資源簡介

浙江版 九年級上冊科學學案
第八講 能量轉化的量度、簡單的機械
3-3 能量轉化的量度
1功
定義：如果一個力作用在物體上，且物體在這個力的方向上通過了一段距離，就說這個力對物體做了功。
力對物體做功的兩個必要因素: 一是作用在物體上的力，二是物體在這個力的方向上通過了距離。
力不做功的三種情況
三種情況
原因
實例
有距離無力
物體沒有受到力的作用，但由于慣性通過了一段距離，就是沒有力做功。
足球離開腳后在水平面上滾動了一段距離，人對足球沒有做功。
有力無距離
有力作用在物體上，但物體沒有動，即物體沒有通過距離。
兩名同學沒有搬起石頭，所以對石頭沒有做功。
力與距離垂直
物體受到力的作用，也移動了一段距離，但通過的距離與力的方向垂直。
提著水桶水平移動了一段距離，豎直提水桶的力不做功
2功的計算
功的計算：功等于力與物體在力的方向上通過的距離的乘積。
公式：用F表示力，s表示力的方向上通過的距離，W表示功，則W=Fs。
單位：在國際單位制中，力的單位是牛，距離的單位是米，的單位是焦耳，簡稱焦(J)。
1 J = 1N X 1 m=1N??m。
應用W=Fs計算功時，力與物體通過的距離方向必須一致，且對應同一物體，同一段間。
3做功的實質
做功的過程實質就是能量轉化的過程，力對物體做了多少功，就有多少能量發生了轉化，因此，可以用功來量度能量轉化的多少，能量的單位與功的單位一樣，也是焦耳。
4功率
定義：功與做功所用的時間之比叫功率，它在數值上等于單位時間內所做的功。
物理意義：功率表示物體做功快慢的物理量。
公式：如果用P表示功率，用W表示功，用t表示做功所用的時間，功率的計算公式為
P=W/t。
單位：在國際單位制中，功的單位是焦，時間的單位是秒，功率的單位是焦耳每秒(J/s)，他有一個專門的名稱叫瓦特,簡稱瓦(W)，工程技術上還常用千瓦(KW)，兆瓦(MW)作為功率的單位，1KW=1000W，1MW=106W。
功率表示做功的快慢，不表示做功的多少，一個力做功的多少由功率和時間兩個因素決定。功率大的機器,做功不一定多；做功多的機械，功率也不一定大。
5計算功率的另一個公式
當物體在動力F的作用下，以速度v沿力F方向做勻速直線運動時，力F所做的功W=Fs=Fvt，，力F做功的功率P=W/t=Fvt/t=Fv。
由P=Fv知，功率一定時，機器的牽引力和速度成反比。
對兩個公式的理解
P=W/t是功率的定義式，它表示做功的物體在t時間內的平均功率，而不是某一時刻的瞬時功率，無論受力物體運動狀態如何，P=W/t，普遍適用。
P=Fv是功率的推導式，它是當物體在恒力f作用下，以速度v勻速運動時推導出來的，它的表示物體的瞬時功率。
3-4 簡單的機械
1杠桿
定義：如果一根硬棒在力的作用下能繞著固定點轉動，這根硬棒就叫杠桿。
杠桿可以是直的，也可以是彎的，但它一定是硬棒，既不能變形的棒。
276225049530杠桿的五個要素
支點：杠桿可以繞其轉動的點。
動力：使杠桿轉動的力。
阻力：阻礙杠桿轉動的力。
動力臂：從支點到動力作用線的距離。
阻力臂：從支點到阻力作用線的距離。
要弄清動力臂和阻力臂，首先要弄清”力的作用線”的概念，經過力的作用點，沿著力的方向所引的直線叫力的作用線。力臂就是從支點到力的作用線的距離。
杠桿平衡的條件
杠桿平衡的含義，在力的作用下，如果杠桿處于靜止狀態或繞支點勻速轉動，我們就認為杠桿平衡了。
杠桿平衡條件
動力X動力臂=阻力X阻力臂，用公式表F1l1=F2l2，這個平衡條件就是阿基米德發現的杠桿原理。
杠桿的分類
類型
示意圖
力、力臂的關系
特點
應用
省力杠桿
317533020
F1l1>l2
省力費距離。
鍘刀、瓶蓋起子、手推車、鋼絲鉗等。
費力杠桿
2540146685
F1>F2
l1費力但省距離
釣魚竿、鑷子、筷子、理發剪、縫紉機腳踏板等
等臂杠桿
F1=F2
l1=l2
既不省力也不省距離，既不費力也不費距離
天平
2定滑輪和動滑輪
定滑輪
定義：軸固定不動的滑輪。
實質：等臂杠桿。
特點：不能省力，但能改變力的方向。
動滑輪
定義：軸與重物一起移動的滑輪。
實質：動力臂為阻力臂兩倍的省力杠桿。
特點：使用動滑輪能省一半的力，但費距離，且不能改變力的方向。繩子自由移動的距離是重物移動距離的2倍。
3滑輪組
定義：定滑輪、動滑輪組合在一起構成滑輪組。
特點：使用滑輪組既能省力又能改變力的方向。
滑輪組省力情況分析:F=G/n(其中n為承擔物重的繩子的段數)。
繩子自由移動的距離：s=nh(h為重物移動距離)。
滑輪組裝的原則：基本原則是”奇動偶定”
4210050395605首先要根據題意求出承擔重物的繩子的段數n=G/F(G表示重物，若動滑輪組重不能忽略，則G=G物+G動；F表示所需的拉力)。
→若承擔重物的繩子數為奇數，則繩
子的起點從動滑輪開始繞線，如圖甲所示；
→若承擔重物的繩子數為偶數，則繩
子的起點從定滑輪開始繞線，如圖乙所示；
還要注意拉力的方向不同，所需定滑輪的個數也不同。
4機械效率
有用功、額外功、總功
有用功：為了達到某一目的而必須要做的功叫有用功。用W有用表示。
額外功：并非需要，又不得不做的功叫額外功，用W額外表示。
總功：有用功和額外功的總和叫總功，用W總表示，即W總=W有用+W額外。
機械效率
定義：有用功與總功的比值叫機械效率，用?表示。
公式：?=W有用W總 x 100% = W有用W有用+W額外 x 100%。
練習題
1.建筑工人利用如圖所示的兩種方式，將重均為400N的材料從圖示位置向上緩慢提升0.5m。F1、F2始終沿豎直方向；圖甲中OB=2OA，圖乙中動滑輪重為40N，重物上升速度為0.2m/s。不計杠桿重、繩重和摩擦，則下列說法正確的是（??? ）

A.?甲乙兩種方式都省一半的力????????????????????????????????B.?甲方式F1由200N逐漸變大
C.?乙方式的有用功是200J???????????????????????????????????????D.?乙方式F2的功率為40W
2.在水平桌面上放一個重300N的物體，物體與桌面的摩擦力為60N，如圖所示，若不考慮繩的重力和繩的摩擦，使物體以0.1m/s勻速移動時，水平拉力F及其功率的大小分別為（ ???）

A.?20N 2W????????????????????????????B.?30N 6W????????????????????????????C.?60N 2W????????????????????????????D.?20N 6W
3.小明騎獨輪車，以速度ν勻速通過水平獨木橋，獨木橋的兩端由兩根豎直支柱A、B支撐，A、B間距離為L，人和車的總重為G，如圖所示。假設獨輪車在A端支柱上方為初始時刻(t=0)，則B端支柱所受壓力FB與時間t的關系圖像為(不考慮獨木橋重力及形變) （ ???）

A.??????????????B.??????????????C.??????????????D.?
4.如圖所示，用40N的力F沿水平方向拉滑輪，可使重20N的物體A以0.3m/s的速度在水平面上勻速運動。物體B重10N，彈簧測力計的示數恒為10N（不計滑輪、測力計、繩子的重力，滑輪的轉軸光滑）。下列說法不正確的是（??? ）

A.?物體A受到水平面的摩擦力是10N???????????????????????B.?滑輪移動的速度是0.15m/s
C.?在2s內繩子對物體A做的功為6J??????????????????????????D.?水平拉力F的功率是6W
5.下列工具在正常使用的過程中，屬于費力杠桿的是(??? )
A.?用鑷子夾取物體 ??????????????????B.?用鋼絲鉗剪鐵絲
C.?用開瓶器開啤酒 ???????????????D.?用木棍撬石塊
6.小金在學習了滑輪之后用下列方法勻速提升同一重物，若不計繩子、滑輪的重力及摩擦，其中最省力的是(??? )
A.??????????????????????B.??????????????????????C.??????????????????????D.?
7.如圖所示，在不計滑輪摩擦和繩子質量的條件下，當小車從圖示位置向右勻速運動時，下列關于對物體A的分析中正確的是(? ??)

A.?繩的拉力等于A的重力????????????????????????????????????????B.?物體A的動能不變
C.?物體A的機械能勻速增加?????????????????????????????????????D.?繩的拉力對物體A的做功功率不斷增加
8.如圖所示，在水平地面上放置重300N的物體，不考慮繩的重力和繩與滑輪間的摩擦，勻速拉動物體時，水平拉力F為60N，則物體與地面的摩擦力為________N，若物體前進1米所用的時間為10秒，拉力F做功的功率為________瓦。

9.王強同學設計了如圖所示的裝置進行實驗，其中杠桿OAB支點為O（杠桿OAB質量不計），OA:OB=1:3。他實驗的步驟如下：
步驟一：用一細繩將體積為180cm3的金屬塊懸掛于A點，然后向容器中加水，使金屬塊浸沒在水中。
步驟二：使杠桿OAB在水平位置靜止，讀出彈簧測力計此時的讀數為1.2N。
（1）金屬塊浸沒在水中時受到的浮力為________N。
（2）被測金屬塊密度：ρ=________?。
10.探究杠桿平衡條件的實驗裝置如圖所示，杠桿上相鄰刻度線間距相等。

