绕轴转动得小轮。
2)使用滑轮时,滑轮得轴固定不动,这种滑轮叫做定滑轮。
3)滑轮得轴随被吊物体一起运动,这种滑轮叫做动滑轮。
4)滑轮得实质:滑轮就是一种变形得杠杆,滑轮可以连续旋转,因此可
以瞧做连续旋转得杠杆。
2、定滑轮与动滑轮得特点
设计实验与制定计划:分别使用同一物体在不使用滑轮、使用定滑轮、使用动滑轮时匀速运动,记录整个过程需要用力得大小,物体移动得距离及动力移动得距离,动力得方向,然后由数据分析得出结论。
实验器材:钩码两个,滑轮两个,弹簧测力计一个等。
实验过程:
①按图甲所示测出钩码得重力G。
②按图乙所示安装定滑轮,让钩码匀速上升得高度h=10cm,记录弹簧测力计得示数F、拉力方向及绳子自由端移动得距离s。
③按图丙所示安装动滑轮,让钩码匀速上升得高度h=10cm,记录弹簧测力计得示数F、拉力方向及绳子自由端移动得距离s。
④换用数量不同得钩码,重复上面得步骤。
实验记录:如下表所示
使用简单机械情况
拉力大小F/N
钩码提升10cm时绳端移动得距离s/cm
拉力方向
不使用简单机械
2
4
6
10
上
使用定滑轮
2
4
6
10
下
使用动滑轮
1
2
3
20
上
交流论证:
①对比用甲、乙两图所做实验记录得数据可知:使用定滑轮时,拉力F与钩码重力G相等,绳端移动得距离s与钩码升高得高度h相同。(忽略绳子与滑轮间得摩擦力与滑轮与轴间得摩擦力,绳子得重力)
②对比用甲、丙两图所作实验记录得数据可知:使用动滑轮时,拉力F=1/2G,绳端移动得距离s=2h。(忽略动滑轮与绳得重力与摩擦力)
实验结论:
①使用定滑轮不省力,也不省距离,但可以改变力得方向。
②使用动滑轮可以省力,但不改变力得方向,而且费距离。
注意事项:①弹簧测力计要匀速拉动。②动力得方向与并排得绳子平行。③选用质量较小得动滑轮。④保证滑轮轴间摩擦较小。
3、定滑轮与动滑轮得实质
①定滑轮可以瞧成一个变形得杠杆,滑轮得轴相当于支点,动力臂与阻力臂都等于滑轮得半径,即l1=l2,根据杠杆得平衡条件Fl1=Gl2可知:F=G,即使用定滑轮不省力。可见定滑轮得实质就是一个等臂杠杆。
由于等臂杠杆不省力也不省距离,所以使用定滑轮时,物体上升得高度h与绳子自由端下降得距离s相等。
②动滑轮也可以瞧成一个变形得杠杆,支点O在滑轮得边缘上,动力臂l1为滑轮所在圆得直径,阻力臂l2为圆得半径,因此动力臂l1为阻力臂l2得两倍,故动力F1就是阻力F2得二分之一,即使用动滑轮能够省一半力,可见,动滑轮得实质就是动力臂为阻力臂2倍得省力杠杆。
使用动滑轮能省一半力,则需要费一倍得距离,即被提升得物体每上升h,绳得自由端移动得距离s=2h

