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1、第十一章简单机械和功预习指导一、知识要点学生1：力臂的概念是本章难点之一，应对它如何正确理解？学生2：对力臂的理解，应注意以下几点：(1)力臂是指支点到力(动力或阻力)作用线的距离，而不是从支点到力的作用点的距离。(2)当作用在杠杆上的力的方向改变时，其力臂的大小一般也将发生改变。(3)力臂不一定在杠杆上，如图所示(4)若力的作用线过支点，则它的力臂为零。(5)画力臂三步骤：找支点、画出力的作用线、作支点到力的作用线的垂线(有时需要将力的作用线进行正向或反向延长)。学生1：探究杠杆平衡条件的过程是本章学习的重点之一，探究的过程中要注意哪些方面？学生2：探究的过程中要注意几下几个方面(1)设计实
2、验方案选取实验工具写出实验步骤设计记录数据的表格等(2)调节杠杆水平平衡时，依照“右高右旋，左高左旋”的方法，即杠杆右边高则螺母向右移，杠杆左边高则向左移，直至杠杆水平平衡。注意杠杆水平平衡一旦调好，不得随意再旋转平衡螺母，否则会影响实验结果。(3)实验中，每次改变动力、阻力、动力臂、阻力臂后都要使杠杆保持水平平衡，这样动力臂和阻力臂都可以直接读出。动力臂和阻力臂的长度单位不一定要用米，只要两个力臂的长度单位统一就可以了。学生1：如何使用杠杆的平衡条件分析和解决问题？学生2：使用杠杆的平衡条件分析解决问题时，应注意：动力和阻力都是指杠杆受到的力，而不是杠杆对别的物体所施加的力。动力和阻力都是相
3、对的。一般来说动力是使杠杆绕支点转动的力。阻力是阻碍杠杆绕支点转动的力。如用撬棒撬石头时，手对撬棒施加的力称之为动力；石头作用在撬捧上的力，阻碍杠杆转动的力称之为阻力，但有时不易区分哪个是动力，哪个是阻力，如使用天平称质量时，被称物体和祛码作用在天平盘上的力，哪个是动力，哪个是则另一个力(使杠杆逆时针转动)阻力呢？可设某一个力(如：顺时针方向转动)为动力,即为阻力。(a)G根据杠杆平衡条件，故F=G,即不省解题时，首先要从研究对象中找出相当于杠杆的那部分，确定出支点、动力作用点，阻力作用点，找出动力臂、阻力臂、画出示意图。然后根据杠杆的平衡条件列出方程，求出未知量。学生1：如何理解定滑轮不省力
4、而动滑轮省一半力的结论。学生2：如图(a)所示是一个定滑轮的杠杆变形示意图假定在某一瞬间滑轮静止不动，定滑轮的轴心为支点(支点不动)，动力、阻力作用点分别在绳子与轮相切的圆周边缘。显然，动力臂、阻力臂都等于圆的半径,力。如图(b)所示是一个动滑轮的杠杆变形示意图。假定在某一瞬间滑轮也静止不动。支点在一边绳子与轮相切的位置，支点上下移动，而动力作用点在绳子与轮相切的另一边，阻力的作用点在轴心。显然动力臂为阻力臂的两倍，故依据杠杆平衡条件F=12G,即省一半力。学生1：使用滑轮组要注意几个问题学生2：(1)区分“最方便”和“最省力”的含义。“方便”是指人站在地上用力向下拉绳子，既省力又方便；而“最
5、省力”是指尽量多地增加动滑轮上相连的绳子的股数。(2)滑轮组一般是省力的，省力的多少是由吊起(或承担)动滑轮的绳子股数决定的。(3)设拉力移动距离为s,拉力移动的速度为V,重物上升的高度为h,重物上升的速度为V物，则存在以下关系s=nh,v=nv物，n为动滑轮上绳子的股数。(4)滑轮组绳子的绕法是各种各样的，其绕法也是本节的一个重点。由关系式F=-G,当n为奇数时，绳子在动滑轮上打结开始绕；当n为偶数时，绳子在定滑轮上打结n开始绕，也就是按“奇动偶定”的方法绕绳子。(如下图所示)学生1：如何正确理解“功”的物理意义？学生2：物理学中的“功”跟日常生活中的“做工”或“工作”的含义不同，在物理学中
