中考物理专项练习简单机械功和能docWord文件下载.docx
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⑶功率只表示物体做功的快慢,不表示做功的多少。
功率大,表示单位时间内做功多,或者说完成同样多的功,功率大的所需时间少。
(4)对匀速直线运动的物体,功率的表达式可以变形为P=W/t=Fs/t=Fv。
功、功率和机械效率的区分
物理量
定义
数学公式
物理意义
功〔W〕
有力作用在物体上,物体上沿力的方向通过一段距离,就说此力对物体做了功
W=F
表示力的一种成效
功率〔p〕
单位时间内完成的功
P=
表示做功的快慢
机械效率〔
〕
有用功跟总功的比值
=
表示机械做功的利用率
杠杆及杠杆的平衡条件是“简单机械”的主线。
历年中考试题有关简单机械的命题,都紧密围绕教材内容,重点考查学生对杠杆的“二力、二臂、一点”的认识;
对杠杆的平衡条件的应厨,以及杠杆在生活、生产中的应用。
其次,根据力的平衡及F拉=G物+G动求解有关滑轮和滑轮组问题。
考试题常为填空、选择、作图、问答题。
其中作图题出现几率是最高的。
预计今后中考命题有关本章的内容,仍然是以杠杆的平衡条件的运用为重点,但侧重于杠杆在实际生活和生产中的应用,会出现设计性实验题型。
功和能
功和能是物理学中的两个重要概念,也是初中物理学习的一个重要内容。
在历年的中考中,是必考的内容之一。
考题一般属综合性的,与简单机械内容联系较密切。
预计在今年的考题中,仍然会以简单机械、功和能内容密切联系的综合题形式出现。
这就要求掌握功、功率概念;
能应用功和功率的公式解答物理问题;
掌握如何测定滑轮组的机械效率,并能比较滑轮组在不同使用情况下的机械效率,掌握机械能的转化和守恒、其中功、功率、机械效率仍是考试的重点,分值占卷面的百分比估计将不会低于10%。
考试题有填空、选择、实验、计算、问答题等。
归纳总结
中考的热点主要集中在:
杠杆、滑轮。
通过浏览全国2005年二十多个省市试卷分析可知:
(1)简单机械这一章主要考核的知识点是力臂概念和杠杆平衡条件。
(2)考试题型以作图题出现率最高,其次是选择题、实验题。
(3)杠杆的平衡条件是考查的重点,几乎是必考内容,滑轮与滑轮组往往是与功和功率综合在一起。
有关功和能的命题,中考的热点内容主要集中在:
功、机械效率、功率、机械能、动能、势能的相互转化。
从全国各省中考试题中得出有关这一部分的命题情况有:
(1)有关这部分内容的分值变动范围较大,最多占卷面的8%,最少的为0。
(2)考试题型较丰富,有填空、选择、解答、实验、汁算等,其中填空、选择出现率较高。
(3)功是考试的重点,几乎是必考内容,其次是功率、机械效率,功的原理。
历年考题
1.〔江西〕在图中画出拉汽车时最省力的绳子绕法。
【讲解】
依题意要求,“最省力的绕法”就是绕过滑轮组的绳子的段数必须最多,四个滑轮,绳子段数最多的是5段,再根据“奇动偶定”从与汽车相连的动滑轮的钩子开始,依次绕过各滑轮,如下图。
【评注】
此题考查学生对滑轮组的理解、在解答此题时,首先要认真审题,判定动、定滑轮,二是要紧扣“最省力的绕法”。
此题易错之处往往就是不能正确理解题意,而导致绕绳段数过少。
2、用如右图所示的滑轮组将一密度为2.5×
103千克/米3、体积为0.5米3的石块在水中匀速上升提起,动滑轮重300牛,不计摩擦,取g=10牛/千克,在石头出水之前,作用在绳子自由端的拉力是多少?
