初中物理竞赛培优：第 10章 简单机械

中小学教育资源及组卷应用平台 第 10章 简单机械 人类不仅会使用工具，还会制造工具。有了工具，人类能够变得更加有力，能够对细小事物进行更加精密的观测和加工，能够跑得更快更远，能够脱离地面在空中翱翔，甚至到宇宙空间……不论是生活、生产或科学实验中，我们已经离不开工具，离不开机械了。让我们从最简单、最基本的机械入手学习，为今后的学习研究打下良好的基础。 知识要点和基本方法 一、杠杆 一根轻质的硬棒，在力的作用下可以绕固定轴转动，称为杠杆。 实际的杠杆的形式是各种各样的，形状也比较复杂，但只要是能绕固定轴转动的硬的物体，都可以视为杠杆，如本章例题精讲中的例题1 和例题5 所示的形式。 1.支点 力臂 为了研究杠杆，首先要弄清描述杠杆的有关概念。 支点：在转动过程中，保持不动的点称为支点。实际上物体的转动大多是绕一个固定的转动轴进行的，支点就是在固定转动轴上悬挂杠杆的一点。当然这里所说的转动轴，有时不一定是“真的存在一个轴”，如本章例题5 中，车轮绕O点转动、如例5图所示杆绕B 点或D 点转动时，并不存在一个真实的“轴”。 力臂：从支点到力的作用线的距离，叫做这个力的力臂。 杠杆一般要受到两个或两个以上的力，使杠杆转动的力称为动力，它的力臂称为动力臂；阻碍杠杆转动的力称为阻力，它的力臂称为阻力臂。 2.杠杆的平衡 杠杆保持静止或匀速转动时，我们就说杠杆处于平衡状态。多数情况下我们讨论的是杠杆处于静止时的平衡状态。 3.杠杆平衡的条件 一个杠杆，如果它受到的所有动力和动力臂的乘积之和等于所有阻力和阻力臂的乘积之和，杠杆就处于平衡状态。对于只受一个动力F 和一个阻力 F 的情况，杠杆的平衡条件可表示为 4.杠杆应用的实例 (1)省力的杠杆：动力臂大于阻力臂的杠杆。它可以省力，但要多移动距离。例如剪铁片的剪刀、开瓶盖的起子、撬石头的硬棒等都是省力杠杆。 (2)费力的杠杆：动力臂小于阻力臂的杠杆。它虽然费力，但可以少移动距离。例如镊子、理发用的剪刀、钓鱼竿等都是费力杠杆。 (3)等臂杠杆：动力臂等于阻力臂的杠杆。它既不省力，也不省距离，例如小孩玩的跷跷板、天平的横梁等都是等臂杠杆。 二、滑轮 1.定滑轮 动滑轮 滑轮组 (1)定滑轮：工作时滑轮的轴保持静止不动的滑轮称为定滑轮。定滑轮的实质是一个等臂杠杆，所以使用它既不省力，也不省距离，但可以改变力的方向。 (2)动滑轮：工作时滑轮轴随重物移动的滑轮称为动滑轮。动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆，所以在不计滑轮所受重力的情况下，使用动滑轮可以省一半力，但要多移动一倍的距离，同时使用动滑轮不能改变力的方向。 (3)滑轮组：动滑轮和定滑轮的适当组合，就组成滑轮组。使用滑轮组可以省力，但要多移动距离。根据不同的要求可以改变滑轮组的组合及绕绳方式，既可以改变力的方向，也可以不改变力的方向。 在用一根绳子绕制的滑轮组中，重物和全部动滑轮所受的总重力由几段绳子承担，提起重物所用的力就是总重力的几分之一。详见本章例题6。 2.滑轮应用的实例 滑轮或滑轮组在生产、生活中有着广泛的应用。如升旗时向下用力，红旗却向上冉冉升起；向下拉动窗帘的引线，可以使窗帘闭合或打开等，这些都是利用定滑轮改变力的方向来实现的。根据使用滑轮组可以省力和可以改变力的方向这一特点，人们设计了一些“用小力换大力”的工作方案，如本章的例题6所示的一些情景和B组练习第7题的情况，都是滑轮组的具体应用。 三、轮轴 1.轮轴 大轮和小轮(轴)的轴线重合，并能一起转动的装置，称为轮轴。轮轴的实质是一个可以连续转动的杠杆。 根据杠杆的平衡条件可知，如果轮半径是轴半径的几倍，那么作用在轮上的动力就是作用在轴上的阻力的几分之一，同时作用在轮上的力要移动几倍 ... ...