資源簡介

第十二章 簡單機械
第一節 杠桿
一、杠桿
1、杠桿：一根硬棒，在力的作用下能繞著固定點轉動，這根硬棒就是杠桿。例如：一根硬棒在撬石頭時稱為杠桿，但
這根硬棒不使用時就不能稱為杠桿。
2、杠桿的五要素
五要素 物理含義 圖示
（ ） 杠桿繞著轉動的點，用“O”表示
（ ） 使杠桿轉動的力，用“F1”表示
（ ） 阻礙杠桿轉動的力，用“F2”表示
（ ） 從支點到動力作用線的距離，用“l1”表示
（ ） 從支點到阻力作用線的距離，用“l2”表示
3、力臂的表示與畫法
（1）力臂的表示方法：可以用大括號勾出，在上面標出 l1或 l2；也可以在兩端用箭頭表示，再標出 l1或 l2。
（2）力臂的畫法：
（3）力臂的正確作圖法： 。
二、杠桿的平衡條件
1、杠桿平衡： ，這種狀態叫杠桿平衡。
2、探究杠桿的平衡條件
（1）探究方法：首先調節杠桿在水平位置平衡，然后再在支點兩側懸掛不同數量的鉤碼，或在支點同側施加力，使杠
桿平衡，觀察并記錄數據。
（2）得出結論： 。
3、杠桿平衡表達式
1 動力 阻力臂（ ）文字表達： ，即 ；（2）公式表達： ，即 。
阻力 動力臂
4、利用杠桿平衡條件計算
例題、據《杭州日報》報道，2001年 6月 22日，在杭州動物園內，一位物理老師利用杠桿原理，僅用小小的彈簧測力
計就測出了一頭大象的質量，如圖甲所示。測量時利用了一根長度為 10m的槽鋼作為杠桿，如圖乙所示。吊鉤固定點
O為支點。彈簧測力計示數 F1為 200N，測得動力臂 l1為 9cm，阻力臂 l2為 6cm。若不計槽鋼和鐵籠的質量，請估算大
象的質量。g取 10N/kg
三、生活中的杠桿
1、杠桿分類：（1） ；（2） ；（3） 。
2、省力杠桿和費力杠桿的優缺點
（1）使用省力杠桿時， ；（2）使用費力杠桿時， ；（3）等臂杠桿 。
省力杠桿
費力杠桿
3、三類杠桿的特點
類型 示意圖 力臂的大小 力 的 大 小 特點 應用
關系 關系
鍘刀、瓶蓋起子、手
省力杠桿 （ ） （ ） （ ） 推車、鋼絲鉗
釣魚竿、鑷子、筷子、
費力杠桿 （ ） （ ） （ ） 理發剪子、縫紉機腳
踏板
既不省力也不
等臂杠桿 （ ） （ ） 省距離，既不費 天平
力也不費距離
第二節 滑輪
一、定滑輪和動滑輪
1、滑輪：滑輪是一個周邊有槽，能繞軸轉動的輪子。滑輪是 ，因為滑輪可以連續轉動，因此可看成是
能夠連續轉動的杠桿。
（1） ：使用滑輪時， ，這種滑輪叫定滑輪。
（2） ：使用滑輪時， ，這種滑輪叫動滑輪。
2、定滑輪和動滑輪的特點
（1）定滑輪特點：使用定滑輪 ；
（2）動滑輪特點：使用動滑輪 。
3、定滑輪和動滑輪的區別與聯系
名稱 實質 特點 分析 示意圖
不省力，也不 定滑輪兩邊的力與輪相切，中心軸為杠桿的支點，輪的直徑
定滑輪 等臂杠桿 費力，但能改 可以看成是一根硬棒，動力和阻力作用在直徑的兩端，動力
變力的方向 臂等于阻力臂
動力臂為阻 省一半的力， 動滑輪由于一邊懸于固定點，重物的重力作用線通過滑輪中
動滑輪 力臂 2 倍的 不能改變力 心軸，滑輪的支點位于固定邊與輪相切的地方，過支點的輪
杠桿（省力 的方向 的直徑相當于杠桿。重物對中心軸的拉力是阻力，人施加的
杠桿） 力是動力，動力臂是直徑，阻力臂是半徑。
4、使用定滑輪和動滑輪的幾種情況
定滑輪 動滑輪
圖示
表達式