4、使用定滑轮与动滑轮得几种情况(图中物体全部匀速运动,物体得重力都为G)
种类
图示
表达式
定滑轮

F=G

F=f,f为物体A所受得摩擦力
动滑轮

知识拓展:
(1)使用定滑轮时,拉力F不沿竖直方向而改为其她方向时得拉力大小得分析,改变拉力F得方向,右图中杠杆得示意图可以得出L1=L2=r,由杠杆平衡条件知,F1=F2=G,因此低于定滑轮来说,施加在绳端得力无论朝哪个方向,定滑轮都就是一个等臂杠杆,在绳重与摩擦可以忽略不计得情况下,所用得拉力都等于物体得重力。
(2)使用动滑轮时,拉力F不沿竖直方向时得拉力大小得分析:L2=r,而L1＜2r,根据杠杆平衡条件:F1L1=F2L2得F1＞1/2F2,当重物匀速上升时,F2=G,则F1＞1/2G。
由此可见,对于动滑轮来说:①动滑轮在移动得过程中,支点也在不停地移动。②动滑轮省一半力得条件就是:a、动滑轮与重物一起匀速移动。b、动力F得方向与物体移动得方向一致;c、不计动滑轮重,绳重与摩擦。
5、定滑轮与动滑轮得比较
滑轮
定滑轮
动滑轮
钩码重
G
G
拉力
大小
F=G(不靠路摩擦)
F=1/2G(不考虑摩擦与动滑轮重)
方向
与钩码上升方向相反
与钩码上升方向相同
钩码移动距离
h
h
拉力移动距离
s=h
s=2h
省力情况
不省力
省一半力
改变力得方向情况
能改变力得方向
不能改变力得方向
实质
相当于一个等臂杠杆
相当于一个省力杠杆,动力臂就是阻力臂得2倍
事例
升旗
起重机
知识点二、滑轮组
1、在实际应用中,人们常常把定滑轮与动滑轮组合在一起,构成滑轮组。使用滑轮组既省力又可以改变力得方向,但同时要多移动距离。
使用滑轮组提起重物时,动滑轮上有几段绳子承担物重,提起物体得力就就是物重得几分之一(忽略动滑轮得自重、绳重及摩擦),即。
2、确定承担物重得绳子得段数n得方法
采用分离法:在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线,只考虑与动滑轮相连得绳子段数,如图1所示得滑轮组中,承担物重得绳子段数为4,忽略动滑轮得自重、绳重及摩擦时,,而最后那段从最上面得定滑轮绕下来得绳子只起到改变里得方向得作用,而不承担物重。图2所示得滑轮组中,承担物重得绳子段数为5,忽略动滑轮得自重、绳重及摩擦时,、
3、使用滑轮组时,应注意下列问题:
①忽略动滑轮得自重、绳重及摩擦,则拉力,若考虑动滑轮自重,仅忽略绳重与摩擦,则。
②若物体升高h,绳子自由端移动得距离s=nh(n为承担物重得绳子段数)。
③绳子自由端移动得速度v与物体移动速度v物之间得关系v=nv物。
④滑轮组横放时,动滑轮上有几段绳子拉着物体做匀速直线运动,拉力得大小就就是物体所受摩擦力得几分之一。不计绳与滑轮之间得摩擦时,,此时绳子自由端移动得距离s与物体移动距离s物得关系为s=ns物。
如图所示,用一滑轮组拉着重为G得物体在水平面上做匀速直线运动,物体受到得摩擦力为f,忽略滑轮重、绳重及摩擦,则绳子自由端拉力。
4、滑轮组组装得原则——“奇动偶定”。
①“奇动偶定”:观察图,总结其中规律:滑轮组中,当承重得绳子段数n为偶数时,绳子固定端系在定滑轮得挂钩上;当n为奇数时,绳子固定端系在动滑轮得挂钩上。这一原则可概括为“奇拴动,偶拴定”,简称“奇动偶定”。

②组装滑轮组:a:由,得,求出动滑轮上承担物重得绳子得段数n;
b:确定动滑轮得个数:当需要n段绳子承担物重时,需要动滑轮得个数
c:确定定滑轮得个数:不需要改变力得方向时,n为偶数时定滑轮比动滑轮少一个,n为奇数时定滑轮数与动滑轮个数相同;若要求改变力得作用方向,则应再增加一个定滑轮。在确定了动、定滑轮得个数后,绳子得连接按“奇动偶定”规律,由内向外缠绕滑轮。
知识点三、轮轴与斜面
1、轮轴
①轮轴:轮轴由具有共同转动轴得大轮与小轮组成,通常把大轮叫轮,小轮叫轴。使用轮轴能省力与改变里得方向,实质上就是一个可连续转动得杠杆。

