第十一章简单机械（知识清单）物理新教材沪科版八年级全一册

第十一章 简 单 机 械 （知识清单） 答案版 思维导图 第1节 探究：杠杆的平衡条件 一. 杠杠 1.杠杆定义 在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就称为杠杆。 2.杠杆的五要素及理解 对杠杆五要素的理解 （1）动力、阻力都是杠杆受到的力，作用点在杠杆上。 （2）动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的。 （3）动力和阻力是相对而言的，可根据人们的需要来确定。一般情况下，把人施加给杠杆的力或使杠杆按照需要方向转动的力叫动力，而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。 3.力臂的画法 （1）找点；找到杠杆的支点（就是杠杆绕其转动的点）。 （2）画线；画出力（动力或阻力）所在的直线。实际上如果图当中画出了动力或阻力，那么力的直线就已经存在了，因为力的示意图就是一条线段，这条线段所在的直线就是力的直线。我们所要做的就是沿力的方向正向或反向延长，做出力的直线，记住，力的延长线一定要画成虚线。 （3）从点到线做垂线段；从支点到力的作用线做垂线段，该段距离就是力臂。 （4）用大括号(带箭头的实线）把该段距离标出来； （5）写出力臂的符号。 步骤 画法 图示 第一步：确定支点O 杠杆绕着转动的固定点 第二步：确定动力和阻力的作用线 从动力、阻力作用点沿力的方向（或反方向）画虚线，即动力、阻力的作用线 第三步：画出动力臂和阻力臂，并标注 从支点向力的作用线作垂线段，在垂线段旁标注力臂的符号、 二 杠杆的平衡条件 三. 杠杆的分类与应用 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 （l1<l2，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 第2节 滑轮及其应用 一. 定滑轮 1.滑轮：周边有槽，能绕轴转动的小轮 轴 轮 滑轮可以连续旋转，因此可以看做连续旋转的杠杆 2.定滑轮：滑轮的轴固定不动。 2.实质：等臂杠杆（动力臂 L₁和阻力臂 L₂都等于滑轮的半径，即 L₁=L₂=R）。​ 杠杆模型理解：定滑轮的轴相当于杠杆的支点，动力作用在滑轮边缘（动力臂为半径），阻力作用在 滑轮另一侧边缘（阻力臂也为半径），因此是等臂杠杆。​ ①力的关系：不省力也不费力（F=G）；​ ②距离关系：不省距离也不费距离（拉力移动的距离 s 等于钩码上升的高度 h，即 s=h）； ③方向特点：能改变力的方向（拉力方向与钩码运动方向相反，如竖直向上拉可使钩码竖直上升）。​ 4.优缺点：​ 优点：改变力的方向，方便操作（如升旗时向下拉绳子，旗子向上运动）；​ 缺点：不省力，不能减小做功的力。 二. 动滑轮 动滑轮：滑轮的轴随物体一起动 1.结构定义：轴的位置随着被拉物体一起运动的滑轮叫做动滑轮（滑轮本身随物体升降）。 常见实例：起重机的动滑轮部分、单独提升轻小物体的简易动滑轮。​ 2.实质：省力杠杆（动力臂 L₁=2R，阻力臂 L₂=R，其中 R 为滑轮的半径）。​ 杠杆模型理解：动滑轮的支点在滑轮与固定绳子的接触点，动力作用在滑轮的另一侧边缘（动力臂为直径），阻力作用在滑轮的轴上（阻力臂为半径），因此动力臂是阻力臂的 2 倍，是省力杠杆。​ ①力的关系：省力，拉力 F=1/2 G 物；​ ②距离关系：费距离，拉力移动的距离 s=2h；​ ③方向特点：不能改变力的方向（拉力方向与钩码运动方向相同，均为竖直向上）。​ 3.考虑动滑轮自重（不计摩擦）：​ 实际使用中，动滑轮有自身重力 G 动，此时拉力需要同时克服物重和动滑轮重力，因此拉力公式为： F=1/2 (G 物 + G 动)。​ 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.优缺点：​ 优点：省力（能省一半的力，考虑自重时省力度减小）；​ 缺点：不能改变力的方向，费距离，单独使用时操作不便（需竖直向上拉）。 5.使用定滑轮和动滑轮的几种情况(图中物体全部匀速运动，物体的重力都为G,均忽略绳子与滑轮间的摩擦与绳重) 项目 图示 表达式 定滑轮 ===G F=,为物体A所受的摩擦力， 动滑轮 F=, 4. F=,, 5. F=2G+，=，= 6. F=2,=，= 6.定滑轮和动滑轮的比较 项目 定滑轮得 动滑轮 钩码重 G G 拉力 大小 F=G(不考虑摩擦) F=G(不考虑摩擦和动滑轮重) 方向 与钩码上升方向相反 与钩码上升方向相同 钩码上升的高度 h h 拉力移动距离 s=h s=2h 省力情况 不省力 省力 改变力的方向情况 能改变力的方向 不能改变力的方向 实质 等臂杠杆 动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆 应用实例 升旗 起重机 三. 