高中物理 第三章 第5節(jié) 機(jī)械課件 新人教版選修2-21

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1、機(jī) 械 第 一 部 分 ： 四 種 機(jī) 械 一 、 杠 桿 1、 杠 桿 定 義 ： 一 根 在 力 的 作 用 下 可 繞 一 固 定點(diǎn) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 硬 棒 ， 叫 做 杠 桿 。 支 點(diǎn) ： 杠 桿 繞 其 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 點(diǎn) O 動(dòng) 力 ： 使 杠 桿 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 力 F1 阻 力 ： 阻 礙 杠 桿 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 力 F2 動(dòng) 力 臂 ： 從 支 點(diǎn) 到 動(dòng) 力 作 用 線 的 垂 直 距 離 L1 阻 力 臂 ： 從 支 點(diǎn) 到 阻 力 作 用 線 的 垂 直 距 離 L2力 臂 是 從 支 點(diǎn) 到 力 的 作 用 線 的 垂 直 距 離 。力 的 作 用 線 ： 過(guò) 力 的 作 用 點(diǎn)

2、沿 力 的 方 向 所 畫 的 直 線2、 五 要 素 o. .AF1 .BF2l2l1什 么 叫 力 臂 ？從 支 點(diǎn) 到 力 的 作 用 線 的 垂 直 距 離 。怎 樣 找 力 臂 ？方 法 ：(1)點(diǎn) :應(yīng) 先 找 出 支 點(diǎn) 的 位 置 ，(2)線 :再 沿 動(dòng) 力 和 阻 力 的 作 用 方 向 畫 出 力 的 作 用 線 ，(3)垂 直 :然 后 從 支 點(diǎn) 作 這 些 力 的 作 用 線 的 垂 線 。(4)標(biāo) 號(hào) :這 個(gè) 垂 線 就 是 力 臂 。 下 圖 是 一 種 常 見 活 塞 式 抽 水 機(jī) 的 示 意 圖 ，在 圖 中 畫 出 手 柄 所 受 動(dòng) 力 F1的 力

3、臂 和 阻 力 。 (3)動(dòng) 力 臂 阻 力 臂 , 省 力 杠 桿 （ 省 力 、 費(fèi) 距 離 ） (2)動(dòng) 力 臂 =阻 力 臂 , 等 臂 杠 桿3、 杠 桿 分 類 : 例 1、 圖 4是 一 種 垃 圾 夾 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 .拉 繩 的 一 端 固定 在 手 把 上 ， 另 一 端 穿 過(guò) 空 心 管 桿 后 與 兩 夾 爪 的 一 端相 連 接 .當(dāng) 用 力 捏 手 把 時(shí) ， 夾 爪 在 拉 繩 的 作 用 下 可 夾 持物 體 ， 同 時(shí) 彈 簧 被 壓 縮 ； 當(dāng) 松 開 手 把 時(shí) ， 夾 爪 在 彈 簧的 作 用 下 恢 復(fù) 原 狀 .在 使 用 過(guò) 程 中 ，

4、手 把 和 夾 爪 分 別 是( )A 省 力 杠 桿 費(fèi) 力 杠 桿 B 費(fèi) 力 杠 桿 省 力 杠 桿 C 省 力 杠 桿 省 力 杠 桿 D 費(fèi) 力 杠 桿 費(fèi) 力 杠 桿A 例 2.汶 川 地 震 中 ， 滾 滾 的 山 石 擋 住 了 道 路 。增 援 人 員 要 用 撬 棒 撬 開 山 石 ， 分 別 沿 如 圖 所示 的 四 個(gè) 方 向 用 力 ， 其 中 最 省 力 的 是 ( )A.沿 F1方 向 B.沿 F2方 向 C.沿 F3方 向 D.沿 F4方 向 C 例 3、 如 圖 所 示 杠 桿 ， 在 A端 施 一 個(gè) 始 終 與 杠 桿垂 直 的 力 F， 當(dāng) 杠 桿 由

