第03講簡(jiǎn)單機(jī)械及機(jī)械效率-【暑假銜接】新九年級(jí)物理暑假精品課講義（人教版）-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

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第03講簡(jiǎn)單機(jī)械及機(jī)械效率
掌握壓力和壓強(qiáng)的計(jì)算方法；
掌握液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)和計(jì)算方法；
掌握伯努利原理的應(yīng)用；
掌握浮力的沉浮條件和大小的計(jì)算方法。
一、杠桿
定義：在力的作用下能繞著轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒就叫杠桿。
杠桿平衡的條件:動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂.或?qū)懽鳎? ，這個(gè)平衡條件也就是阿基米德發(fā)現(xiàn)的杠桿原理。
杠桿的平衡判斷：杠桿在力的作用下保持或，杠桿就處于平衡狀態(tài)
杠桿力臂的畫法
（1）明確支點(diǎn)，用O表示；
（2）通過(guò)力的作用點(diǎn)沿力的方向畫一條直線；
（3）過(guò)支點(diǎn)O作該力的作用線的垂線；
（4）用兩頭帶箭頭的線段標(biāo)示出支點(diǎn)到力的作用線的垂線段，寫上相應(yīng)的字母L1（或L2)。
5. 杠桿分類及特點(diǎn)：
二、機(jī)械效率
1. 總功：人或機(jī)械設(shè)備（或繩端或自由端）拉力做的功。
2. 有用功：不利用機(jī)械設(shè)備，直接對(duì)物體做的功。
3. 額外功：機(jī)械設(shè)備克服自身重力或阻力做的功。
4. 機(jī)械效率：有用功與總功的比值叫作機(jī)械效率。
2. 公式為：
3.推導(dǎo)式：
（1）豎直方向勻速提升物體時(shí)，滑輪組的機(jī)械效率：，
忽略繩重和摩擦，繩子自由端的拉力：，
滑輪組的機(jī)械效率：。
（2）水平方向勻速拉物體時(shí)如圖所示，滑輪組的機(jī)械效率：。
（3）斜面的機(jī)械效率：，
考點(diǎn)一：杠桿動(dòng)態(tài)變化
例1
一根輕質(zhì)杠桿可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在杠桿的中點(diǎn)掛一重物，在桿的另一端施加一個(gè)方向始終保持水平的力F，如圖所示。力F使桿從如圖所示位置慢慢抬起到水平位置的過(guò)程中，力F和它的力臂LF，重力G和它的力臂LG的變化情況是（）

A．F減小，LF減小B．F減小，LF增大
C．G不變，LG減小D．G不變，LG增大
考點(diǎn)二：滑輪組機(jī)械效率
角度1：豎直面滑輪組的機(jī)械效率
例2
如圖所示，用力F將重力的物體勻速向上提升2m，動(dòng)滑輪重2N（不計(jì)繩重及摩擦），下列說(shuō)法正確的是（）

A．繩子末端移動(dòng)的距離為1m
B．滑輪組所做的有用功為20J
C．滑輪組的機(jī)械效率為80%
D．拉力大小為5N
角度2：水平面滑輪組的機(jī)械效率
例3
建筑工人用如圖所示的滑輪組，在4s內(nèi)將重為1500N的物體沿水平方向勻速移動(dòng)了2m，所用的拉力大小為375N，物體受到水平地面的摩擦力為物重的0.4倍。在此過(guò)程中，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）
①繩子自由端沿水平方向移動(dòng)的速度為1.5m/s
②物體受到的拉力為750N
③拉力F的功率為375W
④滑輪組的機(jī)械效率為80%

A．只有①和②B．只有②和③C．只有③和④D．只有①和④
考點(diǎn)三：斜面模型及計(jì)算
例4
如圖，在斜面上將一個(gè)重125N的物體勻速拉到頂端，克服摩擦力做了100J的功，已知斜面長(zhǎng)10m，高4m。則拉力做的有用功為_(kāi)_____J，斜面的機(jī)械效率為_(kāi)_____，物體所受摩擦力的大小為_(kāi)_____N。