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F=G物 /n。(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。)    即：s=nh  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。 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）。(即：s=nh  v1=nv2) 第三节 机械效率 一 有用功、额外功和总功 1.有用功（）：为了达到目的，人们必须做的对人们有用的功。 2.额外功（）：人们并不需要但为了达到目的又不得不做的功。 若用滑轮组提升钩码，不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功（对目的没有用，但不得不做的功）。 3.总功（）：有用功跟额外功的总和叫总功。 4.大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功(有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。 5.区分有用功和额外功 看我们需要达到什么做功目的。例如:用桶将水从水井中提上来，克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功;如果是捞出掉入水井中的水桶,则克服桶重做的是有用功，而克服桶带出来的水的重力所做的功是额外功。 6.使用机械计算功 计算总功，一般是拉力做的功。在竖直方向上的有用功为克服物体重力做的功，在水平方向上的有用功为克服物体摩擦做的功。 二 机械效率 1. 定义：有用功和总功的比值叫做机械效率，用η表示。 2. 表达式： 3. 物理意义：机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，有用功占比越大，机械效率越高，机械的性能越好。因为有用功总小于总功，所以机械效率总小于1；机械效率用百分数表示，没有单位。 4. 功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功，即能量的转化 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W W=Fs J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 表示物体做功的快慢 功与做功时间之比 P W 机械效率 反映机械做功性能的好坏 有用功与总功之比 η 无 5. 机械效率的计算 装置图 计算公式 杠杆 滑轮组 竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时：； （2）不计绳重及摩擦时： 水平匀速拉动物体 斜面 （1）；（2） 三 影响机械效率的因素及提高方法 1. 核心影响因素（以滑轮组为例） 影响因素 具体关系 实例说明 物重G物 同一机械（额外功基本不变），提升的物重越大，机械效率（η）越高 用同一滑轮组提升 100N 的物体时，效率高于提升 50N 物体的效率（有用功占比增大） 机械自重G动 同一机械，机械自身重力越大，机械效率（η）越低（额外功占总功比例增多） 动滑轮质量为 50N 的滑轮组，比质量为 30N 的滑轮组提升同一物体时效率低 摩擦（f） 机械间的摩擦越大，机械效率（η）越低（额外功增多） 滑轮轴生锈、绳子与滑轮间接触面粗糙时，滑轮组效率会明显降低；加润滑油后效率升高 绳子重力 承担物重的绳子越重，机械效率（η）越低（额外功增多） 用粗重的麻绳组成的滑轮组，比用轻质尼龙绳的滑轮组提升同一物体时效率低 2.提高机械效率的方法​ （1）增大有用功：在机械承载能力范围内，尽量增加被提升物体的重力（如用滑轮组提更重的货 物）；​ （2）减小额外功： ① 减小机械自重（如选用轻质动滑轮）； ② 减小摩擦（如给滑轮轴加润滑油、减小接触面粗糙程度）； ③ 选用轻质绳子。​ 3.常见机械的效率特点​ （1）理想机械（无额外功）：η=100%（实际不存在）；​ （2）实际机械：η〈100%（额外功不可避免）；​ （3）斜面：斜面越光滑、坡度越小（h/s 越小），效率越高（但越费力）。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十一章 简 单 机 械 （知识清单） 原卷版 思维导图 第1节 探究：杠杆的平衡条件 一. 杠杠 1.杠杆定义 在力的作用下能绕着_______转动的_______就称为_______。 