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博文教育讲义

 

课题名称:

功和机械能简单机械

 

学习目标

 

1、理解掌握功、功率的定义及其计算;掌握机械能及相互转化;

 

2、理解掌握杠杆、滑轮、滑轮组等知识点;

 

3、知道什么是机械效率,它的大小与那哪些因素有关;

 

4、找出各知识点之间的内在联系,构建知识体系。

 

教学过程

 

知识回顾课前热身

 

一、功:

1、功的理解:

功是一个过程量,所描述的是在力的作用下,物体沿力的方向所移动距离的累积效应。

2、做功的两个必要因素:

(1)

(2)

 

3、功的计算公式:

二、功率:

1、定义:

2、意义:

表示的物理量

3、功率计算公式:

三、功的原理:

使用任何机械都不能节省。

四、杠杆

1、定义:

在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。

2、五要素──组成杠杆示意图。

①支点:

杠杆绕着转动的点。

用字母O表示。

②动力:

使杠杆转动的力。

用字母F1表示。

③阻力:

阻碍杠杆转动的力。

用字母F2表示。

④动力臂:

从支点到动力作用线的距离。

用字母L1表示。

⑤阻力臂:

从支点到阻力作用线的距离。

用字母L2表示。

画力臂方法:

一找支点、二画线、三连距离、四标签。

3、杠杆的平衡条件:

杠杆平衡指:

杠杆的平衡是指杠杆处于静止状态(静平衡)或匀速转动状态(动平衡)

结论:

杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是:

动力×动力臂=阻力×阻力臂,或

 

F1l

 

1=F2l2

4、杠杆的应用和分类:

 

名称

结构特征

优缺点

应用举例

省力

动力臂大于阻力臂

省力、费距离

撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车

杠杆

费力

动力臂小于阻力臂

费力、省距离

缝纫机踏板、起重臂、人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆

杠杆

等臂

动力臂等于阻力臂

不省力不费力

天平,定滑轮

杠杆

五、滑轮

1.定滑轮:

①定义:

中间的轴固定不动的滑轮。

②实质:

等臂杠杆。

③特点:

使用定滑轮既不能省力也不省距离,但是能改变动力的方向。

④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦)F=G。

绳子自由端移动距离SF(或速度vF)=重物移动的距离SG(或速度vG)

 

2.动滑轮:

①定

l

l

义:

和重物一起移动

动,也可

左右移动)

②实

A

B

质:

动滑轮的实质是:

B

的省力

O

杠杆。

G

③特

点:

使用动滑轮能省

F

F

h

一半的

力,但不能改变动力

B

的方

G

向。

④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:

G

F=

1

G只忽略轮轴间的摩擦则,拉力

F=

1(G物+G动),绳子自由端移动距

2

2

离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离

SG(或vG),即SF=2SG,vF=2vG

 

三、滑轮组

F1

l2

O

1、定义:

由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。

l1

2、特点:

可以省力,也可以改变力的方向。

使用滑轮F2

 

的滑轮。

(可上下移

F1

动力臂为阻力臂2倍

A

s

A

 

2h

 

h

G

组时,若有n段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的n分之一,即

1

FG物(条件:

不计动滑轮、绳重和摩擦)。

n

1

注意:

如果不忽略动滑轮的重量则:

FG物G滑

n

3、动力移动的距离s和重物移动的距离h的关系是:

使用滑轮组时,滑

 

轮组用n段绳子吊着物体,提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离

 

的n倍,即s=nh。

如下图所示。

(n表示承担物重绳子的段数)4、绳子端的速度与物体上升的速度关系:

V绳nV物

 

n=

n=

n=

n=

n=

n=

Fs=2h

s=3h

s=3h

s=4h

s=4h

Fs=5h

F

F

DF

F

A

B

C

E

F

5、滑轮组的组装:

(1).根据F

1G的关系,求出动滑轮上绳子的段数

n

n;

(2)确定动滑轮的个数;(3)根据施力方向的要求,确定定滑轮个数。

确定定滑轮个数的原则是:

一个动滑轮应配置一个定滑轮,当动滑轮上为偶

W有

W总

数段绳子时,可减少一个定滑轮,但若要求改变力的作用方向时,则应在增

 

加一个定滑轮。

在确定了动、定滑轮个数后,绳子的连接应遵循“奇动偶定”

 

的规则,由内向外缠绕滑轮。

6、机械效率:

有用功和总功的比。

公式:

例题辨析推陈出新

例1.

(1)请在图中画出用此杠杆提升物体时的最小力的示意图(O为支点)

 

(2)如图所示,O为杠杆OAB的支点,请画出物体受到的重力示意图和杠杆OAB所受拉力F的力臂.

