第19课时 简单机械.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二篇物质科学,(,一,),第,19,课时简单机械,一、杠杆,考点1指认杠杆的支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂a,(1)杠杆的定义：在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。杠杆可以是直的、也可以是弯的。,(2)杠杆的五要素：,_,、动力、阻力、动力臂、阻力臂。,(3)动力和阻力的方向不一定相反，但作用效果一定相反。,考点2绘制杠杆的动力臂和阻力臂图示b,(1)力臂是,_,的距离，而不是支点到力的作用点的距离。,支点,支点到力的作用线,(2)作力臂的步骤,a找出支点 O 的位置；,b画出动力作用线和阻力作用线；,c从支点分别作动力作用线和阻力作用线的垂线段即为,_,和,_,。,考点3概述杠杆的平衡条件b,(1)杠杆保持,_,或,_,状态，称为杠杆平衡。,(2)杠杆平衡的条件,动力,动力臂阻力,阻力臂，即,_,。,动力臂,阻力臂,静止,匀速转动,F,1,L,1,F,2,L,2,考点,4,应用杠杆的平衡条件解决简单的问题,c,杠杆类型,力臂关系,平衡时力的关系,优缺点,应用,省力杠杆,l,1,l,2,_,省力，费距离,撬棒、瓶盖起子等,费力杠杆,l,1,F,2,_,，省距离,镊子、火钳等,等臂杠杆,l,1,l,2,F,1,F,2,不省力，不省距离,天平、定滑轮等,F,1,F,乙,，因为甲方法的动力臂长,BF,甲,F,乙,，因为乙方法的阻力臂短,DF,甲,F,乙,，因为动力臂都是阻力臂的2倍,D,【解析】两次抬起水泥板时的情况如图所示：,在上述两种情况下，动力克服的都是水泥板的重力，对于形状规则质地均匀的物体，其重心都在其几何中心上，所以阻力臂都等于动力臂的二分之一。根据杠,杆的平衡条件,F,GL,阻,/,L,动,G,，所以前后两次所用的力相同。,3,(2015,衢州,),如图为水平桌面上的圆形玻璃转盘,(,转盘半径为,50cm),，,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,20N,的水平力,F,A,，,让转盘转动；对面的乙在距,O,点,40cm,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,_,(,填,“,F,1,”,、,“,F,2,”,、,“,F,3,”,或,“,F,4,”,),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,),。,F,2,25,二、滑轮,考点6辨认定滑轮、动滑轮和滑轮组a,1定滑轮：工作时轴固定不动的滑轮。,2动滑轮：工作时轴发生移动的滑轮。,考点7知道定滑轮和动滑轮的特点a,实质,力的关系,(F,，,G),距离的关系,(s,，,h),作用,定滑轮,等臂杠杆,F,G,s,h,改变力的方向,动滑轮,动力臂是阻力臂二倍的杠杆,s,_,省力,滑轮组,F,_,s,nh,既可以省力，也可以改变力的方向,2,h,考点8知道滑轮组的特点(限于两个滑轮的滑轮组)a,(1)滑轮组：由定滑轮跟动滑轮组成的滑轮组。,(2)特点：既能改变用力的,_,，也能,_,。,考点9使用滑轮组(限于两个滑轮的滑轮组)解决简单的问题b,使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子拉物体，拉物体所用的力F就是物重的n分之一，即F,_,，n表示拉物体绳子数。,方向,省力,G/n,4(2014,金华、义乌)如图，用同一滑轮匀速提升同一重物(不计摩擦)。图中F,1,、F,2,、F,3,、F,4,之间的关系正确的是(),AF,1,F,2,BF,3,F,4,CF,1,F,3,DF,2,F,4,B,5.(2015,台州)使用简单机械可以给人们的生活带来便利。,(1)如图甲，旗杆的顶端安装着一个,_,滑轮，用来改变拉力的方向。,(2)如图乙，把被剪物体尽量靠近剪刀的转动轴，可减小,_,臂，剪断物体更省力。,定,阻力,6.滑轮是工农业生产中常用的一种简单机械。甲同学用定滑轮进行了如图所示的三个实验。,(1)甲同学研究的问题是,_,_,。,(2)研究该问题时，弹簧测力计的操作方法可以是,_,。(填序号),拉着重物保持静止；匀速向下拉动重物；随意拉动重物。