教科版《简单机械功和能部分》复习.docx

教科版《简单机械功和能部分》复习.docx

《教科版《简单机械功和能部分》复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教科版《简单机械功和能部分》复习.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

教科版《简单机械功和能部分》复习

简单机械·功和能

单元复习要点

一、能量：

（一）能的概念：

1、概念：

如果一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能量（或说这个物体具有能）。

2、判断物体有无能量和能量多少的方法、标准：

判断一个物体有无能量的依据是看物体能否做功，而不是实际做功没有。

确定一个物体能量的多少，依据是看物体所能做功的多少，而不是实际做了多少功。

3、物理量通用符号：

通用符号为“E”。

4、单位：

能量的国际主单位为“焦耳”，符号为“J”。

到了高中，我们还将学到另一种国际单位：

“尔格”。

（二）能量的种类：

能量的种类和形式很多。

最常见的有“内能”、“机械能”、“光能”、“电磁能”（包括电能和磁场能）、“核能”、“化学能”……等。

实际上任何物体都具有能量。

一个物体即使没有其他能，它也同样具有内能。

各种形式的都可以从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式。

前者叫做“能的转移”，后者叫做“能的转化”。

必须明确两点：

1、目前，人类利用的各种形式的能量，归根结底都是来自“太阳能”。

2、人们的所有工作和劳动，从实质上讲都是在做能的转移或转化工作。

（三）物体能量改变及改变形式：

物体的能量改变有两种类型：

一是能量的转移，二是能量的转化。

物体的能量改变通常是通过“做功”来实现的。

而在物理学中，就把物体能量改变的过程叫做“做功”，而把能量转移或转化过程中物体能量改变的多少叫做“功”。

二、功和功率：

（一）功：

1、功和做功：

（1）物理学里功和做功的含义：

物理学中，把能量转移或转化过程中物体能量改变的多少叫做“功”。

即：

“功”是物体在能量转移或转化过程中能量改变多少的量度。

功的物理量符号是“W”。

物理学中，把物体的能量转移或转化过程叫做“做功”。

物理学中，计算物体做功多少的基本方法：

通过物体做功过程中能量改变的多少

来量度。

即：

W=△E=E1－E2（或:

E2－E1）

（2）力学里功（机械功——后面所指的功均为机械功）和做功的含义：

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。

力学里规定：

功等于作用在物体上的力和物体在力的方向通过的距离的乘积。

即：

功=力×距离

（3）做功过程的实质：

能量的转移或转化过程。

（4）力学里，判断做功与否的方法和依据：

10、根据力学里的功的两个必要因素，要判断物体是否做功的基本方法是：

首先看物体是否受到力的作用（或说是否由力作用在物体上）；

再者看物体是否移动了一段距离，同时特别注意看物体移动的距离是否是在

力的方向上。

20、不做功的三种情况：

A、有力无距离（劳而无功）：

如：

用力推停地面上的车，用了哩但没有推动；

用力提着物体静止不动；

物体在水平地面上运动，受到了重力作用，但没有在重力方向上移

动距离，重力没有做功；

………

B、有距离无力（不劳无功）：

如：

物体由于惯性的运动；

C、力和距离垂直或不一致（劳而无功）：

如：

用力提着物体在水平地面行走；

用力提着物体沿坡路向下行走；

用力推地面上的小车，小车却向推力的相反方向运动；（实际上物

理学中把这种情况称为“做负功”）

2、力学里功的概念：

（1）定义：

功等于作用在物体上的力和物体在力的方向通过的距离的乘积。

即：

功=力×距离

力学里的功又称为“机械功”。

（2）、公式：

W=FS

公式中各量的意义：

F——作用在物体上的力；S——物体在力的方向上通过的距离；

W——力F对物体所做的功；

公式中各量的单位：

F：

牛（N）,S:

米（m）,W:

