2. 小王家新买了一个电热取暖器,开始试机时,打开开关,一切正常,后来又打开一些用电器,保险丝就烧断了。小王取出保险盒一看,从熔丝的规格查得熔丝熔断电流为15 A。烧保险时,小王家用电器的总功率已经超过了 W。
填一填
1. 家庭电路是由进户线、_________、___________、保护设备、________和导线等组成。
5.斜面
同学们在日常生活中经常会看到向车上装重东西时,常用木板搭成个斜面,把重东西推上去.(图12-40).
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斜面也是一种可以省力的简单机械,它能省多少力呢?
我们通过下面的实验来对比一下:假设物重为G,提升的高度为h,斜面长为L,沿斜面向上的拉力为F.
图12-41甲中,用弹簧测力计竖直向上拉重物,提升高度h,读取弹簧测力计示数G.
图12-41乙中,用弹簧测力计沿斜面向上拉重物,让货物到达的高度也是h,沿斜面通过的距离为L,读取弹簧测力计示数F.
通过比较:L是h的几倍,F就是G的几分之一.公式:FL=Gh或
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[学习方法指导]
滑轮组绕线的方法和规律
对同一滑轮组,若绳子起点在动滑轮上,则有奇数段绳子承担物重;若绳子起点在定滑轮上,则有偶数段绳子承担物重.即滑轮组绕线规律是“奇动、偶定”.
在绕线时,每个轮槽只能绕过一根绳子,并且由内到外依次绕线,画图时线要用刻度尺画直线,因为滑轮组下面的动滑轮和货物受重力,将线拉直了,所以画出的线是直线.
请同学们完成以下几图的滑轮组绕线,加深记忆.
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4.轮轴
汽车方向盘和门把手属于另一类简单机械--轮轴.它们由一个轴和一个大轮组成.轻轻转动门把手,就可以把门打开;司机用不大的力转动方向盘,在轴上就能产生较大的力,使汽车转弯;所以轮轴是一种省力机械.也可以用摇臂来代替大轮,例如图12-38中的卷扬机的摇臂相当于大轮.
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轮轴的原理可以用图12-39来说明.轮轴相当于一个杠杆,轮和轴的中心O是支点,作用在轮上的力F1是动力,作用在轴上的力F2是阻力,动力臂是OA,阻力臂是OB.而OA即为轮半径R,OB即为轴半径r.由杠杆平衡条件可知:F1R=F2r或F2/F1=R/r.
因为轮半径R大于轴半径r,所以作用在轮上的动力F1总小于轴上的阻力F2.
同学们,你们还能举出日常生活中哪些地方应用了轮轴?
3.滑轮组
实际应用滑轮的时候,常常既要求省力,又要求方便,我们该怎么办呢?根据定滑轮和动滑轮的作用,可以将定滑轮和动滑轮组合在一起使用.用一个动滑轮和一个定滑轮组合起来提升重物,你能设计多少种方法?请自己组装,试一试.
如图12-36所示,就是一个动滑轮和一个定滑轮的组合.
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图甲中,先用弹簧测力计测出钩码的重,再将钩码挂在动滑轮上,将绳子的一端拴在定滑轮上,依次绕过动滑轮和定滑轮,拉力加在绳子另一端,用弹簧测力计测出拉力大小,研究拉力与钩码重的关系.
通过比较得出:F≈G/2.而且人向下用力,钩码匀速上升,可以改变力的方向.说明图甲既可以省力,又可以改变动力的方向.从图中可以看出有两段绳子吊着动滑轮,提起物体所用的力,就是物重的二分之一.此时的两段绳子,是指跟动滑轮组连的那两段.
图乙中,将绳子的一端拴在动滑轮上,然后依次绕过定滑轮和动滑轮,将力加在绳子另一端,省力情况又是怎样的呢?用弹簧测力计测出拉力大小,研究拉力与钩码重的关系.通过比较得出:F≈G/3.从图中可以看出,有三段绳子吊着动滑轮,提起物体所用的力,就是物重的三分之一.
动滑轮和定滑轮的组合叫做滑轮组.
一条绳子串绕在滑轮组上以后,绳子就被动滑轮和定滑轮分成了几段.在滑轮组中,承担物重的是吊着动滑轮的那几段绳子,这包括拴在动滑轮框上的和最后从动滑轮引出的拉绳.而跨过定滑轮的绳子,包括最后从定滑轮引出的绳子,只起改变作用力方向的作用.例如,若动滑轮上有四段绳子,拉力就是物重的四分之一;若动滑轮上有五段绳子,拉力就是物重的五分之一.所以判断拉力是物重的几分之一,关键是判断货物是由几段绳子吊着,也就是有几段绳子与动滑轮相连.
同学们运用以前所学同一直线上力的合成知识,可以对滑轮组的省力进行分析.
