简单机械

第六讲 简单机械 [教学目标] 1、清楚不同滑轮的作用及滑轮组的省力情况 2、能准确判断支点、力臂及杠杆所属的种类 3、理解做功的概念，掌握有用功、总功及效率的计算 [教学内容] 一、杠杆及其分类 1、能绕某点转动的硬杆称为杠杆，这个绕着转动的点称为支点，支点到力作用线的距离称为力臂。 2、分为省力杠杆、费力杠杆及等臂杠杆 动力小于阻力的杠杆 为 省力杠杆（动力臂>阻力臂） 省力费距离 动力大于阻力的杠杆 为 费力杠杆（动力臂<阻力臂） 费力省距离 动力等于阻力的杠杆 为 等臂杠杆（动力臂=阻力臂），既不省力也不费力 二、滑轮和作用及滑轮组 1、滑轮的作用：定滑轮：改变力的方向，不改变力的大小 动滑轮：改变力的大小，不改变力的方向 2、滑轮组：用定滑轮和动滑轮组合起来既能改变力的大小又能改变力的方向的机械。 省力情况：动滑轮上的绳子条数为n，则省n倍力，即F=f/n，其中f为阻力（包括物重、滑轮重、摩擦等），所以若不计滑轮重和摩擦，则有F=G/n 费距离情况：省了n倍力就要费n倍距离，即s=nh 3、做功及效率的计算 做功：W=FS，其中若F与S垂直则力F不做功 效率的计算：（1）有用功（对目的物所做的功）：W有=Gh （2）总功（力F所做的功）：W总=FS（其中：s=nh） （3）效率η= W有/ W总 4、功率：做功的快慢；P=W/t 【例1】.在水平路面上，某人用300牛的水平拉力,拉着重1200牛的车30秒内前进了10 米。在这一过程中人对车做功的功率是 (    )    A.40瓦     B.100瓦      C.400瓦     D.3000瓦  解：W=FS=300N 10m=3000J P=w/t=3000J/30s=100w 选B 【例2】如右上图示用一滑轮组拉着重8×104牛的汽车沿水平方向匀速移动，汽车所受阻力为车重的0.03倍，此滑轮组的机械效率为80％，求:    (1)拉力F为多少牛?  80%=0.03GS/F 3S 得F=1000N   (2)若汽车移动的速度为0.2米/秒，1分钟内拉力做了多少焦的功?  W=FS=F×n(vt)=1000×3×(0.2m/s×60s)=3.6×104J 注意：把握力臂的概念；区别有用功及总功；理解省力则费距离。 [应用练习] 1、在下图1中，画出作用在“开瓶起子”上动力F1的力臂和阻力F2的示意图． 图1 图2 2、如图2所示，O是杠杆OA的支点．在图中画出拉力F1和F2的力臂l1和l2. 3、作出下图3的闸刀使用中的两个力臂，并标明L1和L2。 图4 图5 4、画出图4中动力F1的力臂。 5、如图5所示，用力F踩汽车刹车踏板，请画出此力对支点D的力臂。 6、在图6中作出F的力臂。 7、如图7，试画出缝纫机脚踏板所受动力、阻力的力臂。 8、图8是安装在安明小区进出口的栏杆(栏杆是一根粗细均匀的圆木杆)示意图，当在 A处施加一个压力F时，可将栏杆拉到如图所示位置，请在图中画出此时压力F的力臂L1，和重力G的力臂L2。 9、（05南京）在图9中画出小锤所受阻力F2以及动力F1的力臂． 10、在“研究杠杆平衡条件”实验中 （1）实验前出现图甲所示情况，为了使杠杆在水平位置平衡，应将杠杆左端的螺母向　　　　　调（填“左”或“右”） 啊 A （2）实验过程中出现图乙所示情况，为了使杠杆在水平位置平衡，这时应将右边的钩码向　　　　（填“左”或“右”）移动　　　　格。 （3）图乙中杠杆水平平衡后，在杠杆左右两边钩码下同时加一个相同的钩码，这时杠杆将　　　　　。（填“保持水平平衡”、“顺时针转动”或“逆时针转动”） 　　（4）如图丙所示的案秤是个不等臂杠杆，请你根据杠杆的平衡条件，说明用几个不重的砝码就能平衡盘中重得多的货物的道理　　　　　　　　　　　　　。 11、甲乙两个实验小组在探究“杠杆的平衡条件”时，分别得到下面两组数据和结论。 他们在交流时，甲组发现了自己实验结论的错误和产生错误的原因。你认为甲组产生错误的原因有那些？ 甲 组 乙 组 次数 动力 动力臂 阻力 阻力臂 动力 动力臂 阻力 阻力臂 1 4 5 5 4 7 4 2 14 2 3 4 4 3 6 4 8 3 3 4 5 2 10 结论 动力+ 动力臂=阻力+阻力臂 动力 动力臂=阻力 阻力臂 甲组产生错误的原因： 。 