牛·米（焦耳）

使用公式时必须特别注意的是：

一是找准做功的力，二是找准物体在力的方向

上通过的距离。

***若与方向不完全一致而是成一锐角，则通用公式为：

W=FScosθ

（此公式要到高中方正式学习和使用，这里只做了解而不要求掌握）

（3）、单位：

机械功的国际主单位是“焦耳”，单位符号为“J”。

1焦耳=1牛·米，即：

1J=1N·m

注意：

功的单位“焦”不要与力和力臂的乘积（“牛·米”）单位搞混。

在

杠杆类计算中，力和力臂的乘积不能写成“焦”。

（4）、功的两个必要因素：

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。

在分析、判断物体做功与否和确定功的大小时，都必须全面考虑这两个因素。

（二）功率：

1、物理意义：

功率是表示物体做功快慢的物理量，符号为“P”。

2、定义：

单位时间里完成的功（或1秒钟内完成的功）叫做功率。

3、公式：

（1）公式：

=Fv

其中：

“P=W/t”为基本公式，即定义式，对各种类型的功都适用。

“P=FV”为导出公式（由定义式结合速度公式导出，只适用

于机械功）。

（2）变形公式：

W=Pt，可以在知道功率和做功时间而求功时使用，

对各种类型的功和功率均适合。

（3）公式的基本物理意义：

功率等于物体在单位时间里完成的功；

4、单位：

功率的国际主单位是“瓦特”，简称“瓦”，符号为“w”。

辅助单位有“千瓦”、“兆瓦”及“毫瓦”等，其中“毫瓦”常用于电子技术，“千瓦”常用于工程技术。

主单位与辅助单位间的换算关系：

1兆瓦（Mw）=103千瓦（kw）=106瓦（w）=109毫瓦（mw）

1w的规定：

1w=1J/s

（历史上，曾用“马力”（符号“Hp”）作为功率的单位，现已废弃不用，但在一些资料书籍中还可以见到。

1Hp≈0.735kw）

功率值的意义：

物体每秒钟里所做的功。

比如“某抽水机的功率是5kw”,其意思是“这

台抽水机每秒钟做功5000J”。

5、设备的额定功率与实际功率：

额定功率：

设备正常工作时的功率（P额）。

一些设备的铭牌上常标有设备的额定功率值。

实际功率：

设备工作时实际消耗（或提供）的功率（P实）。

注意：

只有当设备在额定条件下工作时它消耗或提供的功率才等于额定功率。

比如“220V100w”的电灯，只有当它正常发光时功率才是100w。

6、设备功率的选择：

与工作机械配套的动力设备的额定功率必须一致：

若动力设备的额定功率大于工作机械的额定功率，则工作机械超负荷运行，容易损坏；而若动力设备的额定功率小于工作机械的额定功率，则工作机械不能正常工作，且浪费设备。

（三）功与功率的区别和联系：

1、功等于力与距离的乘积，它包括作用在物体上的力和物体在力的方向上通过的距离这两个必要因素。

而功率是指做功的快慢，它由功的大小和做功时间长短两个因素共同决定。

2、不能说“功率大的做功就一定多”，也不能说“做功多的功率就一定大”；同样也不能说“做功时间越短功率就越大”。

（四）有关功和功率的计算：

1、功的计算：

A、根据功的公式W=Fs进行计算。

B、根据功率的定义式的变形公式W=Pt进行计算。

2、功率的计算：

A、根据定义式（基本公式）P=W/t进行计算。

这是计算功率的基本方法，无论何种类型的功，其功率皆可用此法计算，如后面的电功率：

P=W/t=UIt/t=UI。

B、根据导出公式P=Fv进行计算，此法仅限于机械功功率的计算。

但此法实用性极强，在使用时应注意统一速度的单位为“m/s”。

例1、下列关于功和功率的说法中，正确的是：

（D）

A、做功越多。

功率越大；B、功率越大，做功越多；

C、做功时间越短，功率越大；D、做相等的功，功率越大做功时间越短。

例2、一辆功率为60kw的小轿车在平直的高速公路上以90km/h的速度匀速行驶了3min。

问：

（1）轿车在行驶过程中受到的阻力是多大？

（2）这段时间内，轿车做了多少功？

【答案：

240N；1.08×107J】

例3、某人用400N的力沿长5m的斜木板将质量为150kg的物体匀速推到高1m的平台顶端上。

问：

（1）、此人做了多少功？

（2）、重力做了多少功？

（3）、若此人用时20s，则他发挥的功率是多大？

【答案：

（1）2000J；

（2）0（物体没有在重力方向上通过距离，重力没有做功；（3）100w。

】

三、功的原理：

（一）内容：

功的原理的内容通常有三种说法：

设人们使用机械时实际所做的功为W人，机械克服阻力所做的功为W机，不用机械而直接用手达到相同目的所做的功为W直，则：

1、人们使用机械所做的功，等于机械克服阻力所做的功。

即：

W人=W机。

2、人们使用机械所做的功，都不小于不用机械而直接用手达到相同目的所做的功。

即：

W人≥W直。

此即课本说法“使用任何机械都不能省功”。

3、在不考虑额外阻力的情况下，人们使用机械所做的功，等于不用机械而直接用手达到相同目的所做的功。

即：

W人=W直。

此类机械称为“理想机械”，而事实证明：

理想机械在实际中是不存在的，它只存在于理想状态中和假设条件下。

所以，功的原理的简单而普遍的说法是“使用任何机械都不能省功”。

（二）意义：

功的原理是所有机械都遵守的共同原理，是机械的基本原理。

它符合自然界的三大定律之一的“能量守恒定律”。

任何违背这一规律的机械都是不能设计和制造成功的，如“永动机”。

在分析机械的工作原理和使用机械时，一定要遵循这一规律。

（三）应用：

1、在分析机械做功问题时，必须考虑克服机械本身阻力（如机械自重、摩擦、内耗等）所做的功和机械克服额外阻力所做的功，除非题目有“不考虑……”这一前提外。

2、

（1）设计、选用机械时，必须遵循这一规律。

比如要想设计一省力的机械，就必须要想法增大动力移动的距离（因为不能省功，功是一定的，所以根据F=W/s可以知道：

当W一定时，必须增大s方能使F减小。

）。

（2）必须明确：

根据能量守恒定律及功的原理，“永动机”是永远都不能成功的。

因此，不要试图设计、研究此类机械而使人力、物力和财力造成无谓的浪费。

（3）在不计额外阻力的情况下，可以用三——

（一）——3的等量关系解答有关问题。

例：

沿一长5m高1m的斜面将一重500N的物体从斜面底端匀速推到顶端。

（1）若斜面十分光滑，沿斜面的推力应多大？

需做多少功？

（2）若不用斜面而直接将物体提上去，需要用多大的力，要做多少功？

（3）分析斜面能够省力的原因。

（4）若时使用该斜面时实际所用的力是120N，那么斜面的摩擦力是多大？

整个过程中克服摩擦所做的功是多少？

【答案】

（1）100N；500J。

（2）500N；500J。

（3）因为使用斜面时，增大了动力移动的距离。

而当功一定时，距离越大，所需的力越小，因此使用斜面可以省力。

由此也进一步可以知道：

当斜面高度和物体的重一定时，斜面越长越省力。

（4）20N；100J。

四、简单机械：

（一）、机械的概念：

机械（英文名称：

machinery）是指机器与机构的总称。

机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置，像筷子、扫帚以及镊子一类的物品都可以被称为机械，他们是简单机械。

而复杂机械就是由两种或两种以上的简单机械构成。

通常把这些比较复杂的机械叫做机器。

从结构和运动的观点来看，机构和机器并无区别，泛称为机械。

机械是一种人为的实物构件的组合，各部分之间具有确定的相对运动，它能够将能量、力从一个地方传递到另一个地方。

（二）、使用机械的目的与作用：

1、省力。

常见的如动滑轮、滑轮组、斜面、螺旋……等。

2、省时、省距离，提高物体移动速度或增大物体移动的距离和空间。

如钓鱼竿等费力机械。

3、方便，降低人们的工作难度。

4、安全，可以代替人的直接操作。

5、实现能量的转移，将能量、力从一个地方传递到另一个地方。

【注意】:

