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第六章 力和機械
一、知識結構
1.力：物體對物體的 。
2.力的作用效果：力能使物體 或 改變。
3.力的三要素：力的 、 和作用點。
4.力的示意圖：用一條帶箭頭的線段表示力．在 物體上沿 的方向畫一條線段，在線段的末端畫一個 表示力的方向，線段的起點或終點表示力的 。
5.力的作用是相互的：施力物體同時也是 物體。
知識點1 力的概念和測量
二、知識梳理
作用
形變
運動狀態(tài)
大小
方向
受力
力
箭頭
作用點
受力
6.彈力：物體由于發(fā)生 而產生的力；
7.彈簧測力計的原理：在彈性限度內，彈簧受到的 越大，彈簧的伸長量就越大；
8.彈簧測力計的使用：
①使用前：選擇合適的 、分度值；觀察指針是否指在 處；②使用時：要使彈簧中心的軸線方向跟 的方向一致；輕輕來回拉動掛鉤幾次，防止彈簧卡殼．
③讀數(shù)時：視線要 刻度線，其示數(shù)＝整刻度值＋后面的小格數(shù)×分度值．
拉力
彈性形變
量程
零刻度線
所測力
正對
例1 當發(fā)生力的作用時，以下說法正確的是（　　）
A．只要有受力物體就行，可以沒有施力物體
B．可以沒有物體，既沒有施力物體也沒有受力物體
C．只要存在施力物體就行，有沒有受力物體沒關系
D．一定既有受力物體也有施力物體，離開物體就沒有力了
解析：力是物體間的相互作用，其中一個是施力物體，另一個物體是受力物體，力不能離開施力物體與受力物體而單獨存在，離開施力物體或受力物體的力是不在的。。
D
典例突破
例2.修理汽車的工人師傅使用短套筒的六角扳手擰螺母時，發(fā)現(xiàn)很難擰開，于是換用長套筒的六角扳手來擰（如圖所示），這是通過改變下列哪個因素來擰開螺母的（　　）
A．力的大小 B．力的方向 C．力的作用點 D．受力物體
C
解析：影響力的作用效果的因素是力的大小、方向、作用點，所以手握的位置（作用點）、手用力的大小、手用力的方向都會影響力的作用效果；短套筒的六角扳手擰螺母時，發(fā)現(xiàn)很難擰開，換用長套筒的六角扳手來擰螺母時，是通過改變力的作用點來改變力的作用效果的。
例3 下列關于彈簧測力計的說法正確的是（　　）
A．彈簧測力計是測量重力大小的工具
B．彈簧測力計倒過來使用時，測量值比實際值小
C．彈簧測力計必須豎直使用，不能傾斜
D．彈簧測力計的原理是彈簧的伸長量與彈簧受到的拉力成正比
解析：將彈簧測力計倒過來使用時，測力計外殼、拉環(huán)等的重力都由彈簧來承擔，會在測力計上顯示一定的示數(shù)，從而使最終的測量結果偏大；彈簧測力計可以豎直測重力，還可以水平測摩擦力、拉力等；彈簧測力計的原理是，在彈性范圍內，彈簧的伸長量與彈簧受到的拉力成正比.
