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