根据功的原理，所有机械都不能省功。

相反，由于克服机械本身的阻力反而要多做一些功。

（三）简单机械的概念：

简单机械是机械最简单、最基本的单位，是人运用力的基本机械元件。

（四）、常用的简单机械的分类：

通常分为两大类：

1、杠杆类简单机械：

如杠杆、滑轮、轮轴、齿轮等，它们都是杠杆的变形。

2、斜面类简单机械：

如斜面、螺旋、劈等。

它们都是斜面的变形。

（五）、机械的基本原理：

功的原理是所有机械的基本原理，不论使用哪一类简单机械都必须遵循机械的一般规律——功的原理。

五、几类常用的简单机械的工作原理：

（一）杠杆：

1、定义：

在力的作用下可绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。

说明：

杠杆可直可曲，形状任意，但必须是刚体。

2、常见的杠杆：

如：

剪刀，克丝钳，开啤酒瓶盖的起子，筷子，指甲剪，铁锨，火钳，镊子，票夹，铡刀，钓鱼竿，撬棒，羊角锤，独轮车，扳手，天平，杆秤，起重机的吊臂，汽车刹车、缝纫机的脚踏板，自行车龙头……等。

生活、生产和实验设备中，杠杆机械非常常见。

3、要素：

杠杆有三类、五项要素：

如右图所示：

（1）支点（O）：

杠杆绕着转动的固定点。

【说明】：

正确确定杠杆的支点是分析、解决杠杆问题的关键，有些情况下，可将杠杆实际转一下，看其是绕着哪一点转动的来帮助确定支点。

如：

鱼杆、铁锹等。

（2）作用力（F）：

作用在杠杆上的力。

根据其作用效果，分为两类：

A、动力F1：

使杠杆方式转动的力。

B、阻力F2：

阻碍杠杆方式转动的力。

【说明】：

有时，无法严格划分动力和阻力，如跷跷板、天平等。

此时，若将其中一个力命为动力，那么另一个力就成为阻力了（动力臂与阻力臂也是如此）。

（3）力臂（L）：

支点到力的作用线的距离。

【注意】：

力臂不能理解为从支点到力的作用点的距离，这是最常见、也最容易出现的错误。

同时，“支点到力的作用线的距离”根据几何的概念，是指过支点向力作用线作垂线，而“距离”则是连接支点与所作垂线的垂足的线段的长。

根据作用力的不同，力臂有两种：

A、动力臂（L1）：

从支点到动力作用线的距离；

B、阻力臂（L2）：

从支点到阻力作用线的距离。

【说明】：

A、正确确定力臂是分析解决杠杆问题的关键所在。

分析解决杠杆问题时，必须先正确确定杠杆的支点，找准动力和阻力，作出杠杆结构示意图，标出力臂。

（如上图即为一杠杆示意图）

B、最长力臂与最短力臂：

当力的作用线通过杠杆的支点时，该力的力臂最短，为0；当以支点与力的作用点的连线为支点时（即力的作用线垂直于支点与力的作用点的连线时），力臂最长。

4、杠杆的平衡条件：

（1）杠杆的平衡：

平衡的概念：

杠杆静止不动或匀速转动（相等时间内转过相等的角度）叫做杠杆平衡。

它是一种动态平衡。

说明：

所有杠杆都是在平衡状态下使用的。

（比如：

用天平测量物体质量，称量前必须将天平的横梁调节成水平平衡；称量时，必须通过增减砝码及调节游码而使天平横梁再次达到水平平衡。

）

（2）平衡条件：

杠杆的平衡条件是：

动力×动力臂=阻力×阻力臂

用符号表示，通常为：

F1·L1=F2·L2

或：

