資源簡介

總復習（四）：簡單機械、機械功和機械能
二.
教學目標：
1.
知道杠桿的支點和力臂。理解杠桿平衡條件。了解杠桿的應用，了解人體杠桿。
2.
了解定滑輪和動滑輪的結構和作用。了解滑輪組。知道滑輪組拉力的計算。
3.
理解功的原理，并會用功的原理推出斜面公式。了解總功、有用功、額外功。了解機械效率。
4.
理解功的概念。知道功的單位。
5.
理解功率的概念。知道功率的單位。了解一些機器和生物體的功率。
6.
了解動能和勢能的涵義。了解機械能，了解動能和勢能的相互轉化。
三.
知識總結：
1.
杠桿的概念：杠桿是一根能繞固定點轉動的硬棒。“固定點”、“硬”是其兩個要素。杠桿并不要求是直的。
2.
杠桿平衡條件：平衡是指杠桿處于靜止或勻速轉動狀態。平衡條件是：動力×動力臂＝阻力×阻力臂。當杠桿滿足這個條件時杠桿處于平衡狀態。
實驗表明：杠桿的平衡不同于一般物體（質點）的平衡，杠桿的平衡由力和力臂共同決定。
3.
杠桿的分類：
?種類
條件
好處
代價
實例
省力杠桿
動力臂大于阻力臂
省力
費距離
老虎鉗
費力杠桿
動力臂小于阻力臂
省距離
費力
鑷子、吃飯筷子
等臂杠桿
動力臂等于阻力臂
相等
力和距離兩者都不省也都不費
天平
?
4.
滑輪：滑輪可看作旋轉的杠桿。當滑輪靜止或勻速轉動時，也滿足杠桿平衡條件。
?定滑輪
相當于等臂杠桿，動力臂和阻力臂都是滑輪的半徑。因此既不省力也不費力，但可以改變作用力的方向。
動滑輪
相當于省力杠桿，動力臂（滑輪直徑）是阻力臂（滑輪半徑）的兩倍，因此省力一半，也費距離一倍。
滑輪組
是定滑輪和動滑輪的組合，既能省力又能改變力的方向。總重由幾股繩子承擔，所需拉力即為總重的幾分之一。連接滑輪組的繩子其實是一根繩子，當繩子拉緊時，在不計摩擦和繩子自重時，不管是什么樣的滑輪組，所有繩子的拉力一定相等。
?
5.
功：物理學上的做功包括兩個必要條件：一是作用在物體上的力，二是在作用力的方向上通過的距離，這兩個因素缺一不可。
功的計算公式：W＝FS，功是一個物理量，它的單位是：焦，1焦＝1牛·米
6.
功率：功率是表示物體做功的快慢，物體在單位時間內完成的功叫功率。
公式：P＝W／t，功率也是一個物理量，它的單位是：瓦特，1瓦特＝1焦／秒
根據公式P＝W／t＝Gh／t，可知要測定人上樓時的功率，需要測量的量有：人的體重G、樓高h，上樓時間t。
根據功率的導出式：P＝Fv可知功率一定時，要增大F，必須減小v，即汽車上坡時要換低速檔。
7.
功的原理：使用任何機械時，動力對機械做的功，一定等于機械克服阻力所做的功，即使用任何機械都不省功。
這一規律是大自然對人類智慧的制約。人憑智慧可以發明各種各樣的機械，可以得到省力的好處，也可以得到省距離的好處或是改變力的方向，但不可同時既省力也省距離，即永遠不會發明能省功的機械。
8.
機械效率：不同機械在使用時，其有用功占總功的比例不同，我們把有用功與總功的比叫它的機械效率。
有用功由主觀目的而定，總功則是動力對機械做的功。總功分成兩個部分，一部分是被利用的有用功，一部分是被機械消耗的額外功。因為機械的摩擦和機械自重不可避免，所以機械效率總小于1。
9.
機械能：能是物體做功的本領，物體具有做功的本領就具有能，但并不一定做了功。
動能是物體運動而具有的能，動能的大小決定物體的質量和速度；勢能是由于物體被舉高或發生彈性形變而具有的能。重力勢能的大小由物重和高度決定。彈性勢能的大小與物體發生彈性形變的大小等因素有關。
機械能是動能和勢能的總稱。在數值上機械能等于動能和勢能的和。
能量也是一個物理量，它的單位和功相同，都是焦。
10.