5、如 圖 實(shí) 線 位 置 勻 速 轉(zhuǎn)動(dòng) 到 虛 線 位 置 時(shí) ， F大 小 的 變 化 情 況 是 （ ） A 大 小 不 變 B 由 小 變 大 C 先 變 大 后 變 小 D 先 變 小 后 變 大 GO AC 例 4、 如 圖 6所 示 ， 長(zhǎng) 1.6m、 粗 細(xì) 均 勻 的 金 屬 桿 可 以繞 O點(diǎn) 在 豎 直 平 面 內(nèi) 自 由 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 一 拉 力 位 移 傳感 器 豎 直 作 用 在 桿 上 ， 并 能 使 桿 始 終 保 持 水 平 平 衡 。該 傳 感 器 顯 示 其 拉 力 F與 作 用 點(diǎn) 到 O點(diǎn) 距 離 x的 變 化關(guān) 系 如 圖 7所 示 。 據(jù) 圖 可 知 金

6、 屬 桿 重 A 5 N B 10 N C 20 N D 40 N 4、 探 究 杠 桿 的 平 衡 條 件(1)杠 桿 的 平 衡 是 指 杠 桿 靜 止 不轉(zhuǎn) 動(dòng) 或 杠 桿 勻 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。答 :使 杠 桿 自 身 的 重 力 作 用 線通 過(guò) 支 點(diǎn) 上 ， 這 樣 就 抵 消 了 杠 桿自 身 的 重 力 對(duì) 杠 桿 平 衡 的 影 響(2)為 什 么 要 調(diào) 節(jié) 杠 桿 兩 端 的螺 母 使 杠 桿 在 水 平 位 置 平 衡 ？(3)為 什 么 在 杠 桿 兩 邊 掛 上 不 同 數(shù) 量 的 鉤 碼 ，調(diào) 節(jié) 鉤 碼 位 置 ， 使 杠 桿 在 水 平 位 置 重 新 平衡 ？

7、答 :便 于 測(cè) 量 力 臂 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 動(dòng) 力F1/N 動(dòng) 力 臂 l1/cm 動(dòng) 力 動(dòng) 力 臂 F1l1 阻 力F2/N 阻 力 臂 l2/cm 阻 力 阻 力 臂 F2l21 1 2 2 12 2 3 3 23 2 2 1 4探 究 杠 桿 的 平 衡 條 件 例 5 在 “ 探 究 杠 桿 平 衡 條 件 ” 的 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 先 把 杠 桿 的 中 點(diǎn) 支 在 支架 上 ， 杠 桿 停 在 如 圖 甲 所 示 的 位 置 ， 此 時(shí) 杠 桿 處 于 (填“ 平 衡 ” 或 “ 不 平 衡 ” )狀 態(tài) 為 了 使 杠 桿 在 水 平 位 置 平 衡 ， 可 以調(diào) 節(jié) 右 端 的 平

8、 衡 螺 母 ， 使 它 向 (填 “ 左 ” 或 “ 右 ” )移 動(dòng) 在杠 桿 上 掛 2N的 重 物 ， 如 圖 乙 所 示 ， 杠 桿 靜 止 時(shí) 彈 簧 秤 的 示 數(shù) 為 N， 將 所 掛 的 重 物 往 左 移 1格 ， 杠 桿 重 新 平 衡 后 ， 彈 簧 稱 的 示數(shù) 會(huì) (填 “ 變 大 ” 、 “ 變 小 ” 或 “ 不 變 ” ) 平 衡右4 變 大 二 、 滑 輪1、 定 滑 輪 的 特 點(diǎn) ： 使 用 定 滑 輪 不能 省 力 ,但 可 以 改 變 力 的 方 向2、 動(dòng) 滑 輪 的 特 點(diǎn) ： 使 用 動(dòng) 滑 輪 能省 （ 一 半 ） 力 ， 但 不 可 以 改

9、 變 力的 方 向 3、 滑 輪 組 的 特 點(diǎn) ： 既 可 省 力 ， 又 可 改 變 施 力 的 方 向FFG G實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 ： 12F G 13F G拉 力 F的 大 小 與 吊 起 動(dòng) 滑 輪 的 繩 子 股 數(shù) n有 關(guān) 。n=2 n=3 滑 輪 組 的 特 點(diǎn) 及 作 用 ： 既 可 省 力 ， 又 可 改 變 施 力 的 方 向FFG G 12F G 13F G不 計(jì) 繩 重 、 動(dòng) 滑 輪 重 及 摩 擦 三 、 輪 軸1、 實(shí) 質(zhì) ： 省 力 杠 桿2、 特 點(diǎn) ： 省 力 ， 費(fèi) 距 離 四 、 斜 面1、 作 用 ： 省 力2、 特 點(diǎn) ： 斜 面 坡 度 越小 ，