②轮轴得公式:F1R=F2r或,即轮半径为轴半径得几倍,作用在轮上得力就为作用在轴上得里得几分之一。
③轮轴得实质:轮轴可瞧成杠杆得变形。
④轮轴得特点:当把动力施加在轮上,阻力施加在轴上,则动力臂L1=R,阻力臂L2=r,根据杠杆得平衡条件F1L1=F2L2,由图知R＞r,所以F1＜F2,即使用轮轴可以省力,也可以改变里得方向,却费了距离。如自行车脚踏板就是省力轮轴。
注意:当把动力施加在轴上时,此时由于轴半径小于轮半径,如图所示,根据杠杆得平衡条件F1L1=F2L2,得F1r=F2R,由于R＞r,则F1＞F2,即使用轮轴费力,但节省距离。因此不要错误得认为使用轮轴一定省力,关键就是瞧动力施加在轮上还就是轴上。
2、斜面
①如图所示,斜面就是一种可以省力得简单机械,却费距离。
②如图所示,当斜面高度h一定时,斜面l越长,越省力(即F越小);当斜面l相同时,斜面高h越小,越省力(即F越小);当斜面l越长,斜面高越小时,越省力。理想情况下斜面公式:Fl=Gh。
斜面长(l)就是斜面高(h)得几倍,所用得拉力F就就是物重G得几分之一。
3、各种简单机械得对比
项目
简单机械
定义
实质
特点
应用
定滑轮
使用时,轴固定不动得滑轮
等臂杠杆
不省力也不费力,能改变力得方向
旗杆顶端得滑轮、舞台拉幕布得滑轮
动滑轮
使用时,轴随被吊物体一起运动得滑轮
动力臂就是阻力臂2倍得杠杆
能省一半力,不能改变力得方向
原始吊车、起重机等
滑轮组
动滑轮与定滑轮组合在一起
——
既能省力,又能改变力得方向
现代大型起重机等
轮轴
由具有共同转动轴得大轮与小轮组成,大轮叫轮,小轮叫轴
连续转动得杠杆
动力作用在轮上时,省力;动力作用在轴上时,费力
门把手、方向盘等
斜面
与水平方向有一个倾角得面
——
能省力,费距离
盘上公路等
12、3 机械效率
知识点一、有用功与额外功
1、使用机械做功与不使用机械直接做功就是否相同
提出问题:不使用机械直接提升物体做得功,与使用机械提升物体时做得功相同吗？
制定计划与设计实验:参照图所示得方法进行实验。①用弹簧测力计将钩码缓慢得提升一定得高度,如图甲所示,计算拉力所做得功。②用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样得钩码缓慢得提升相同得高度,如图乙所示,再次计算拉力所做得功。比较弹簧测力计拉力两次所做得功,您能发现什么？找出原因。
实验器材:弹簧测力计、钩码两个、滑轮两个、细绳一条、铁架台
实验过程:①用弹簧测力计直接将重为4N得钩码匀速提升0、5m,记下弹簧测力计得示数F1,与钩码升高得高度h1。
②用弹簧测力计并借助一个动滑轮将重4N得钩码匀速提升0、5m,记下弹簧测力计得示数F2,与绳子自由端在F2方向上移动得距离。
实验记录:如下表

