八年级物理机械与人 全章复习与总结上海科技版知识精讲Word文件下载.docx

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（3）阻力：

阻力是阻碍杠杆转动的力，用字母F2来表示。

（4）力臂：

力臂就是支点到力的作用线的距离，用字母L来表示。

所谓力的作用线就是力所在的直线。

由于在杠杆中有两个力的共同作用，一个是动力，另一个是阻力，这样力的作用线也有两个，一个是动力的作用线，另一个是阻力的作用线。

那从支点到动力作用线的距离就是动力臂；

用字母L1来表示。

从支点到阻力作用线的距离就是阻力臂，用字母L2来表示。

3.杠杆的平衡条件

当一个杠杆处于平衡状态时动力、阻力、动力臂、阻力臂它们究竟存在着什么样的关系呢？

我们首先进行了猜想与假设，同学们得出几种可能的关系。

我们是通过实验探究找到杠杆的平衡条件：

动力×

动力臂＝阻力×

阻力臂

也就是说，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。

杠杆的平衡条件也叫杠杆原理，最早是由阿基米德发现的。

4.三种杠杆

省力杠杆：

之所以省力就是因为这种杠杆的动力臂大于阻力臂，所以动力小于阻力。

省力当然是这种杠杆最大的优点，但它也有缺点，也就是这种杠杆费距离。

费力杠杆：

之所以费力是因为它的动力臂小于阻力臂。

费力是它的缺点，省距离是它的优点。

等臂杠杆：

这种杠杆既不省力，也不费力，既不省距离，也不费距离。

等臂杠杆最典型的应用就是制成了天平。

5.滑轮

（1）、定滑轮

滑轮是个周边有槽，能绕轴转动的小轮。

使用滑轮时，滑轮的轴固定不动的叫做定滑轮。

因为定滑轮的实质就是等臂杠杆，或者说是等臂杠杆的变形。

如果我们把重物的重力看作是阻力的话，那拉力就是动力，当然滑轮的轴就是支点了。

那阻力臂就等于轮子的半径，而动力臂也是轮子的半径。

这也就是说使用定滑轮并不省力，而且物体上升的高（速）度等于拉力下降的高（速）度。

如果拉着物体做匀速直线运动的话，由于轮与轴之间存在着摩擦力，所以实际的拉力要比物重要稍大一些。

人们之所以还应用它就是因为它能改变动力的方向。

（2）动滑轮

滑轮的轴随物体一起运动，这样的滑轮叫做动滑轮。

使用动滑轮并没有改变动力的方向，定滑轮实质是个等臂杠杆，动滑轮的实质也是杠杆的变形。

这根杠杆的支点在固定绳与轮的接触处，重物对轮的力是阻力，绳子自由端的拉力为动力，这样动力臂就是轮子的直径，而阻力臂就是轮子的半径，显然动力臂是阻力臂的二倍，当然动力就是阻力的二分之一。