本資料由初中物理史老師精心整理，為廣大初中學生提供物理干貨，方法、考點、真題一步到位，直擊中考！ 3
初中物理優質資料平臺為廣大初中學生提供便捷的學習方法、精準的知識框架、高效的試題練習。掃描右上角二維碼加關注！
二、滑輪組
1、滑輪組：把 叫做滑輪組。滑輪組既可以 又
可以 。
2、省力情況：使用滑輪組勻速提升物體時，有幾段繩子吊著動滑輪，提起物體所用的力就是物體
重力的幾分之一（不計摩擦、繩重及動滑輪的重力），即加在繩子自由端的力 F與物重 G的關系
是 （其中 n為吊著動滑輪的繩子的段數）。繩子自由端移動的距離與物體上升高度
的關系為 。
二倍關系繞法 三倍關系繞法
力的關系：（ ） 力的關系：（ ）
距離關系：（ ） 距離關系：（ ）
速度關系：（ ） 速度關系：（ ）
3、如何計算吊著動滑輪的繩子段數
在動滑輪與定滑輪之間畫一條虛線，將它們隔離開，只算繞在動滑輪上的繩子段數。
4、滑輪組的組裝和設計
G
繩子段數的求解方法有兩種：一是根據省力情況，要用 n= 去求，當 G不能被 F整除時，
求段數 F
s
要采用“只入不舍”的方法處理小數位；二是根據移動距離的關系 n= 來求解
h
1
動滑輪的個數 N是根據求出的繩子的段數 n來確定的。當 n為奇數時，動滑輪的個數為 N=
定個數 2
1
（n-1）；當 n為偶數時，動滑輪的個數 N= n
2
找起點 繩子的起始端可依據“奇動偶定”的原則來判斷。當 n為奇數時，繩子的起始端在動滑輪的掛
鉤上；當 n為偶數時，繩子的起始端在定滑輪的掛鉤上
畫線段 畫裝配圖時，根據“一動一定”的原則畫繞線，同時根據要求確定定滑輪的個數，最后得到符
合要求的裝配圖
5、滑輪組的特殊用法
（1）一般的滑輪組用來提升重物，此時拉力的大小與物重有關；有時滑輪組也在水平方向上拉物體，此時拉力的大小
與物重無關，而與物體和地面間的摩擦有關。
（2）在判斷特殊滑輪組的省力情況時，不能只看繩子的段數，要分析受力情況，同一根繩各段上的力是相等的。
三、輪軸和斜面
1、輪軸
（1）概念：由一個 和一個 組成的，能繞共同的軸線轉動的簡單機械叫做輪軸。
通常將大輪叫做輪，小輪叫做軸。汽車方向盤、轆轤、卷揚機、螺絲刀等都屬于輪軸。
（2）實質：是 ，支點在輪和軸的軸線上。
（3）特點：若動力施加在輪上，阻力施加在軸上，則兩個力臂分別是輪半徑和軸半徑，
由杠桿平衡條件可知 。可見，輪半徑是軸半徑的幾倍，動力就是阻力的幾分之一，因此使用輪軸可以省力，
但要費距離。反之，若動力施加在軸上，阻力施加在輪上，則輪軸費力省距離。
2、斜面：斜面是 的簡單機械。對于同樣高度的斜面， 。
使用斜面可以省力，但要費距離。盤山公路、螺絲釘的螺紋等都可以看成斜面，當不計摩擦阻力時，斜面長是斜面高
的多少倍，拉力就是物體所受重力的幾分之一。由此可得 。
第三節 機械效率
一、有用功和額外功
1、有用功
（1）定義： ，叫做有用功。例如：提沙子上樓時，對沙子做的功就是有
用功；用水桶提水，對水做的功就是有用功。
（2）有用功符號： 。豎直方向上， 。
（3）在討論提重物的有用功時，只考慮 ，不管它的路徑、方式是否相同。
2、額外功
（1）定義： ，如提沙子上樓時，對桶、動滑輪等所做的功。
（2）額外功的符號： 。
（3）分析額外功，應從“簡單機械本身的受力情況”入手。
3、總功
（1）定義： ，叫總功。