解析:
取石块为研究对象,石块受重力、水对它的浮力的拉力F1。
由于石块匀速上升,根据力的平衡条件可知F1=G-F浮。
而滑轮组受到的阻力应为F1+G动。
根据题设条件,石块的重力G和浮力F浮均可求出。
而拉力F=
〔F1+G动〕即可求出。
石块的重力:
G=mg=ρVg=2.5×
103千克/米3×
0.5米3×
10牛/千克=1.25×
104牛
石块受到的浮力:
F浮=ρ水gV排,由于石块浸没在水中,那么V排=V。
F浮=ρ水gV=1.0×
10牛/千克×
0.5米3=0.5×
104牛,
拉力:
F1=G-F浮=1.25×
104牛-0.5×
104牛=7.5×
103牛
阻力:
F1+G动=7.5×
103+300牛=7.8×
103牛。
动力:
F=
(F1+G动)=2.6×
拓延:
该题是以滑轮组为主线的力学综合题。
它涉及到的知识点较多,两力平衡条件,密度公式、质量与重力的关系式、阿基米德原理以及滑轮组的应用。
其中的难点是确定阻力的大小。
因此选石块为研究对象,搞清其受力情况是解该题的关键。
3.〔河南〕工人用类似图所示的滑轮组提升重2000N的物体。
〔1〕假设不计摩擦和动滑轮重,工人提起这个重物时至少要用多大的力?
〔2〕假设工人匀速提升这个物体时所用的拉力是800N,滑轮组机械效率为多大?
〔3〕假设工人用800N的拉力在1分钟内将这个物体提高3m,他做功的功率是多少?
【讲解】设物体提升的高度为h,那么绳头移动的距离为4h。
用滑轮组提升重物时:
〔1〕假设不计摩擦,那么
〔2〕当
N时
〔3〕当
N时,工人1分钟内所做的功
功率
【评注】此题是对简单机械的知识和机械效率知识的综合运用。
特别要注意公式
的适用条件。
在学习过程中不但要注意前后知识的联系与区别,更要注重其在实际中的运用。
4.〔山西〕在做“测定滑轮组的机械效率”的实验中,所用的装置如下图,某同学正确测得重物被提升的高度是0.2m,物重是1.2N,其他的数据如下表所示:
绳自由端所受拉力F
绳自由端移动距离s
有用功
总功
0.5N
0.4m
0.24J
0.2J
上表数据中肯定错误的选项是
和
。
【讲解】依题意,该滑轮组有三段绳子承担重物的重力,据此判断出:
绳自由端移动的距离应为重物上升高度的3倍,即应为0.6m,所以s栏中的0.4m是错误的;
再据机械效率的概念和物理意义判断
应小于
,所以
是错误的。
因此错误的选项是s栏中的0.4m和
栏中的0.2J。
【评注】此题考查了“机械效率”、“滑轮组”等基本知识,同时还考查了对上述基础知识的运用,在解答此题时,应对图、文所给定的条件认真地综合分析。
5.用图所示的滑轮组(滑轮组摩擦忽略不计)将一个重79牛的铁块A匀速提升2米,拉力F做功200焦,求:
〔1〕该滑轮组的机械效率。
〔2〕假设将铁块A置于水中,如图乙所示,仍用该滑轮组将其在水中匀速提升2米(不计水的阻力),那么拉力F′做了多少功?
(ρ铁=7.9×
103千克/米3)。
解析:
图甲中的有用阻力大小为G,有用功Gh,由于不计滑轮摩擦,所以额外阻力为动滑轮重力G动,额外功为G动h,总功为F做的功W总。
图乙中,有用阻力大小为绳A的力,A匀速上升,那么T=G-F浮,有用功W′有=Th。
额外阻力仍为动滑轮重力G动,额外功为G动h。
总功为F′做的功W′总。
可见要求W′总,必须先求出F浮和额外功W′额。
本问中W′额与第〔1〕问中W额相同。
〔1〕
W额外=W总-W有=200焦-158焦=42焦
〔2〕浸在水中匀速提升时:
F浮=ρ水gV=ρ水g·
T=G-F浮
W有′=Th=69牛×
2米=138焦
W′总=W′有+W额=138焦+42焦=180焦
习题精粹
1.如下图为辘轳和滑轮组合的机械装置。
辘轳的轴半径r为15厘米,摇把到轴心线的距离R为40厘米。
利用该装置将重800牛顿的物体匀速提起。
假设滑轮及绳重均不计,机件间摩擦也不计,试求摇把上至少应加多大的力?
2.身高几乎相同的兄弟二人,用长1.5米的扁担抬一桶水,水桶挂在距哥哥肩0.5米处的扁担上,桶和水共重300牛,问兄弟二人肩上各负担多大的力?