动力是物重的一半，动力移动的距离是物体上升高度的二倍。

（3）滑轮组

将定滑轮和动滑轮组合起来使用，就组成了滑轮组。

定滑轮可以改变动力的方向，但不省力；

而使用动滑轮则能省力却不能改变动力的方向。

而滑轮组则既能省力也能改变动力的方向。

它的省力情况是由吊着动滑轮的绳子的段数来决定的。

由几段绳子吊着动滑轮，提起重物所用的力就是物重的几分之一，但是动力移动的距离（速度）是物体上升高度（速度）的几倍。

如果动滑轮较重，不能忽略，则拉力就是物体和动滑轮总重的几分之一。

有了这个规律，我们就要学会识别绳子的段数。

最基本的方法就是看最后一段绳子是通过定滑轮还是通过动滑轮，如通过的是动滑轮，则此段绳子的段数包括在内，反之则不包括此段绳子。

第二部分：

功

1.知道机械功的概念，能用生活、生产中的实例解释机械功的含义。

2.学习从物理现象中归纳简单的规律，认识做功的两个必要因素。

3.理解功的计算公式。

4.知道功率的概念，能用比较的方法得出功率的概念。

5.知道功率单位的含义并能形成具体的观念。

6.会计算简单的功率问题。

7.理解机械效率。

8.在实验探究过程中，要提高我们设计实验、收集实验数据、从实验中归纳科学规律等能力。

（1）做功的两个必要因素和功的计算，以及判断一个力是否做功。

（2）功率概念的得出和功率的计算。

（3）对机械效率的理解及相关的计算。

对功、功率、机械效率的理解及解答有关的实际问题。

1.功

在物理学中功是成效的意思。

如果一个力对一个物体有了成效，则这个力就对物体做了功。

一个物体对另一个物体做功的必备条件有两个，一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。

有时是劳而无功、有时是不劳无功。

物理学中把力和物体在力的方向上通过的距离的乘积叫做机械功，简称功，用字母“W”来表示。

物理学中规定：

功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。

功＝力×

距离

如果用F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，W表示功，上式可以写成W＝Fs；

如果一个力拉着物体在竖直方向运动，做功的多少还可以用公式W＝Gh来计算。

在国际单位制中，力的单位是牛，距离的单位是米，功的单位是牛·

米，它有一个专门名称叫做焦耳，简称焦，符号是J，1J＝1N·

m。

2.做功的快慢

我们知道要比较物体做功的快慢，必须考虑两个因素：

其一是物体做了多少功W；

其二是物体做功所用去的时间t。

依照比较物体运动快慢的三种方法，比较做功的快慢，方法一是在做功多少相同的情况下，比较做功的时间，当然是用时间短的做功较快了；

方法二是在做功时间相同时，比较做功的多少，当然是做功多的做功快。

方法三是在做功时间和做功多少均不相同时，那我们就来比较物体在单位时间内做功的多少。

在物理学中我们就把物体在单位时间内完成的功叫做功率，用字母P表示。

功率是用来描述物体做功快慢的物理量。

从功率概念的含义出发，计算功率大小的公式可写作：

功率＝功/时间

如果用W表示功，t表示时间，P表示功率，上式可以写成：

P＝W/t。

由公式可知，当功一定时，功率与做功时间成反比；

当做功时间一定时，功率与功成正比；

当功率一定时，功与做功时间成正比。

由W＝F·

S还可求出另一个计算功率的公式，P＝F·

v。

在这个公式中，若v为平均速度，P就是机械的平均功率；

若v为某一时刻的速度，P就是机械这一时刻的功率。

这个公式的有关运动学的计算中常常用到。

在国际单位制中，功的单位是焦，时间的单位是秒，功率的单位是焦/秒，它有一个专门名称叫做瓦特，简称瓦，符号是W。

1W＝1J/s。

工程技术上还常用千瓦（kW）、兆瓦（MW）作为功率的单位。

1kW＝103W1MW＝106W

有了功率的知识，我们就可以比较物体做功的快慢，也就是物体做功的功率了。

只要我们测出物体所做的功，然后再测出做功所用的时间，二者之比就是物体做功的功率。

功率是机器的主要技术性能之一，选购机器时，要根据实际需要和可能选择功率合适的机器。

3.功的原理

人们通过对各种机械的使用发现了一个重要的规律：

使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，也就是使用任何机械都不省功。

这个结论叫做功的原理。

4.机械效率

在功的原理中，说的是使用任何机械都不省功。

这就包括两种情况，一种是理想机械，人们对机械所做的功就等于机械对物体所做的功；