12、假期里，小兰和爸爸、妈妈一起参加了一个家庭游戏活动。活动要求是：家庭成员中的任意两名成员分别站在如图所示的木板上，恰好使木板水平平衡。 (1)若小兰和爸爸的体重分别为400N和800N，小兰站在距离中央支点2m的一侧，爸爸应站在距离支点多远处才能使木板水平平衡? (2)若小兰和爸爸已经成功地站在了木板上，现在他们同时开始匀速相向行走，小兰的速度是0．5m／s，爸爸的速度是多大才能使木板水平平衡不被破坏? 13、小红同学在利用如图10所示的滑轮组做“测滑轮组的机械效率”的实验中，用弹簧测力计匀速竖直拉起重8N的物体，物体升高了0.2m，弹簧测力计的示数是____ N，在实验过程中对物体所做的有用功是________J，滑轮组的机械效率是_____________． 14、在“测滑轮组机械效率”的实验中，用同一滑轮组进行两次实验，实验数据如下： ⑴此实验所用滑轮的个数至少是____ 个，其中动滑轮有_____个。 ⑵第一次实验测得滑轮组的机械效率为________，第二次实验时滑轮组的机械效率______第一次的机械效率（选填“大于”、“小于”或“等于”） 次数 钩码重/N 钩码上升高度/cm 弹簧测力计示数/N 弹簧测力计移动距离/cm 1 2 10 0.8 40 2 5 5 1.5 20 15、工人利用如图所示的滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升0.5m，工人对绳的拉力为600N，则滑轮组对重物所做的有用功 W有用=__________J，该滑轮组此时的机械效率η＝________%. 16、某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×lO5Pa,飞轮lmin转动1800周，当汽油机满负荷工作时(不计摩擦)，求： (1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力； (2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功； (3)汽油机的功率． 17、某人在河岸上，借助岸边的大树，利用滑轮组通过拉绳使停泊在水中的船匀速靠岸．已知滑轮组是由一个定滑轮和两个动滑轮组成的(滑轮和拉绳自重不计)，船的总质量为7．92×103kg，船匀速移动时受到水的阻力是船重的0．01倍，船受到滑轮组的拉力与人拉绳子的力始终水平，若人的拉力是220N，船靠岸的速度是0．3m／S，(g=10N／kg)求：(1)滑轮组的机械效率．(2)人拉绳的功率． 18、如图所示，物体G所受到的重力大小为40N. （1）在拉力F1的作用下使物体沿竖直方向匀速提高0.5m，求拉力F1在这一过程中对物体所做的功. （2）若将该物体放在倾角为300的光滑斜面上，用平行于斜面的拉力F2使物体沿斜面匀速向上移动1m，此时拉力F2的大小恰为20N，求拉力F2在这一过程中对物体所做的功. （3）比较上述两种情况，你能得出什么结论？ 19、电动自行车可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。使用前，应先对车上的蓄电池充电。电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力。现有一辆电动自行车，沿着水平的道路匀速行驶，在0.5h内，电动行驶了9km，此时车上电动机的工作电压为32V，工作电流为4A。 ⑴电动自行车在电动骑行启动时，能量是如何转化的？ ⑵若该车和人共重1000N，行驶时轮胎与地面的接触面积共为8×10－3㎡，那么车对地面的压强多大？ ⑶若车和人在行驶过程中所受阻力为20N，则这段路程内该车克服阻力所做的功为多少？ ⑷该车电能转化为机械能的效率是多少？ 20、工人用一个动滑轮，将质t 为20kg 的货物竖直提高了2m 。己知该动滑轮的机械效率为80 % ，求工人的拉力。小明解此的思路是：因为使用动滑轮省一半力，所以F=1/2G=1/2mg；又因为此动滑轮的机械效率η=F/F/，故所求拉力F/=F/η，即得。