九年级物理专题功和机械能知识精讲.docx
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九年级物理专题功和机械能知识精讲
九年级物理专题:
功和机械能
【本讲主要内容】
专题:
功和机械能
1、理解力臂的概念,正确地在图上画出力臂,或根据题目所给条件判断哪一个是力臂。
2、杠杆的平衡条件及应用
3、定滑轮、动滑轮及滑轮组的作用
4、功、功率的概念
5、功的原理
6、机械效率—知道有用功、额外功、总功和机械效率
7、动能、势能的概念及机械能的概念
8、动能和势能是可以相互转化的。
【知识掌握】
【知识点精析】
一、杠杆:
1、定义:
在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。
说明:
①杠杆可直可曲,形状任意。
②有些情况下,可将杠杆实际转一下,来帮助确定支点。
如:
鱼杆、铁锹。
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。
说明:
动力、阻力都是杠杆的受力,所以作用点在杠杆上。
动力、阻力的方向不一定相反,但它们使杠杆的转动的方向相反。
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:
⑴找支点O;⑵画力的作用线(虚线);⑶画力臂(虚线,过支点垂直力的作用线作垂线);⑷标力臂(大括号)。
3、研究杠杆的平衡条件:
①杠杆平衡是指:
杠杆静止或匀速转动。
②实验前:
应调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡。
这样做的目的是:
可以方便的从杠杆上量出力臂。
③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。
写成公式F1l1=F2l2也可写成:
F1/F2=l2/l1
解题指导:
分析解决有关杠杆平衡条件问题,必须要画出杠杆示意图;弄清受力的方向和力臂大小;然后根据具体的情况具体分析,确定如何使用平衡条件解决有关问题。
(如:
杠杆转动时施加的动力如何变化,沿什么方向施力最小等。
)
4、应用:
名称
结构
特征
特点
应用举例
省力
杠杆
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、花枝剪刀
费力
杠杆
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
等臂
杠杆
动力臂等于阻力臂
不省力
不费距离
天平,定滑轮
说明:
应根据实际来选择杠杆,当需要较大的力才能解决问题时,应选择省力杠杆,当为了使用方便,省距离时,应选费力杠杆。
二、滑轮:
1、定滑轮:
①定义:
中间的轴固定不动的滑轮。
②实质:
定滑轮的实质是:
等臂杠杆。
③特点:
使用定滑轮不能省力,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定义:
和重物一起移动的滑轮。
(可上下移动,也可左右移动)
②实质:
动滑轮的实质是:
动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
③特点:
使用动滑轮能省一半的力,但不能改变动力的方向。
理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:
F=
G;只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=
(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)。
3、滑轮组
①定义:
定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。
②特点:
使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向。
③理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=
G。
只忽略轮轴间的摩擦,则拉力F=
(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)。
组装滑轮组方法:
首先根据公式n=(G物+G动)/F求出绳子的股数。
然后根据“奇动偶定”的原则。
结合题目的具体要求组装滑轮。
三、功:
1、力学里所说的功包括两个必要因素:
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。
2、不做功的三种情况:
有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。
3、力学里规定:
功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
公式:
W=FS
4、功的单位:
焦耳,1J=1N·m。
把一个鸡蛋举高1m,做的功大约是0.5J。
5、应用功的公式注意:
①分清哪个力对物体做功,计算时F就是这个力;②公式中S一定是在力的方向上通过的距离,强调对应。
③功的单位“焦”(牛·米=焦),不要与力和力臂的乘积(牛·米,不能写成“焦”)单位搞混。
四、功的原理:
1、内容:
使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功;即:
使用任何机械都不省功。
2、说明:
(请注意理想情况功的原理可以如何表述?