2.杠杆的五要素及理解 对杠杆五要素的理解 （1）动力、阻力都是杠杆受到的力，作用点在杠杆上。 （2）动力和阻力使杠杆转动的方向一定是相反的。 （3）动力和阻力是相对而言的，可根据人们的需要来确定。一般情况下，把人施加给杠杆的力或使杠杆按照需要方向转动的力叫动力，而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。 3.力臂的画法 （1）_______；找到杠杆的支点（就是杠杆绕其转动的点）。 （2）_______；画出力（动力或阻力）所在的直线。实际上如果图当中画出了动力或阻力，那么力的直线就已经存在了，因为力的示意图就是一条线段，这条线段所在的直线就是力的直线。我们所要做的就是沿力的方向正向或反向延长，做出力的直线，记住，力的延长线一定要画成虚线。 （3）_______；从支点到力的作用线做垂线段，该段距离就是力臂。 （4）用______________把该段距离标出来； （5）写出_______的符号。 步骤 画法 图示 第一步：___________ 杠杆绕着转动的固定点 第二步：______________ 从动力、阻力作用点沿力的方向（或反方向）画虚线，即动力、阻力的作用线 第三步：______________ 从支点向力的作用线作垂线段，在垂线段旁标注力臂的符号、 二 杠杆的平衡条件 三. 杠杆的分类与应用 名称 结构特征 特 点 应用举例 _______ 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 _______ 动力臂小于阻力臂 （l1<l2，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 _______ 动力臂等于阻力臂 （l1＝l2，F1＝F2） 不省力 不费力 天平，定滑轮 第2节 滑轮及其应用 一. 定滑轮 1.滑轮：周边______________小轮 轴 轮 滑轮可以连续旋转，因此可以看做连续旋转的杠杆 2.定滑轮：_______固定不动。 2.实质：______________（动力臂 L₁和阻力臂 L₂都等于滑轮的半径，即 L₁=L₂=R）。​ 杠杆模型理解：定滑轮的轴相当于杠杆的支点，动力作用在滑轮边缘（动力臂为半径），阻力作用在 滑轮另一侧边缘（阻力臂也为半径），因此是等臂杠杆。​ ①力的关系：不省力也不费力（F=G）；​ ②距离关系：不省距离也不费距离（拉力移动的距离 s 等于钩码上升的高度 h，即 s=h）； ③方向特点：能改变力的方向（拉力方向与钩码运动方向相反，如竖直向上拉可使钩码竖直上升）。​ 4.优缺点：​ 优点：______________，方便操作（如升旗时向下拉绳子，旗子向上运动） 缺点：______________，不能减小做功的力。 二. 动滑轮 动滑轮：_____________________体一起动 1.结构定义：轴的位置随着被拉物体一起运动的滑轮叫做动滑轮（滑轮本身随物体升降）。 常见实例：起重机的动滑轮部分、单独提升轻小物体的简易动滑轮。​ 2.实质：省力杠杆（动力臂 L₁=2R，阻力臂 L₂=R，其中 R 为滑轮的半径）。​ 杠杆模型理解：动滑轮的支点在滑轮与固定绳子的接触点，动力作用在滑轮的另一侧边缘（动力臂为直径），阻力作用在滑轮的轴上（阻力臂为半径），因此动力臂是阻力臂的 2 倍，是省力杠杆。​ ①力的关系：_______，拉力 F=1/2 G 物；​ ②距离关系：_______，拉力移动的距离 s=2h；​ ③方向特点：_______（拉力方向与钩码运动方向相同，均为竖直向上）。​ 3.考虑动滑轮自重（不计摩擦）：​ 实际使用中，动滑轮有自身重力 G 动，此时拉力需要同时克服物重和动滑轮重力，因此拉力公式为： F=1/2 (G 物 + G 动)。​ 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.优缺点：​ 优点：_______（能省一半的力，考虑自重时省力度减小）；​ 缺点：______________，单独使用时操作不便（需竖直向上拉）。 5.使用定滑轮和动滑轮的几种情况(图中物体全部匀速运动，物体的重力都为G,均忽略绳子与滑轮间的摩擦与绳重) 项目 图示 表达式 定滑轮 ===G F=,为物体A所受的摩擦力， 动滑轮 F=, 4. F=,, 5. F=2G+，=，= 6. F=2,=，= 6.定滑轮和动滑轮的比较 项目 定滑轮得 动滑轮 钩码重 G G 拉力 大小 F=G(不考虑摩擦) F=G(不考虑摩擦和动滑轮重) 方向 与钩码上升方向相反 与钩码上升方向相同 钩码移动距离 h h 拉力移动距离 s=h s=2h 省力情况 不省力 省力 改变力的方向情况 能改变力的方向 不能改变力的方向 实质 等臂杠杆 动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆 应用实例 升旗 起重机 三. 