在力的作用下绕着支点转动的坚实物体
判断一个物体是不是杠杆,需要满足三个条件,坚实物体(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
支点:杠杆绕着转动的点。用字母O表示
动力:使杠杆转动的力。用字母F₁表示
阻力:阻碍杠杆转动的力。用字母F₂表示
动力臂:从支点到动力作用线的距离。用字母L₁表示
阻力臂:从支点到阻力作用线的距离。用字母L₂表示
实验过程:1、调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平方向上平衡 2、在杠杆两边挂上钩码,改变钩码的位置和个数数,使杠杆在水平位置重新平衡,读出并记录平衡时动力臂阻力臂改变力和力臂的数值,记录对应的动力臂和阻力臂 3、填入在表格内求出力和力臂的乘积积,归纳杠杆平衡的条件
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,消除杆的自重对实验的影响,使杠杆每次在同一位置平衡
不足:没研究动力臂和阻力臂在同一侧时的情况
为什么引入力臂:代替了力的方向和作用点便于定量研究
动力和阻力对杠杆的转动效果互相抵消时
杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是:动力×动力臂=阻力×阻力臂
F₁L₁=F₂L₂
L₁>L₂
F1
L₁=L₂
F1=F2
L₁<L₂
F1>F2
定义:中间的轴固定不动的滑轮
实质:等臂杠杆
特点:使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向
实验:1、在动滑轮下方挂上所受重力为G的钩码, 读出弹簧测力计示数F1和F2 2、用F2 竖直向上匀速拉弹簧测力计,分别测出钩码升高的高度H1和手拉弹簧测力计将动滑轮自由端提起的高度H2
F1=F2 G=F1+F2 H1=0.5H2
定义:和重物一起移动的滑轮
实质:动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆()
特点:使用动滑轮能省一半的力(忽略绳重和摩擦),但不能改变动力的方向
定义:定滑轮、动滑轮组合成滑轮组
特点:使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向
定义:轮轴由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线 上组成,大的称为轮,小的称为轴
实质:连续转动的杠杆
根据杠杆的平衡条件,可知作用在轮上的力F与 作用在轴上的力G的关系为:FR=Gr
主要功能:一是改变用力大小,二是改变物体的运动速度
定义:一个与水平面成一定夹角的 倾斜平面。如图11-5-5所示,通过斜面将一个大箱子推 进车厢,通常要比把箱子直接从地面搬到车厢省劲多了。
原理:如图11-5-5(c)所示, 物体所受重力为G,斜面长为L,高为h,F为沿 斜面推(或拉)物体的力。根据功的原理,使用任何机械都不能省功。如果不计物体与斜面之间的摩擦,用力F沿斜面把物体匀速推(或拉)上去所做的功,应该等于直接将物体举高所 做的功,即Gh=FL。据此可知推力或拉力F的计算公式为F=Gh/L
实质:特殊的斜面(绕在圆柱上的斜面)
用途:可以将旋转运动与沿轴向的运动进行互相转化
定义:物理学中规定,如果物体受力,且沿受力方向移动了一定的距离,就说明力对物体做了功
做功的要素是受力且沿运动方向移动了距离
把一个重的物体搬到楼上,比把一个轻的物体搬上楼要做功多
把一个物体从一楼搬到二楼和搬到三楼所做的功不同
物理学中规定:功等于力与物体沿力的方向移 动距离的乘积
如果用F表示力,s表示物体沿力的方向移动的距离,W表示功,则功的计算公式可写成 W=Fs
在国际单位制中,功的单位是牛顿·米,简称牛每米,符号是N·m。为了纪念英国物理学家焦耳,人们给了这个单位一 个专门名称焦耳,简称焦,符号是J
实质:使用任何机械都不能省功
把1个鸡蛋举 高2m,做的功大约是1J
物理意义:表示做功快慢的物理量
定义:功与完成这些功所用时间之比
用W表示功,t表示做功的时间,P表示功率, 则计算功率的公式可写成
P =W/t
国际单位制中,功率的单位是焦/秒,符号是 J/s.为纪念英国科学家瓦特),人们给了这个单位一个专门名称叫瓦特符号W,1W=1J/S
定义:对人们有用的功
公式:W有=Gh(提升重物)=W总-W额=ŋW总
斜面:W有=Gh
定义:我们不需要但又不得不做的功
公式:W额=W总-W有=G动h
斜面:W额=fL
定义:有用功加额外功或动力所做的功
公式:W总=W有+W额=FS=W有/ŋ
原理:ŋ=W有/W总=Gh/FS
应测物理量:钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离s
器材:除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计
步骤:必须匀速拉动弹簧测力计提升钩码
在滑轮组提升物体重相同时,动滑轮越重,滑轮组的机械效率越低
同一滑轮组、滑轮组所提升的物体越重,滑轮组的机械效率越高
滑轮滑轮组的机械效率与提升物体高度和滑轮组的绕线方式无关
定义:有用功跟总功的比值
ŋ=W有/W总
定滑轮:ŋ=Gh/FS=Gh/Fh=G/F
动滑轮:ŋ=Gh/FS=Gh/F2h=G/2F
滑轮组:ŋ=Gh/FS=Gh/Fnh=G/nF
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
提高机械效率的方法:改进结构、减小摩擦