另一种是实际机械，人们对机械所做的功要多于机械对物体所做的功。

也就是要费功的。

原因是机械本身有重力，而且有许多地方存在摩擦，从而导致动力所做的功比不用机械而直接用手所做的功（机械对物体所做的功）要多，浪费了一些功。

我们使用简单机械，实际是人对机械做功，而在这个过程中，机械再对物体做功。

这就像一个输入和输出的过程，在这个过程，输出的功总是少于输入功，或者说功在这个输入和输出的过程中有损失。

这是不可避免的。

所以人们想尽一切办法减少这种输入输出过程中的损失。

而不同的机械在做功的过程中对功的损失程度是不同的，所以对功的损失程度也反映了机械性能的好坏。

在物理学中将完成一项任务所必不可少的功叫做有用功，用“W有”来表示，这是人无论采取哪种运动都必须做的功。

有用功实际就是不用任何机械，人直接用手完成它所做的功；

或者是机械对物体所做的功。

还有一部分并非我们需要但又不得不做的功在物理学中称之为额外功，用“W额”来表示。

这部分功主要来自于机械自身的重力、摩擦等因素。

而在完成这个任务时，人所总共要做的功叫做动力功，也叫总功，用“W总”来表示。

总功实际就是人对机械所做的功。

所以总功必定等于有用功与额外功之和。

要求同学们能根据不同的情况分析哪些是有用功，哪些是额外功。

对于一个实际机械，都不可避免地要做额外功。

但是我们总想在完成相同的任务时尽量少的做额外功，或者说尽量少的做总功，但总功的数量不可能比有用功还少，如果是那样的话就不可能完成任务。

性能好的机械将人所做的总功转化为有用功的比例较大，性能差的机械对总功的转化比例较小。

总功转化成有用功的比率反映了机械性能的好坏。

为了描述机械性能的好坏在物理学中引入了机械效率这个物理量。

有用功跟总功的比值叫机械效率。

如果用W总表示总功，W有用表示有用功，η表示机械效率，那么：

有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。

机械效率通常用百分数表示。

无单位。

提高机械效率，更充分地发挥机械设备的作用，有重要的经济意义。

提高机械效率的主要办法是改进结构，使它更合理、更轻巧。

在使用中按照技术规程经常保养，定时润滑，使机械处于良好的运转状态，对于保持和提高机械效率也有重要作用。

现代社会是讲效率的社会，时时、事事、处处都要求高效率，以尽可能少的消耗，取得尽可能多的效益。

“优胜劣汰”的“优”中，高效率是个重要内容。

另外：

通过刚才讲过的机械效率的定义及公式

，我们只要测量并计算出W有用和W总就可以测出滑轮组的机械效率了。

而有用功就是机械对物体所做的功，也就是滑轮组克服钩码的重力所做的功，所以要想测量并计算出有用功，就要测出钩码的重力G和钩码被提升的高度h，由公式W有用＝Gh就计算出了有用功；

而总功就是人所总共做的功，也就是人对滑轮组所做的功，显然如果能测量出加在绳子自由端的拉力F和绳子自由端移动的距离S，由公式W总＝FS就计算出了总功。

我们有了测滑轮组机械效率的原理和思路之后，我们就要考虑要用哪些器材了。

除了组装滑轮组所必不可少的器材如铁架台，动定滑轮、细绳（线）、钩码之外，还要有测拉力的弹簧测力计和测高度与距离的刻度尺。

实验时应注意：

（1）钩码的重由钩码的质量用G＝m·

g算出。

（2）匀速拉动弹簧秤使钩码G升高。

注意“匀速拉动”。

向上拉弹簧秤时，要竖直向上，不要斜向上拉，否则弹簧秤的读数要增大。

（3）钩码上升的高度（h），可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出。

（4）细绳自由端通过的距离（s）的测定，事先在细绳与动滑轮（或定滑轮）相切处用色笔在细绳上做个记号，再拉弹簧秤，用滑轮组提升重物。

用刻度尺量出钩码上升的高度后，再量细绳色点到与动滑轮（或定滑轮）相切处的距离，就是细绳自由端通过的距离（s）。

测出具体的数据后，将数据填入自己设计的表格中，计算出有用功和总功及机械效率。

通过具体的测量，我们发现滑轮组的机械效率不是固定不变的，同一滑轮组，所挂的重物越重，其机械效率越高。

这是为什么呢？

因为所挂重物越重，机械提升重物时所做的有用功越多，但是由于所挂重物的增加使其摩擦力也增大而导致其额外功的增加是很小的，因此滑轮组所挂重物越重，其有用功占总功的比率就越大，所以机械效率就高。

在测定滑轮组的机械效率的实验中，如果不用刻度尺测量钩码和弹簧测力计挂钩（即动力作用点）移动的距离，能不能算出机械效率？

”答案当然是肯定的，因为只要知道重物是由n段绳子承担的，动力作用点通过的距离s一定是重物升高距离的n倍，即s＝nh（不考虑绳子本身的伸长），则机械效率η＝G/nF。

