苏科版初中物理《第11章-简单机械和功》知识梳理

苏科版九年级物理《第十一章简单机械和功》知识梳理
简单机械{杠杆类----杠杆、滑轮、轮轴；斜面类---斜面、劈、螺旋。

1．杠杆
A. 概念
a.杠杆的定义：一根硬棒在力的作用下能绕固定点转动，这根硬棒叫做杠杆．
杠杆可以是直的，也可以是弯的．
b．支点：杠杆绕着转动的点叫做支点，用O表示．
c．动力：使杠杆转动的力叫做动力，用F1表示．
d．阻力：阻碍杠杆转动的力叫做阻力，用F2表示.
动力和阻力是相对的，如利用杆秤称物体时，就无法确定哪个力为动力，哪个力为阻力，此时可以人为规定．
e．力的作用线：过力的作用点沿力的方向所引的一条直线叫做力的作用线．力的作用线用虚线表示．
f．动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离，叫做动力臂．用L1表示．
g．阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离，叫做阻力臂．用L2表示．
力臂可能在杠杆上，也可能不在杠杆上．当力的作用线通过支点时，该力的力臂为零，该力对杠杆的转动没有影响．
B作力臂的程序
先找出支点，再作力的作用线，然后从支点作力的作用线的垂线．
C杠杆的平衡条件
a.杠杆平衡：杠杆静止不转或者匀速转动都叫做杠杆平衡．
b．力矩
i．物理意义：力矩是度量力对物体产生转动效应的物理量．
ii．定义：力和力臂的乘积叫做力对支点的力矩．力矩用字母M表示，M=FL．
iii.单位：牛〃米(N〃m)
iV．分类：根据力的作用效果，分为顺时针力矩和逆时针力矩两种．
C.杠杆平衡的条件(杠杆原理)；动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂，即：动力矩=阻力矩．
数学表达式：F l L1=F2L2，即M动=M阻．
说明：i．在使用公式时，公式等号两边相同物理量的单位要一致．
ii．若动力矩和阻力矩不止一个时，杠杆的平衡条件可扩展为：顺时针的力矩之和等于逆时
针的力矩之和．用公式表示为：∑M 顺=∑M 逆．
D ．杠杆的分类
杠杆：等臂杠杆、不等臂杠杆（省力杠杆和费力杠杆）
杠杆原理若用比例式表示，可以写成：
1221l l F F = 上式表明，杠杆平衡时L 1是L 2的几倍，F l 就是F 2的几分之一．
i ．等臂杠杆(L 1=L 2，F l =F 2)
常见的有：定滑轮、天平的横梁等．
ii ．省力杠杆(L 1>L 2，F l <F 2)
常见的有：撬棒、铡刀、羊角锤、道钉撬、手推车、行李车、钢丝钳、核桃钳、铁匠剪刀、抽水机的柄、开瓶盖的起子等．
利用省力杠杆可以省力，但要多移动距离．
iii ．费力杠杆(L 1<L 2，F l >F 2)
常见的有：铁锹、铲车、镊子、火钳、筷子、笤帚、船桨、钓鱼杆、汽车吊、理发剪刀、人的前臂、缝纫机的踏脚板等．
利用费力杠杆虽然费力，但可以省距离．
在日常生活中不少器具是由多种杠杆组合起来的，如指甲剪、垃圾桶等器具上既有省力杠杆，又有费力杠杆．
E 测量物体质量的工具
i ．天平 天平的横梁是一根等臂杠杆．
用天平称物体质量时，移动游码相当于向天平右盘中加小砝码，因此横梁平衡时m 物=m 砝+m 游．
ii ．杆秤、案秤、台秤和磅秤，它们都不是等臂杠杆，因此利用它们可以称量质量比秤砣(或槽码)的质量大得多的物体的质量．
F ．最小动力问题
由F l L 1=F 2L 2可得：1
221l l F F =
． 上式表明，杠杆平衡时，若F 2L 2一定，则L 2最大时，F l 最小． 据几何知识可知：
i ．若已知支点和动力作用点，则这两点之间的线段是最大的动力臂．
ii ．对于圆轮，若支点和动力作用点均在圆周上，则直径是最大的动力臂．
有些较复杂的最小动力问题，还需利用数学上其他的一些极值知识来求解．
2．滑轮和滑轮组
A.滑轮
周边有槽，能绕轴心转动的圆轮叫做滑轮．
滑轮：定滑轮——工作时轴心不随重物一起移动的滑轮．
动滑轮——工作时轴心随重物一起移动的滑轮．
i．定滑轮
定滑轮实质上是一个等臂杠杆．
使用定滑轮不省力，但可以改变施力的方向．
ii．动滑轮
通常使用的动滑轮实质上是一个动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆．
使用动滑轮可以省一半力，但不能改变施力的方向．
B滑轮组
定滑轮和动滑轮的组合叫做滑轮组．
使用滑轮组可以省力，可以省距离，可以改变施力的方向，但不可以同时既省力、又省距离．滑轮组的省力情况，通常采用隔离法和整体法结合起来分析．即先将动滑轮和重物从整个系统中隔离出来作为一个整体，再全面分析该整体的受力情况，然后据力的平衡条件即可得出动力和阻力大小之间的关系．
