下载文档原格式
简单机械的原理杠杆与滑轮的应用简单机械的原理：杠杆与滑轮的应用简介简单机械是由几个基本部件构成的，其中包括杠杆和滑轮。
杠杆和滑轮是应用最广泛且最为简单的机械原理。
本文将介绍杠杆和滑轮的原理和应用，以及它们在现实生活中的各种应用场景。
一、杠杆的原理与应用杠杆是一种用于放大力量或改变力的方向的简单机械，由支点、力臂和负载臂组成。
根据支点位置的不同，杠杆分为一级杠杆、二级杠杆和三级杠杆。
1. 一级杠杆一级杠杆的支点位于力臂的一端，负载位于力臂的另一端。
当施加一个力在力臂上，杠杆就会旋转，使负载部分移动。
一级杠杆主要用于平衡和移动轻负载，例如撬动物体、开启门窗等。
杠杆原理的应用有助于减小施加力的大小。
2. 二级杠杆二级杠杆的支点位于杠杆的一端，力位于另一端，负载位于支点与力的中间。
当施加一个力在杠杆上，负载就会移动。
二级杠杆在物理上被用来放大力量，增加杠杆效应。
例如，钳子和镊子就是由两个杠杆组成的，通过扳动杠杆来夹取物体。
3. 三级杠杆三级杠杆的支点位于杠杆的中间，力分别位于支点的两端。
三级杠杆主要用于减少施加力的距离和方向，增加力量的输出。
常见应用包括剪刀的使用，以及一些涉及力的方向改变的工具，如举重机等。
二、滑轮的原理与应用滑轮是一种使用轮轴和圆环的简单机械装置。
它可以用来改变力的方向、减小施加力的大小以及调节力的传递速度。
1. 固定滑轮固定滑轮的轮轴被固定在一个固定的支架上。
当施加力在悬挂在滑轮上的绳或索上时，可以实现力的方向改变。
例如，我们可以使用固定滑轮来改变重物的升降方向，使其更容易移动。
2. 可动滑轮可动滑轮的轮轴可以在支架上自由移动。
当施加力在悬挂在滑轮上的绳或索上时，可以减小施加力的大小。
可动滑轮常常与固定滑轮结合使用，以增加力的输出效果。
3. 组合滑轮组合滑轮是由多个滑轮组合而成，每个滑轮都有一个独立的轴。
组合滑轮可以实现力的方向改变和力量的放大。
例如，起重机就是使用组合滑轮来提升重物的。
简单机械（杠杆、滑轮）一、知识点1．物理学中，一般把一根在力的作用下可绕固定点转动的硬棒叫做杠杆。
2．杠杆绕着转动的点叫做支点；使杠杆转动的力叫做动力；阻碍杠杆转动的力叫做阻力；从支点到动力作用线的距离叫做动力臂；从支点到阻力作用线的距离叫阻力臂。
3．杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂4．动力臂大于阻力臂的是省力杠杆；动力臂小于阻力臂的是费力杠杆。
5．定滑轮在使用时，不随物体移动而移动，定滑轮本质上是等臂杠杆，不能省力但能改变力的方向；动滑轮在使用时，随着物体的移动而移动，动滑轮本质上是省力杠杆，可以省力但不改变力的方向。
6．由动滑轮和定滑轮组合而成的机械叫做滑轮组，其特点是能省力，有的既能省力又能改变力的方向。
滑轮组绳子端的拉力为GF=n总（不计摩擦）。
二、例题精讲【例1】★学校里的工人师傅使用如图所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀轴O靠近，这样做的目的是（）A．增大阻力臂，减小动力移动的距离B．增大动力臂，省力C．减小阻力臂，减小动力移动的距离D．减小阻力臂，省力考点：杠杆的应用．专题：简单机械．分析：剪树枝时，用剪刀口的中部，而不用剪刀尖，减小了阻力臂，就减小了动力，在阻力、动力臂一定的情况下，根据杠杆的平衡条件知道减小了动力、更省力．解答：解：用剪刀口的中部，而不用剪刀尖去剪树枝，减小了阻力臂L2，而动力臂L1和阻力F2不变，∵F1L1=F2L2，∴F1=将变小，即省力．故选D．【例2】★★图中F1、F2和F3是分别作用在杠杆上使之在图示位置保持平衡的力，其中的最小拉力是（）A．F1B．F2C．F3D．三个力都一样考点：杠杆中最小力的问题；杠杆的平衡条件．专题：应用题；图析法．分析：本题主要考查两个知识点：（1）对力臂概念的理解：力臂是指从支点到力的作用线的距离．（2）对杠杆平衡条件（F1l1=F2l2）的理解与运用：在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长动力越小．据此分析判断．解答：解：分别从支点向三条作用线做垂线，分别作出三条作用线的力臂，从图可知，∵三个方向施力，F2的力臂L OA最长，而阻力和阻力臂不变，由杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知，动力臂越长动力越小，∴F2最小（最省力）故选B．【例3】★★★（2014•安顺）如图甲所示，长1.6m、粗细均匀的金属杆可以绕O点在竖直平面内自由转动，一拉力﹣﹣位移传感器竖直作用在杆上，并能使杆始终保持水平平衡．