 

(3)根据图示要求,画出滑轮组的绕法。

[变式练习1]画出使杠杆AB在图所示位置静止时所用最小力F的作用点和方向。

例2.如下图所示的四种场景,没有做功的是

 

A.用木棒翘起石头B.塔吊吊起重物

 

C.正在作业的拖拉机D.提着水桶水平走,提桶的力

 

[变式练习2]起重机将1000N的重物匀速竖直提升了3m后,又把重物水平

 

移动了1m,则起重机对重物所做的功是()

 

A.1000JB.2000JC.3000JD.4000J

 

[变式练习3]变式练习2如图所示,为运动员投掷铅球的过程

 

示意图,下列有关说法错误的是()

 

A.在a到b的过程中,运动员对铅球做了功

 

B.在b到c的过程中,运动员对铅球没有做功

 

C.在c到d的过程中,没有力对铅球做功

 

D.在a到d的过程中,铅球的运动状态在不断的变化

 

例3、关于功率以下说法中正确的是()

 

A.据P=W/t可知,机器做功越多,其功率就越大

 

B.据P=W/t可知,机器做功时间越长,其功率就越小

 

C.机器功率大,则做功快,做功一定多

 

D.机器功率小,则做功慢,做功可能多

 

[变式练习4]对于功率和机械效率的理解,下列说法中正确的是()

 

A.机械工作时的功率越大,其工作时机械效率一定越高

 

B.机械工作时的功率越大,其工作时一定越省力

 

C.机械做的有用功相同,总功越少,其机械效率一定越高

 

D.机械工作时越省力,其机械效率一定越高

 

例4、某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮重相同)

 

匀速提起相同的重物.不计绳重及摩擦,下列说法正确的是()

 

A.甲图省力,机械效率甲图大

 

B.甲图省力,机械效率一样大

 

C.乙图省力,机械效率一样大

 

D.乙图省力,机械效率乙图大

 

[变式练习5]如图所示,物体A在拉力F1、F2作用下沿同一水平面匀速运动了一段距离s。

试比较拉力F1、F2及拉力所做的功W1、W2的大小。

(滑轮重、

 

绳重及摩擦不计)()

A、F1

1F2,W1

W2

2

C、F1

1F2,W1

W2

4

 

B

、F1

1F2,W1

1W2

2

4

D

、F1

1F2,W1

1W2

4

4

例5.如图所示,光滑的地面上有一足够长的木板,在木板的右端固定着一个滑轮(不计绳与滑轮间的摩擦),木板上面放置一个小木块,小木块一端连接着弹簧测力计.当拉力F为5牛时,木板向右做匀速直线运动,然后把拉

 

力再增加5牛时,下列分析正确的是(

A.弹簧测力计的示数为20牛

B

.弹簧测力计的示数为0牛

C.木板仍向右做匀速直线运动

D

.小木块将保持静止

[变式练习6]

如图6所示,杠杆可绕

O点转动,力F作用在杠杆一端且始

终与杠杆垂直;在将杠杆缓慢地由位置

A拉到位置B的过程中,力F(

A.变大

B

.变小

C.不变

D

.先变

大后变小

[变式练习7]

如图7所示,杠杆始终处于水平平衡状态,

改变弹簧测

力计拉力的方向,使其从

①—②—③,此过程中,弹簧测力计的示数

将(

A.逐渐变大

B

.逐渐变小

 

C.先变大后变小D.先变小后变大

 

例6.如图8所示,G1=20N,台秤示数8N,不计滑轮重,物体G2重()

 

A.2NB.18NC.28ND.20N

 

[变式练习8]如图所示,物体重180N,动滑轮重20N,绳重

和摩擦不计。

人对动滑轮拉

 

力为F,在F的作用下,物体以0.1m/s的速度匀速上升2m,则下

 

列说法正确的是()

 

A.拉力F做的功为400JB.动滑轮对物体做的功为720J

 

C.拉力F的功率为40WD.拉力F的大小为90N

 

变式练习9如图所示,小阳利用滑轮组先后竖直向上匀速提升物体A和物

 

体B。

当提升物体A时,滑轮组的机械效率为75%,小阳对绳子的拉力为F1;当提升物体B时,滑轮组的机械效率为62.5%,小阳对绳子的拉力为F2。

已知小阳的质量为65Kg,物体A的质量为90Kg。

假设在拉绳子的过程中,小阳对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上,不计绳重和

 

摩擦。

g取10N/Kg。

则下列说法正确的是()

 

A.F1=500N

 

B.GB=600N

 

C.G动=200N

 

D.匀速提升物体A时小阳对地面的压力是50N

 

变式练习10如图所示,是建筑工人利用滑轮组从竖直深井中提取泥土的情

 

形。

某次操作中,工人用

 

400N的拉力

 

F在

 

1min

 

内将总重为

 

900N的泥土匀

速提升

5m。

在这段时间内

A.拉力F做的有用功2000J

 

B.滑轮组的机械效率75%

 

C.动滑轮重700N

 

D.拉力F做功的功率约33W

 

变式练习11一定质量的货物在吊车钢索的拉力作用下,竖直向上运动(不

 

考虑空气的阻力和钢索重力),货物运动的路程(s)一时间(t)图象如图所示,

 

根据图象,下列判断正确的是()

 

A.2s时钢索的拉力大小等于8s时钢索的拉力大小

 

B.货物竖直向上运动时,4s时的速度小于10s时的速度

 

C.0至6s内钢索拉力做的功小于6s至12s内钢索拉力

 

做的功

 

D.货物在0至12s内的竖直向上运动过程中,钢索拉力的功率保持不变

 

变式练习12用如图12所示的装置匀速拉起重为G的物体(不计摩擦、滑

 

轮重及绳重),

 

拉力F=G。

 

变式练习13如图,体重500N的人,要将G=700N的吊篮匀速吊起,不计

 

滑轮、绳重及摩擦。

 

(1)如图甲,人站在地面上,至少要用_______N的力拉绳。

 

(2)如图乙,人站在吊篮中至少要用_______N的力拉绳。

 

变式练习14如图丙所示,在忽略滑轮自重和摩擦的情况下,当滑轮平衡时,

 

拉力FG。

 

F

例7.如图所示,一轻质杠杆AO可绕固定转轴O转动,A端悬

 

挂一盏电灯,当绳子AB使杆处于图示的位置时,ABG

 

F

G

长为4m,OB长为3m,绳子拉力为

30N,则灯重为

图12

N.

 

变式练习15物体A在滑轮组拉力的作用下,1s内

 

沿水平地面匀速移动了0.2m,弹簧测力计的示数如图所示,不计滑轮和绳重及轴摩擦,求:

 

(1)绳子自由端的拉力;

 

(2)物体A受到的摩擦力;

 

(3)滑轮组对物体A做功的功率。

3

变式练习16如图所示,重物A是体积为10dm,密

度为7.9×103kg/m3的实心金属块,将它完全浸没在水中,始终未提出水面。

若不计磨擦和动滑轮重,要保持平衡。

(g=10N/kg)求:

(1)重物A受到的浮力为多少?

 

(2)作用于绳端的拉力F是多少?

 

(3)若缓慢将重物A提升2m,拉力做的功是多少?

 

(4)若实际所用拉力为300N,此时该滑轮的效率是多少?

 

课后作业巩固提高

 

1、一根轻质杠杆,在左右两端分别挂在200牛和300牛的重物时,杠杆恰

 

好平衡.若将两边物重同时减少50牛,则杠杆(?

 

A.左端下沉B.右端下沉C.仍然平衡D.无

 

法确定

 

2、、如图所示的轻质杠杆,AO小于BO.在A、B两端悬挂重物

 

G1和

 

G2后杠杆平衡.若将

 

G1和

 

G2同时向支点

 

O移动相同的距离,则(

 

A.杠杆仍保持平衡

B.杠杆的

A端向下倾斜

C.杠杆的

B端向下倾斜

D.无法判断

 

3、有一架不准确的天平,主要是由于它横梁左右两臂不等长.为减小实验

 

误差,常用“交换法’’来测定物体质量,即先将被测物体放在左盘中,当

 

天平平衡时,右盘中砝码总质量为m1;再把被测物体放在右盘中,当天平平

 

衡时,左盘中砝码总质量为m2,则被测物体质量的真实值为()

 

4、如图所示,作用在杠杆一端且始终与杠杆垂直的力F,将杠杆缓慢地由位

 

置A拉至位置B,力F在这个过程中()

 

A.变大B、变小C、不变D.先变大后变小

 

5、如图所示,滑轮重力和摩擦均不计,物体重都是100N,物体与水平面间

 

的摩擦力都是

30N,当匀速拉动物体运动时,则分别作用于各绳端的拉力F1=

N,F2=

N,F3=N。

3

3

3

的实心金属块,

7、如图所示,重物A是体积为10dm,密度为7.9

×10kg/m

将它完全浸没在水中,始终未提出水面。

若不计摩擦和动滑轮重,要保持平

 

衡,求:

 

(1)作用于绳端的拉力F是多少?

 

(2)若缓慢将重物A提升2m,拉力做的功是多少?

 

(3)若实际所用拉力为400N,此时该滑轮的效率是多少?

(g=10N/kg)

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