6、，做功是指两个因素同时存在的物理过程，这两个因素是：物体受到力的作用和物体沿力的方向通过一段距离。这两个因素缺一不可，缺少任何一个条件，物理上就说没有做功。根据做功的两个必要因素可知，下列三种情况没有做功：物体受到力的作用，但物体没有沿力的方向通过距离。例如：用力推车、车没有被推动，推力对车没有做功。一个人举着重物不动的时候，他虽然对重物有力的作用，但没有对重物做功。物体移动了一段距离，但没有受到力的作用，例如，物体由于惯性而运动。一个沿水平光滑的桌面匀速运动的木块，木块在水平方向上没有受到阻力，也没有受到动力，因而没有力对运动的木块做功。物体受到了力的作用，也通过了一段距离，但物体通过的距离
7、跟它受到的力的方向垂直。例如手提水桶，沿水平方向移动。水桶受竖直向上的拉力，水桶在水平方向上移动，竖直高度不变，水桶移动的方向跟拉力的方向垂直，竖直向上的拉力对水桶没有做功。力和功是实质不同的两个概念，从上面分析可以看出，在做功的过程中，一定有力的作用。但是，有力作用在物体上，这个力不一定对物体做了功。学生1：对于功率的理解有何要求？学生2：功率表示单位时间内做的功。功率跟功、时间两个因素有关，即P二相同时t间内做功多的，功率大；做相同多的功，时间少的，功率大。因为W=FS,所以P.=?=FV物体在拉力F的作用下，以速度V沿拉力的方向做匀速直线运动，则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积。在功
8、率P一定时，力F与速度V成反比。当汽车上坡时，司机采取换档的办法，减小速度，以获得较大的牵引力。学生1：机械效率是本章重、难点之一，我们应如何理解它？学生2：机械效率是反映机械性能的物理量。因为总功等于有用功与额外功之和，即有用功只占总功的一部分。显然，有用功所占比例越大，机械对总功的利用率就越高。这个机械的性能就越好。在物理学中，用机械效率来表示机械对总功利用率的高低。几点说明：机械效率总小于Io因为W总=Wm+W额外，所以卬目用W总，即有用功总小于总功，机械效率总小于1,且机械效率无单位。在计算机械效率的过程中，若算出机械效率大于或等于1,或有单位，则肯定有理解或计算的错误。机械效率由有用
9、功和总功两个因素决定如何判断有用功和总功：在求某一机械的机械效率时，一定要正确区分出有用功和总功，一般来说，人或其它动力对某一机械所做的功是总功，该机械对它工作的对象所做的功是有用功。额外功是克服无用阻力所做的功，机械在做功过程中，除克服有用阻力外还不得不克服其它的力，如用动滑轮提升砂子时，滑轮的重力，桶或口袋的重力以及滑轮跟轴之间的摩擦力，均为无用阻力，克服这些力所做的功是不需要但又不得不做的功。二、典型例题分析例1：关于力臂,下列说法正确的是（）A.从动力作用点到支点的距离叫做动力臂B.力臂就是杠杆的长度C.从支点到阻力作用线的距离叫做阻力臂D.力臂一定在杠杆上分析：力臂是从支点到力的作用
10、线的距离，简单地说，就是“点到线”的距离，而不是“点”到“点”的距离。力臂不一定是杠杆的长度，也不一定在杠杆上。如图所示。（图删去）L答案：应选（C）点评：力臂是从支点到力的作用线的距离。如图（a）、（b）所示，虽然力的作用点A相同，但力的方向不同，画出力臂也不同。例2：有一根IIn长的轻直棒，水平插入厚30Cm的墙里，在悬出端C处挂一个重为60N的物体，如下图左所示，试求在墙的两边缘分别受到的棒对墙的压力FA和FB的大小及方向.解答：以B为支点，杠杆受力如上右图所示，由杠杆平衡条件可得：FAXAB=GXBC,所以:FA=G=60N=140N,方向竖直向下.同理以A为支点可得：AB30Fb=-