10、越 省 力 ； 第 二 部 分 ： 功 功 率 一 、 功1、 做 功 的 兩 個(gè) 必 要 因 素 ：（ 1） 有 力 作 用 在 物 體 上 ；（ 2） 物 體 在 這 個(gè) 力 的 方 向 上移 動(dòng) 一 段 距 離 2、 功 的 定 義 ： 力 和 物 體 在 力 的 方 向 上移 動(dòng) 距 離 的 乘 積3、 功 的 計(jì) 算 ：W=FSW=Gh 二 、 功 率2、 定 義 ： 功 與 做 功 所 用 時(shí) 間 的 比 值1、 意 義 ： 表 示 做 功 快 慢3、 公 式 ： P=W/t4、 人 做 功 的 功 率 幾 十 瓦 到 幾 百 瓦 之間 例 5、 估 測(cè) 上 樓 時(shí) 的 功 率 ：

11、1、 實(shí) 驗(yàn) 原 理 是 什 么 ?2、 需 要 測(cè) 哪 些 物 理 量 ？3、 需 要 哪 些 器 材 ？器 材 ： 磅 秤 、 刻 度 尺 、 秒 表物 理 量 ： 質(zhì) 量 m、 高 度 h、 時(shí) 間 s 例 7、 提 高 機(jī) 車 的 額 定 功 率 是 鐵 路 進(jìn) 一 步 提 速要 解 決 的 一 個(gè) 重 要 課 題 。 機(jī) 車 的 輸 出 功 率 等于 牽 引 力 與 速 度 的 乘 積 。 若 列 車 所 受 阻 力 與速 度 成 正 比 ， 那 么 ， 列 車 提 速 前 后 分 別 以 最高 時(shí) 速 120 km和 180 km在 平 直 軌 道 上 勻 速行 駛 時(shí) ， 機(jī) 車

12、 的 輸 出 功 率 之 比 為A 2 3 B 3 2 C 4 9 D 9 4 C 例 2 跳 繩 是 一 種 簡(jiǎn) 便 易 行 的 鍛 煉 方 式 .圖 7描 繪了 某 同 學(xué) 某 次 跳 繩 時(shí) 重 心 移 動(dòng) 的 高 度 h隨 時(shí) 間 t變 化 的 圖 像 .由 圖 像 可 知 ， 他 的 重 心 移 動(dòng) 的 最 大高 度 為 cm.若 該 同 學(xué) 的 體 重 為 500N， 則 他1min內(nèi) 克 服 重 力 做 功 的 功 率 為 W.6 75 第 三 部 分 ： 機(jī) 械 效 率 有 用 功 ： 對(duì) 人 們 有 用 且 必 須 做 的 功有 用W額 外 功 ： 并 非 需 要 但 又 不

13、 得 不 做 的 功額W總 功 ： 有 用 功 與 額 外 功 的 總 和 總W 一、有用功、額外功、總功 W總 =W有 用 +W額 二、 機(jī) 械 效 率1.定 義 ： 有 用 功 與 總 功 的 比 值 叫 機(jī) 械 效 率 .2.表 達(dá) 式 : 沒 有 ！ 因 為 有 用 功 總 小 于 總 功 ， 所 以機(jī) 械 效 率 總 小 于 1 ？ ？ ？ 有 沒 有 機(jī) 械 效 率 為 100%的 機(jī) 械 ？ 為 什 么 ？ 總有WW 100% 三 、 斜 面 的 機(jī) 械 效 率斜 面 的 機(jī) 械 效 率 與 斜 面 的坡 度 和 粗 糙 程 度 有 關(guān) 。當(dāng) 斜 面 的 粗 糙 程 度 相 同