滑轮组 ①定义：______________合成滑轮组。 ②特点：使用滑轮组既能______________。③理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F=G物 /n。(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。)    即：s=nh  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。 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）。(即：s=nh  v1=nv2) 第三节 机械效率 一 有用功、额外功和总功 1._______（）：为了达到目的，人们必须做的对人们有用的功。 2._______（）：人们并不需要但为了达到目的又不得不做的功。 若用滑轮组提升钩码，不得不克服动滑轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功（对目的没有用，但不得不做的功）。 3._______（）：有用功跟额外功的总和叫总功。 4.大量实验表明，动力对机械所做的功总是大于机械对外所做的功(有用功)。事实上，使用任何机械都不能省功。 5.区分有用功和额外功 看我们需要达到什么做功目的。例如:用桶将水从水井中提上来，克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功;如果是捞出掉入水井中的水桶,则克服桶重做的是有用功，而克服桶带出来的水的重力所做的功是额外功。 6.使用机械计算功 计算总功，一般是拉力做的功。在竖直方向上的有用功为克服物体重力做的功，在水平方向上的有用功为克服物体摩擦做的功。 二 机械效率 1. 定义：_____________________叫做机械效率，用η表示。 2. 表达式： 3. 物理意义：机械效率是标志机械做功性能好坏的物理量，有用功占比越大，机械效率越高，机械的性能越好。因为有用功总小于总功，所以机械效率总小于1；机械效率用百分数表示，没有单位。 4. 功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 ______________ 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 W W=Fs J (1)功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 (2)功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系 功率 ______________ 功与做功时间之比 P W 机械效率 ______________ 有用功与总功之比 η 无 5. 机械效率的计算 装置图 计算公式 杠杆 滑轮组 竖直提升物体 （1）已知拉力、物重及绳子段数时：； （2）不计绳重及摩擦时： 水平匀速拉动物体 斜面 （1）；（2） 三 影响机械效率的因素及提高方法 1. 核心影响因素（以滑轮组为例） 影响因素 具体关系 实例说明 物重G物 同一机械（额外功基本不变），提升的______________越高 用同一滑轮组提升 100N 的物体时，效率高于提升 50N 物体的效率（有用功占比增大） 机械自重G动 同一机械，机械自身重力越大，机械效率（η）越低（额外功占总功比例增多） 动滑轮质量为 50N 的滑轮组，比质量为 30N 的滑轮组提升同一物体时效率低 摩擦（f） 机械间的摩擦越大，机械效率（η）越低（额外功增多） 滑轮轴生锈、绳子与滑轮间接触面粗糙时，滑轮组效率会明显降低；加润滑油后效率升高 绳子重力 承担物重的绳子越重，机械效率（η）越低（额外功增多） 用粗重的麻绳组成的滑轮组，比用轻质尼龙绳的滑轮组提升同一物体时效率低 2.提高机械效率的方法​ （1）______________：在机械承载能力范围内，尽量增加被提升物体的重力（如用滑轮组提更重的货 物）；​ （2）______________： ① ______________（如选用轻质动滑轮）； ② ______________（如给滑轮轴加润滑油、减小接触面粗糙程度）； ③ 选用轻质绳子。​ 3.常见机械的效率特点​ （1）理想机械（无额外功）：______________实际不存在）；​ （2）实际机械：η〈100%（额外功不可避免）；​ （3）斜面：______________（h/s 越小），效率越高（但越费力）。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $