中考物理專題復習 簡單機械 功和能
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教學無憂淘寶店 http://jiaoxue5u.taobao.com 您身邊的教學專家 中考物理專題復習 簡單機械 功和能 【教學內(nèi)容與目的要求】 1、理解力臂的概念 2、理解杠桿的平衡條件 3、理解定滑輪、動滑輪、滑輪組的作用 4、常識性了解輪軸的作用 5、理解做功的兩個必要因素 6、理解機械功的計算公式：W=FS 7、理解功率的概念 8、知道功的原理 9、知道有用功和總功，知道機械效率 10、理解動能、勢能的初步概念，知道彈性勢能，知道動能、勢能可以相互轉(zhuǎn)化 【重點與難點】 1、理解力臂的概念，正確地在圖上畫出力臂，或根據(jù)題目所給條件判斷那一個是力臂。 2、杠桿的平衡條件及應用 3、定滑輪、動滑輪及滑輪組的作用 4、功、功率的概念 5、功的原理 6、機械效率—知道有用功、額外功、總功和機械效率 7、動能、勢能的概念及機械能的概念 8、動能和勢能是可以相互轉(zhuǎn)化的。 【方法指導與教材延伸】 1、什么是杠桿 物理學上定義的杠桿是一根在力作用下能繞固定點轉(zhuǎn)動的硬棒。所謂硬棒，就是要求在使用時棒不會變形，至于棒的形狀則并非一定要求是直的，比如滑輪、輪軸等都可看作是杠桿。 在生產(chǎn)勞動和日常生活中，常接觸到杠桿，如買菜使用的桿秤，實驗室使用的天平。常用的剪刀、鑷子、羊角錘等實際都是杠桿的變形。 2、正確理解力臂的概念 力臂是指從支點到力的作用線的距離，力對支點的轉(zhuǎn)動效果不僅與力的大小有關，還與支點到作用線的垂直距離有關。支點到動力作用線的距離叫動力臂，支點到阻力作用線的距離叫做阻力臂。力的大小相同時，力臂是影響杠桿轉(zhuǎn)動的物理量。 如圖甲所示，若分別在杠桿的A點和B點作用豎直向上的力F1和F2，使杠桿緩緩繞O點轉(zhuǎn)動，當然用力F2較小，因為F2的力臂較大。 如圖乙中，若先后在杠桿同一點A作用垂直于杠桿的力F1和斜向下的力F2，使杠桿緩緩繞O轉(zhuǎn)動，我們發(fā)現(xiàn)用力F1較小，原因同樣在于F1的力臂較大。 應用中必須留心力臂的畫法。千萬不要把轉(zhuǎn)動軸到力作用點的連線誤認為是力臂。 圖乙中我們還可以看到，若作用點不變，力的方向發(fā)生改變，那么力臂也會隨著改變，F(xiàn)1的力臂是l1，F(xiàn)2的力臂是l2，而且力臂不一定在杠桿上（如l2）。 3、杠桿平衡表示什么意思：平衡條件是什么。 當有兩個力或幾個力作用在杠桿上，能使杠桿分別按兩個不同方向（比如順時針或逆時針）轉(zhuǎn)動，若杠桿保持靜止不動或勻速轉(zhuǎn)動時，則我們說杠桿平衡了。根據(jù)實驗可確定杠桿平衡的條件是： 即動力與動力臂的乘積等于阻力與阻力臂的乘積。 應該注意所謂動力與阻力并無嚴格區(qū)別，比如天平測量物體質(zhì)量時，被測物對底盤的壓力與砝碼對底盤的壓力根本無需分清哪個是動力，哪個是阻力，它們在這里的區(qū)別僅在于使杠桿轉(zhuǎn)動的方向不同而已。 4、滑輪的實質(zhì)是什么 滑輪實質(zhì)是變形的，可連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿。定滑輪的支點是轉(zhuǎn)動軸，動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑，由杠桿的平衡條件可知，定滑輪是等臂杠桿，故使用定滑輪不能省力；動滑輪的支點是那段上端固定的繩子與動滑輪相切的點，動力臂是滑輪的直徑，阻力臂是滑輪的半徑，由杠桿的平衡條件可知，動滑輪的動力臂是阻力臂的2倍，動力就是阻力的，所以動滑輪能省一半力。 5、怎樣判斷滑輪組的用力情況？ 使用滑輪組提重物時，若忽略滑輪和軸之間的摩擦以及繩重，則重物和動滑輪由幾段繩子承擔，提起重物的力就等于總重量的幾分之一，即F=。