请判断小明的思路是否正确？若正确，请按其思路代入数据，解出此题；若不正确，请指出错在哪里？然后写出你认为正确的解题过程，并求出拉力。 21、工人用如图所示的滑轮将重800N的货物提高2m，拉力F为500N，求（1）拉力所在的绳端移动的距离；（2）滑轮的机械效率。 22、水桶内装有体积为1.9×10-2 m3的饮用水，张力同学为班级的饮水机换水，他拉着水桶在水平地面上匀速前进了100米，然后匀速提起水桶放到1m高的饮水机上(水桶的质量不计)。求： (1)桶中水的质量。 (2)张力同学所做的功。（g=10N/kg） 23、一台起重机把质量为0.6t的重物匀速提升了3m，如果它的电动机所做的功是3.0×104J，则起重机的机械效率是多少?(g＝10N／kg) 24、工人利用图23所示的滑轮组将重400N的物体向上匀速提起2m，。所用拉力为250N，滑轮组的机械效率是多少？ 若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m，拉力在这一过程中所做的功是多少？(不计绳重和摩擦的力) 小明的解题过程是： 解：W有=Gh=400N×2m=800J W总=FS=250N×2m×2=1000J η= W有/W总=800J/1000J=0.8=80% W有/= G/h=900N×2m=1800J W总/= W有//η=1800J/80%=2250J 答：滑轮组的机械效率是80%，拉力在这一过程中所做的功是2250J。 上述解答是否有错误？如有错误，指出错误的原因，并对错误加以订正。 25、阅读下面的短文，然后解答后面的问题： 植物是我们的好朋友，它们与我们的生活息息相关，每一种植物都具有蒸腾作用.植物的蒸腾作用是一个水分的运输和散失的过程.蒸腾过程如下：土壤中的水分→根毛→根内导管→茎内导管→叶内导管→叶肉细胞→气孔→大气.蒸腾作用对植物体具有重要的意义：①降低植物的温度，②促进根吸收水分，③促进水分和无机盐的运输.植物一天中蒸腾作用的变化规律是：日出后，蒸腾作用随之增强，到午后三时左右达到最高峰，三时以后，植物体内的水分减少，气孔逐渐关闭，蒸腾作用随之下降，日落后蒸腾作用降到最低点. (1)你认为蒸腾作用能降低植物及其周围环境的温度的物理原理是 ； (2)根据短文，影响植物蒸腾作用强弱的因素有： ； (3)设一棵树的树叶平均高度为5m，它一生中共蒸腾了200t水，请计算这棵树对这些水所做的功(g=10N/Kg). 26、图22 是一种居民楼电梯结构的截面示意图。A为电梯，厢底有两个动滑轮B ．其功能相当于一个动滑轮，使用两个动滑轮的好处是能帮助电梯保持稳定。C 为配重，起平衡作用。在拉力F 作用下电梯厢能在电梯井中沿竖直通道上下运行。现有10 个人同时乘坐电梯（每个人的质量均按60kg计算），电梯厢以0.5m/s的速度匀速上升时，拉力为F1 , F1的功率P1为10kw ，动滑轮B 的机械效率为η1；电梯厢运行了12m 后，从电梯中下去了5个人，此后电梯厢以0.5m/s的速度匀速上升时，拉力为F2，F2的功率为P2，动滑轮B 的机械效率为η2（不计绳重及滑轮摩擦，g 取10N/kg） 求：( l )η1：η2; ( 2 )拉力F2的功率P2 。 27、小明家住二楼，正在装修房子．小明想采用如图8所示的滑轮组，站在地面上用较省力的方法将装修运送到二楼窗口处． （1）请你帮助小明把滑轮组的绕线方法画出． （2）若装修材料重600N，把它运送到4m高的二楼窗口处，小明需要做多少功?（滑轮重、绳重及摩擦均不计） 28、如图所示是德什大桥工地上一台起重机吊臂上的滑轮组，它在50s内将重为2.4×104N的钢材匀速提高10m。已知拉力F为104。则这个过程中： （1）拉力F做了多少功？拉力F的功率多大？ （2）滑轮组的机械效率多大？ （3）题中少了哪两个数据仍能求出滑轮组的机械？ 29、一辆质量为1330kg的汽车在平直的季华路上匀速行驶，1分钟内前进1500米，已知汽车受到的平均阻力是3000牛。求： （1）汽车行驶的速度； (2)汽车在这段时间内的功率。 