,使用定滑轮提升同一重物时，拉力的大小与拉力的方向是否有关,高频点1认识杠杆,例1(2015,潍坊)下列图示的工具中，属于等臂杠杆的是(),【解析】杠杆由动力臂和阻力臂的大小关系可以分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆；A、B、C三个工具的动力臂都比阻力臂长，都是省力杠杆；天平的动力臂和阻力臂相等，属于等臂杠杆，故应选D。,D,1.(2015,滨州)根据工作需要选择合适的工具是劳动者的基本技能。要剪断铁丝等较硬的物体，下图中的4种剪刀应选择(),D,高频点2杠杆平衡条件的应用,例2(2014,安顺)如图甲所示，长1.6m、粗细均匀的金属杆可以绕O点在竖直平面内自由转动，一拉力,位移传感器竖直作用在杆上，并能使杆始终保持水平平衡。该传感器显示其拉力F与作用点到O点距离x的变化关系如图乙所示。据图可知金属杆重(),A5N B10N C20N D40N,B,【解析】金属杆重心在中心上，阻力臂为,L,1,0.8m,，取图像上的一点,F,20N,，,L,2,0.4m,，根据杠杆的平衡条件：动力,动力臂阻力,阻力臂，,GL,1,FL,2,，,G,0.8m,20N,0.4m,，解得：,G,10N,。,2,(2015,广州,),AC,硬棒质量忽略不计,，,在棒的,B,、,C,两点施加力,F,1,、,F,2,，,F,2,的方向沿,OO,线，,棒在如图所示位置处于平衡状态,，,则(),A.,F,1,F,2,B,C.,F,1,力臂小于,s,1,D,F,2,方向沿,OO,线向下,C,高频点3杠杆的动态平衡分析,例3(2013,自贡)如图所示，一根粗细均匀的铁棒AB静止在水平地面上，现用力F将铁棒从水平地面拉至竖直立起。在这个过程中，力F作用在B端且始终与铁棒垂直，则用力F将(),A逐渐变大,B逐渐变小,C保持不变,D先变小后变大,B,【解析】在抬起的过程中，阻力,F,2,不变，,F,与铁棒始终垂直，所以动力臂,L,1,不变，由于铁棒的位置的变化，导致了阻力,F,2,的阻力臂,L,2,在变小，根据杠杆的平衡条件,FL,1,F,2,L,2,可知，,L,1,、,F,2,都不变，,L,2,变小，所以,F,也在变小。,3(2015,玉林)如图所示，重力为G的均匀木棒竖直悬于O点，在其下端施一始终垂直于棒的拉力F，让棒缓慢转到图中虚线所示位置，在转动的过程中(),A.动力臂逐渐变大,B.阻力臂逐渐变大,C.动力F保持不变,D.动力F逐渐减小,B,高频点4动、定滑轮的特点,例4(2014,河南)把质量相等的A、B两物体挂在如图滑轮组下面，不计绳子、滑轮的重力和摩擦，放手后(),AA上升,BA下降,CA、B均静止,D无法判断,B,【解析】,B,所在的滑轮为动滑轮，动滑轮省一半的力，,A,所在的滑轮为定滑轮，定滑轮不省力；,A,与,B,质量相等，重力相等，将,B,拉起只需,A,重力的一半即可，所以,A,下降，,B,上升。,4如图所示为一种手摇升降晾衣架示意图。它由4个定滑轮和两个动滑轮组成，绳子的尾端绕在一个固定在墙壁的旋轮上，旋转摇柄可以使晾衣架升降。假设在升降过程中衣架横梁保持水平，请回答下列问题：,(1)假设衣服和晾衣架(含动滑轮)等的总重是50N，则静止时绳子拉力是,_,N。(各种摩擦力忽略不计),(2)要使衣架横梁上升1m，则绕进旋轮上的绳子长度是,_,m。,(3)通过增加滑轮，可以使此装置更省力，请你提出正确的绕线方法。,_,12.5,4,增加动滑轮的个数,【提醒】此题为杠杆动态变化和做功的综合题，考查了学生对杠杆动态变化过程中的力臂与力大小的理解，及在不同情况下做功大小的比较。,例5 如图所示，质量分布均,匀的长方体砖，平放在水平地面,上，第一次用竖直向上的力F,1,只,作用于ab的中点，第二次用竖直,向上的力F,2,作用于bc的中点，,都使它们在竖直方向上慢慢向上移动h(habbc)，则在上述过程中F,1,_,F,2,(填,“,大于,”,、,“,小于,”,或,“,等于,”,)；F,1,所做的功,_,F,2,所做的功(填,“,大于,”,、,“,小于,”,或,“,等于,”,)；第一次克服重力所做的功,_,第二次克服重力所做的功(填,“,大于,”,、,“,小于,”,或,“,等于,”,)。,等于,等于,等于,【解析】,F,1,和,F,2,向上拉物体时，动力臂的长度均为阻力臂长度的,2,倍，则动力的大小也均为阻力大小的一半，即长方体砖重力大小的一半。,F,1,和,F,2,在竖直方向上均移动,h,，由,W,Fs,得，,F,1,和,F,2,所做的功大小相等。在两次移动过程中，重心移动的高度也相等，重力大小不变，则两次克服重力所做的功也相等。