考點(diǎn)四：復(fù)雜模型機(jī)械效率的計(jì)算
例5
如圖所示裝置，物體B重為G，它浸沒(méi)在水中勻速下沉?xí)r，通過(guò)滑輪組拉著重200N的物體A在水平面上勻速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)用一個(gè)水平向左的拉力F1拉物體A，使物體B在水中勻速上升（物體B始終未露出水面），力F1的功率P1，滑輪組的機(jī)械效率為η1；當(dāng)物體B完全露出水面后，用另一個(gè)水平向左的力F2拉物體A，使物體B仍然以相同的速度勻速上升，力F2的功率為P2，此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為η2，已知：物體B的密度ρB=5ρ水，第一次的拉力F1=60N，。若不計(jì)繩重、滑輪組裝置的摩擦和水中的阻力，功率之比=____________（g=10N/kg）。
1．（2022·四川遂寧·統(tǒng)考中考真題）碼頭上的工作人員，利用如圖所示的杠桿將一桶淡水從地面轉(zhuǎn)移到船上（杠桿始終保持水平）。掛在A端的的桶重100N，內(nèi)部底面積為，桶內(nèi)裝有800N的水，水深1m。重600N的工作人員用繩子豎直拉住B端，工作人員的腳與地面的接觸面積，。下列計(jì)算結(jié)果錯(cuò)誤的是（）（，g?。?br>A．水對(duì)桶底的壓強(qiáng)為B．水對(duì)桶底的壓力為600N
C．人對(duì)地面的壓力為375ND．人對(duì)地面的壓強(qiáng)為
2．（2022·遼寧·統(tǒng)考中考真題）使用如圖所示的滑輪組，沿水平方向勻速拉動(dòng)質(zhì)量為300kg的物體，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為200N，物體在10s內(nèi)移動(dòng)1m。物體所受的摩擦力為物重的0.1倍。不計(jì)繩重和滑輪組內(nèi)的摩擦，下列說(shuō)法正確的是（）
A．滑輪組的機(jī)械效率為50%
B．動(dòng)滑輪重為100N
C．繩子自由端拉力的功率為20W
D．增大物重機(jī)械效率不變
3．（2022·貴州貴陽(yáng)·統(tǒng)考中考真題）如圖所示的情景展示了物理世界的平衡之美。用細(xì)線將鐵錘懸掛在光滑的尺子上，錘柄末端緊貼尺面，尺子一端置于水平桌面邊緣O點(diǎn)處，整個(gè)裝置恰好處于平衡狀態(tài)。若尺面水平且不計(jì)尺子和細(xì)線所受重力，下列說(shuō)法不正確的是（）
A．尺子可以視為能繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿
B．細(xì)線對(duì)鐵錘的拉力與鐵錘所受重力是一對(duì)平衡力
C．細(xì)線對(duì)尺子的拉力大于錘柄末端對(duì)尺子的作用力
D．尺子與鐵錘組成的整體，其重心在O點(diǎn)的正下方
4．（多選）（2022·山東青島·統(tǒng)考中考真題）如圖甲所示，工人師傅利用動(dòng)滑輪將重360N的貨物勻速提起，拉力F＝200N，貨物上升的高度h與所用時(shí)間t關(guān)系的圖像如圖乙所示，不計(jì)繩重和摩擦。下列說(shuō)法正確的是（）
A．動(dòng)滑輪的重力B．貨物上升的速度v＝0.4m/s
C．拉力F的功率P＝80WD．動(dòng)滑輪的機(jī)械效率
5．（2022·山東濱州·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，用滑輪組提升質(zhì)量為12kg的物體時(shí)，物體在10s內(nèi)勻速豎直上升2m。所用拉力F為50N。則在提升物體的過(guò)程中（不計(jì)繩重和摩擦，g=10N/kg）。下列說(shuō)法不正確的是（）
A．繩子自由端移動(dòng)的速度為0.6m/s
B．滑輪組提升物體做的有用功為300J
C．拉力做功的功率為30W
D．該滑輪組的機(jī)械效率為80％
6．（2022·四川宜賓·統(tǒng)考中考真題）小洪在一次勞動(dòng)中，欲將重為600N的貨物搬到距地面2m高的平臺(tái)上、他用長(zhǎng)為4m的木板搭成斜面如圖，并用沿著斜面向上大小為400N的力將貨物勻速?gòu)牡锥送频巾敹?，小洪在該過(guò)程中做的有用功為_(kāi)_____J，斜面起到了______。（選填“省力”或“省功”）的作用。
7．（2022·遼寧盤錦·統(tǒng)考中考真題）如圖所示，工人師傅利用滑輪組將靜止在水平地面上質(zhì)量為45kg的石板勻速提升6m，用時(shí)30s。石板與地面接觸面積為9000cm2，動(dòng)滑輪重為50N。（g取10N/kg，不計(jì)繩重和摩擦）求：
（1）提升前石板對(duì)地面的壓強(qiáng)；
（2）石板上升的速度和工人師傅所用拉力；
（3）拉力的功率。
8．（2022·山東濰坊·統(tǒng)考中考真題）圖甲是某衛(wèi)生間馬桶水箱的進(jìn)水調(diào)節(jié)裝置，圖乙為其結(jié)構(gòu)示意圖，浮臂AB可視為繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿，，，A端通過(guò)細(xì)連接桿AC與柱狀浮筒連接，浮筒質(zhì)量為，端通過(guò)細(xì)連接桿BD與圓餅狀止水閥連接，止水閥上下表面積與進(jìn)水管口面積均為。當(dāng)水箱中無(wú)水或水量較少時(shí)，止水閥打開(kāi)，水從進(jìn)水管流進(jìn)水箱。水位達(dá)到一定高度時(shí)，浮筒推動(dòng)杠桿，使止水閥剛好堵住進(jìn)水管，停止進(jìn)水，此時(shí)AB處于水平位置，連接桿豎直，大氣壓強(qiáng)，進(jìn)水管中水壓。除浮筒外其它裝置所受重力不計(jì)，忽略所有摩擦，g取，水的密度。剛停止進(jìn)水時(shí)，求：