3．轮轴
由轮和轴组成、能绕共同轴线旋转的简单机械，叫做轮轴．
轮轴实质是可以连续旋转的杠杆．
i．当动力作用在轮上，阻力作用在轴上时，使用轮轴省力，但要多移动距离．
常见的有：辘轳、手摇卷扬机、汽车驾驶盘、自行车的龙头、拧螺丝的板手、拧螺丝钉的螺丝刀、自行车上的龙头和前叉、脚踏板和大齿轮组成的轮轴等．
ii．当动力作用在轴上，阻力作用在轮上时，使用轮轴费力，但可少移动距离．如自行车上的飞轮和后轮组成的轮轴等．
在现代工农业生产中，很多机械和机器是由多种简单机械组合起来的，如差动滑轮就是由轮轴和动滑轮组合起来的，起重机就是由杠杆和滑轮组组合起来的．
4．机械功
A.定义
物理学中把力和物体在力的方向上移动距离的乘积叫做机械功，简称功．
B．做功的两个必要因素
作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离．
C 定义式和决定式
W=Fs
功是一个过程量．
D ．单位
在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，符号为J ．
1 J=1 N〃m
E 说明
i ．力与运动方向相反时，力对物体做负功．
ii ．力与运动方向不一致时，可利用力的分解和三角函数的知识计算功．
iii ．力的大小和方向在变化时，可采用分段处理(力变化的阶段取力的平均值)以及等效处理(根据是机械功原理、功能原理)等方法来计算功．
5．功率
A.物理意义
功率是表示物体做功快慢的物理量．
B.定义
单位时间里完成的功叫做功率．
C 定义式和决定式
t
W p
D ．单位 在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W ．
1 W=1 J ／s
1 kW=103 W l MW=106 W
E 推导式
P=Fv
式中的v 表示物体在力F 方向上移动的速度，若可为即时速度，则P 为即时功率；若v 为平均速度，则P 为平均功率．
由P=Fv 得：F=P/v ，此式表明：当P 一定时，F 与v 成反比．
F ．配套功率
动力机的功率要略大于工作机的功率．
6．机械功原理(功的原理)
A.文字表述
利用任何机械做功时，动力对机械所做的功(W1)，等于机械克服所有阻力所做的功(W2)．即利用任何机械都不能省功．
B ．公式
W 1=W 2
C ．斜面及斜面类简单机械
斜面是一种常见的简单机械．设斜面长为L 、高为h 、物重为G ，使物体沿斜面匀速向上移动的动力为F ，若不考虑物体与斜面的摩擦，则在物体从斜面底端匀速移动到顶端的过程中，据功的原理W l =W 2有：
FL=Gh
F=hG/L
因为h<L ，所以F<G ，即利用斜面可以省力．对同样高的斜面，斜面越长越省力，但也要多移动距离．
劈是斜面类简单机械．设人用水平力F 将劈推过距离s 时，物重为G 的物体被举高h ．若不考虑摩擦和支架的自重，则据功的原理W 1=W 2有：
Gh FS = G s
h F =
因为h<s ，所以F<G ，即利用劈可以省力． 螺旋也是斜面类简单机械．利用螺旋举起重物时，若用h 表示螺纹的螺距，用L 表示螺旋把手的末端到螺旋轴线的长，用F 表示作用在把手末端的力，用G 表示物重，若不考虑摩擦，则在把手绕螺旋轴线匀速转动一周的过程中，据功的原理W l =W 2有：
Gh l F =⋅π2 F h F π
2=
由于h 比2πL 小得多，所以F 就比G 小得多，即利用螺旋可以省力． 7．机械效率
A. 物理意义 机械效率是表示机械做功性能优劣的物理量．
B.定义
使用机械做功时，有用功跟总功的比值，叫做机械效率．
=动力对机械所做的功．
W 有用=机械对物体的拉力所做的功．
W 额外=机械克服自重、绳重和内部摩擦所做的功．
据机械功原理：W 总= W 有用+ W 额外
推导式：P 输入= P 输出+ P 额外
C.定义式
%100⨯=
总有用W w η %100⨯=输入
输出W w η D ．推导式 %100⨯=总有用p p η %100⨯=输入
输出p p η 机械效率是一个过程量．
E 说明 i ．机械效率是一个比值，没有单位．
ii ．任何机械的效率在实际情况下都小于1．
iii ．机械效率的高低，既跟机械本身结构(内部因素)有关，也跟被拉动的物体(外部因素)有关．
F ．推论
i ．利用同一滑轮组匀速提升重物时，若不计绳重和滑轮与轴之间的摩擦，则物动G G +=
11η，η随G 物的增加而增大
ii ．当把各种机械组合起来使用时，若每个机械的效率分别为η1、η2、……ηn ，则整个装置
的效率η总=η1×η2×……×ηn ，组合机械越复杂，总效率就越低．。