,【提醒】考查对杠杆平衡条件的掌握和运用，根据题意知道阻力和动力臂不变是本题的关键。,例6(2014,南宁)如图所示，有一质量不计的长木板，左端可绕O点转动，在它的右端放一重为G的物块，并用一竖直向上的力F拉着，当物块向左匀速滑动时，木板始终在水平位置保持静止，在此过程中，拉力F(),A变小,B变大,C不变,D先变大后变小,A,【解析】如图，长木板长为,L,，则动力臂为,L,，杠杆受到物体的压力,(,阻力,),F,G,，阻力臂为,L,2,，,杠杆平衡，,F,L,F,L,2,G,L,2,，,F,GL,2,/,L,，,由此可知，当物块向左匀速滑动时，,L,2,变小，,F,变小。,例7(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，使木棒处于水平位置平衡，如图甲；,步骤二：用手指勾住弹簧测力计的B处，对弹簧测力计进行调零，如图乙；,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。,(1)步骤一中,“,在木棒的左端绕上适量的细铁丝，使木棒处于水平位置平衡,”,是为了防止,_,对测量结果的影响。,(2)步骤三中，当木棒处于水平位置平衡时，弹簧测力计的示数如图丁所示，则该铁块的重力是,_,牛。,木棒自身重力,6.6,【解析】,(1),在木棒左端绕上适量的细铁丝，使木棒处于水平位置平衡，是为了防止木棒自身重力对测量结果的影响；,(2),由图丁知，测力计的分度值为,0.2N,，示数为,2.2N,；根据杠杆的平衡条件：,解得,G,3,F,3,2.2N,6.6N,。,(友情提示：本栏目建议午休时间完成),1.(2015,常德)下图所示的工具中，属于费力杠杆的是(),D,2.,(2015,漳州,)如图所示,，,可绕,O,点转动的轻质杠杆,，,在,D,点挂一个重为,G,的物体,M,，,用一把弹簧测力计依次在,A,、,B,、,C,三点沿圆,O,相切的方向用力拉,，,都使杠杆在水平位置平衡,，,读出三次的示数分别为,F,1,、,F,2,、,F,3,，它们的大小关系是,(),A.,F,1,F,2,F,3,G,B,.,F,1,F,2,F,3,G,C.,F,1,F,2,F,3,G,D,.,F,1,F,2,F,3,G,C,第,2,题图,3如图所示，杠杆AOB用细线悬挂起来，当A端挂重物G,1,，B端挂重物G,2,时，杠杆平衡，此时OA恰好处于水平位置，AOBO，杠杆重力不计，则(),AG,1,G,2,CG,1,G,2,D都有可能,A,第3题图,【解析】根据杠杆的平衡条件,F,1,L,1,F,2,L,2,可知，力与相应的力臂成反比关系，本题中杠杆示意图如图，,AO,BO,，,L,OA,L,OB,，所以物体的重力,G,1,G,2,。,4如图甲所示，长1m的粗细均匀的光滑金属杆可绕O点转动，杆上有一光滑滑环，用竖直向上的测力计拉着滑环缓慢向右移动，使杆保持水平状态，测力计示数F与滑环离开O点的距离s的关系如图所示，则杆重(),A500N,B50N,C100N,D10N,C,第,4,题图,【解析】读图可知，当,s,OA,1m,时，动力臂是阻力臂的二倍，根据杠杆平衡的条件,F,1,L,1,F,2,L,2,可知，此时的动力就是阻力的二分之一。读图乙可知，此时的动力,F,50N,，则杆重,G,2,F,2,50N,100N,。,5.(2015,威海)如图是吊车起吊货物的结构示意图，伸缩撑杆为圆弧状，工作时它对吊臂的支持力始终与吊臂垂直，使吊臂绕O点缓慢转动，从而将货物提起。下列说法正确的是(),A.吊臂是一省力杠杆，但要费距离,B.吊臂是一个费力杠杆，但可以省功,C.匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力的力臂变小,D.匀速顶起吊臂的过程中，伸缩撑杆支持力渐渐变小,D,第5题图,【解析】吊臂的动力臂小于阻力臂，所以吊臂是一个费力杠杆，所以,A,错；费力杠杆，可以省距离，但不能省功，所以,B,错；由于在起吊的过程中动力臂不变，而阻力的力臂越来越小，所以根据杠杆的平衡条件可知，阻力乘以阻力臂的积变小，动力臂不变，所以动力要变小，所以,C,错误，,D,正确，应选,D,。,6(2014,泰州)如图所示的滑轮组，每个滑轮重为20N，绳重及摩擦不计。用它匀速提升重为100N的物体，所用的拉力F是(),A50N,B60N,C70N,D120N,B,第6题图,【解析】图中绳子股数,n,2,，不计绳重及摩擦，所以拉力为：,F,(,G,G,动,),(100N,20N),60N,。