〔不计扁担重〕
3.有一杠杆以O点为支点,受三个力
和
作用处于平衡状态,如下图,请在图中画出三个力的力臂
4.如图,滑轮A上挂一重10牛的物体B,C为固定点〔地面〕,当滑轮A在力F的作用下向上匀速上升时,滑轮A的速度为重物B上升时速度的_______倍,力F应为______牛〔滑轮A和绳重及摩擦均不计〕。
5.如图19所示,浸没在水中的金属块,体积为2米3,重4×
104牛,用滑轮组向上匀速吊起金属块〔金属块始终全部浸没在水中〕,至少要用多大的拉力F才行?
〔动滑轮及摩擦不计〕
6.以下各属什么类型的杠杆〔〕
A.铡刀B.钢丝钳C.扫帚D.天平E.镊子
7.判断以下说法是否正确:
〔1〕使用杠杆总是省力的。
〔〕
〔2〕只有支点在动力作用点和阻力作用点中间的杠杆,才有可能是省力杠杆。
〔3〕只有杠杆支点到动力作用点的距离大于支点到阻力作用点的距离时,使用杠杆才省力〔〕
8.二个体积相等的实心铜球和铅球,挂于轻质杠杆两端,当支点O位于某处时,杠杆平衡,如下图。
现将两球慢慢浸没在水中后,要想使杠杆平衡,下述支点O的移动情况中正确的选项是〔〕
A.向铜球侧移动B.向铝球侧移动
C.不需要移动D.无法判断
9.如下图,物体的质量为15kg,滑轮重力为20N,用力F拉着滑轮使物体匀速上升4m,问:
拉力F做了多少功?
〔不计摩擦〕
10.一个人用杠杆提升一重为500N的重物时,手下降的高度是1m时,重物被举高了0。
2m,这时人做多少功?
人用的作用力多大?
11.一辆功率为45000W的汽车以54km/t的速度在平直的路面上匀速行驶30km,求汽车受到的阻力。
功率假设是不变,汽车匀速上坡需要5000N的牵引力,那么汽车匀速上坡的速度为多大?
参考答案
1.分析:
此题是轮轴,滑轮的组合装置根据牛顿第三定律,滑轮和轴之间通过绳子相互的拉力,大小相等,把两个分连接起来
解答:
对于滑轮,拉力F
对于轮轴
F2=F=400NR=0.40mr=0.15m
说明:
轮轴在实际生活中应用很多,可以把轮轴看成是一个以轮半径为动力臂,轴半径为阻力臂的边续旋转的杠杆,因此,F2/F1=R/r。
实际中也有把动力作用在轴上的,所以F2理解为作用在轴上的力,F1理解为作用在轮上的力,不要死背公式。
2.分析:
兄弟二人抬水时,水桶作用在扁担上的力是阻力,兄弟俩肩头对扁担的作用力都是动力。
假设要求哥哥肩上负担的力有多大,可把弟弟的肩同扁担接触的那点看作是支点;
反之,求弟弟肩上负担的力,只要把哥哥的肩同扁担接触的那点作支点,然后用权多平衡条件来求解。
设扁担长为L,哥哥肩与水桶作用在扁担上的力的作用点的距离为L0。
那么弟弟肩与水桶作用在扁担上的力的作用点的距离为L─L0。
以弟弟肩为支点,根据杠杆平衡条件,
G(L-L0)=F哥L
以哥哥肩为支点,根据杠杆平衡条件
GL0=F弟L
即哥哥负担200牛的力,弟弟负担100牛的力。
过支点的作用力,力臂为零,分别把支点选肩头,可以减少未知量,使问题方便地解决。
3.分析指导:
首先分别作出三个力
的作用线,即通过力的作用点沿力的方向作的一条直线〔一般常用虚线表示〕,然后分别作出从支点到这三条作用线的垂线并标明对应的力臂
答案:
如下图
4.分析:
A是一个动滑轮,设重物B上升的高度为h,那么动滑轮A上升的高度就为h/2,这是此题的关键所在,速度大小为移动的距离除以时间A、B上升时间相同,所以上升高度比为速度比。
解答:
在相等的时间t内,B上升的速度VB=h/t。
A上升的速度VA=h/2t。
显然,VA=
VB。
又因为滑轮A和绳重及摩擦均不计,故F=2G=20牛
此题综合动滑轮、速度等知识来进行发散思维。
标清楚A、B物体移动距离的关系非常重要,然后灵活运用所学的速度、动滑轮等基本知识。
5.分析:
金属块匀速上升应满足力的平衡条件。
金属块受重力、浮力、滑轮组对它向上的拉力满足G=F浮+F拉。
金属块受到的浮力由阿基米德原理来计算F浮=ρ水gV排对重物的拉力,由图可知,由3股绳子来承担,F拉=3F
F浮=ρ水gV排
=1×
103(千克/米)3×
9.8(牛/千克)×
2米3
=1.96×
金属块匀速上升,处于平衡状态,滑轮组对金属块的拉力
F拉=G-F浮=4×
104牛-1.96×
=2.04×
滑轮组吊起重物是由3股绳子承担,绳子自由端拉力即是每股绳上受的力。
即至少要用9.8×
103牛的拉力才行。
6.分析指导:
铡刀使用时,刀把上用力的力臂〔即动力臂〕大于被铡物体对刀口的阻力力臂〔即阻力臂〕,由于动力臂大于阻力臂,所以是省力杠杆。
钢丝钳使用时,手柄比钳丝口长;
大扫帚扫地时,手对扫帚把作用力的力臂小于地面对扫帚阻力的力臂;
天平两侧臂长相等;
镊子使用时,力作用于镊子中部,镊子尖物体对镊子的作用力力臂较大。
所以,属于省力杠杆的有:
铡刀,钢丝钳;
属于费力杠杆的有:
扫帚,镊子;
属于等臂杠杆的有:
天平。
小结:
解此类问题时,首先确定出杠杆的支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂,再根据杠杆平衡条件,比较动力臂与阻力臂的大小,得出结论来。
7.分析指导:
使用杠杆并不一定都是为了省力,在实际中有时是为了方便,如使用镊子、钓鱼竿,反而是费力的。
因此说法〔1〕是错误的。
杠杆平衡时,判断该杠杆是否是省力杠杆的依据就是:
动力臂是否大于阻力臂。
无论支点在动力作用点、阻力作用点的中间,还是在二力作用点的同侧,都有可能存在着动力臂大于阻力臂的情形,因此,说法〔2〕是不全面的。
关于说法〔3〕,支点到二力作用点的距离一般不是二力力臂。
因此,不能据此来判断动力与阻力的大小关系。
为×
,×
判断杠杆的省力情况的依据就是:
动力臂>阻力臂。
8.分析:
由于两球密度不同,质量不同,杠杆平衡时L铝>L铜。
当都浸没在水中后,根据阿基米德原理,两球浮力相等,即相当于两边减少了相等的重力,但铜球一侧减少的“力×
力臂”少,因此必须将支点向铜球一侧移动。
答:
A。
9.分析指导:
由图可知,物体匀速上升4m,那么动滑轮上升了2m,即F通过距离为2m,拉力F必须在克服动滑轮重力的同时还要用2G即2mg的力去提重物,那么拉力F做的功可用
计算出来。
由于
,那么
在计算力对物体做功时,要把力和物体移动距离对应起来,在此题中,容易把物体上升距离认为是F方向上移动距离,为了能准确判断物体上升距离和动滑轮上升距离的关系,可将动滑轮旋转水平方向。
10.分析指导:
先确定直接用手做的功和用杠杆做的功
直接用手举高物体做的功
杠杆所做的功
据功的原理:
应用功的原理解释,关键是要正确地区别机械所做的功和用手直接对物体做的功。
11.分析指导:
〔1〕依题意,汽车匀速行驶,水平方向上牵引力和阻力平衡,由速度公式求出做功时间t,由
求出做的功,用
可求出牵引力F的大小,具体过程如下:
∴员汽车受阻力为
N,上坡的速度为9m/s。
〔2〕汽车做匀速直线运动
由
,得
汽车牵引力
∴
汽车上坡时,功率不变,此时对应的牵引力为
,那么对应的速度就为
那么
〔1〕在解有关功率的问题时,一定要注意P,W,t或P,F,v三者之间的对应性,其三者都是对应于同时、同一机械的功和功率。
〔2〕具体运算过程中,要统一单位。