该传感器显示其拉力F与作用点到O点距离x的变化关系如图乙所示．据图可知金属杆重（）A．5N B．10N C．20N D．40N考点：杠杆的平衡条件．专题：图析法．分析：金属杆已知长度，且质地均匀，其重心在中点上，将图示拉力F与作用点到O点距离x的变化关系图赋一数值，代入杠杆平衡条件求出金属杆重力．解答：解：金属杆重心在中心上，力臂为L1=0.8m，取图象上的一点F=20N，L2=0.4m，根据杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂GL1=FL2G×0.8m=20N×0.4m解得：G=10N故选B．【例4】★★★★★（2014•包头）如图所示，均匀细杆OA长为l，可以绕O点在竖直平面内自由移动，在O点正上方距离同样是l的P处固定一定滑轮，细绳通过定滑轮与细杆的另一端A相连，并将细杆A端绕O点从水平位置缓慢匀速向上拉起．已知绳上拉力为F1，当拉至细杆与水平面夹角θ为30°时，绳上拉力为F2，在此过程中（不考虑绳重及摩擦），下列判断正确的是（）A．拉力F的大小保持不变B．细杆重力的力臂逐渐减小C．F1与F2两力之比为1：D．F1与F2两力之比为：1考点：杠杆的动态平衡分析．专题：错解分析题；简单机械．分析：找出杠杆即将离开水平位置和把吊桥拉起到与水平面的夹角为30°时的动力臂和阻力臂，然后结合利用杠杆的平衡条件分别求出F1、F2的大小．解答：解：（1）细杆处于水平位置时，如右上图，△PAO和△PCO都为等腰直角三角形，OC=PC，PO=OA=l，OB=l；∵（PC）2+（OC）2=（PO）2，∴OC=l，∵杠杆平衡，∴F1×OC=G×OB，F1===G，（2）当拉至细杆与水平面夹角θ为30°时，绳上拉力为F2，如右下图，△PAO为等边三角形，AB=PA=l，AC′=l，∵（AC′）2+（OC′）2=（OA）2∴OC′=l，在△ABB′中，∠BOB′=30°，BB′=OB=×l=l，∵（OB′）2+（BB′）2=（OB）2，∴OB′=l，∵OB′＜OB，∴细杆重力的力臂逐渐减小，故B正确；∵杠杆平衡，∴F2×OC′=G×OB′，F2===G，∴F1＞F2，故A错误；则F1：F2=G：G=：1，故C错误，D正确．故选：BD．【例5】★★★如图所示，密度均匀的直尺AB放在水平桌面上，尺子伸出桌面的部分OB是尺长的三分之一，当在B端挂1N的重物P时，刚好能使尺A端翘起，由此可推算直尺的重力为（）A．0.5N B．0.67N C．2N D．无法确定考点：杠杆的平衡条件．专题：应用题；简单机械．分析：密度均匀的直尺，其重心在直尺的中点处，则重力力臂为支点到直尺中心的长度；又已知B端的物重和B端到支点的距离，根据杠杆平衡的条件：动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂即可求出直尺的重力．解答：解：设直尺长为L，从图示可以看出：杠杆的支点为O，动力大小等于物重1N，动力臂为L；阻力为直尺的重力G′，阻力的力臂为L﹣L=L．由杠杆平衡的条件得：G′L′=GL，即：G′×L=1N×L解得：G′=2N所以直尺的重力大小为2N．故选C．【例6】★★（2013•通辽）在水平桌面上放一个重300N的物体，物体与桌面的摩擦力为60N，如图所示，若不考虑绳的重力和绳的摩擦，使物体以0.1m/s匀速移动时，水平拉力F和其移动速度的大小为（）A．300N0.1m/s B．150N0.1m/s C．60N0.2m/s D．30N0.2m/s考点：滑轮组绳子拉力的计算；滑轮组及其工作特点．专题：简单机械．分析：（1）如图，物体在水平方向上做匀速直线运动，根据二力平衡的条件可知物体所受的拉力等于物体受到的摩擦力，然后根据定滑轮和动滑轮的工作特点，即可求出绳子末端拉力与摩擦力之间的关系．（2）有两段绳子与动滑轮接触，绳端移动的距离是物体移动距离的2倍，则速度也是物体移动速度的2倍．解答：解：（1）由于物体在水平面上做匀速直线运动，所以物体所受拉力等于物体受到的摩擦力；滑轮组是由两根绳子承担动滑轮，所以绳子末端拉力F=f=×60N=30N．（2）有两段绳子与动滑轮接触，绳子自由端移动的距离是物体移动距离的2倍，故绳子自由端移动速度是物体移动速度的2倍，即v=0.1m/s×2=0.2m/s；故选D．【例7】★★★（2010•玉溪）如图是胖子和瘦子两人用滑轮组锻炼身体的简易装置（不考虑轮重和摩擦）．使用时：（1）瘦子固定不动，胖子用力F A拉绳使G匀速上升．（2）胖子固定不动，瘦子用力F B拉绳使G匀速上升．