14、時(shí) ， 斜 面 的坡 度 越 大 ， 機(jī) 械 效 率 越 高 ；當(dāng) 斜 面 的 坡 度 相 同 時(shí) ， 斜 面 的 越 光 滑 ，機(jī) 械 效 率 越 高 ； 例 1、 實(shí) 驗(yàn) 、 如 圖 所 示 是 小 亮 同 學(xué) 測(cè) 定 斜 面機(jī) 械 效 率 的 裝 置 圖 ， 下 表 是 小 亮 同 學(xué) 設(shè) 計(jì) 的記 錄 表 格 。 分 析 表 中 的 實(shí) 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) ， 你 能 得 到哪 些 結(jié) 論 ？ （ 要 求 寫 兩 條 ） 斜 面傾斜程度 小 車重量G/N 斜 面高度h/m 沿 斜面拉力F/N 斜 面長(zhǎng)s/m 有 用功 W有/J 總 功W總 /J 機(jī) 械效率較 緩 10 0.1 3 1 1 3

15、33較 陡 10 0.2 4 1 2 4 50最 陡 10 0.3 5 1 3 5 60(1)同 一 斜 面 ， 傾 斜 程 度 越 高 ， 拉 同 一 物 體所 用 拉 力 越 大（ 2） 同 一 斜 面 ， 傾 斜 程 度 越 高 ， 拉 同 一 物 體機(jī) 械 效 率 越 高 例 2、 工 人 師 傅 常 利 用 斜 面 把 重 物 搬 運(yùn) 到 汽 車 上 ， 如 圖所 示 ， 汽 車 車 廂 底 板 高 度 h=1.5m， 斜 面 長(zhǎng) 度 s 3m， 現(xiàn)用 力 F沿 著 斜 面 把 重 力 G=1800N的 重 物 勻 速 拉 到 車 上 ，若 不 計(jì) 摩 擦 ， 拉 力 F為 _N；

16、若 實(shí) 際 拉 力 F 1200N，則 該 斜 面 的 機(jī) 械 效 率 是 %900 75 四 、 滑 輪 組 的 機(jī) 械 效 率滑 輪 組 的 機(jī) 械 效 率 與 物 重與 動(dòng) 滑 輪 重 有 關(guān) ；提 高 滑 輪 組 機(jī) 械 效 率 的 方 法 有 ：（ 1） 增 大 物 重 ；（ 2） 減 小 動(dòng) 滑 輪 重 ；（ 3） 加 輪 滑 油 （ 減 小 摩 擦 ） = W有 用W總h物S繩G 物 W有 用W總 = G物 h物F繩 S繩 測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率原 理 ：繩 = G物 h物F繩 nh物= G 物n F繩計(jì) 算 式 :注 意 ： 實(shí) 驗(yàn) 過(guò) 程 中 應(yīng) 豎 直 勻 速 拉 動(dòng) 測(cè) 力

17、 計(jì) 提 高 滑 輪 組 機(jī) 械 效 率 的 方 法 ：（ 1） 增 大 物 重 ；（ 2） 減 小 動(dòng) 滑 輪 重 ；（ 3） 減 小 繩 重 及 摩 擦1、 滑 輪 、 滑 輪 組 提 升 重 物 ： W有 用 = Gh w總 = FS滑 輪 、 滑 輪 組 的 機(jī) 械 效 率 鉤 碼 重 /N 彈 簧 測(cè) 力計(jì) 的 示 數(shù)/N 鉤 碼 移 動(dòng)的 距 離 /m 彈 簧 測(cè) 力計(jì) 移 動(dòng) 的距 離 /m 有 用 功 /J 總 功 /J 機(jī) 械 效 率3 1.2 0.1 0.3例 1. 在 “ 測(cè) 定 滑 輪 組 的 機(jī) 械 效 率 ” 的 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 小 明 同學(xué) 測(cè) 得 的 數(shù) 據(jù) 如

18、 下 表 所 示 ：（ 1） 在 表 中 空 白 處 寫 出 有 用 功 、 總 功 和 機(jī) 械 效 率 的 值 ；（ 2） 實(shí) 驗(yàn) 時(shí) 。 應(yīng) 使 彈 簧 測(cè) 力 計(jì) 做 運(yùn) 動(dòng) 。 實(shí)驗(yàn) 中 除 彈 簧 測(cè) 力 計(jì) 外 ， 還 需 要 的 測(cè) 量 工 具 是 _0.3 0.36 83.3%勻 速 直 線 刻 度 尺 次數(shù) 鉤 碼 懸掛 點(diǎn) 鉤 碼 總重G/N 鉤 碼 移 動(dòng)距 離h/m 拉 力F/N 測(cè) 力 計(jì) 移 動(dòng)距 離s/m 機(jī) 械 效率/%1 A點(diǎn) 1.5 0.10 0.7 0.30 71.42 B點(diǎn) 2.0 0.15 1.2 0.30 83.3 1.用 如 圖 所 示 的 實(shí) 驗(yàn)