甲图中有一段绳子吊着物体,所以F=G,乙图中有二段绳子吊着物体,人只拉其中的一根绳子,所以F=G/2,同理丙图中F=G/3;丁图中F=G/4;戊图中F=G/5…
使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一.(不计摩擦和动滑轮的重)
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使用滑轮组虽然省了力,但是费了距离,动力移动的距离大于货物升高的高度.所以,动滑轮或滑轮组省力,是费了距离换来的.
2.定滑轮和动滑轮的实质
同学们从图12-35中不难看出,定滑轮的支点在轴心,动力臂和阻力臂分别等于半径,根据杠杆平衡条件:F1l1=F2l2,因为l1=l2,所以F1=F2.由此可以得出:定滑轮实质是个等臂变形杠杆.
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所以,定滑轮既不省力,也不费距离,只能改变动力的方向.
动滑轮的支点在滑轮的一侧,动力臂是直径,阻力臂是半径,动力臂是阻力臂的2倍,根据杠杆平衡条件:F1l1=F2l2,因为l1=2l2,所以F1=
F2.由此可以得出:动滑轮实质是动力臂是阻力臂2倍的变形杠杆.所以,动滑轮可以省一半的力,但费距离.
同学们在理解了定滑轮、动滑轮的实质后,对定滑轮、动滑轮的特点会有更进一步的认识.学习物理要注意理解.
1.定滑轮和动滑轮
首先我们来认识一下什么是滑轮,滑轮是一个周边有槽的轮,这个轮可以绕着装在框子的轴转动.同学们思考一下,如果我要想从低处吊起一袋货物,如何利用滑轮来设计一个简单机械解决这一问题.你是否能想到有以下两种方法.(如图12-30,图12-31)
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像图12-30那样使用滑轮,滑轮的轴固定不动,这样的滑轮叫做定滑轮.像图12-31那样使用滑轮,它的轴可以随物体一起运动,这种滑轮叫做动滑轮.
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这两种不同的滑轮在使用时有什么不同吗?照图12-32所示,先用弹簧测力计测出两只钩码的重力G,再通过定滑轮拉两只钩码匀速上升,测出弹簧测力计的拉力F,对比F与G的大小.请同学们利用实验室的器材亲自做一下,便于加深记忆.通过对比,F=G,说明使用定滑轮不省力.有的同学就问了,使用定滑轮不省力,为什么我们还要使用它呢?这个问题问得很好,我们在使用任何机械时,在设计之初就是要利用它为人类造福. 请同学们回想一下图12-30那个装置图,不难看出,我们把货物从低处提到高处,按照常规做法就是直接用绳子吊着货物向上提,才能将货物提起;而使用定滑轮后,人的施力方向变为向下,也就是人站在高处向下拉绳子货物就会被提起.由此,我们可以得出定滑轮的特点:不省力,但能改变动力的方向.在许多情况下,利用定滑轮改变力的方向对我们是很方便的.例如,在旗杆顶部装一个定滑轮,人站在地上,就能把旗升到高处.所以,在提升不太重的物体时,为了改变力的方向,常常使用定滑轮,可给人们带来方便.
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定滑轮可以改变动力的方向,那么动滑轮呢?
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照图12-34所示,用弹簧测力计通过动滑轮匀速提升钩码,记录拉力F,对比F与G的大小,研究F与G间的关系.通过实验可以看出F<G,且F略大于G/2.(同学们可以通过实际操作一下,自己读取数据)拉力为什么略大于钩码重的二分之一,而不是等于呢?这是因为人在提升货物的同时也将动滑轮提升起来,动滑轮有质量,并且在提升过程中克服摩擦多用了力.当货物重远大于动滑轮重时,动滑轮的重和摩擦可以忽略不计,得到F=G/2,即使用动滑轮可以省一半的力.
使用动滑轮可以省一半力,能不能省距离?用红、白两色即时贴分别在铁架台上做标记,记下钩码和弹簧测力计的初始位置,利用动滑轮匀速提升钩码向上移动一段距离,再次用即时贴记下钩码和弹簧测力计的终止位置,对比钩码上升高度h和弹簧测力计移动的距离s.通过对比s、h,s>h,使用动滑轮要费距离.
请同学们回忆一下上节课学的杠杆,我们知道省力杠杆省了力,但费距离;费力杠杆费了力,但省了距离.通过本节知识,我们又知道了动滑轮省了一半力,但费距离.由此可以说明省力机械一定费距离.世界上没有既省力又省距离的机械.
4.培养运用简单的机械解决实际问题的能力.
[基础知识精讲]
在日常生活中除了上节课我们学习的杠杆是一种常用的简单机械,还有其他简单机械,它们在生活中的应用也很广泛.
3.了解轮轴、斜面的相关知识.
2.理解定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用,能用来解决简单的问题,会组装简单的滑轮组.
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