利用这个公式，可以较为简单的解决机械效率的计算问题。

第三部分：

机械能

1.通过这部分内容的学习，使同学们初步理解动能、势能、机械能的概念。

2.用科学探究的方法让同学们知道决定动能、势能大小的因素。

3.能用实例说明物体的动能和势能及它们间的相互转化。

4.通过这部分内容的学习，同学们认识到能量是与人们日常生活、生产信息相关的，以增强合理利用能源的意识。

重点内容；

1.动能、势能和机械能的基本概念及决定其大小的因素。

2.理解动能和势能的相互转化。

能量的概念及对动能和势能的相互转化的理解。

1.能量

一个物体具有能量，可以用来做功，反过来，一个物体能够做功，它就具有能量，物体具有做功的本领，我们就说物体具有能。

一个物体能够做的功越多，它具有的能量就越大。

可以用物体能够做功的多少来衡量物体具有能量的大小。

功和能是两个关系密切，而含义又不相同的物理量，由“能”的概念可知，一个物体具有了能，就可以做功。

需要注意的是：

（1）具有能的物体，不一定都处在做功的过程中，

（2）做功的过程，一定伴随着能量的转化。

一个物体做功的多少可以量度其能量的变化，某物体对外做的功越多，其能量减少的就越多。

物体做功的过程就是能的转化过程。

因此能的单位与功的单位相同，在国际单位制中，功的单位是焦耳（J），能的单位也是焦耳（J）。

2.动能的概念及其决定因素：

物体由于运动而具有的能量，叫做动能。

一切运动的物体都具有动能。

要判断一个物体具有能的多少，就要让物体的能都通过做功的方式释放出来，我们通过比较其做功的多少来判断物体具有能的多少。

通过实验我们发现决定动能大小的因素有两个，一是质量，二是速度。

物体的质量越大、速度越大，动能就越大。

3.势能的概念、分类及其决定因素

物体由于被举高或发生弹性形变而具有的能，叫做势能。

故势能包括重力势能和弹性势能。

（1）重力势能：

物体由于被举高所具有的能。

物体的质量越大，被举得越高，下落时做的功越多，表示物体具有的重力势能越大。

因此物体的质量和被举的高度也就决定了物体的重力势能的大小。

（2）弹性势能：

发生弹性形变的物体具有的能量叫做弹性势能。

物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。

这里所说的弹性形变就是物体受力形变之后，在去掉外力后能够自然恢复原状。

发生弹性形变的物体具有做功的本领，在恢复原来形状的过程中对其他物体做功。

所以发生弹性形变的物体具有弹性势能，不发生弹性形变，就不具有弹性势能。

而且对于同一个弹性物体它的弹性形变越大，其具有的弹性势能也就越大。

4.机械能

动能和势能统称为机械能，机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量。

一个物体具有机械能时，可以表现为只有动能，没有势能。

也可以表现为只有势能，没有动能。

一个物体既有动能，又有势能，它的机械能等于它的动能与势能之和。

一切物体可以既具有动能又具有势能，也可以只具有动能或只具有势能。

机械能大小的决定因素：

质量、速度、高度、形变量。

5.动能和势能相互转化

滚摆实验。

开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止，此时摆轮只有重力势能，没有动能。

摆轮下降时其高度降低，重力势能减少；

摆轮旋转着下降；

而且越转越快，其动能越来越大。

摆轮到最低点时，转动最快，动能最大；

其高度最低，重力势能最小。

在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。

仿照摆轮下降过程的分析，得出摆轮上升过程中，摆轮的动能逐渐转化为重力势能。

单摆实验。

单摆来回摆动时，实现了重力势能与动能的相互转化。

上述两个实验说明：

动能和重力势能是可以相互转化的。

弹性势能和动能的相互转化。

首先手持着木球将弹簧片推弯，而后突然释放木球，木球在弹簧的作用下在水平槽内运动。

在此过程中，弹簧的弹性势能转化为木球的动能。

第二步实验，让木球从斜槽上端滚下，让木球碰击弹簧的过程。

这是木球的动能转化为弹簧的弹性势能过程。

由此可得出：

动能和弹性势能也是可以相互转化的。

由于动能和重力势能可以相互转化，动能还可以和弹性势能相互转化，所以我们说动能和势能是可以相互转化的。

6.水能和风能的利用。

空气在流动的过程中所具有的机械能叫做风能。

风能是一种永不枯竭的能源，地球上的风能资源超过煤、石油、天然气资源的总和。

风能是一种很不集中，很不稳定的能量形式。

人们在风力大的地方建造风力发电场，以便有效地利用可持续供给的能源。

流动的水具有动能，高处的水具有势能，水所具有的机械能统称为水能。

数千年前，人们已经知道利用流水的能量来转动水车，汲水灌溉。

