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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
图
[变式练习8]如图所示,物体重180N,动滑轮重20N,绳重
图
和摩擦不计。
人对动滑轮拉
图
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
乙
图12
甲
丙
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)