下列说法中正确的是（）A．F A＜G B．F A＞F B C．F B=2G D．以上说法都不对考点：滑轮组绳子拉力的计算；定滑轮及其工作特点；动滑轮及其工作特点．专题：推理法．分析：分析当胖子和瘦子拉绳时，三个滑轮是动滑轮还是定滑轮，根据动滑轮和定滑轮的特点分析判断．解答：解：（1）瘦子固定不动，胖子拉绳使G匀速上升，此时中间滑轮为动滑轮，上下两个滑轮为定滑轮，F A=2G，故A错；（2）胖子固定不动，瘦子拉绳使G匀速上升，三个滑轮都是定滑轮，F B=G，故C错；综合考虑（1）（2）F A＞F B，故B正确、D错．故选B．【例8】★★★★★如图所示，不计绳重和摩擦，吊篮与动滑轮总重为450N，定滑轮重力为40N，人的重力为600N，人在吊篮里拉着绳子不动时需用拉力大小是（）A．218N B．220N C．210N D．236N考点：滑轮组绳子拉力的计算．专题：整体思想．分析：本题可用整体法来进行分析，把动滑轮、人和吊篮作为一个整体，当吊篮不动时，整个系统处于平衡状态，那么由5段绳子所承受的拉力正好是人、动滑轮和吊篮的重力和．可据此求解．解答：解：将人、吊篮、动滑轮看作一个整体，由于他们处于静止状态，受力平衡．+G吊篮）=（600N+450N）=210N．则人的拉力F=（G人+G轮故选C．【拓展题】（2014•烟台）如图所示，一根质地均匀的木杆可绕O点自由转动，在木杆的右端施加一个始终垂直于杆的作用力F，使杆从OA位置匀速转到OB位置的过程中，力F的大小将（）A．一直是变大的B．一直是变小的C．先变大，后变小D．先变小，后变大答案：C考点：杠杆的平衡分析法及其应用．解析：根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2分析，将杠杆缓慢地由最初位置拉到水平位置时，动力臂不变，阻力不变，阻力力臂变大，所以动力变大．当杠杆从水平位置拉到最终位置时，动力臂不变，阻力不变，阻力臂变小，所以动力变小．故F先变大后变小．故选C．如图所示OB为粗细均匀的均质杠杆，O为支点，在离O点距离为a的A处挂一个质量为M的物体，杠杆每单位长度的质量为m，当杠杆为多长时，可以在B点用最小的作用力F维持杠杆平衡？（）A．B．C．2Ma/m D．无限长答案：A考点：杠杆的平衡分析法及其应用．解析：（1）由题意可知，杠杆的动力为F，动力臂为OB，阻力分别是重物G物和杠杆的重力G杠杆，阻力臂分别是OA和OB，重物的重力G物=Mg杠杆的重力G杠杆=mg×OB ，由杠杆平衡条件F1L1=F2L2可得：F•OB=G物•OA+G杠杆•OB，（2）代入相关数据：则F•OB=Mg•a+mg•OB•OB，得：F•OB=Mga+mg•（OB）2，移项得：mg•（OB）2﹣F•OB+Mga=0，∵杠杆的长度OB是确定的，只有一个，所以该方程只能取一个解，∴该方程根的判别式b2﹣4ac等于0，因为当b2﹣4ac=0时，方程有两个相等的实数根，即有一个解，即：则F2﹣4×mg×Mga=0，则F2=2mMg2a，得F=•g，（3）将F=•g代入方程mg•（OB）2﹣F•OB+Mga=0，解得OB=．故选A．（2010•西城区二模）如图所示，体重为510N的人，用滑轮组拉重500N的物体A沿水平方向以0.02m/s的速度匀速运动．运动中物体A受到地面的摩擦阻力为200N．动滑轮重为20N（不计绳重和摩擦，地面上的定滑轮与物体A相连的绳子沿水平方向，地面上的定滑轮与动滑轮相连的绳子沿竖直方向，人对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上，）．则下列计算结果中，错误的是（）A．绳子自由端受到的拉力大小是100N B．人对地面的压力为400NC．人对地面的压力为250N D．绳子自由端运动速度是0.01m/s答案：ACD考点：滑轮组绳子拉力的计算；速度的计算．解析：A、由图知，n=2，不计绳重和摩擦，拉力F=（G轮+f地）=（20N+200N）=110N，故A错，符合题意；BC、人对地面的压力F压=G﹣F=510N﹣110N=400N，故B正确、C错；D、绳子自由端运动速度v=2×0.02m/s=0.04m/s，故D错．故选ACD．某工地工人在水平工作台上通过滑轮组匀速提升货物，如图所示．已知工人的质量为70kg．第一次提升质量为50kg的货物时，工人对绳子的拉力为F1，对工作台的压力为N1；第二次提升质量为40kg的货物时，工人对绳子的拉力为F2，对工作台的压力为N2．已知N1与N2之比为41：40，g取10N/kg，绳重及滑轮的摩擦均可忽略不计．则F1与F2之比为________。
