八年级物理下册第十二章简单机械12.2汽车起重机的小秘密素材（新版） 4页

汽车起重机的小秘密知识引入图1如图1所示的汽车起重机可是名副其实的“大力士”，他可以毫不吃力地吊起成吨的货物，并能按照指令放在指定的位置。汽车起重机的这种超凡能力，为大型货物的搬运提供了便利。汽车起重机为何会拥有如此巨大的力量呢？原来，是吊臂上的轮子在“捣鬼”。不只是汽车起重机，还有好多机械都具备这样的能力，扫扫下面这个二维码，你会发现它们的队伍是如此庞大。生产生活中使用滑轮的其他“大力士”机械的视频或图片及名称，重点部位圈标介绍。概念分析图2一、滑轮滑轮是个周边有槽，能绕轴转动的小轮，滑轮是一种变形的杠杆。它可以持续旋转，因此可以看做是连续旋转的杠杆。（一）定滑轮和动滑轮1.定滑轮（1）概念：使用时，轴固定不动的滑轮，叫做定滑轮。（2）特点：定滑轮不省力，但可以改变动力的方向，且不费距离。忽略摩擦时有，F=G，s=h成立。F是施加在定滑轮上的动力，G是被提升的物重，s是绳子自由端移动的距离，h是重物被提升的高度。图3（3）实质：定滑轮可看做一个变形杠杆，如图2所示，定滑轮的轴相当于支点O，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，，根据杠杆平衡条件得：。所以，定滑轮的实质是一个等臂杠杆，它不省力也不费力，不省距离也不费距离。生活中的定滑轮图片或小视频及简介。2.动滑轮（1）概念：使用时，滑轮的轴随物体一起运动，这样的滑轮叫做动滑轮。（2）特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向，且费距离。有，成立。（3）实质：动滑轮也可看做一个变形杠杆，如图3所示。支点O在动滑轮的边缘上，动力臂是轮的直径，阻力臂是轮的半径，动力臂为阻力臂的2倍，即，根据杠n杆平衡条件可得，能省一半的力。因此动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。生活中的动滑轮图片或小视频及简介。3.定滑轮和动滑轮的比较滑轮定滑轮动滑轮物重GG拉力大小方向朝不同方向均可竖直向上钩码上升高度hh拉力（绳子自由端）移动距离s=hs=2h省力情况不省力省一半力改变用力的方向情况能改变用力的方向不能改变用力的方向实质等臂杠杆的省力杠杆实例旗杆顶端的轮子起重机的起重吊臂上的滑轮说明：上述表格中的省力情况是不计动滑轮重、绳重和摩擦时才成立的。生活中还有哪些定滑轮和动滑轮呢？（二）滑轮组1.组成：滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮组装而成的，可以达到既省力又改变力方向的目的，但同时需要多移动距离。使用中的省力效果决定于承担物重的绳子段数。2.省力特点：用滑轮组提起重物时，动滑轮上有几段绳子承担物重，提起物体的力就是物重的几分之一。可用公式表示为：。说明：上面的公式是忽略了动滑轮重、绳重和摩擦得出的结果，若动滑轮重不能忽略，则公式变化为：。考题中常见滑轮组。（三）轮轴和斜面1.轮轴：由一个轴和一个大轮组成，轮轴的实质也可看做是杠杆的变形。轮的半径为R，轴的半径为r。动力施加在轮上，阻力施加在轴上，根据杠杆平衡条件就有：，由于，所以，使用轮轴省力，也能改变力的方向，但要费距离。生活中的轮轴图片或小视频及简介。2.斜面：斜面是一种可以省力，但费距离的简单机械。如图4，当斜面高度h一定时，斜面越长越省力。如果忽略摩擦，理想情况下的斜面公式为：。n图4生活中的斜面图片或小视频及简介，如盘山公路。二、机械效率（一）有用功和额外功1.有用功：为了达到工作目的必须做的有用的功，用表示。比如提水上楼，对水做的功就是有用功。2.额外功：人们为达到工作目的时，对完成工作无意义，却又不能不做的那部分功，叫做额外功，用表示。提水上楼时，对桶做的功就是额外功。常见做额外功的几种原因：（1）提升物体时，克服机械自重、容器重力等做的功，比如提水时克服桶重做的功；（2）克服机械的各部分之间的摩擦所做的功，比如使用滑轮组提升重物时，克服轮与轴之间的摩擦、绳子与轮之间的摩擦所做的功。3.总功：有用功与额外功之和是总共做的功，叫做总功，用表示。总功、有用功和额外功之间的关系为：。总功是使用机械时，作用在机械上的动力所做的功，。（二）机械效率1.机械效率：有用功跟总功的比值叫做机械效率。写成公式为：。说明：（1）机械效率是有用功与总功之比，它只有大小没有单位。由于额外功总是存在的，所以有用功总是小于总功，机械效率总是小于1，通常用百分数表示。（2）机械效率由有用功和总功两个因素决定，分析机械效率高低时，不能只考虑一个因素。当总功一定时，有用功越多，或额外功越少，机械效率越高；当有用功一定时，机械所做的总功越少，或额外功越少，机械效率越高；当额外功一定时，总功越多，有用功所占比例越大，机械效率越高。（3）机械效率是标志机械性能好坏的一个主要参数，机械效率越高，性能越好。（4）机械效率高低与是否省力、滑轮组绳子的绕法、物体被提升的高度无关。（5）机械效率不是固定不变的。同一机械在不同的做功过程中，其机械效率往往会不同。2.机械效率的测量：（1）滑轮组机械效率：实验过程中，必须匀速提升钩码，且在提升过程中读取测力计n示数。结论：同一滑轮组的机械效率不是固定不变的，与被提升的物重有关，物重增大，机械效率增大；还跟动滑轮重有关，动滑轮越重，机械效率越低；另外机械效率还与摩擦、绳重等因素有关。（2）斜面机械效率：拉动小车时拉力沿着斜面，且使小车做匀速直线运动。结论：斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关，还与物体与斜面之间的摩擦力有关。斜面越陡，机械效率越高；摩擦力越大，机械效率越低。方法总结1.滑轮组确定承担物重的绳子段数n的方法：用手按住滑轮组的定滑轮部分，数一数与动滑轮相连的绳子段数有多少，它就是承担物重的绳子段数n。2.计算机械效率时，公式对于滑轮组不同情况下的表达式总结：（1）用滑轮组提升重物时，；如果不计绳重和摩擦，机械效率也可以表示为：。（2）用滑轮组水平拉动物体匀速前进时，其机械效率为：，其中f为物体与水平面之间的摩擦力，F为拉力，n为承担摩擦力的绳子段数。