F1∶F2=L2∶L1

从上式可以看出：

A、杠杆平衡时，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一；

B、当阻力和阻力臂一定时，动力臂越长越省力。

【说明】：

杠杆的平衡条件又叫做“杠杆原理”。

例1、如图所示，大李和小李用一根均匀的木棒抬重物。

大李为了减轻小李的负担，他可以把肩头向前移动一些（或将重物向后移动一些，或小

李将肩头向前移动一些）（写出一种合理的做法）；

假如大李要承担3／5的力，那么，小李的肩头到

重物挂点O的距离与大李的肩头到重物挂点O的距

离之比是3∶2。

例2、如图所示，工人师傅欲将一个油桶滚上台阶。

他应该用力推油桶的什么位置和沿什么方向用力才能最

省力？

。

请在图中作出该力的示意图。

【答案】：

图中虚线部分即为作图部分。

【说明】：

此时一杠杆装置，其支点是台阶的顶点，阻力（油桶的重力）的作用点在油桶横截面的圆心。

由于油桶的重力和油桶的直径一定，且推力（动力）是作用在油桶边缘上的，因此以直径作为动力臂时推力最小，最省力。

图中力的作用线与直径垂直。

例3、一根粗细不均匀的木头AB，将其从某一点”O”

处吊起时，恰能水平静止（如右图所示）。

若将这根木头从悬

点处沿虚线方向锯开成为AO、BO两段，问哪段较重？

【答案】：

BO段较重。

【分析】：

可以把这段木头看作一个杠杆，其支点为悬点O，动力和阻力分别为AO、BO这两段木头所受的重力G1、G2，由图可知：

的力臂关系为L1＞L2。

由杠杆平衡条件可得：

G1·L1=G2·L2，由L1＞L2可知：

G1、G2＞G1，所以BO段较重。

5、“探究杠杆的平衡条件”的实验：

该实验是初中物理的一个重点实验，被列为初中毕业会考实验操作考试的20个实验之一。

因此，对该实验必须牢固掌握，能熟练操作。

【实验步骤】：

（1）安装杠杆。

（将杠杆尺安放在支架上，转动杠杆尺，看其转动是否灵活，并将两侧挂钩码的吊环安放在于支点等距离的地方）

（2）调节杠杆横梁平衡。

（调节横梁两端的螺母，使杠杆尺在水平位置静止。

调节方法：

杠杆哪边高，就将两端的螺母向哪边调。

）

（3）在杠杆两端分别挂上不同的钩码，调节钩码的悬挂位置，直到杠杆水平平衡。

读出钩码的重（2个数据）和力臂的大小（2个数据），并记录。

（4）改变钩码的个数及悬挂的位置，将（3）中的实验再做两次。

（5）根据记录的数据，计算出每次的“动力与动力臂的乘积”和“阻力与阻力臂的乘积”。

（6）根据计算的结果，比较三次实验中的“动力与动力臂的乘积”和“阻力与阻力臂的乘积”,归纳出杠杆的平衡条件。

【实验结论】：

杠杆的平衡条件是：

动力×动力臂=阻力×阻力臂

【注意事项】：

（1）实验中，最容易遗漏的一个关键步骤是第

（2）步：

调节杠杆横梁平衡。

这也是实验操作考试及书面考试时该实验的一个重要考点。

（2）每次实验挂钩码时，应尽可能使悬点在杠杆尺的整刻度线上，以方便读数和通过读数的准确性，减小实验误差。

（3）若分析实验数据时发现“动力与动力臂的乘积”和“阻力与阻力臂的乘积”并不相等，而是存在一定差异，这可能是读取力臂时出现的误差，只要差异较小，在允许的误差范围内，仍可认为相等。

