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第十一章简单机械
一.杠杆
1. 杠杆
(1) 定义：在力的作用下，能够绕固定点转动的硬棒。
说明：A.杠杆的形状可以是直的，也可以是弯的。
B. 在力的作用下，不可以弯曲或伸缩;可以转动，但不一定正在转动
(2) 生活中常见杠杆：开瓶器、扳手、剪刀、核桃钳、天平、镊子等。
2. 杠杆的五要素
(1) 支点(O)：杠杆绕着转动的固定点。(在杠杆上)
(2) 动力(F1)：使杠杆转动的力。(施力物体是与杠杆作用的其他物体;作用点在杠杆上)
(3) 阻力(F2)：阻碍杠杆转动的力。(施力物体是与杠杆作用的其他物体;作用点在杠杆上)
(4) 动力臂(L1)：从支点到动力作用线的距离。
(5) 阻力臂(L2)：从支点到阻力作用线的距离。
3. 杠杆示意图：在图上将杠杆五要素表示出来。
说明：画力臂的要求：
(1) 首先确定杠杆的支点
(2) 确定力的作用线，根据情况将力的作用线用虚线延长。
(3) 用直角三角板画出从支点到力的作用线的垂线，垂足要落在力的作用线上，指明哪个线段是力臂，并用字母L1、L2表示。
4. 杠杆平衡条件
(1) 杠杆平衡状态:杠杆静止不动或匀速转动。
(2) 探究杠杆平衡条件：
① 器材：钩码、杠杆、支架、刻度尺
② 步骤:a.调节杠杆两端的平衡螺母，直到杠杆在水平位置平衡.(方法：哪边偏高向哪边调)
说明：杠杆在在水平位置平衡的目的：排除杠杆自重对实验结果的影响
b.在支点左侧任意位置挂2个钩码，在支点右侧挂3个钩码，调节钩码位置直至杠杆在水平位置平衡，测量并记录L1、L2、F1、F2
说明：杠杆在在水平位置平衡的目的：便于测量力臂
c.改变钩码个数和位置，重复b实验两次以上
d.分析数据，得出结论
③ 步设计表格
| 实验次数 |
动力F1 |
动力臂L1 |
阻力F2 |
阻力臂L2 |
| 1 |
|
|
|
|
| 2 |
|
|
|
|
| 3 |
|
|
|
|
④ 多次实验的目的：排除偶然性，得到可靠结论
⑤ 得出结论的方法：归纳法
⑥ 实验结论即杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂
数学表达式：F1×L1= F2×L2
5. 杠杆分类：
| 种类 |
特点 |
条件 |
优点缺点 |
应用 |
| 省力杠杆 |
F1＜F2 |
L1＞L2 |
省力但费距离(可以改变力的方向) |
铁丝钳、扳手、开瓶器、剪铁皮的剪刀等 |
| 费力杠杆 |
F1＞F2 |
L1＜L2 |
省距离但费力(可以改变力的方向) |
镊子、钓鱼竿、扫帚、裁缝用的剪刀等 |
| 等臂杠杆 |
F1=F2 |
L1=L2 |
|
天平 |
说明：杆秤可以是等臂杠杆也可以是不等臂杠杆。
6. 利用杠杆平衡条件解决问题时的方法：
(1) 确定支点，作出杠杆示意图
(2) 根据杠杆平衡条件列出关系式并分析求解
二.滑轮
1. 滑轮：一个周边有凹槽并可以绕轴转动的轮子，通常分为定滑轮和动滑轮两种。
说明：(1)所有实例都是以用滑轮提升重物为例
(2)阻力只计重物重，不计绳重、摩擦、滑轮重
(3)被提升物体处于匀速直线上升状态，即平衡状态
(4)F—绳子自由端所受拉力 s—绳子自由端移动的距离v—绳子自由端移动的速度
G—物体自重 h—重物提升的高度 v物—重物提升的速度
(5)同一根绳子上拉力处处相等
2. 定滑轮：使用过程中，轴固定的滑轮
(1) F=G
(2) s=h v=v物
(3) 实质：等臂杠杆
(4) 特点：不省力但可以改变力的方向
3. 动滑轮：使用过程中，轴和重物一起移动的滑轮
(1) F=1/2G
(2) S=2h v=2v物
(3) 实质：动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆
(4) 特点：省力但不能改变力的方向
4. 滑轮组：将动滑轮和定滑轮组合在一起
(1) F=1/nG
(2) s=nh v=nv物
(3) 特点：既可以省力又可以改变力的方向
(4) 说明：n是吊着动滑轮和重物绳子的段数
(5) 判断n的方法：首先分清定滑轮动滑轮，再数吊着动滑轮和重物绳子的段数
(6) 组装滑轮组的方法：先确定绳子固定端(奇动偶定)，穿绕绳子时从固定端出发，由里向外逐个绕过滑轮，每个滑轮上只能穿绕一次绳子，不能交叉重复，最后检查是否通顺
(7) 若计动滑轮重，不计绳重和摩擦
则：F=1/n(G动+G);s=nh;v=nv物
(8)若滑轮组沿水平方向拉动重物，不计滑轮重，不计绳重和摩擦
则：F=1/nf;s=ns物;v=nv物
说明：f表示重物在水平方向受到的阻力
5.轮轴
(1)由轮和轴组成的，能绕共同的轴线旋转的简单机械。例：汽车方向盘，自行车的飞轮和后轮
(2)实质：相当于一个杠杆
轮和轴的中心O是支点，作用在轮上的力是动力F1，作用在轴上的力是阻力F2，轮半径是杠杆动力臂L1，轴半径是杠杆阻力臂L2
(3)特点：省力但费距离
(1)斜面是简单机械的一种，可用于克服竖直提升重物的困难
(2)特点：：省力但费距离
待续
三.功
1. 功的概念
(1) 定义：物理学中把力和物体在力的方向上移动距离的乘积叫做机械功，简称功。
(2) 做功的两个必要因素
① 作用在物体上的力;②物体沿力的方向通过的距离
说明：①判断一个力是否做功，必须同时满足两个必要因素，缺一不可。
② 在下列三种情况下，力对物体没有做功
甲：物体没有受到力的作用，但因为惯性通过一段距离，也就没有力做功
乙：物体受到力的作用，但没有移动距离，也就不可能在力的方向上通过距离，力对物体不做功
丙 ：物体受到力的作用，同时也移动了一段距离，但在力的方向没有通过距离，这个力也没有做功
2.功的计算
(1)计算公式：W=Fs
W：功;F：力;s：距离
(2)国际单位：焦耳，简称焦，符号J
(3)一些力做功的大小
将两个鸡蛋举高1米，做功约1J
体重为600N的某学生从一楼走到二楼，做功约1800J
将一瓶500ml矿泉水从地上拿起，做功约10J
2. 功的原理
使用任何机械都不省功(即动力所做的功等于机械克服阻力所做的功)
人们为什么还要使用机械呢?
这是因为我们使用机械时，有的是为了省力，有的是为了省距离，有的是为了改变力的方向
四.功率
1.物理意义：表示做功快慢的物理量
2.定义：物体在单位时间内所做的功
3.公式：P=W/t;推导公式P=W/t=Fs/t=Fv
P:功率; W:功; t:时间 v:速度
4.国际单位：瓦特，简称瓦，符号W
常用单位：kW,1kW=1000W
5. 一些常见的功率
(1)优秀运动员长时间运动的功率约70W
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