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一、杠杆
1、定义:一根硬棒,在力的作用下绕着固定点转动,这根硬棒叫做杠杆。
判断一个物体是不是杠杆,需要满足三个条件,即硬物体(不一定是棒)、受力(动力和阻力)和转动(绕固定点)。
杠杆可以是直的,也可以是弯的,甚至是任意形状的,只要在力的作用下能绕固定点转动,且是硬物体,都可称为杠杆。
2、杠杆的五要素:
①支点:杠杆绕着转动的点。用字母O 表示。
②动力:使杠杆转动的力。用字母 F1 表示。
③阻力:阻碍杠杆转动的力。用字母 F2 表示。
说明:动力、阻力都是杠杆的受力,所以作用点在杠杆上。
动力、阻力的方向不一定相反,但它们使杠杆的转动的方向相反。
④动力臂:从支点到动力作用线的距离。用字母L1表示。
⑤阻力臂:从支点到阻力作用线的距离。用字母L2表示。
画力臂方法:一找支点、二画线、三连距离、四标签。
⑴找支点O;⑵画力的作用线(虚线);⑶画力臂(虚线,过支点垂直力的作用线作垂线);⑷标力臂(大括号)。
3、研究杠杆的平衡条件:
①杠杆平衡是指:杠杆静止或匀速转动。
②实验前:应调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是:可以方便的从杠杆上量出力臂。
③结论:杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是:动力×动力臂=阻力×阻力臂。
写成公式:F1L1=F2L2 也可写成:F1 / F2=L2 / L1
这意味着,作用在杠杆上的两个力(动力和阻力)的大小跟它们的力臂成反比
解题指导:分析解决有关杠杆平衡条件问题,必须要画出杠杆示意图;弄清受力与方向和力臂大小;然后根据具体的情况具体分析,确定如何使用平衡条件解决有关问题。(如:杠杆转动时施加的动力如何变化,沿什么方向施力最小等。)
解决杠杆平衡时动力最小问题:此类问题中阻力×阻力臂为一定值,要使动力最小,必须使动力臂最大,要使动力臂最大需要做到:①在杠杆上找一点,使这点到支点的距离最远;②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。
4、应用:三种杠杆:
名称 结构特征 特 点 应用举例 省力杠杆 动力臂大于阻力臂
(L1>L2,F1 F2) 省力、费距离 撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、
钢丝钳、手推车、花枝剪刀 费力杠杆 动力臂小于阻力臂
(L1L2,F1> F2) 费力、省距离 缝纫机踏板、起重臂、人的前臂、
理发剪刀、钓鱼杆、镊子、船桨 等臂杠杆 动力臂等于阻力臂
(L1=L2,F1=F2) 不省力、不费力 天平,定滑轮 二、滑轮
1、滑轮是变形的杠杆。
①定义:中间的轴固定不动的滑轮。②实质:等臂杠杆。
③特点:使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。
④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦)F=G物。
绳子自由端移动距离SF(或速度vF)=重物移动的距离SG(或速度vG)
3、动滑轮:①定义:和重物一起移动的滑轮。(可上下移动,也可左右移动)
②实质:动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
③特点:使用动滑轮能省一半的力,但不能改变动力的方向。
④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:,只忽略轮轴间的摩擦,则拉力。绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(vG)
4、滑轮组
①定义:定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。②特点:使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向。
③理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力。
(滑轮组用几段绳子吊着重物,提起重物所用的力就是物体重的几分之一。且物体升高“h”,则拉力作用点移动“nh”,其中“n”为绳子的段数。) 绳子段数的判断:在动滑轮和定滑轮之间划一横线,只数连接在动滑轮上的绳子段数。
只忽略轮轴间的摩擦,则拉力。绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)。
④组装滑轮组方法:首先根据公式求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。
三、 机械效率
1、有用功:定义:对人们有用的功。
公式:W有用=Gh(提升重物)W总-W额=ηW总
斜面:W有用Gh
2、额外功:定义:并非我们需要但又不得不做的功。
公式:W额W总-W有用G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)
斜面:W额fL
3、总功:定义:有用功加额外功或动力所做的功
公式:W总W有用+W额FS=
4、机械效率:定义:有用功跟总功的比值。
公 式: 定滑轮:
动滑轮: 滑轮组:
5、有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占
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