D
1.定義：由于 的吸引而使物體受到的力叫作重力，用字母 表。
2.大小：重力的大小通過公式 計算得出，其中g＝ N/kg。
3.方向： 向下，利用重力的方向可以制成鉛垂線、水平儀。
4.重心：對于整個物體，重力作用的表現(xiàn)就好像它作用在某一個點上，這個點叫作物體的重心． 的物體的重心在物體的幾何中心上。
知識點2 重力
地球
G
G＝mg
9.8
豎直
形狀規(guī)則、質地分布均勻
例4 春暖花開時節(jié)同學們都期盼舉辦運動會，假如失去重力，下列比賽項目：①射箭、②舉重、③跳水、④鉛球，將無法進行的是（　　）
A．只有①② B．只有②③ C．只有③① D．②③④
D
解析：①如果沒有重力，空中飛行的物體不會落到地面，可以進行射箭比賽；②如果沒有重力，杠鈴質量再大，受到的重力也為0，所以舉重無法進行；③④由于不再受到重力作用，空中飛行的物體不會落到地面，所以人跳水和鉛球都無法進行。
例5.有一塊磚先平放在地面上，然后再將磚塊側放在地面上，最后豎直放在地面上。則其重心位置和重力大小（　　）
A．重心位置不變，重力大小不變
B．重心位置上升，重力大小不變
C．重心位置下降，重力大小增加
D．重心位置下降，重力大小減小
B
解析：因為磚的重心在其幾何中心，因此水平放置時，重心的高度低于豎直放置時的重心高度；因為磚的質量不變，因此磚的重力也不變。。
1．定義：兩個相互接觸的物體，當它們相對滑動時，在接觸面上產生的一種 運動的力。
2．產生條件：①物體間相互 并 ；②接觸面 ；③物體間有 或 。
3．方向：與物體 的方向相反。
4.改變摩擦力的方法：
①改變 ；②改變接觸面的 ；③變滑動摩擦為滾動摩擦。
知識點3 摩擦力
阻礙相對
接觸
擠壓
粗糙
相對運動
相對運動的趨勢
相對運動(相對運動的趨勢)
壓力
粗造程度
例6 中國書法歷史悠久，是中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化之一。如圖所示，小華同學在水平桌面上平鋪一張白紙，為防打滑，他用較重的鎮(zhèn)紙壓住白紙，向右勻速行筆書寫“一”字的過程中，下列說法正確的是（　　）
A．毛筆受到水平向右的摩擦力
B．手對毛筆水平方向作用力等于毛筆受到的摩擦力
C．鎮(zhèn)紙保持靜止，所以不受摩擦力
D．若沒有鎮(zhèn)紙，白紙可能向左移動
B
例7 自行車的構造和使用上有很多涉及到摩擦力的知識，下面說法錯誤的是（　　）
A．給車軸加潤滑油，是通過減小接觸面粗糙程度減小摩擦
B．腳踏板上有花紋，是通過增大接觸面粗糙程度增大摩擦
C．軸承里加滾珠，是通過變滑動摩擦為滾動摩擦減小摩擦
D．剎車時用力捏車閘，是通過增大壓力增大摩擦
解析：增大摩擦力的方法通常是增大壓力的大小和接觸面的粗糙程度；有的需要減小摩擦力，減小摩擦力的方法有：減小壓力大小、使接觸面更光滑、使接觸面彼此分離、變滑動為滾動等。
A
例8 （2022 溫州）跑步是一種健身方式。人沿水平直道跑步，左腳后蹬時，圖中箭頭表示左腳受到的摩擦力方向正確的是（　　）
C
解析：因為摩擦力的方向總是與物體相對運動或相對運動的趨勢的方向相反，人沿水平直道跑步，左腳后蹬時，左腳相對于地面有向后運動的趨勢，因此所受地面摩擦力方向向前。
知識點4 杠桿
1．定義：一根在力的作用下能繞著固定點O轉動的硬棒叫作杠桿。
2.支點：杠桿繞其轉動的點，用字母O表示。
3.動力：使杠桿轉動的力，用字母F1表示；
4.阻力：阻礙杠桿轉動的力，用字母F2表示。
5.力臂：從支點到動力作用線的距離，用字母L表示
7．杠桿的分類
（1）省力杠桿：L1>L2，F(xiàn)1（2）費力杠桿：L1F2，費力，省距離
（3）等臂杠桿：L1=L2，F(xiàn)1=F2，不省力，不費力
6．杠桿的平衡條件： .