動能和勢能可以相互轉化，一個物體如果只有動能和勢能的相互轉化，在轉化過程中動能和勢能的大小都會改變，但總機械能不變。實際上動能和勢能在轉化過程中會有一部分能量轉化成其它形式的能，雖然總的能量仍然守恒，但機械能減少了。
【典型例題】
例1.
如圖所示，重物G＝400N，AB＝20cm，BC＝60cm，CD＝60cm，求將重物G提起時所用的最小動力（圖中裝置可繞A點轉動）。
解析：在裝置轉動時，認為是勻速轉動，因此符合杠桿平衡條件始終有：
例2.
某人想站在樓下用滑輪組把質量為150kg的重物送到樓上，已知繩子的最大承受力為600N，請你幫他設計一個適當的滑輪組，畫出組裝圖。（g取10N/kg）
解析：
例3.
如圖所示的裝置，用此裝置牽引物體A，使其沿水平地面勻速向前滑動，若A與地面間的摩擦力為150N，滑輪本身的重力及繩子間摩擦忽略不計，求所用拉力F的大小。
解析：
例4.
在下圖所示的四種情景中，其中力對物體沒有做功的是（
）
解析：根據做功的兩個條件，可知C沒有做功（S＝0）。
例5.
如圖所示，人拉繩子的力F＝10N，使貨物以v＝2m/s的速度勻速上升，求拉力做功的功率。
解析：設做功時間為t，則這個過程中拉著繩子移動的距離s＝2h＝2vt
人拉繩做的功W＝F·s＝2Fvt
例6.
如圖所示，將重物G提高1m，拉力做功600J，如不計摩擦及動滑輪重，求重物G的物重是多少？如果實際拉力是250N，求該滑輪組的機械效率是多少？
解析：設物重G，升高h，繩自由端通過距離為s
由于三段繩承重，s＝3h，G＝3F
例7.
用如圖所示的滑輪組提起重物（不計繩重和摩擦）。
（1）當物重為180N時，滑輪組的機械效率為60％，繩端拉力為多少N？
（2）當被提重物為240N，重物上升3m時，繩端拉力所做的功為多少J？
解析：（1）
（2）
例8.
如圖所示，某運動員做“蹦蹦床”運動，試分析他從下落接觸到“蹦蹦床”到被彈起后上升的過程中能量的變化情況。
解析：動能，重力勢能減小→彈性勢能變大→動能為零時，彈性勢能最大
彈性勢能變小→動能，勢能變大→彈性勢能為零時，運動員與床分離→動能轉化為勢能，升高
【模擬試題】（答題時間：35分鐘）
一.
選擇題。
1.
一個人先后用同樣大小的力沿水平方向拉木箱，使木箱分別在光滑和粗糙兩種不同的水平地面上前進相同的距離。關于拉力所做的功，下列說法中正確的是（
）
A.
在粗糙地面上做功較多
B.
在光滑的地面上做功較多
C.
兩次做功一樣多
D.
條件不夠，無法比較兩次做功的多少
2.
如圖所示，重為80N的物體在大小為20N、方向水平向右的拉力作用下，在水平面上以2m/s的速度做勻速直線運動。當撤去拉力，物體靜止后，改用方向為水平向左、大小為30N的力使物體向左運動10m。則拉力為時（
）
A.
物體與地面之間的摩擦力為30N
B.
物體的速度仍為2m/s
C.
物體在水平方向所受到的合力大小為10N
D.
拉力所做的功為200J
3.
如圖所示，在水平拉力F的作用下，物體m沿水平地面做勻速直線運動，若滑輪與繩子質量及摩擦不計，已知物體m與地面間的摩擦力為10N，物體m運動的速度為2m/s，那么關于拉力F的大小和拉力的功率P的大小，下列說法中正確的是（多選）（
）
A.
拉力F的大小為20N
B.
拉力F的大小為5N
C.
拉力的功率P的大小為20W
D.
拉力的功率P的大小為10W
4.
物體A在拉力作用下沿同一水平面勻速運動了一段距離s，如圖所示。試比較拉力及拉力所做的功的大小。（滑輪重、繩重及繩與滑輪間摩擦不計）（
）
A.
B.
C.
D.
5.