11、.G=60N=200N,方向竖直向上.由物体的相互作用可知，杠杆在A、BAB30处对墙的作用力分别为：F=F,A=MON,方向竖直向上；Fs=Fb=200N,方向竖直向下.点评：此题是灵活运用杠杆平衡知识解题的实例，要适当选择“支点”才有利于解题.此杠杆虽然不能转动，但可以假想其分别以A、B为支点而处于平衡状态，当以B为支点时，因杠杆C处受到向下作用力，若要杠杆保持平衡，在A端必须向下施力；若以A为支点，B处必须受向上作用的力才能保持平衡.实际上杠杆的支点总是受力的，但因为通过支点，力臂为零，在应用平衡条件解题时，可以不考虑过支点的力.例3：如图所示，吊筐及筐内物体共重900N,人重600N,
12、若不计动滑轮重及摩擦，求：（1）人至少要用多大力，才能将筐和他自己吊起？m?（2）若要使吊筐上升2m,人手要将绳子拉下多少解答：（1）取人、吊筐和动滑轮这一整体为研究对象，它们受向下的重力和三段绳子向上的拉力。吊筐和人匀速上升时，人用力最小，根据一条直线上力的合成及二力平衡条件可求出人的拉力。由于三段绳子是同一根绳子，所以三段绳子的拉力相同，设每段绳子的拉力（大小与人的拉力相同）为F,则:3/=G总=G人+G筐所以F=G人+G筐=6OON+9(三=5oon（2）设吊筐上升高度为h,人拉下的绳长为S,则S=3h=3X2m=6m点评：本题可以分别取人、吊筐、动滑轮为研究对象，列出相应的力的平衡方程
13、，再联立解方程组也可以得出上面的结果，但解题较繁琐。本题是有解题技巧的问题，它的实质是力的平衡问题。解题的关键是确定适当的研究对象，使问题得到简化。例4：由两动滑轮和两定滑轮组成的滑轮组，把一重为1000N的重物匀速提升Im时，人站在地面上所用拉力为312.5N,若绳重及摩擦不计，则滑轮组的机械效率多大？动滑轮重为多大？若提升的重物变为1500N,绳子自由端拉力为多大？分析：两动滑轮和两定滑轮组成的滑轮组，可有四段或五段绳子承受阻力，本题要求人站在地面上拉，拉力方向要向下，只能有四段绳子承受阻力，则S=4h,这样就可以算出W总和W有，从而可算出机械效率.由题意可知：做额外功的原因只是克服动滑轮
14、重做的功，故W有=Gh,根据上式即可算出G动。当提升重物增加时，W有=G物h要增加，而滑轮组装置一定，则W额=G动h不W有W有W有A变，由机械效率公式：n=，当W有增大时，将变大,W总W有+w额lww有W额所以本题不能用机械效率不变来计算拉力，可用W总=W有用+W额或W总=FS来计算。解答：W总=FS=F4h=312.5N4m=1250JW有=Gh=100ON1J=100OJW有二 IoooJ - 1250J=0.8 = 80%W额=W总-W有=1250J-100OJ=250JW额250J5币=25UN切hImW有=Gh=1500Nlm=1500JW总=W有用+W额=15()()J+250J=
15、1750JF 一 Gg41500N250N=4375n例5：如图所示，用一滑轮组将重为40ON的物体A沿水平方向匀速拉动10m,物体A与地面间的摩擦力是240N,水平拉力F为100N,求总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。分析：水平方向拉动物体过程中，克服物体与地面间的一摩擦力所做的功为有用功W用=f6,额外功是克服滑轮轴间时左:f3A摩擦力所做的功。解答：绳子自由端移动距离S=3Sa=310m=30m,Wwfl=fS=240N10m=2400J,W却外=W总-Wj=3000J-2400J=600J,WW240(U2=-4-100%=XlOO%=80%W总3000J点评：以上两题均为求滑轮组的机械效率，做题的关键在于分析有用功，第一题在提升物体过程中是克服物体受的重力做功，所以W倜=Gh:第二题在匀速拉动物体前进过程中是克服物体与地面间的摩擦做功，所以W仃用=fAS。同学们一定要注意区分。例6：在测滑轮组机械效率实验中，对于钩码提升的高度。和弹簧测力计移动的距离S,下面说法中错误的是：（）A.和S都由尺测出；B.只需要用尺测出人对于已