F1L1=F2L2
例9 如圖是早年間農村普遍使用的壓井，上邊的桿可抽象為一杠桿，在取水時，向下壓桿的末端，水就會自動流出。不計桿的自重，如圖能正確表示它的桿工作示意圖的是（　　）
A
A
B
C
D
例10 如圖所示，曉明和曉宏正在玩蹺蹺板，此時蹺蹺板處于靜止。要使蹺蹺板繞中點順時針轉動，可以采取的有效方法是（　　）
A．曉明向后移動
B．兩人向前、向后移動都行
C．曉宏向后移動
D．曉明向后、曉宏向前移動
C
解析：可以增大曉宏的壓力或增大曉宏壓力的力臂，即曉宏可以向后移動；也可以讓曉明向前移動，這時曉明的力臂變小，力與其力臂的乘積變小，所以蹺蹺板會繞中點順時針轉動。
例11 某天，“生物”和“物理”兩位大師在一起進行體育鍛煉。“生物”大師伸出健碩的手臂對“物理”大師說：“看，我能提起很重的物體哦（如圖）！”“物理”大師豎起大拇指說：“真厲害！其實，你的前臂就是物理學中的一根杠桿。”以下對于這根杠桿在提起重物的過程中，分析合理的是（　　）
A．前臂杠桿的支點O在肘關節(jié)處
B．肱二頭肌給橈骨的力F1是阻力
C．重物給前臂的力F2是動力
D．前臂是一根省力杠桿
A
知識點5 滑輪
1.定滑輪：中間的軸固定不動的滑輪；實質相當于一個 杠桿；特點是不能省力也不費距離，但可以改變動力的方向。
2.動滑輪：軸和重物一起移動的滑輪；實質相當于動力臂為阻力臂 倍的 杠桿；特點是省一半力但多費一倍的距離，且不可以改變力的方向。
3.滑輪組：定滑輪、動滑輪組合成滑輪組；特點是既能 又能改變力的 。
等臂
2
省力
省力
方向
例12 如圖所示，分別用力F1、F2和F3，使用三個滑輪勻速提起相同的重物，不計繩重、滑輪重和摩擦，則F1、F2和F3的大小關系是（　　）
A．F1＜F2=F3 B．F2＜F1＜F3 C．F1＜F3＜F2 D．無法確定
C
解析：不計滑輪的重力和摩擦且不計繩重；左邊的滑輪是動滑輪，省一半的力，故2F1=G；中間的滑輪是動滑輪，但F2作用在動滑輪的軸上，費一倍的力，則F2=2G；右邊定滑輪，不省力也不費力，F(xiàn)3=G。
例13 如圖所示的滑輪組（不計摩擦和滑輪重力），用力F向下拉動滑輪可以把重G=100N的物體提升，則F大小是（　　）
A．300N B．200 N C．100N D．400N
B
解析：物體受到豎直向上的拉力和重力作用，因此繩子上拉力等于物體的重力，即100N，對動滑輪進行受力分析可知，不計摩擦和滑輪重力，動滑輪受到豎直向上兩條繩子的拉力和豎直向下F的作用，則有：2F拉=F，F(xiàn)=2F拉=2×100N=200N。
三、實驗探究
實驗1 探究影響滑動摩擦力大小的因素
(1)實驗器材：長木板、木塊、彈簧測力計、砝碼、棉布、毛巾等．
(2)實驗裝置如圖所示．
(3)測量滑動摩擦力：沿 方向拉動木塊使木塊在水平面內做 直線運動時，彈簧測力計的示數(shù) 木塊受到的滑動摩擦力．
水平
勻速
等于
(4)控制變量法的應用：
①探究滑動摩擦力的大小與壓力大小的關系時，需保持 不變，改變 大小；
②探究滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的關系時，需保持 大小不變，改變 ．
(5)實驗結論：
①滑動摩擦力的大小只與接觸面所受的 和 有關；
②接觸面所受的壓力一定時， 越大，滑動摩擦力越大；
③接觸面的粗糙程度一定時，接觸面所受的 越大，滑動摩擦力越大．
接觸面的粗糙程度
壓力
壓力
接觸面的粗糙程度
壓力
接觸面的粗糙程度
接觸面的粗糙程度
壓力
(6)實驗拓展：
①驗證滑動摩擦力的大小與接觸面積的關系時，采用的方法是控制接觸面的粗糙程度不變，讓木塊平放、側放和立放在水平放置的木板上，分別用彈簧測力計水平拉著木塊以相同的速度做勻速直線運動，比較彈簧測力計的示數(shù)大小．
②驗證滑動摩擦力的大小與速度的大小關系時，采用的方法是：控制接觸面的粗糙程度和壓力不變，讓木塊平放在水平放置的木板上，分別用彈簧測力計拉著木塊以不同的速度做勻速直線運動，比較彈簧測力計的示數(shù)大小．