小敏同學和她所騎的輕便自行車總重約為600N，上學路上她騎車在20s內勻速通過了一段長100m的平直公路。若自行車所受路面的阻力約為人和車總重力的0.05倍，則通過該段公路時，小敏同學蹬車的功率約為（
）
A.
150W
B.
300W
C.
1500W
D.
3000W
6.
如圖所示，甲、乙兩人將兩包水泥從一樓抬上三樓。甲在前，乙在后，水泥掛在木棒的位置離甲較遠，離乙較近（木棒的質量不計），甲、乙兩人對水泥所做的功分別為，則（
）
A.
B.
C.
D.
條件不足，無法確定
7.
如圖所示，用與水平方向成一定夾角、大小為的力，拉著重500N的小車在水平方向前進了100m，則拉力F對小車做功（
）
A.
等于10000J
B.
等于50000J
C.
沒有做功
D.
F做了功，但條件不足，無法計算
8.
下列說法正確的是（
）
A.
功率大的機械，機械效率一定高
B.
在相同的時間內做功多的機械，功率一定大
C.
機械效率高的機械一定省力
D.
做有用功多的機械，機械效率一定高
9.
用圖示的滑輪組勻速提升600N的重物時，人手實際需提供的拉力應該是（
）
A.
小于200N
B.
等于200N
C.
大于200N
D.
大于300N
10.
“五一”假期，小林和爸爸一起去登紅山，小林用了15min登到山頂，爸爸用了20min登上了山頂，爸爸的體重是小林的1.5倍，則小林與爸爸登山時所做功的功率之比為（
）
A.
9：8
B.
8：9
C.
1：2
D.
2：1
二.
填空與綜合題。
11.
用如圖所示的滑輪做“測滑輪組的機械效率”實驗，已知每個鉤碼的質量為100g。
（1）要求用手拉彈簧測力計向上運動，在圖上畫出滑輪組上繩的繞法。
（2）將鉤碼勻速提升20cm，彈簧測力計的示數為1N，這過程中對鉤碼所做的功是___________J，滑輪組的機械效率是___________。（取）
12.
在測定滑輪組機械效率的實驗中，朱鋼同學手拉彈簧測力計使鉤碼向上緩緩做___________運動，并將一組實驗數據填入下表，請你完成實驗表格。
拉力F/N
鉤碼重G/N
拴彈簧測力計的線端提升的距離s/m
0.34
0.98
0.4
鉤碼上升的高度h/m
有用功
總功
機械效率
0.1
仍用同一個滑輪組，增加懸掛的鉤碼數，則該滑輪組的機械效率將___________。（選填“增大”、“不變”或“減小”）
13.
某同學用如圖所示的牽引裝置來鍛煉關節。重物質量為3kg，小腿拉繩使重物在4s內勻速上升0.5m，若不計繩重及摩擦，求：
（1）小腿拉重物所做的功。
（2）小腿拉重物的功率。
14.
某工地用如圖所示的滑輪組勻速提升質量為500kg的物體，在重物上升0.8m的過程中，拉力F的功率為2500W，此時滑輪組的機械效率為80％，求：
（1）滑輪組做的有用功。（g取10N/kg）
（2）重物上升的速度。
15.
某人用如圖所示的滑輪組勻速提升500N的重物，所用的拉力F為300N，繩子自由端被拉下2m，在此過程中，求：
（1）拉力F所做的功。
（2）滑輪組的機械效率。
（3）滑輪組中動滑輪的重。（不計摩擦和繩重）
16.
工人利用如圖所示的滑輪組提升重物，不計繩重和摩擦。
（1）若工人用250N的力恰好能將重400N的物體豎直向上勻速提升，求該滑輪組此時的機械效率。
（2）若用此滑輪組將重900N的物體豎直向上勻速提升2m，求拉力F在這一過程中所做的功。
【試題答案】
一.
選擇題。
1.
C
2.
C
3.
BC
4.
C
5.
A
6.
A
7.
D
8.
B
9.
C
10.
B
二.
填空與綜合題。
11.
（1）承重繩，繩子起點固定在動滑輪上
（2）0.4J，66.7％
12.
勻速；0.098；0.136N；72％；增大
13.
（1）14.7J；（2）3.675W
14.
（1）4000J；（2）0.4m/s
15.
（1）600J；（2）83.3%；（3）100N
16.
（1）80％；（2）2000J

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