（1）浮筒所受重力；
（2）進(jìn)水管中的水對(duì)止水閥的壓力；
（3）連接桿BD對(duì)止水閥的壓力；
（4）浮筒排開(kāi)水的體積。
1．如圖所示是使用簡(jiǎn)單機(jī)械勻速提升同一物體的四種方式（不計(jì)機(jī)械自重和摩擦），其中所需動(dòng)力最小的是（）
A．B．C．D．
2．如圖，工人利用滑輪組勻速吊起重為2100N的路燈桿（質(zhì)量，分布均勻），繩端拉力F保持1000N。下列說(shuō)法正確的是（）
A．路燈桿離地前，相當(dāng)于費(fèi)力杠桿
B．路燈桿離地后，受到的拉力小于2100N
C．路燈桿離地后，滑輪組的機(jī)械效率為70%
D．路燈桿離地前后，滑輪組的機(jī)械效率不變
3．如圖所示是鍋爐上的安全閥門的示意圖，閥門C與蒸氣的接觸面積設(shè)為S，鍋爐內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p，鉤碼的重力設(shè)為G，則下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）
A．安全閥門裝置OAB是一個(gè)杠桿
B．鍋爐內(nèi)蒸汽對(duì)閥門C的壓力可表示為pS
C．當(dāng)裝置達(dá)到平衡時(shí)，滿足下面關(guān)系式：pS×OA=G×AB
D．當(dāng)要控制鍋爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)較小時(shí)，可適當(dāng)將鉤碼向靠近O點(diǎn)移動(dòng)
4．如圖所示，重400N的物體在30N的水平拉力F的作用下，以0.1m/s的速度沿水平地面向左勻速直線運(yùn)動(dòng)了10s，滑輪組的機(jī)械效率是80%，則在此過(guò)程中下列說(shuō)法正確的是（）
A．繩子自由端移動(dòng)的距離是1mB．有用功為400J
C．拉力F的功率為3WD．物體與地面間的摩擦力為72N
5．如圖所示的是建筑工地上常用的吊裝工具，配重M重為5000N，杠桿AB的支點(diǎn)為O，已知OA∶OB=1∶2，滑輪下面掛有建筑材料P，每個(gè)滑輪重100N，工人重為700N，杠桿與繩的自重、滑輪組摩擦均不計(jì)，當(dāng)工人用300N的力豎直向下以的速度勻速拉動(dòng)繩子時(shí)，建筑材料P勻速上升。下列說(shuō)法正確的是（）
A．工人對(duì)地面的壓力為700NB．建筑材料P重為600N
C．建筑材料P上升的速度為D．配重M對(duì)地面的壓力為4400N
6．如圖所示，利用輕質(zhì)滑輪組拉動(dòng)水平地面上重為300N的物體，作用在繩端拉力F的大小為30N時(shí)，物體10s勻速運(yùn)動(dòng)了2m，物體受到的阻力為物重的0.15倍，則：A處拉力大小為_(kāi)_____N；繩子自由端拉力F的功率為_(kāi)_____W；滑輪組的機(jī)械效率為_(kāi)______；當(dāng)拉動(dòng)物體做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體受到地面的摩擦力_______（選填“不變”、“變大”“變小”）
7．建筑工地的工人用如圖所示的滑輪組來(lái)提升重物，已知重物G=900N，不計(jì)繩重和摩擦，當(dāng)繩子自由端的拉力F=400N時(shí)，可將重物勻速提升3m，在此過(guò)程中，拉力F做功_______J，滑輪組的機(jī)械效率為_(kāi)______%；若將該滑輪組的機(jī)械效率提高為90%，需要用此滑輪組提升_______N的重物。
8．請(qǐng)?jiān)趫D中畫出提升滑輪組最省力的繞法。
9．如圖甲是一種單手啟瓶器。啟瓶器可以看做是杠桿（忽略重力），支點(diǎn)為B點(diǎn)。開(kāi)啟瓶蓋瞬間，手對(duì)啟瓶器施加的動(dòng)力沿虛線方向，瓶蓋對(duì)啟瓶器施加的阻力為F2，如圖乙所示。請(qǐng)?jiān)趫D乙中畫出啟瓶器受到的動(dòng)力F1和阻力臂l2。
10．用卷?yè)P(yáng)機(jī)與滑輪組組合使用可節(jié)省人力，提高工作效率。如圖是煤礦工人將礦井內(nèi)的物體從井底提升至地面的示意圖。已知卷?yè)P(yáng)機(jī)工作時(shí)的輸出功率保持為3kW不變，滑輪組的鋼絲繩能承受的最大拉力是5×103N。某次提升過(guò)程中，滑輪組將重4.8×103N的物體在20s內(nèi)從10m深的井底剛好勻速提升到了地面。
（1）這次提升過(guò)程中，滑輪組的機(jī)械效率是多少？
（2）若另一次勻速提升過(guò)程中，鋼絲繩的拉力達(dá)到了最大，求物體上升的速度。
類型
力臂
受力情況
特點(diǎn)
例子
省力杠桿
開(kāi)瓶器、羊角錘
費(fèi)力杠桿
筷子、釣魚(yú)竿
等臂杠桿
蹺蹺板、托盤天平

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