因此判斷用力情況的關鍵是弄清幾段繩子承擔動滑輪和重物的總重。 用“隔離法”，把重物和動滑輪從滑輪組中“隔離”出來，就很容易弄清直接與動滑輪連接的繩子的根數(shù)n，在圖甲中我們用虛線把重物和動滑輪從滑輪組隔離，以重物和動滑輪為研究對象，有四根繩子承擔動滑輪及重物，所以用力F=。同理，分析乙圖可知，提起重物及動滑輪的力F=。 從上面還可以看出，同一個滑輪組，繩子的繞法不同，省力的情況也不同，繩端固定在動滑輪上比固定在定滑輪上更省力。 6、正確理解“功”的意義 物理學上引入功的概念，并定為：一個物質(zhì)受到力的作用，并在力的方向上通過一 段距離，稱這個力對物體作了功。 功和日常生活中常常講的“工作”很相似，但兩者并不相同?！肮ぷ鳌钡暮x比較廣泛，它是指用體力勞動或腦力勞動來完成的任何一種活動，物理學中功的含義要狹窄得多，但是比較嚴格。 功是由兩個因素決定的，一個是作用力，一個是作用力方向上物體通過的路程，兩者缺一不可。下列三種情況對物體都沒有做功： ⑴物體移動了一段距離，但沒有受到力的作用。例如物體在光滑水平面做勻速運動，在水平方向沒有受到阻力，也沒有受到動力，物體由于慣性而運動，因而沒有力對物體做功。 ⑵物體受到力的作用,但沒有沿力的方向通過距離,例如,用力推車,車沒有推動。推車的力沒有對物體做功。又如，一個人舉著重物不動，他對重物的舉力沒有對重物做功。 ⑶物體受到了力的作用,也通過了距離.但物體移動的距離跟物體受到力的方向垂直.例如,手用豎直向上的拉力提水桶,沿水平方向移動距離,水桶沒有在豎直方向上移動距離,這個拉力也沒有對水桶做功。 7、正確理解功率的概念 功率是表示物體做功快慢的物理量。功率和功是兩個不同的概念，做功多，不一定做功快；反之，做功快不一定做功多。功率大，表示單位時間內(nèi)做功多。功率是由物體所做的功和完成這個功所用的時間兩個因素決定的。從公式P=可知，相同的時間內(nèi)做功多的，功率大；做相同的功，所用時間少的，功率大。 ∵W=F˙S ∴P==F˙v 物體在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做勻速直線運動,則拉力做功的功率等于力與物體速度的乘積。 在功率Ｐ一定時，力Ｆ與速度Ｖ成反比。當汽車上坡時，司機采取換擋的辦法，減小速度，以獲得較大的牽引力。 8、機械效率等于有用功跟總功的比值，它與機械是否省力和機械功率大小，做功多少是無關的，一般情況下，省力的機械效率低。 9、測滑輪組的機械效率，在這分組實驗中，應把根據(jù)原理圖裝配器材，為培養(yǎng)學生實驗能力，老師應讓學生知道本實驗的原理，按排實驗步驟，裝配器材，設計表格，以達到逐步發(fā)展學生實驗能力的目的。 10、關于本節(jié)課文后面的實驗思考題，應啟發(fā)引導學生自己解答，必要時，教師也可作適當提示或組織學生討論三個問題，可按如下思路分析（題目略）： （1）因為W總=W有用+W額外 所以= = 一般情況下，同一滑輪組掛不同的鉤碼時，W額外變化不大，因而可以近似地認為其不變，但掛不同鉤碼時，W有用不同，由上式可知，這時機械效率η也不同。 （2）兩滑輪組同時掛2個鉤碼時，當提升相同高度時，W有用是相同的，此過程中，滑輪組所做的額外功主要為提升滑輪，所做功與克服摩擦力所做功之和，因第二種滑輪組提升的動滑輪為2個，它需做的額外功大于第一種滑輪組需做的額外功。故由上式即可知，第二種滑輪組的機械效率比第一種的小。 （3）提高滑輪組機械效率的主要措施有：使滑輪組在滿載情況下工作，以增大有用功在總功中的比例，在滑輪的轉(zhuǎn)軸中加潤滑油，以減小摩擦阻力，減小滑輪組中動滑輪的自重等，即在有用功一定的情況下，減少額外功，提高效率。 11、能是物理學中的重要概念，比較抽象，不易理解，只要求學生知道物體做功的本領叫做能（或能量），物體能夠做多少功，它就具有多少能。 12、用生活實例共同探討動能和勢能的大小與哪些因素有關，在生活實例及課本中提出的一系列問題的討論中歸納出有關的結論。 13、“機械能轉(zhuǎn)化和守恒定律”可以分兩個層次進行。 （1）通過觀察實驗與實例分析，得出機械能可以相互轉(zhuǎn)化的結論。 （2）說明機械能可以相互轉(zhuǎn)化后再考慮到“守恒”的概念，事例應由簡到較復雜的先后順序考慮進行分析歸納，盡量應用貼近學生生活的事例，及簡單明了的實驗進行講解。 【例題選講】 例1、 畫出下列圖中所示的杠桿（支點為O）的力臂。 解： 例2、 扁擔長m，兩端物體的重力分別為G1=500N，G2=300N。若不考慮扁擔的重力。⑴人的肩頭應在什么位置,扁擔才平衡?⑵若扁擔兩端同時增加G=100N的重力,肩頭應在什么位置? 解:⑴以肩為支點,前后兩物體作用力的力臂分別 扁擔平衡時,有 500NN ∴) (2)扁擔兩端同時增加100N重力后 F1’ =(500+100)N=600N F2’=（300+100）N=400N F1’·1’=F2’(-1’) 解得1’=0．8m（肩頭距前面物體0．8m） 例3、一根長為的均勻木條，支點在中點時正好平衡，如果把其左端的一半鋸下迭放在剩余部分上面（如圖）木條還能保持平衡嗎？為什么？ 解：根據(jù)杠桿平衡的條件來分析，但不能直接代公式，把左端鋸下的木條迭放在剩余部分上面，當不知能否平衡，所以須先分別算出各段重力對支點O的力距（F· l）。 畫出杠桿的示意圖，設木條重G = ∵ ∴木條不能保持平衡 例4、有一個結構不明的滑輪組，只知道拉力F向下拉繩子時，每拉下12m，重物就上升3m，拉力F=400N，重物為多大，試畫出滑輪的結構圖。 解：對于滑輪組的問題，要弄清：(1)繩端移動的距離s與重物上升的距離h，繩子的段數(shù)n之間的關系是s=nh; (2)判斷滑輪組繞繩的段數(shù)的方法，用一條虛線把動滑輪組和定滑輪“切割”開，再數(shù)直接與動滑輪組相連的“繩子段”有幾(n)個，就有幾(n)段繩; (3)滑輪組上的繩的繞法有兩種：一是將繩的一端固定在動滑輪的鉤上，拉力方向向上。二是將繩的一端固定在定滑輪的鉤上，拉力方向向下。 s=nh n= F= G=nF=4400N=1600N 滑輪組的結構如圖所示 例5、如圖甲所示，用F=10N的力，拉著物體在地面上勻速運動，則物體與地面的摩擦力是多大？若物體向前移動1m，繩子要拉過多少m？ 解：由圖甲可知，滑輪組用3段繩子拉物體運動，我們對滑輪B及物體進行受力分析，如圖乙所示，設摩擦力為f。 F1=3F，f=F1’ 而F1’=F1則f=F1=3F=3 若物體移動1m，動滑輪上三段繩子都要移動1m，故繩子自由端需拉過3m。 例6、用100N水平拉力，將質(zhì)量為100kg的物體沿水平地面勻速拉動10m，則拉力對物體做多少功？重力對物體做多少功？物體受到的阻力是多少？ 解：物體在水平面上作勻速直線運動，共受四個力作用，水平方向有拉力F和磨擦力f，豎直方向有重力G和支持力N，物體受力情況如圖所示，物體沿拉力F方向移動10m，拉力F做功： WF=F 重力G的方向與物體移動方向垂直，重力做功為零，WG=0。因物體在水平面上作勻速直線運動，根據(jù)N頓第一定律 可知：f=F=100N。 例7、一臺拖拉機耕地的最大牽引力是2．5N，若每小時拖拉機行駛7．2千m，它的功率多大？每小時作功多少？ 解：拖拉機功率： 拖拉機速度： ∴ 拖拉機每小時作功： 例8、在100m深的礦井里，每分鐘積水9m3，要想不讓水留在礦井里，應該用至少多大功率的水泵抽水？ 解：每分鐘泵抽起水的重力G=，水泵克服重力做功,完成這些功所需時間 ∴ = =147000W=147（kW） 例9、某人用如圖所示的滑輪組（不計磨擦）提升某一重物，所用拉力F為200N，若滑輪組的機械效率為80%。求（1）被提升的物重？（2）動滑輪重？ 解：(1) ∴ (2) 有 例10、測“滑輪組機械效率”的實驗中所用的測量儀器有___________________________ (1)畫出測量由一個動滑輪和一個定滑輪組成的滑輪組的機械效率裝置示意圖 （2）若動滑輪重0.5牛，彈簧秤測量范圍是0~2.5牛，則實驗時，被提起的重物不得超____。 （3）為記錄本實驗的數(shù)據(jù)，請你設計一個表格 （4）實驗時，必須使彈簧秤做____________________運動。 答：（1）需要的器材有a彈簧秤、b鐵架臺、c刻度尺一把、d鉤碼一盒、e定滑輪及動滑輪各一個f2—3米長的細繩一條、g鐵夾子一個 （2）(G重+G滑輪)=F G重+G滑輪=3F G重=3F- G滑輪 =3×2.5牛-0.5牛 =7牛 (3)實驗表格 拉力F(牛) 鉤碼重G(牛) 彈簧秤上的線移動的距離S米 鉤碼升起的高度h(米) 有用功 W有用(焦) 總功 W總(焦) 機械效率 η(%) (4)彈簧秤必須做勻速直線運動 例11、如圖是一個豎直放置的半圓軌道半徑R=1米,G=1牛的小球從A點由靜止?jié)L下, (1)小球滾到最低點O時重力做功W多大。 （2）小球滾到與A點等高的B點后還能上升嗎？ 解：（1）小球由A運動到O，豎直方向移動的距離h=R=1米， 故重力做功W=Gh=1×1焦=1焦 (2)由B點與A點等高,小球在B點的勢能與A點的勢能相等，由機械能守恒定律可知，小球到B點后不能再上升。 例12、射箭時，能的轉(zhuǎn)化關系是怎樣的，為什么拉滿弓時射出的箭速度更快？ 解：拉弓時，使弓形變，人對弓做功轉(zhuǎn)化為弓的彈性勢能。放手后，弓對箭 做功，弓的彈性勢能轉(zhuǎn)化為箭的動能使箭以很大速度射出，弓弦拉得越開（即拉滿弓）弓的形變越厲害，弓所儲藏的彈性勢能越多，箭射出時的動能更大，速度也更快。 例13、判斷下列幾種情況下物體的動能、勢能是否變化？是增大還是減?。? （1）汽車沿著斜坡勻速上行 （2）電梯上升得越來越快 （3）皮球在空中下落 （4）汽車在平直馬路上勻速前進 答（1）汽車沿斜坡勻速上行的過程中，汽車的高度越來越高，所以它的勢能增大，由于汽車速度保持不變，所以它的動能不變。 （2）電梯上升，高度增加，所以電梯的勢能增加，電梯速度越來越快，所以它的動能不斷增加。 （3）皮球從空中下落，高度越來越小，速度越來越大，所以皮球的勢能減小，動能增大。 （4）汽車在平直馬路上勻速前進，它的高度不變，速度也不變，所以汽車的動能和勢能都沒有發(fā)生變化。 例14、動能和勢能相互轉(zhuǎn)化時，有什么規(guī)律 答：物體具有的勢能和動能是可以相互轉(zhuǎn)化的。在勢能和動能相互轉(zhuǎn)化中，機械能的總量保持不變，這就是物理學中的機械能轉(zhuǎn)化和守恒定律。 例15、圖中所示裝置的機械效率是90%，物體A在拉力F的作用下，以1.5米/秒的速度在水平面上勻速移動。已知物體A重200牛，A運動時受的阻力是72牛，求拉力F的功率。 解：∵η= ∴F= 拉力F的功率： P=FV拉=F 專題訓練 一．選擇題 1．在圖中的四種情境中，人對物體做功的是（ ） 2．如圖所示，在水平拉力F作用下，使重40N的物體A勻速移動5m，物體A受到地面的摩擦力為5N，不計滑輪、繩子的重力及摩擦，拉力F做的功 ( ) A．50J B．25J C．100J D．200J 3．下列說法中，最接近實際情況的是 ( ) A．成年人走兩步的距離大約是1.5m B．家用白熾燈功率約為1000W． C．一名中學生體重約為50N． D．物理課本質(zhì)量是16kg． 4．圖3中的鍘刀、瓶蓋起子、手推車、鐵锨都屬于杠桿，其中費力杠桿是( ) 圖3 圖4 5．如圖4所示，杠桿AOB的A端掛重為GA的物體，B端掛重GB的物體，杠桿處于平衡狀態(tài)，AO=BO，杠桿自身重力不計，則 ( ) A．GA=GB B．GA
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