19、 裝 置 測(cè) 量 杠 桿 的 機(jī) 械 效 率 實(shí) 驗(yàn) 時(shí) ， 豎 直 向上 勻 速 拉 動(dòng) 彈 簧 測(cè) 力 計(jì) ， 使 掛 在 較 長(zhǎng) 杠 桿 下 面 的 鉤 碼 緩 緩 上 升 （ 1） 實(shí) 驗(yàn) 中 ， 將 杠 桿 拉 至 圖 中 虛 線 位 置 ， 測(cè) 力 計(jì) 的 示 數(shù) F為 _N， 鉤 碼 總 重 G為 1.0N， 鉤 碼 上 升 高 度 h為 0.1m， 測(cè) 力 計(jì) 移動(dòng) 距 離 s為 0.3m， 則 杠 桿 的 機(jī) 械 效 率 為 % 請(qǐng) 寫 出 使 用 該杠 桿 做 額 外 功 的 一 個(gè) 原 因 ： （ 2） 為 了 進(jìn) 一 步 研 究 杠 桿 的 機(jī) 械 效 率 與 哪 些

20、因 素 有 關(guān) ， 一 位 同 學(xué)用 該 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 ， 先 后 將 鉤 碼 掛 在 A、 B兩 點(diǎn) ， 測(cè) 量 并 計(jì) 算 得 到 下 表所 示 的 兩 組 數(shù) 據(jù) ：根 據(jù) 表 中 數(shù) 據(jù) ， 能 否 得 出 “ 杠 桿 的 機(jī) 械 效 率 與 所 掛 鉤 碼 的 重 有 關(guān) ，鉤 碼 越 重 其 效 率 越 高 ” 的 結(jié) 論 ？ 答 ： ；請(qǐng) 簡(jiǎn) 要 說(shuō) 明 兩 條 理 由 ： ； 0.5 66.7克 服 杠 桿 自 重 做 額 外 功不 能沒 有 控 制 懸 掛 點(diǎn) 不 變 實(shí) 驗(yàn) 次 數(shù) 太 少 ，數(shù) 據(jù) 有 偶 然 性 例 3、 如 圖 所 示 ， 建 筑 工 人 用 滑 輪

21、 組 提 升 重 為220N的 泥 桶 ， 動(dòng) 滑 輪 重 為 20N， 不 計(jì) 滑 輪 與軸 之 間 的 摩 擦 及 繩 重 . 若 工 人 在 5s內(nèi) 將 繩 子 勻速 向 上 拉 6m， 則 泥 桶 上 升 _m，手 拉 繩 子 的 力 為 _N， 拉力 的 功 率 為 _W， 滑 輪 組 的機(jī) 械 效 率 為 _. 2809691.7 例 2、 下 列 說(shuō) 法 正 確 的 是 ( )A、 機(jī) 械 效 率 高 的 機(jī) 械 ， 功 率 一 定 大B、 做 功 多 的 機(jī) 械 ， 功 率 一 定 大C、 做 功 快 的 機(jī) 械 ， 功 率 一 定 大D、 做 功 時(shí) 間 長(zhǎng) 的 機(jī) 械 ， 功 率 一 定 大C 例 9 如 圖 所 示 的 滑 輪 組 ， 已 知 物 重 350N， 動(dòng) 滑 輪重 40N(繩 重 及 摩 擦 不 計(jì) )， 若 重 物 勻 速 提 升 2m， 則(1)拉 力 F為 多 大 ？(2)有 用 功 多 大(3)總 功 多 大(4)滑 輪 組 的 機(jī) 械 效 率 是 ？ 1 13( )= (350 40 )=130NnF G G N N 動(dòng)=Gh=350 2 =700JW N m有 =Fs=130 2 3=780JW N m 總 700100%= 100%=89.7%780W JW J 有總