6、杠杆的分类及应用：

（1）杠杆的分类及各类杠杆的特征、特点及应用：

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

不省力不费力

天平，定滑轮

（2）杠杆的选用：

杠杆的选用应根据实际需要和各类杠杆的特点：

A、若重力较大，不需要省距离而主要为了省力时，应选用省力杠杆，即动力臂大于阻力臂的杠杆。

如：

用撬棒撬石头等。

B、若阻力移动的距离较大，且阻力较小，不需要省力，而动力移动的距离范围受限，主要为了省距离时，应选用费力力杠杆，即动力臂小于阻力臂的杠杆。

如向灶内添加柴禾的火钳、钓鱼竿。

C、若只为了改变用力方向或平衡测量，不需要省力或省距离时，可选用等臂杠杆。

如天平，动滑轮等。

（3）各类杠杆工作过程中动力与阻力移动的距离的关系：

各类简单机械在工作过程中动力与阻力移动的距离的关系，对分析机械的工作原理和进行有关简单机械的计算有着十分重要的作用，一定要正确理解并牢固记忆。

现将初中阶段所了解的各类简单机械在工作过程中动力与阻力移动的距离的关系列出如下（后面不再分列）如下：

A、杠杆：

S动=nS阻。

（设n=L1∶L2，即动力臂与阻力臂的比。

）

B、定滑轮：

S动=S阻。

C、动滑轮：

S动=2S阻。

D、滑轮组：

S动=nS阻。

（n为承担阻力的绳子段数。

）

E、轮轴：

S轮=nS轴。

（设n=R轮∶R轴，即轮半径与周半径的比。

）

F、螺旋：

S动=nS阻。

（设n=C∶h，即轴周长与螺距的比。

）

G、斜面：

S动=nS阻。

（设n=L∶h，即斜面长与斜面高的比。

）

H、液压机：

S动=nS阻。

（设n=S大∶S小，即大小活塞横截面积的比。

）

7、例练：

【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；弄清受力与方向和力臂大小；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。

例1、如图所示的是用道钉撬起出道钉的示意图．若已知作用在A点的动力F1=200N，试求这时道钉对道钉撬的阻力F2的大小。

（道钉撬

自身重力不计）4800N 

【答案】：

4800N。

【分析】：

此题的关键是找准二力的力臂。

确定出力臂大小后可直接利用杠杆平衡条件进行计算。

（其中F1的力臂为1.2m，F2的力臂为5cm，很容易将F1的力臂错误地判断为OA。

）

例2、如图所示，长1m、重为1.5N的均匀木板放在水平桌面

上，木板左端离桌边沿4dm处上方挂一捕鼠诱饵，若一只重为0.5N的老鼠想偷吃食物，沿木板向左端爬去，根据杠杆的平衡条件可，当老鼠爬过桌边沿多少分米时，木板会失去平衡，而使它落入桌子下面的水桶中？

【分析及解答】：

设当老鼠沿木板向左爬过离桌面边沿L1dm时，木板会失去平衡，老鼠落入水桶中被捕获。

根据杠杆的平衡条件得：

L1×G鼠 =G板×L2；

所以，L1 =G板×L2/G鼠 =1.5×1/0.5=3（dm）。

即当老鼠沿木板向左爬过离桌面边沿3dm时，木板会失去平衡，老鼠会掉入桌子下面的水桶中被捕。

例3、一根轻质、均匀木条AB自O点处吊起（OB＞OA），当将甲、乙两个实心铁球分别悬挂在A、B两端时，木条恰能水平静止。

那么：

（1）若将甲、乙二球同时浸没入水中时，木条还能

继续水平静止吗？

（2）若将甲球浸没在水中，乙球浸没在酒精中时，

木条还能继续水平静止吗？

若不能，它将怎样转动？

【答案】：

（1）还能继续水平静止。

（2）不能继续水平静止，木条将沿顺时针方向转动。

【分析】：

判断杠杆是否平衡，应根据杠杆平衡条件判断。

本题应先从“原来杠杆平衡”这一条件入手，得出OA、OB与G甲、G乙和V甲、V乙的关系，再判断在新的条件下杠杆是否继续满足杠杆平衡条件，从而得出判断结果。

【推导】：

因为未浸入液体中时杠杆平衡，所以由杠杆平衡条件可得：

G甲·OA=G乙·OB…………

（1）而G甲∶G乙=V甲∶V乙，

则有：

OA·V甲=OB·V乙…………

（2）

（1）浸入液体中时，FA=G甲－ρ水gV甲；

FB=G乙－ρ水gV乙。

因此，FA·OA=（G甲－ρ水gV甲）·OA

FB·OB=（G乙－ρ水gV乙）·OB

结合

（1）、

（2）式，比较上面二式可得：

FA·OA=FB·OB

所以，木条还能继