1、第第 13 讲讲 简单机械简单机械 课标要求 考试细则 【课程内容】 知道简单机械(杠杆、滑轮、斜面等) 的特点，并用它们解释一些生活实 例。 【活动建议】 1.调查生活和生产中应用机械做功的 实例。 2.探究杠杆的平衡条件。 3.讨论人体运动中的简单机械原理。 1.杠杆 (1)理解杠杆的支点、动力、阻力、动力臂及阻力臂的 含义。 (2)在比较复杂的情况下能作出作用力的力臂。 (3)理解杠杆的平衡条件。 (4)能应用杠杆平衡条件解决简单的问题。 2.实验：研究杠杆的平衡条件 (1)会调节杠杆，使杠杆平衡。 (2)会记录杠杆平衡的有关实验数据。 (3)会描述实验结论。 3.滑轮 (1)理解定滑轮
2、的实质及其作用。 (2)理解动滑轮的实质及其作用。 (3)理解由定滑轮、动滑轮组成的滑轮组的作用。 (4)用滑轮组提、拉物体时，会对绳子拉力大小进行判 定。 4.机械效率 (1)理解有用功、额外功及总功的含义。 (2)理解总功有用功额外功的表述方式。 (3)理解机械效率的定义及表达式 W 有用 W总 100%。 (4)会应用机械效率的表达式进行有关计算。 1杠杆平衡：杠杆静止不动或匀速转动都叫作杠杆平衡。注意：我们在实验室所做的杠 杆平衡条件的实验是在杠杆处于水平位置平衡时进行的，但在实际生产和生活中，这样的平衡 是不多的。在许多情况下，杠杆是动态平衡的，指构成杠杆的某些要素发生变化，而杠杆仍
3、处 于静止状态或匀速转动状态。分析杠杆的动态平衡时，一般是动中取静，根据杠杆平衡条件， 分析比较，得出结论。公式的表达式为：F1L1F2L2，即：F1 F2 L2 L1。 2 使用滑轮组时， 滑轮组用几段绳子吊着物体， 提起物体所用的力就是物重的几分之一， 即动力 FG 物G动 n 。若忽略滑轮重，则有 FG 物 n (其中 n 为承担物重的绳子的段数)。 3斜面的机械效率跟斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关。在斜面粗糙程度一定时， 斜面倾斜程度越大，斜面机械效率越高。在斜面倾斜程度一定时，斜面越光滑，斜面机械效率 越高。 1. (2018 杭州)如图所示，将长为 1.2 米的轻质木棒平放在水
4、平 方形台面上，左右两端点分别为 A、B，它们距台面边缘处的距离均 为 0.3 米。在 A 端挂一个重为 30 牛的物体，在 B 端挂一个重为 G 的物体。 (1)若 G30 牛，台面受到木棒的压力为_60_牛。 (2)若要使木棒右端下沉，B 端挂的物体至少要大于_90_牛。 (3)若 B 端挂物体后，木棒仍在水平台面上静止，则 G 的取值范围为_1090_牛。 【试题解析】(1)放在水平方形台面上的轻质木棒受左右两物体的竖直向下的拉力和台面 竖直向上的支持力，即 F支持F拉力2G230N60N；因为木棒对台面的压力和台面对木 棒的支持力是一对相互作用力，大小相等，即 F压力F支持60N； (
5、2)此时 L左1.2m0.3m0.9m，L右0.3m，根据杠杆的平衡条件：GAL左GBL右 得，B 端挂的物体的重力：GBG AL左 L右 30N0.9m 0.3m 90N； (3)若以右边缘为支点，右边力臂最小，力最大为 90N； 若以左边缘为支点， 右边力臂最大， 力最小， 此时 L左0.3 m， L右1.2m0.3m0.9m， 最小为： F小G AL左 L右 30N0.3m 0.9m 10N。 【命题意图】 本题考查了学生对杠杆平衡条件的掌握和运用， 涉及杠杆要素、 受力分析、 寻找最小力等。在变化的情境中引发学生的发散思维，考查学生的综合能力，对杠杆平衡条件 产生深度理解。 2. (2