,7(2014,烟台)如图所示，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(),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,C,第7题图,8.(2015,株洲)如图是用高枝剪修剪树枝的情景。仔细观察高枝剪头部的结构和使用情况，发现高枝剪头部有,_,和滑轮组两类简单机械。当园林工用30N的力向下拉绳时，因拉绳而使图中A处受到的作用力大约增加,_,N。,第8题图,杠杆,90,9.(2015,湖州,),小明家有个木衣架，有一次放学回家他把书包挂在衣架,A,处，衣架倒了下来，小明是个聪明的孩子,，,他分析了衣架倒下来的原因后,，,测量了如下的数据：书包质量,5,千克；木衣架,质量,3,千克；圆底盘直径,30,厘米；,其他数据如图，,衣架受到重力的,作用线经过圆,底盘的圆心。,(1),请你通过计算，,解释衣架倒,下来的原因。,(2),为了防止衣架倒下来，,小明,提出了改进意见适当增大圆底盘,直径,，,请你再说出一种其他方法。,【答案】,(1),F,1,L,1,50N,10cm,，,F,2,L,2,30N,15cm,，,F,1,L,1,大于,F,2,L,2,，,所以衣架易倾倒,(2),减小挂衣钩的长度或在对侧挂衣钩挂物件或圆盘底座用更重的材质,第9题图,10.(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？科研人员进行了研究：制作头部模型，如图甲，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，将一个小球挂入模型内，其重为,5,牛模拟头部重力，头部后面绑一根绳子模拟肌肉，绳子上系一测力计。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：,第10题图,(1)分析表中数据，可得出的结论是,_,；,低头角度,/,度,绳子拉力,/,牛,颈椎承受的压力,/,牛,0,0,5,15,5,10,30,9,14,45,13.5,18.5,60,17.5,22.5,颈椎承受的压力随着低头角度的增大而增大,(2)该头部模型相当于绕O点转动的杠杆，如图乙，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,根据杠杆平衡条件可知：Gl,1,Fl,2,，当低头角度增大时，l,1,增大，G不变，l,2,减小，故F增大,ABC,11.(2015,扬州,),“,低头族,”,长,时间低头看手机,，,会引起颈部,肌肉损伤,，,当头颅为竖直状态,时,，,颈部肌肉的拉力为零,，,当,头颅低下时,，,颈部肌肉会产生,一定的拉力。为了研究颈部肌,肉的拉力与低头角度大小的关系,，,我们可以建立一个头颅模型来模拟实验。如图甲所示,，,把,人的颈椎简化成一个支点,O,，,用1kg,的头颅模型在重力作用下绕着这个支点,O,移动,，,A,点为头颅模型的重心,，,B,点为肌肉拉力的作用点。将细线的一端固定在,B,点,，,用弹簧测力计拉着细线模拟测量肌肉的拉力,，,头颅模型在转动过程中,，,细线拉力的方向始终垂直于,OB,，,如图乙所示,，,让头颅模型从竖直状态开始转动,，,通过实验记录出低头角度,及细线拉力,F,的数据,，,如下表：,第11题图,(1)设头颅质量为8kg，当低头角度为60,时，颈部肌肉实际承受的拉力是,_,N。,(2)在图乙中画出细线拉力的示意图。,【答案】如图,低头角度,/,0,15,30,45,60,细线拉力,F,/N,0,7.3,14,20.2,25,200,(3)请解释：为什么低头角度越大，颈部肌肉的拉力会越大？答：,_,。,(4)请你就预防和延缓颈椎损伤提出一个合理化的建议：,_,_,。,人低头的角度越大，,G,的力臂越大,尽量减小低头的角度；不要长时间低头做事；低头时间久了要抬头休息等等,【解析】(1)由表格中数据知，当低头角度为60,时，若m1kg，细线的拉力为25N；若m8kg，由于角度不变，所以动力臂和阻力臂不变，则拉力F8,25N200N；(2)由题意知，细线拉力的方向应垂直于OB向下，如图所示；(3)图乙中，F的力臂为OB，做出乙图G的力臂，如图所示：,由图知，根据杠杆的平衡条件：,人低头的角度越大，,sin,越大，则,G,的力臂越大，肌肉的拉力就越大；,(4),要预防和延缓颈椎损伤，可尽量减小低头的角度，不要长时间低头做事，低头时间久了要抬头休息等等,