（1）調節杠桿在水平位置平衡后，在A點掛兩個鉤碼，每個鉤碼重0.5N，在B點豎直向下拉彈簧測力計，杠桿重新平衡，彈簧測力計的示數為________N。
（2）改變鉤碼的個數和位置進行了多次實驗，其目的是________。
?
答案解析：
1.【解答】A.甲圖：根據杠桿的平衡條件得到：G×OA=F1×OB；
400N×1=F1×2；
解得：F1=200N；
乙圖：拉力F2=G總n=400N+40N2=220N；
則乙圖中的拉力不能省一半的力。
故A錯誤；
B.甲中，物體靜止在水平桌面上，那么A點受到的拉力FA=G-F支持 ， 因此FA<400N，那么F1肯定小于200N，故B錯誤；
C.乙方式的有用功為：W有=Gh=400N×0.5m=200J，故C正確；
D.乙方式中F2的功率為：P2=F2v=220N×（0.2m/s×2）=84W，故D錯誤。
故選C。
2.【解答】根據圖片可知，承擔拉力的繩子段數為n=3，
那么水平拉力F=fn=60N3=20N；
水平拉力F移動的速度：v=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s；
水平拉力F的功率為：P=Fv=20N×0.3m/s=6W。
故選D。
3.【解答】根據杠桿的平衡條件得到：FB×L=G×s；
即：FB×L=G×vt；
那么B點對橋的支持力FB=GvtL=GvL×t；
其中總重G、速度v和長度L都是定值，因此B點對橋的支持力與時間t成正比；
因為B點對橋的支持力和橋對B點的壓力為相互作用力，
所以橋對B點的壓力FB與時間t成正比；
那么二者的關系圖像應該是通過坐標原點的斜線，故A正確，而B、C、D錯誤。
故選A。
4.【解答】A.不計滑輪的摩擦和重力，以動滑輪為研究對象，則兩段繩子向右的拉力與向左的拉力平衡，所以2F拉=F，則A物體對滑輪的拉力F拉=12F=12×40N=20N；因為力的作用是相互的，所以滑輪對A的拉力也為20N；物體B始終處于靜止狀態，則測力計對B向右的拉力與A對B向左的摩擦力平衡，所以fA對B=F示=10N；因為力的作用是相互的，所以物體B對A的摩擦力為10N，方向向右；
? ? ?物體A向左勻速運動，它受到繩子向左的拉力，B對它向右的摩擦力和地面對物體A還有向右的摩擦力，由力的平衡條件可得：F拉=fB對A+f地 ， 所以地面對A的摩擦力為：f地=F拉-fB對A=20N-10N=10N，故A正確不合題意；
5.【解答】A.用鑷子夾取物體，支點在鑷片的連接處，阻力在尖端，動力在中間，此時動力臂小于阻力臂，為費力杠桿，故A符合題意；?
B.用鋼絲鉗剪鐵絲，支點在轉軸處，阻力在刀口上，動力在手柄上，此時動力臂大于阻力臂，為省力杠桿，故B不合題意；?
C.用開瓶器開啤酒，瓶蓋上面的牙為支點，阻力作用在下面的牙上，動力作用在手柄上，此時動力臂大于阻力臂，為省力杠桿，故C不合題意；?
D.用木棍撬石塊，木棍的尖端為支點，阻力作用在支點上方附近，動力作用在杠桿的另一端，此時動力臂大于阻力臂，為省力杠桿，故D不合題意。
故選A。
6.【解答】A圖：使用動滑輪時，承擔重力的繩子為n=2，那么拉力F1=G2；
B圖：使用定滑輪時，承擔重力的繩子為n=1，那么拉力F2=G；
C圖：使用滑輪組，承擔重力的繩子為n=3，那么拉力F3=G3；
D圖：使用滑輪組時，承擔重力的繩子為n=2，那么拉力F4=G2。
因此最省力的是C，故A、B、D不合題意。
故選C。
7.【解答】A.如下圖所示：
?
將小車的運動分解為沿繩子方向和垂直于繩子方向，沿繩子方向的分速度等于A的速度，根據平行四邊形定則有：vA=vcosθ；因車勻速向右運動，且θ減小，所以A的速度在增大，則A加速上升，即此時物體A受到的合力向上，也就是繩的拉力大于A的重力，故A錯誤；
物體A的質量不變，但速度增大，所以它的動能不斷增大，故B錯誤；
因為物體A的速度增加量不是勻速的，所以它的機械能的增加也不是勻速的，故C錯誤；
由于物體A的重力不變，但速度不斷增大，根據P=Gv可知，對物體A做功的功率不斷增加，故D正確。
故選D。
8.【解答】（1） 物體與地面的摩擦力為?f=nF=2×60N=120N；
（2）自由端前進的距離s=ns物=2×1m=2m；
拉力F做的功為：W=Fs=60N×2m=120J；
拉力F做功的功率為：P=Wt=120J10s=12W。
9.【解答】（1） 金屬塊浸沒在水中時受到的浮力 ：
F浮=ρ液gV排=103kg/m3×10N/kg×180×10-6m3=1.8N;
（2）根據杠桿的平衡條件得到：F拉×OA=FB×OB；
F拉×1=1.2N×3；
解得：F拉=3.6N；
金屬塊的重力為：G=F拉+F浮=3.6N+1.8N=5.4N；
那么金屬塊的密度為：ρ=GgV=5.4N10N/kg×180×10-6m3=3×103kg/m3。
10.【解答】（1）設杠桿上每個小格的長度為L，根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2得到：
（0.5N×2）×3L=F×2L；
解得：F=1.5N；
（2）改變鉤碼的個數和位置進行了多次實驗，其目的是：避免實驗的偶然性，使實驗結論具有普遍性。

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