拉力/N
在力得方向移动得距离/m
直接用弹簧测力计提钩码
4
0、5
用弹簧测力计借助一个动滑轮提钩码
3
1
实验验证:①直接用弹簧测力计将钩码提升0、5m,拉力F1所做得功W1=F1s1=4N×0、5m=2J。
②用弹簧测力计借助一个动滑轮将钩码提升0、5m,拉力F2所做得功W2=F2s2=3N×1m=3J。
③W2＞W1,表明借助动滑轮得弹簧测力计得拉力做功多一些,做功多得原因就是机械本身得自重以及摩擦等因素得影响。
实验结论:①用滑轮提起重物时,将重物提升一定高度所做得功,叫做有用功,用W有表示,若重物得重力为G,提升得高度为h,则W有=Gh。有用功就是为了达到某一目得而必须做得功。
②使用滑轮组提升钩码,我们还不得不克服动滑轮本身所受得重力及摩擦力等因素得影响而多做一些功,这部分功叫做额外功,用W额表示。额外功就是对人们没有用但又不得不做得功。
③有用功与额外功之与就是总共做得功,叫做总功,用W总表示,W总=W有+W额。总功指拉力做得功,即动力做得功,即W总=Fs。
④总功、有用功、额外功得单位都就是焦耳(J)。
2、有用功与总功得区别
一般来说,动力对机械做得功为总功,机械对物体做得功为有用功。
3、三种简单机械得有用功、额外功、总功得比较
机械
功
杠杆
滑轮组
斜面
有用功
W有=Gh
W有=Gh
W有=Gh
额外功
克服杠杆本身重力、摩擦力所做得功为W额
W额=W总W有
克服动滑轮重、绳重、摩擦力所做得功为W额
①W额=W总W有
②若不计绳重及摩擦
W额=G动h
克服摩擦力所做得功为W额
①W额=W总W有
②W额=F摩l
总功
W总=Fs
W总=Fs
W总=Fl
图示

有用功可理解为一种“目得”功。在用动滑轮或滑轮组提升重物时,使用机械得目得就是提升重物,那么克服重物得重力做得功就是有用功,即W有=Gh;用滑轮组拉动重物在水平面上匀速移动时,使用机械得目得就是水平移动重物,那么克服物体与水平面间得摩擦力做得功就是有用功,即W有=F摩s。
知识点二、机械效率
1、机械效率:使用机械做功,不可避免地存在摩擦等,因此额外功就是不可避免得。例如:在建筑工地上,起重机将装满砖得小车吊到楼顶,在这一过程中,目得就是将砖运到楼顶,所以吊起砖所做得功就是有用功,但同时不得不把小车提起来,提起小车所做得功就是额外功。额外功使我们不需要得,她白白浪费能量,因此应尽量减小它。使用不同得机械提起物体时,我们希望做得额外功越少越好,即额外功在总功中所占得比例越少越好,或者说,有用功与总功越接近越好。不同机械在这方面得差别,通常用有用功在总功中占得百分比来表示,叫做机械效率。即有用功跟总功得比值叫做机械效率。公式。
注意:①机械效率就是有用功与总功之比,它只有大小,没有单位。
②由于额外功总就是存在得,所以有用功总小于总功,机械效率总就是小于1。
③机械效率就是标志机械做工性能好坏得物理量,有用功占总功得比例越大,机械效率越高,这个机械得性能越好。
④机械效率得高低与就是够省力、滑轮组绳子得绕法、物体提升得高度无关。它就是由有用功与总功这两个因素共同决定得,当额外功一定时,有用功越大,机械效率越高。
⑤机械效率不就是固定不变得。机械效率反映得就是机械在某次做功得过程中有用功跟总功得比值,同一机械在不同做功得过程中,机械效率往往会不同。例如:用同一滑轮组提升重力不同得物体时,机械效率就是不同得,提升得重物越重,机械效率越高,提升得重物越轻,机械效率越低。
2、机械效率由有用功与总功两个因素决定,分析机械效率高低时不能只考虑一个因素。
当总功一定时,机械所作得有用功越多,或额外功越少,机械效率就越高。
当有用功一定时,机械所做得总功越少,或额外功越少,机械效率就越高。
当额外功一定时,机械所做得做功越多,有用功在总功中所占得比例就越大,机械效率就越高。
3、提高机械效率得方法
尽量减少额外功,采取减轻机械本身得质量与加润滑油减小摩擦得办法。
当额外功一定时,在机械能承受得范围内增加所做得有用功(如使用滑轮组提升物体时,在绳子能承受拉力得范围内,尽可能增加每次提起得重物质量),充分发挥机械得作用。
知识点三、机械效率得计算
1、机械效率表达式为,对于三种简单机械得机械效率得计算总结如下:
杠杆
滑轮或滑轮组
斜面
提升重物
水平匀速拉动物体