)
①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。
②功的原理告诉我们:
使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。
③使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。
④我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)。
理想机械:
使用机械时,人们所做的功(FS)=直接用手对重物所做的功(Gh)。
3、应用:
斜面
①理想斜面:
斜面光滑;
②理想斜面遵从功的原理;
③理想斜面公式:
FL=Gh其中:
F:
沿斜面方向的推力;L:
斜面长;G:
物重;h:
斜面高度。
如果斜面与物体间的摩擦力为f,则:
FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功Gh。
五、机械效率:
1、有用功:
定义:
对人们有用的功。
公式:
W有用=Gh(提升重物)=W总-W额
=ηW总
斜面:
W有用=Gh
2、额外功:
定义:
并非我们需要但又不得不做的功。
公式:
W额=W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)。
斜面:
W额=fL。
3、总功:
定义:
有用功加额外功或动力所做的功。
公式:
W总=W有用+W额=FS=W有用/η。
斜面:
W总=fL+Gh=FL。
4、机械效率:
①定义:
有用功跟总功的比值。
③有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。
通常用百分数表示。
某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
④提高机械效率的方法:
减小机械自重、减小机件间的摩擦。
应测物理量:
钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
器材:
除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。
步骤:
必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的:
保证测力计示数大小不变。
结论:
影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:
①动滑轮越重,个数越多,则额外功相对就多。
②提升重物越重,做的有用功相对就多。
③摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。
绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
六、功率:
1、定义:
单位时间里完成的功。
2、物理意义:
表示做功快慢的物理量。
3、公式:
4、单位:
主单位W,常用单位kWmW马力
换算:
1kW=103W1mW=106W1马力=735W某小轿车功率66kW,它表示:
小轿车1s内做功66000J。
5、机械效率和功率的区别:
功率和机械效率是两个不同的概念。
功率表示做功的快慢,即单位时间内完成的功;机械效率表示机械做功的效率,即所做的总功中有多大比例的有用功。
七、动能和势能
1、能量:
一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能。
理解:
①能量表示物体做功本领大小的物理量;能量可以用能够做功的多少来衡量。
②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如:
山上静止的石头具有能量,但它没有做功,也不一定要做功。
2、知识结构:
3、探究决定动能大小的因素:
物体动能与质量和速度有关;速度越大动能越大,质量越大动能也越大。
4、机械能:
动能和势能统称为机械能。
理解:
①有动能的物体具有机械能;②有势能的物体具有机械能;③同时具有动能和势能的物体具有机械能。
八、动能和势能的转化
1、知识结构:
2、动能和重力势能间的转化规律:
①质量一定的物体,如果加速下降,则动能增大,重力势能减小,重力势能转化为动能;
②质量一定的物体,如果减速上升,则动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能;
3、动能与弹性势能间的转化规律:
①如果一个物体的动能减小,而另一个物体的弹性势能增大,则动能转化为弹性势能;
②如果一个物体的动能增大,而另一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。
4、动能与势能转化问题的分析:
⑴首先分析决定动能大小的因素,决定重力势能(或弹性势能)大小的因素——看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化。
⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和弹力外没有其他外力做功(即:
没有其他形式能量补充或没有能量损失),则动能势能转化过程中机械能不变。
⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒;“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。
【解题方法指导】
例1.如图1所示,杠杆处于平衡状态,杠杆上每个小格的长度相等,当两边同时减掉一个质量的钩码后,则
A.杠杆仍平衡
B.左边钩码向左移一格,杠杆可平衡
C.右边钩码向右移,杠杆可平衡
D.两边钩码都向支点移动一个格,杠杆可平衡
分析与解:
设每个钩码的重力为单位1,每个小格的长度也为单位1,左侧钩码对杠杆的力为动力,右侧钩码对杠杆的力为阻力。
因为图示状态已满足动力×动力臂=阻力×阻力臂的条件,所以杠杆处于平衡状态。
当两侧同时减去一个钩码后,动力×动力臂<阻力×阻力臂,则杠杆右端下沉,所以选项A错。
无论“左边钩码向左移一格”还是“右边钩码向右移一格”,都不能满足杠杆平衡条件,所以选项BC错误。
当两边钩码都向支点移动一格时,不难看出,动力×动力臂=1×3=3,阻力×阻力臂=3×1=3,满足杠杆平衡条件,杠杆可平衡,所以选项D正确。
提示:
赋值法是解决这类题型的最好方法。
通过赋予砝码单位重力和杠杆每小格的单位长度,利用杠杆平衡条件很容易求解。
例2.如图2所示,一根轻质杆,在A端细线下挂50N的重物G后,重物G静止在水平地面上,当在B端加大小为30N、方向竖直向下的力F时,轻质杆恰能在水平位置处于平衡状态,此时细线竖直,已知OA=15cm,OB=5cm,求重物G对水平地面的压力。
分析与解:
根据杠杆平衡条件:
F·OB=F’·OA
即30N×5cm=F’×15cm,解之 F’=10N
因为重物G静止,且在水平位置处于平衡状态,所以支持力N为N=G-F’=50N-10N=40N所以压力为40N。
提示:
本题为杠杆问题与单个物体的平衡问题相组合的题型。
关键是分析结合点处的作用力,用隔离法分别对杠杆和物体受力分析,对杠杆列杠杆平衡方程,对物体列共点力平衡方程联立求解即可。
例3.用如图3所示的动滑轮将重为G的物体匀速拉起,不计滑轮的重力和轮与轴间的摩擦,绳的拉力F等于 ,如果重物上升10cm,则绳子自由端拉动的距离为 。
由此可以说明,使用动滑轮可以不改变力的 ,但能改变力的 。
分析与解:
在分析绳子自由端的拉力大小时,可将动滑轮视为动力臂为阻力臂2倍的变形杠杆,所以动滑轮省一半力。
也可采用“隔离法”将动滑轮和重物视为一个整体(如图中虚线框所示),这个整体受到两个向上的拉力F和向下的重力G,按照力的平衡原理,有2F=G,所以F=G/2。
因为绳子不可伸长,所以绳子自由端拉动的距离为重物上升的2倍。
本题正确答案为:
G/2、20cm、方向、大小。
提示:
使用滑轮组提起重物时,若忽略绳重以及轮与轴之间的摩擦,则重物和动滑轮由几