（2）總功的符號： 。總功等于作用在機械上的動力與動力作用點移動距離的乘積，即 。
（3）總功、有用功、額外功的關系： 。
（4）總功、有用功、額外功的單位都是焦（J）。
4、有用功、額外功和總功的計算
（1）當利用機械勻速提升物體時，有用功在數值上等于物體重力與升高的高度的乘積，即 。
（2）當在水平方向利用機械勻速提升克服摩擦力做功時，有用功在數值上等于摩擦力與物體移動距離的乘積，
即 ，其中 s為物體移動的距離。
（3）總功等于作用在機械上的動力 F和動力作用點移動的距離 s的乘積， 。
（4）由 得 。
5、三種機械功的比較
杠桿 滑輪組（提重物） 斜面
有用功 （ ） （ ） （ ）
克服杠桿本身重力、 克服動滑輪重、繩重、摩擦力所做的功 克服摩擦力所做的功
額外功 摩 擦 力 所 做 的 功 （1） （ ） （1）（ ）
（ ） （2）若不計繩重、摩擦力，（ ） （2）（ ）
總功 （ ） （ ） （ ）
二、機械效率
1、定義： 叫機械效率。用“η”表示。
2、公式： ，W 總表示總功，W 有表示有用功，η表示機械效率。
3、注意：機械效率是一個比值，它沒有單位，通常用 表示。
4、物理意義： 的物理量，機械效率越高，其機械性能越好。
5、機械效率的計算
例題、起重機把質量為 0.5t的重物勻速提升了 3m，而它的電動機所做的功是 3.4×104J，起重機的機械效率是多少？g
取 10N/kg
起重機的機械效率一般為 40%~50%，抽水機的機械效率一般為 60%~80%。
6、三種機械效率的計算
杠桿 滑輪或滑輪組 斜面
提升重物 水平勻速拉物體
（ ）。 （1）（ ） （ ） （1）（ ）
其中 G 為提升重物的 （2）不計繩重、摩擦 其中 f為物體與水平面間的 （2）（ ）
重力，h為重物升高的 （ ） 摩擦力，F 為拉力，s 物為 其中 G 為物重，h 為斜面
高度，F為動力，s為 其中 G為物重，h為重物上升 物體移動的距離，s 繩為繩 高度，L為斜面長度，F為
動力作用點移動的距 的高度，s 為繩自由端移動的 子自由端移動的距離，n 為 拉力，f為摩擦力。
離。 距離，n為承擔重物的繩數。 承擔拉力的繩數。
7、總功、有用功、額外功的計算方法
總功 有用功 額外功
1 W Fs W有 Gh W額 G h，W額 fs總
2 W總 W有 W額 W有 W總 W額 W額 W總 W有
W
3 W 有
W額 W有 W總 W額 W總 （1 ）
總 1
三、測量斜面和滑輪組的機械效率
1、實驗探究：斜面的機械效率
（1）探究方法：將木板用一木塊墊起，使其傾斜程度依次變大，用彈簧測力計沿斜面將小車從斜面底端勻速拉到斜面
頂端，依次記下小車移動的距離，并依次測出斜面的高度 h、拉力 F。
（2）得出結論： 。
2、實驗探究：滑輪組的機械效率
（1）探究方法：用一滑輪組分別將甲乙重物提起，分別測出拉力 F，彈簧測力計上升的距離 s，鉤碼重 G，鉤碼上升
的高度 h。
（2）得出結論： 。
3、影響機械效率的因素：（1）機械自身因素（如機械自重、摩擦等）；（2）做功對象（如提起的重物），與使用機械是
否省力、是否省距離以及做多少功無關。
4、提高機械效率的方法
（1） 。采用減輕機械自重和加潤滑油減小摩擦等方法減小額外功。
（2） 。在機械承受范圍內，盡可能多吊起重物，充分發揮機械的作用，提高機械效率。

展開更多......

收起↑