6、019 杭州)如图甲，有一轻质杆，左右各挂由同种金属制成、质量分别为 m1和 m2(m1 m2)的实心物块后恰好水平平衡。 (1)求左右悬挂点到支点 O 的距离 L1与 L2之比。 【答案】m2m1 (2)将两物块分别浸没于水中(如图乙)，杆将会_仍然平衡_(填“左端下降”“右端下降” 或“仍然平衡”)，试通过推导说明。 【试题解析】 (1)轻质杆左右各挂物块后，根据杠杆的平衡条件 F1L1F2L2可得：G1L1 G2L2， 即：m1gL1m2gL2，所以，L1 L2 m2 m1； (2)根据 m V可知同种金属制成的实心物块的体积分别为：V1 m1 ，V2m2 ； 当浸没水中后，实心物块受到
7、的浮力分别为： F浮1水gV排1水gV1水gm1 ，F浮2水gV排2水gV2水gm2 ； 轻质杆左右两边受到的拉力分别为： F1G1F浮1m1g水gm1 m1g 1 水 ， F2G2F浮2m2g水gm2 m2g 1 水 ， 则：F1L1m1g 1 水 L1， F2L2m2g 1 水 L2， 由于，m1gL1m2gL2， 所以，F1L1F2L2； 即：杠杆仍然平衡。 【命题意图】 本题既有对杠杆平衡条件的基础水平的考查，也有对阿基米德原理、杠杆 要素、受力分析等综合能力的考查，更有通过字母公式的推理，对学生逻辑分析能力的考查。 本题首先考查学生对杠杆平衡条件的运用能力，再将原先平衡的杠杆置于另一
8、个情境中， 让学 生在变化后的情境里判断杠杆是否平衡。 3. (2020 杭州)杆秤是一种用来测量物体质量的工具。 小金尝试做了如图所示的杆秤。在秤盘上不放重物时，将 秤砣移至 O 点提纽处，杆秤恰好水平平衡，于是小金将此 处标为 0 刻度。当秤盘上放一个质量为 2kg 的物体时，秤 砣移到 B 处，恰好能使杆秤水平平衡，测得 OA5cm，OB 10cm。 (1)计算秤砣的质量。 (2)小金在 B 处标的刻度应为_2_kg。 若图中 OC2OB， 则 C 处的刻度应为_4_kg。 (3)当秤盘上放一个质量为 2kg 的物体时，若换用一个质量更大的秤砣，移动秤砣使杆秤 再次水平平衡时，其读数_小
9、于_(填“小于”或“大于”)2kg，由此可知一杆杆秤不能随意 更换秤砣。 解：(1)由题知，秤盘上放一个质量为 2kg 的物体时，秤砣移到 B 处，恰好能使杆秤水平 平衡，由杠杆的平衡条件有：m物gAOm砣gOB ， 秤砣的质量：m砣AO OBm 物 5cm 10cm2kg1kg； (2)由题知，秤盘上不放重物时，将秤砣移至 O 点提纽处，杆秤恰好水平平衡，由此知 O 处为 0 刻度，秤盘上放一个质量为 2kg 的物体时，秤砣移到 B 处，恰好能使杆秤水平平衡， 所以在 B 处标的刻度应为 2kg； 秤砣在 C 处时杆秤恰好水平平衡， 此时秤盘上放的重物质量为 m，则 mgAOm砣gOC，且
10、OC2OB， 所以 mgAOm砣g2OB 可得：m4kg， 所以 C 处刻度应为 4kg。 (3)当秤盘上放一个质量为 2kg 的物体时，若换用一个质量更大的秤砣，移动秤砣使杆秤 再次水平平衡时，由杠杆的平衡条件可知：G物OAG砣l，G物OA 的值不变，G砣增大， 力臂 l 变小，读数变小，故读数小于 2kg。 【命题意图】 本题以杆秤为情景考查了杠杆平衡条件的应用，体现了物理学在生活中的 应用。 本题首先考查学生对杠杆平衡条件的运用能力， 再将原先平衡的杠杆置于另一个情境中， 运用杠杆平衡原理进行计算；又在情境中变换位置与条件，加深杆秤原理的理解，这就要求学 生具有良好的综合分析和应用拓展能
11、力。 4. (2016 杭州)小金用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率。 实验时竖直向上拉动杠杆，使挂在杠杆下面的物块缓缓上升。(支点 和杠杆的摩擦不计)问： (1)重为 5N 的物块挂在 A 点时， 人的拉力 F 为 4N， 物块上升 0.3m 时，动力作用点 C 上升 0.5m，此时机械效率 1为多大？ (2)小金为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关， 仍用该实验装置， 将物块移到 B 点，再次缓慢提升杠杆使动力作用点 C 仍然上升 0.5m。问：人的拉力 F 与第一次相比_变小 _(填“变大”“变小”或“不变”)。比较此时的机械效率 2与 1的大小，并用学过的知识 给以推导。 解