例14 小明在做“研究影響摩擦力大小的因素”實驗時，利用一套器材依次完成如圖所示的實驗，其中甲、乙圖中長木板正面朝上，丙圖中長木板反面朝上，長木板的反面比正面粗糙。
（1）小明提出如下猜想：①滑動摩擦力的大小與接觸面所受的壓力有關；②滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關。如果小明要驗證猜想①，他應該選擇 甲、乙兩圖所示的實驗來操作；如果小明要驗證猜想②，他應該選擇 乙、丙兩圖所示的實驗來操作。
（2）實驗中，小明用彈簧測力計 拉動木塊，使它沿水平長木板做勻速直線運動，此時測力計對木塊的拉力 木塊受到的滑動摩擦力大小。
（3）小明分別對猜想①②進行了實驗驗證。在圖甲、丙實驗中彈簧測力計的示數(shù)分別為0.8N、1.2N，在圖乙實驗中，彈簧測力計的示數(shù)如圖丁所示，示數(shù)為 N。
小明多次實驗后得出結論：接觸面所受的壓力越大，滑動摩擦力越大；接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。
水平
等于
1.0
（4）許多情況下摩擦是有用的，人們常常設法增大它。請寫出一個通過增加接觸面的粗糙程度來增大摩擦的實例： 。
（5）實驗后，小明和同學們對實驗中存在的問題進行了交流，改進了實驗方案，設計了如圖戊所示的實驗裝置：將彈簧測力計固定不動、木塊掛在彈簧測力計的掛鉤上，不拉木塊，改為使長木板與木塊相對運動。再次驗證了猜相①②得出相同結論。針對實驗改進，同學們提出了以下觀點，其中不正確的是 （選填序號）。
A.改進后,拉動長木板時不必保持勻速運動，更易于操作
B.改進后,測力計示數(shù)較穩(wěn)定，容易讀出正確的數(shù)值
C.改進后,木塊穩(wěn)定時受到的滑動摩擦力小于彈簧測力計對木塊的拉力
C
鞋底的花紋
實驗 2 探究杠桿的平衡條件
(1)實驗器材：帶支架的杠桿、質量相等的鉤碼若干．
(2)實驗情景如圖所示．
(3)實驗前，應先調節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使杠桿在 位置平衡，具體的做法是杠桿的哪端高，平衡螺母就往哪端調．
(4)實驗前調節(jié)杠桿在水平位置平衡的目的是方便測量 和避免杠桿的 對實驗的影響．
(5)選擇杠桿的中點作為支點的好處：消除杠桿 對實驗的影響．
(6)實驗步驟：
①如圖所示，設右側鉤碼對杠桿施加的力為動力F1，左側鉤碼對杠桿施加的力為阻力F2，測出杠桿水平平衡時的動力臂L1和阻力臂L2；
水平
力臂
自重
自重
②改變動力F1和動力臂L1的大小，相應調節(jié)阻力F2和阻力臂L2，再做幾次實驗并將相應的實驗數(shù)據(jù)填在表中；
(7)實驗結論：___________________________．
(8)測量多組實驗數(shù)據(jù)的目的是： ．
(9)實驗總結：
①若增減鉤碼后，F(xiàn)1L1≠F2L2，則哪側力與力臂乘積大，杠桿就向哪端下沉；
②在實驗過程中，可把右側的鉤碼去掉，換成彈簧測力計，則這樣做的好處是：能夠直接測出拉力大小，實驗操作更方便．
尋找普遍規(guī)律，避免實驗結論的偶然性
動力×動力臂＝阻力×阻力臂
例15 （2022 雞西）在“探究杠桿平衡條件”的實驗中：
（1）如圖甲所示，實驗前杠桿左端下沉，則應將平衡螺母向 （選填“左”或“右”）調節(jié)，直到杠桿在水平位置平衡；
右
（2）如圖乙所示，杠桿上刻度均勻，在A點掛3個鉤碼，要使杠桿在水平位置平衡，應在B點掛 個相同的鉤碼；當杠桿平衡后，將A、B兩點下方同時增加一個相同的鉤碼，則杠桿將 （選填“左端下沉”、“右端下沉”或“仍保持靜止不動”）；
（3）如圖丙所示，若不在B點掛鉤碼，改用彈簧
測力計在C點豎直向上拉杠桿，使杠桿在水平位置
平衡；當彈簧測力計從圖丙位置轉到圖丁位置時，
其示數(shù)會 （選填“變大”、“不變”或“變
小”），原因是 。
4
左端下沉
變大
阻力和阻力臂不變，動力臂變小，動力變大

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