简单机械及机械效率 知识点突破

物理第十一章延伸
杠杆的定义：
一根在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就叫杠杆。

和杠杆的五要素：
①支点：杠杆绕着转动的点（o）
）
②动力：使杠杆转动的力（F
1
③阻力：阻碍杠杆转动的力（F
）
2
）。

④动力臂：从支点到动力的作用线的距离（L
1
）。

⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离（L
2
一根硬棒成为杠杆的条件：
①要有力的作用
②能绕某固定点转到
对概念的理解：
(1)杠杆可以是直的，也可以是弯的。

，但在外力的作用下不能变形。

例如：撬棒、跷跷板、抽水机、手柄等。

(2)定义中的力，是指作用在杠杆上的动力和阻力，且动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的，但动力和阻力不一定相反。

(3)杠杆在力的作用下，绕固定点转动而不是平动。

(4)不论动力和阻力，杠杆都是受力物体，作用于杠杆的物体都是施力物体。

(5)阻力绕支点转动的方向与动力绕支点转动的方向相反。

杠杆的平衡条件：
动力×动力臂=阻力×阻力臂。

即
在杠杆平衡时，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之几。

利用杠杆平衡条件来分析和计算有关问题，一般遵循以下步骤：
(1)确定杠杆支点的位置。

(2)分清杠杆受到的动力和阻力，明确其大小和方向，并尽可能地作出力的示意图。

(3)确定每个力的力臂。

(4)根据杠杆平衡条件列出关系式并分析求解。

各类杠杆的特点：
要求最小动力，必须先画出最大动力臂。

1．寻找最大动力臂的方法
(1)当动力作用点确定后，支点到动力作用点的线段即为最大动力臂；
(2)动力作用点没有规定时，应看杠杆上哪一点离支点最远，则这一点到支点的距离即为最大动力臂。

2．作最小动力的方法
(1)找到最大动力臂后，过作用点作动力臂的垂线；
(2)根据实际，动力能使杠杆沿阻力作用的反方向转动，从而确定动力的方向。

组装滑轮组。

口诀：“奇动偶定”。

确定好了动滑轮和定滑轮的个数后，再确定绳子的起始点。

（1）当n为奇数时，绳子的起始点从动滑轮开始，经定滑轮依次按画螺旋线的方法绕线。

（2）当n为偶数时，绳子的起始点从定滑轮开始，经动滑轮依次按画螺旋线的方法绕线。

在中考中此类问题包括以下几种类型：
(1)已知滑轮组的省力情况
(2)未知滑轮组的省力情况
(3)根据特定要求绕线确定滑轮组绕线时要注意一些特殊的要求，比如“最省力”、“人要站在地面上”、“向上拉”等，还要符合一定的物理情景。

轮轴定义：
由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。

斜面定义：
是一个与水平面成一定夹角的倾斜平面：是一种省力的简单机械。

轮轴：
1．轮轴的实质：是—个可以连续转动的杠杆。

(如图)
2．轮轴的特点：轮半径是轴半径的几倍，加在轮上的力就是加在轴上的力的几分之一。

即：
3．轮轴的功能：一是改变用力的大小；二是改变物体的运动速度。

4．生活中的轮轴：如：辘轳、汽车方向盘、门把手、扳手等。

斜面：
特点：因为斜面是一种省力的简单机械(如图所示)。

若忽略摩擦，斜面长是斜
面高的n倍，拉力就是物体所受重力的n分之一。

即：
F一沿斜面拉力G一物体重力
L一斜面长 h一斜面高
从公式中可知：斜面越长，越省力。

功的定义：
必须有作用在物体上的力，且物体在这个力的方向上通过一段距离，就说这个力对物体做了机械功，简称做功；
功的两个要素：
一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。

以下三种情况下力对物体不做功：
(1)靠惯性运动的物体没有力对它做功。

例如：某同学踢足球，球离开脚后飞出10m远，足球飞出10m 远的过程中，人做功为零。

(2)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。

如：一辆汽车停止在路边，一个人用很大的力却没有推动它。

推力对汽车不做功。

(3)物体受到力的作用，同时也运动了一段距离，但两者相互垂直，即在力的方向上没有通过距离，这个力也没有对物体做功。

使用任何机械都不省功。

机械功的原理：
1．忽略机械自重和摩擦时，使用简单机械所做的功等于不使用机械而直接用手做的功。

或者说使用机械不省功。

如果直接用手把重为G的物体提升一个高度h，手使用的力就是G，手移动的距离就是h。

手做的功是W
1
=G·h。

如图所示，使用动滑轮，手用的力变了G/2(不考虑动滑轮的重及摩擦)，手移动的距离变了2h。

使用动滑轮时手做的功Gh。

可见，W
2=W
1
，即有：使
用机械时对物体做的功等于不使用机械时而直接对物体做的功。

功率定义：单位时间里完成的功，叫做功率。

意义：它是表示做功快慢的物理量。

功率的计算公式：
（1）P=W/t，其中P代表功率，单位为W，W代表功，单位为J；t代表时间，单位为s。

（2）因为P=W/t，W=Fs，v=s/t，所以P=W/t=Fs/t=Fv，P=Fv是功率的又一表达
式。

例如汽车发动机的功率一定时，用可知，牵引力与速度成反比。

所
以汽车爬坡时，司机采用的措施是换挡减速，以获得更大的牵引力。

单位要统一，P、W、t的单位分别为瓦、焦、秒。

（3）公式法：
2. 有用功的计算方法：（1）定义法：W
有用
=Gh
（2）W有用=W
总-W
额外
（3）公式法：
3. 额外功的计算方法：（1）定义法：
（2）W
额外=W
总
-W
有用
（3）公式法：
机械效率的定义：
有用功跟总功的比值叫做机械效率；
计算公式：
η=
机械效率的意义：
（1）机械效率的功率是标志机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，这个机械的性能越好。

（2）机械效率的高度并不决定使用机械是省力还是费力，效率高只说明有用功
【操作】
（1）将轻质杠杆按如图装在画有等间距水平横线的木板上。

在杠杆的A处悬挂几个钩码，把弹簧秤系在杠杆B处并竖直缓慢地向上拉杠杆。

记下钩码重G
1
、钩
码被提升的高度h1、弹簧秤的示数F
1和弹簧秤移动的距离S
1
，比较G
1
h
1
和F
1
S
1
的大小，并根据η
1＝（G
1
h
1
）／（F
1
S
1
）算出此时杠杆的效率η1。

（2）减少悬在A处的钩码个数，重复上述实验，算出杠杆的效率η
2。

比较η
1和η
2
的大小，得η
2
＜η
1
，表明同一杠杆在不同情况下，效率可能不同。

（3）用重质杠杆代替轻质杠杆重复（1），算出杠杆的效率η
3。

比较η
1
和η
3
的大小，得η
1＞η
3
，可知不同杠杆在相同工作情况下，效率也可能不同。