12、：(1)有用功：W有用Gh5N0.3m1.5J； 总功：W总Fs4N0.5m2J， 机械效率：W 有用 W总 100%1.5J 2J 100%75%； (2)钩码的悬挂点在 A 点时，由于杠杆的重力会阻碍杠杆转动， 则由杠杆的平衡条件得：G OAG杠杆 1 2OCF OC； 悬挂点移至 B 点时，由杠杆的平衡条件得 G OBG杠杆 1 2OCFOC， 观察比较可知，悬挂点移至 B 点时，OBOA，即钩码重力的力臂变小，所以拉力 F 也变 小； 杠杆的机械效率：W 有用 W总 W有用 W有用W额 1 1 W额 W有用 ； 因为杠杆升高的高度不变， 所以克服杠杆自重所做的额外功不变(即W额G杠杆
13、h杠杆不变)； 由于悬挂点 B 更接近支点，所以钩码提升的高度减小，根据 W有用Gh 可知，有用功减小； 从上面 的表达式可知：W有用减小、W额不变，所以 W额 W有用变大，分母变大， 就减小；即 2 1。 【命题意图】 本题考查的是学生对有用功、总功、额外功、机械效率计算公式的理解和 掌握， 同时还考查杠杆平衡条件的应用。本题通过对杠杆平衡时的力臂变化对有用功和总功的 影响入手分析，考查学生的综合分析能力。 5. 如图所示，利用轻质滑轮组匀速拉动水平地面上重为 G 的物 体，若拉力的大小为 F，物体和地面之间的摩擦力大小为 f，A 点的拉 力为 FA，则下列关于滑轮组的机械效率表达式正确的是
14、( C ) A. f 2FA B. f 3F C. FA 2F D. G 2F 【试题解析】 从图可知，由 2 段绳子与动滑轮相连，则 s2s物，W 有用 W总 fs 物 Fs fs物 F2s物 f 2F，物体在水平地面上做匀速运动，则此时 A 处绳子的拉力和物体与地面之间的摩擦力是 一对平衡力，物体和地面之间的摩擦力为 f，则大小为 FAf。 则 f 2F FA 2F。 【命题意图】 此题主要考查了滑轮组绳子拉力的计算以及滑轮组的机械效率。本题通过 确定滑轮组中动滑轮的个数算出承担所要拉动重物与动滑轮所需要的绳子的根数 n，还需从哪 些力是平衡力(不要被多余的条件所迷惑)入手分析，考查学生的
15、综合分析能力。 6. 在学习了简单机械之后， 小红用图示装置探究“斜面的机械效率”。 对于小红的实验， 以下说法正确的是( C ) A实验时要匀速竖直拉动弹簧测力计 B斜面的倾斜程度越大木块所受的摩擦力越大 C斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越大 D影响斜面机械效率的因素只是物体与斜面间的粗糙程度 【试题解析】 A为了保证弹簧测力计的示数稳定，就要让木块做匀速直线运动，实验 时要沿斜面匀速拉动弹簧测力计，故 A 错误；B.其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，物体 对斜面压力越小，摩擦力越小，故 B 错误；C.其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，物体对斜 面压力越小，摩擦力越小，做额外功越少，机械效率越大，故 C 正确；D.斜面的机械效率跟 斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关，故 D 错误。 【命题意图】 本题以斜面机械效率的测量实验为载体，通过实验考查要测量沿斜面的拉 力，就要让木块做匀速直线运动；滑动摩擦力大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关；斜面 的机械效率跟斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关。 这就要求学生具有良好的综合分析能力。
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