自从19世纪末德国建成世界上第一座水电站以来，水力发电就成了水能利用的主要形式。

当上游的水冲击水轮机的叶片时，就把大部分动能传递给水轮机，使水轮机转动起来，由此带动发电机发电。

为了增加水的机械能，必须修筑拦河大坝来提高河流上游的水位。

【典型例题】

例1.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）

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。

若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，然后用杠杆平衡条件来求解。

解答：

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。

则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。

说明：

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。

例2.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）。

A是一个动滑轮，设重物B上升的高度为h，则动滑轮A上升的高度就为

，这是本题的关键所在。

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。

在相等时间t内，B上升的速度

，A上升的速度

，显然

。

又因为滑轮A和绳重及摩擦均不计，故

牛。

本题综合动滑轮、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。

例3.如图所示，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）

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×

104牛

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6.8×

103牛的拉力才行。

本题综合浮力、力的平衡、滑轮组等知识，对于复杂的综合题应分析包含哪几个基本物理过程，应用哪些基本规律。

本题应包括三个基本知识要点，第一，对金属块受力分析根据匀速上升，满足力的平衡条件；

第二，根据阿基米德原理计算浮力；

第三，滑轮组吊重物，由与动滑轮连接的绳子数来考虑绳子拉力与承担重物的关系。

例4.重为200N的物体沿长5m高2m的斜面在平行于斜面的拉力F作用下匀速运动到顶端，已知斜面的机械效率为80％，求①拉力F的大小。

②物体受到摩擦力的大小。

这是一个有关斜面机械效率计算的典型例子。

拉力F可由公式①直接计算得出。

关键是物体受到的摩擦力的计算。

我们知道利用斜面时，由于摩擦的存在而必须做额外功，如果斜面对物体的摩擦不存在，那么额外功就为零，根据功的原理就有F’L＝Gh，可得F’，那么两者之差F－F’即为物体在斜面所受的摩擦力f。

解：

（2）如果斜面没有摩擦，则有F’l＝Gh

∴f＝F－F’＝100N－80N＝20N

例5.重为400N的物体，用如图所示的滑轮组在F＝25N作用下，物体以0.8m/s的速度匀速前进，已知滑轮组的机械效率为80%，求：

（l）物体受到的摩擦力；

（2）F的功率。

根据上题的分析思路，可知应用公式④。

在公式中还有一个较易搞错的量——n，（即连接在动滑轮上的绳子股数）这题中n应取4。

第2小题F的功率在已知F的情况下，常可用P＝F·

v，应特别注意的是题中的0.8m/s不是拉力F移动速度。

事实上根据拉力移动距离和物体移动距离的关系，可得vF＝4v物。

1）

得f＝F·

4η·

s/s＝25N×

4×

80％＝80N

2）由题意可知vF＝4×

v物＝4×

0.8m/s＝3.2m/s

则P＝F·

vF＝25N×

3.2m/s＝80W

例6.一台拖拉机耕地时，在25分钟内匀速前进3000米，如果拖拉机发动机的功率是2.94×

104千瓦，这台拖拉机耕地时的速度多大？

牵引力多大？

受到的阻力多大？

因为拖拉机耕地时匀速前进，所以它受到的阻力就等于牵引力。

拖拉机耕地时的速度为：

拖拉机的功率为：

拖拉机的牵引力为：

拖拉机受到的阻力为：

f＝F＝14700牛

机械功率还可以用P＝Fv来进行计算。

例7.下列物体各具有什么形式的机械能？

（1）高速升空的火箭；

（2）被拉长的弹弓橡皮条；

（3）被水电站拦河坝拦住的上游水；

（4）竖直到达最高点的上抛小球。

对照动能、重力势能、弹性势能的定义，即能判断出上述物体各具有什么形式的能。

（1）高速升空的火箭，速度不为零，且高度在增加，因此具有动能和势能