30、图22是某工人用滑轮组提升重物，工人用360N拉力将重为600N的重物匀速提升10m，需要时间50s。请根据提供的信息，计算两个相关的物理量。（g取10N／kg） 31、一辆上海桑塔纳牌轿车在我省新建成的清——镇高速公路上行驶， （1）它在经过如图11所示的标志牌下时，速度已达40m/s，并仍以此速度在向前开行，这辆车是否违反了交通法规，为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2）如果这辆轿车以108km/h的速度匀速行驶， 1 从标志牌处开到镇宁需要多少时间？（结果保留两位小数） 2 设这段路程为平直公路，在这段路程中，该车受到的阻力为 N，它的功率是多大？ 32、产自我市的岩滩红水河奇石闻名全国乃至世界，采石工人用如图22所示的装置将一块奇石从5m深的水底提升到离水面1m高的船上。已知石头在出水前人的拉力 N，石头出水后人的拉力 N，不计摩擦及动滑轮重，求：(1)石头的重力；(2)石头的体积；(3)拉力所做的功。 33、在一些建筑工地、港口常见到各种大型起重机。图5—8所示是一种起重机的简图，为了保证起重机起重时不会翻倒，在起重机右边配有一个重物m0，已知OA=10m，OB=5m，起重机功率为30KW，起重机本身重力不计。求：⑴要使起重机吊起6×103kg的货物时不会绕支点O翻倒，右边配重m0至少为多少千克？⑵若机机械效率为80％，则把5×103 kg的货物沿竖直方向匀速提高15m，需要多少时间？ 34、解放牌卡车在平直的公路上匀速行驶8s，通过的路程是120m，若此时卡车发动机的牵引力大约4000N，则在这段时间内： （1）卡车行驶的速度是多少？ （2）发动机所做的功大约是多少？ （3）发动机的功率又是多少？ 35、一块水田面积为2400m2 要灌平均0.1m深的水。不计水渗透的损失，求：（1）所灌水的体积。（2）所灌水的质量。（3）若这些水是用水泵(抽水机)从距水田 2m深的水渠中抽上来的，水泵至少要做多少功？（4）若水泵的功率为 2. 4kw，抽这些水要用多长时间？（ρ水＝1.0 x103kg/m3,g=10N/kg） 36、利用图12所示装置,把质量为3千克、密度为3×103kg/m3的薄石块从水面下4m处拉出水面后,再提升了10m,共用时间10s.动滑轮重为20N(不计绳子与滑轮间的摩擦,设石块的两个上升过程都为匀速,g取10N/kg). 求:(1)在整个过程中拉力F的功率(可近似认为石块离开水面前浮力大小不变). (2)石块离开水面前与离开水面后,这个装置的机械效率分别是多少? (3)这两个数值,你能得出什么结论? 37、一辆轿车在水平路面上匀速直线行驶，轿车上的速度表如图所示。 求：⑴轿车行驶的速度是多少米/秒？ ⑵在2min内轿车行驶的路程是多少千米？ ⑶若轿车发动机提供的牵引力为F＝1600N，则轿车通过上述路程牵引力做的功为多少焦？ 38、节能是汽车性能的一个重要指标。但同一辆汽车每百公里的消耗与行驶速度的快慢是否有关呢？星期天，小明乘坐叔叔的汽车去上海，于是他决定借此机会对这一 问题进行探究。他们去时走高速公路，回来时走320国道，得到了右表所示的数据。 ⑴分析数据后，下明觉得这与他事先的猜想相吻合。你认为小明的猜测应该是 。 ⑵请你算出汽车在高速公路上行驶108km消耗的汽油质量。（ρ汽油＝0.8kg/L） 去上海 回嘉兴 平均速度(km/h) 90 60 里程(km) 108 116 耗油量(L) 8.5 11.2 ⑶若汽车在高速公路上行驶时发动机的功率为60 kW，那么汽车行驶108km，发动机做的功为多少。 图3 图6 图9 图7 秤盘 调零 螺丝 支点 游码 槽码 秤杆 砝码盘 甲 乙 丙 � EMBED PBrush ��� � EMBED PBrush ��� 图23 � EMBED PBrush ��� _1181811569.unknown _1182195562.unknown _1182195577.unknown _1181836110.unknown _1173719735.unknown _1181811552.unknown _1173522999.unknown