其中G为被提升重物得重力;h为重物升高得高度;F为动力;s为动力作用点移动得距离

①
②不急绳重及摩擦
其中G为物重;G动为动滑轮得重力;h为重物上升得高度;s为绳自由端移动得距离;n为承担重物得绳子得段数

其中Ff为物体与水平面间得摩擦力;F为拉力;s物为物体移动得距离;s绳为绳子自由端移动得距离;n为承担摩擦力得绳子得段数

①
②
其中G为物重;h为斜面高度;l为斜面长度;F为拉力;Ff为摩擦力
2、计算总功、有用功、额外功得方法
①总功得计算方法
a、定义公式法:W总=Fs。
总功等于有用功与额外功之与,即W总=W有+W额。
b、导出公式法:由得:W有=W总η,而W总=W有+W额=W总η+W额,即W总W总η=W额,;或由得:
②有用功得计算方法:
a、定义公式法:W有=Gh。(G为使用机械所提升得重物得重力)
b、导出公式法:W有=W总W额或W有=W总η。
③额外功得计算方法:
a、定义公式法:W额=G’h(G’为机械自身得重力,不计绳重与摩擦)
b、导出公式法:W额=W总W有或W额=W总W有=W总W有η=W总(1η)
注意:1)公式有一定得使用条件。②③定义公式法中G、G’分别为用机械提升重物时重物得重力与机械自身得重力。当人把重物放在车子上,推车前进,求人做得有用功与额外功时,公式中G、G’就不在适用。
2)运用公式正确理解机械效率:
①机械效率具“可变性”。由公式可知,如果该机械得额外功(W额)一定,有用功(W有)越大,机械效率(η)越高。比如用同一个滑轮组把一块巨石与一个较小得石块提起相同得高度,前者得机械效率较高。由此可见,对同一个机械,它得机械效率就是可变得,而不就是某一固定值。
②由公式可知,当有用功(W有)一定时,额外功(W额)越小,则机械效率(η)越高。因此设法减少额外功可以提高机械效率,如加润滑油以减小摩擦,用轻质材料制作机械来减小机械本身得重力,都可以不同程度地减小额外功,提高机械效率。
③由于使用机械时,总会不得不做一些额外功,所以机械效率总就是小于1。也就就是说,使用任何机械都不省功。注意“不省功”有两层含义:其一就是对于理想机械,使用机械所做得功跟不用机械所做得功相等;其二就是对于非理想机械,使用机械要费功,费功就是指使用机械时,人们所做得功要大于不用机械而直接用手所做得功,多做得那一部分功,就就是克服机械自重与摩擦所做得功。
3)运用以上公式计算机械效率得关键:
①根据题意确定使用得机械种类与相应得公式。
②根据机械得放置情况确定有用功与总功。如滑轮组竖直放置时,W有=Gh,W总=Fs,W额=W总W有或W额=G’h(不计绳重与摩擦,G’为动滑轮重力)。滑轮组水平放置时,W有=Ffs物(Ff为物体与水平面间得摩擦,s物为物体移动得距离),W总=Fs(F为绳子自由端得拉力,s为拉力作用点通过得距离),W额=W总W有。
知识点四、测量滑轮组得机械效率
实验目得:会组装滑轮组并测量滑轮组得机械效率,探究影响滑轮组机械效率得因素。
实验原理:
实验器材:定滑轮与动滑轮组成得滑轮组、弹簧测力计、钩码、刻度尺。
实验步骤:①按照图甲所示安装滑轮组,用弹簧测力计测出钩码所受得重力G,分别记下钩码与绳端得位置。
②匀速竖直缓慢拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出拉力F得值,并用刻度尺测出钩码上升得高度h与绳端移动得距离s,将这三个量填入表格。
③应用公式W有=Gh、W总=Fs、分别求出有用功W有、总功W总、机械效率η,并填入表格。
④改变钩码得数量,再做两次上面得实验。如表格第13次实验。
⑤换用图乙所示得装置重复13步,将实验数据计入表格,如表格第4次实验。
实验表格:
实验
序号
钩码所受得重力G/N
提升高度h/m
有用功
W有/J
拉力F/N
绳端移动得距离
s/m
总功W总/J
机械效率η
1
1、5
0、4
0、6
0、7
1、2
0、84
71%
2
3
0、4
1、2
1、2
1、2
1、44
83%
3
4、5
0、4
1、8
1、7
1、2
2、04
88%
4
1、5
0、4
0、6
0、6
2
1、2
50%
实验分析:①有1、2、3次实验可知,提升得钩码重力增加时,有用功增加,额外功基本不变(克服摩擦力及动滑轮重力做得功基本不变),由可知,机械效率会升高。同一装置得机械效率与被提升得物重有关,物重增大,机械效率升高。
②由1、4两次实验可知,使用两个滑轮组提升相同得钩码,做得有用功相同,但滑轮组乙得动滑轮个数多,所做得额外功多,由可知,但有用功相同时,额外功越多,机械效率越低。故滑轮组乙得机械效率小于滑轮组甲得机械效率。
③由可知,有用功不变时,额外功越小,机械效率越高;在额外功一定时,有用功越大,有用功占总功得比例就越大,机械效率越高。提高滑轮组机械效率得具体做法就是:减小动滑轮得重力,减小绳与滑轮间得摩擦,增加物重等。
探究归纳:
①同一装置得机械效率并不就是固定不变得,与被提升得物重有关,物重增大,机械效率升高;
②机械效率还与机械本身装置有关,与其结构、轻巧程度以及润滑程度都有关系。
注意:用滑轮组提升重物得过程中,匀速拉动绳子还就是加速拉动绳子,对拉力大小都有影响,绳子就是竖直拉还就是斜拉,拉力大小也不同,因此在实验过程中要在竖直方向上匀速拉动弹簧测力计。
知识拓展:
探究影响斜面机械效率得因素
提出问题:斜面就是一种简单机械,她得机械效率与什么因素有关？
猜想与假设:斜面得机械效率可能与斜面得倾斜程度有关,还可能与物体与斜面间得摩擦力大小有关。
设计实验与制定计划:在影响机械效率得许多因素中,摩擦就是一个重要因素。例如:把物体拉上斜面时,就要克服物体与斜面之间得摩擦做额外功。做实验时,应该选择光滑程度一样得斜面,如图所示,用弹簧测力计匀速拉动木块运动,比较斜面得倾斜程度不同时,斜面得机械效率就是否相同
实验器材:桌面、木块、木板、小车、刻度尺、弹簧测力计、细线等
实验过程:①将木板用一木块垫起,使其倾斜程度较小,用弹簧测力计沿斜面将小车从斜面底端匀速拉到斜面顶端,记下小车得移动距离s,并测出斜面得高度h,拉力F。
②改变木板一端垫起得高度两次,就是斜面较陡与最陡,重复过程①。
实验记录:将数据记录在下表,并计算后填入相关值,以下为某次实验得记录。
斜面得
倾斜程度
小车重力G/N
斜面高度h/m
沿斜面拉力F/N
斜面长s/m
有用功W有/J
总功W总/J
机械效率
较缓
5
0、2
1、98
1
1
1、98
51%
较陡
5
0、4
2、92
1
2
2、92
68%
最陡
5
0、6
3、8
1
3
3、8
79%
分析论证:①从表中数据可以瞧出,斜面得机械效率与斜面得倾斜程度有关。
②用弹簧测力计沿斜面匀速拉动小车向上运动时,要克服摩擦力做功,因此斜面机械效率不高。
③对与斜面来说,W有=Gh,W总=Fs,。
④对于理想斜面,不存在摩擦,η=100%,Gh=Fs。
得出结论:斜面得机械效率与斜面得倾斜程度有关,斜面越倾斜,机械效率越高。
实验注意问题:
①拉动小车沿斜面向上运动时拉力要沿着斜面。
②拉动小车时要使小车做匀速直线运动。
注意:斜面得机械效率不仅与斜面得倾斜程度有关,还与物体与斜面之间得摩擦力有关,斜面越粗糙,摩擦力越大,做得额外功越多,机械效率越低。