第十一章 简单机械和功（单元复习课件）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 上册 义务教育教科书 从我们吃饭用的筷子 到航天器使用的机械臂 机械已深入到人类生活的方方面面 无论多么复杂的机械都是由简单机械组成的 我们在叹服于机械的神奇和人类伟大智慧的同时 不禁产生许多遐想…… 这些机械是依据什么原理工作的呢？ 第十一章 简单机械和功 （单元复习） 致老师、同学 说明 ① ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约90MB. ②本ppt共有92张、3个小视频，可根据需要选择点播. ③本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频 资源 ①动画讲解—《推导滑轮组机械效率的计算公式》 ②演示实验—《横拉滑轮的受力分析》 ③动画讲解—《杠杆平衡中的最小力、变化力问题 》 免责声明：部分视频来源于自有媒体，版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系删除. 功的定义、公式、单位 机械效率的定义、公式 简单 机械 杠杆 滑轮（实质是变形的杠杆） 做功的多少—W 做功的快慢—P 做功的效率—η 有用功、总功、额外功 功 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆 定滑轮 动滑轮 滑轮组 做功的两个必要因素 功率的定义、公式、单位 功率的物理意义 机械效率的物理意义 杠杆平衡条件 思维导图 视频清单 视频清单： ①动画讲解—《推导滑轮组机械效率的计算公式》 ②演示实验—《横拉滑轮的受力分析》 ③动画讲解—《杠杆平衡中的最小力、变化力问题》 第一节 杠杆 知识结构 在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒. ①支点：杠杆可以绕其转动的点0. ②动力：使杠杆转动的力F1 （人施加的力）. ③阻力：阻碍杠杆转动的力F2 （物体施加的力）. ④动力臂：从支点到动力作用线的距离l1. ⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2. ①平衡：杠杆在动力和阻力作用下静止时. ②平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1l1＝F2l2　 ①省力杠杆：l1＞l2，F1＜F2，省力，费距离. ②费力杠杆：l1＜l2 ，F1＞F2，费力，省距离. ③等臂杠杆：l1=l2， F1=F2，不省力，也不费距离. 五要素 杠杆平衡 杠杆分类 杠杆定义 杠 杆 第一节 杠杆 基础知识提炼 1. 杠杆 （1）概念：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是杠杆。 （2） 理解杠杆 ① “硬棒” 是指在力的作用不发生形变。杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。 ②一根硬棒要成为杠杆，应具备两个条件： 要有力的作用；能绕某一固定点转动。同时满足，缺一不可。 第一节 杠杆 基础知识提炼 （3）描述杠杆特征的“五要素” ①支点：杠杆绕着转动的点O. ②动力：使杠杆转动的力F1. ③阻力：阻碍杠杆转动的力F2. ④动力臂：从支点到_____________的距离l1. ⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2. 动力作用线 第一节 杠杆 基础知识提炼 （4）透析杠杆五要素 ①支点：一定在杠杆上；同一杠杆，使用方法不同，支点位置可能改变。 ②动力与阻力：作用点都在杠杆上，分别使杠杆向相反方向转动，动力和阻力是相对的。 ③力臂：支点到____________的距离，不是支点到作用点的距离；力臂________在杠杆上（选填“一定”或“不一定”）；若力的作用线过支点，则力臂为0。 力的作用线 不一定 第一节 杠杆 基础知识提炼 （1）杠杆平衡 当杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动时，就说杠杆平衡了。 （2）杠杆的平衡条件 杠杆平衡时，动力×动力臂＝阻力×阻力臂 公式：F1 L1=F2 L2 （3）理解杠杆的平衡条件 ①杠杆是否平衡，取决于力和力臂的_______；乘积相等就平衡；否则沿着乘积大的那端转动。 ②应用公式计算时，单位要统一，即动力和阻力的单位要用牛（N），动力臂和阻力臂的单位要相同（cm或m）。 乘积 2. 杠杆的平衡条件 第一节 杠杆 基础知识提炼 3. 探究杠杆的平衡条件 【实验与记录】 （1）安装好杠杆，调节杠杆两端的平衡螺母，使之在水平位置平衡。 （2）如图所示，在杠杆左边挂上一定数量的钩码，用弹簧测力计在某一位置竖直拉住杠杆。设在水平位置平衡时，弹簧测力计对杠杆竖直向下的拉力F1是动力，动力臂为L1，钩码对杠杆的拉力F2是阻力，阻力臂为L2。 第一节 杠杆 基础知识提炼 （3）在下列情况下测量并记录动力F1、动力臂L1、阻力F2、阻力臂L2的大小。 ①保持钩码和弹簧测力计的位置不变，改变钩码的数量； ②保持钩码的数量和位置不变，改变弹簧测力计的位置； ③保持弹簧测力计的位置和钩码的数量不变，改变钩码的位置。 测量序号 动力F1/N 动力臂l1/cm 阻力F2/N 阻力臂l2/cm ① 2 10 1 20 ② 3 10 2 15 ③ 4 5 1 20 ┈ 第一节 杠杆 基础知识提炼 【交流与小结】 分析表中的数据，找出它们之间的关系。你从中有什么发现？ 对实验中得到的每组数据，可尝试对它们进行加、减、乘、除等运算，以探求规律。 【实验结论】 杠杆平衡时，动力×动力臂=阻力×阻力臂，即 F1l1＝F2l2　 第一节 杠杆 基础知识提炼 杠杆分类 力臂关系 力的大小关系 省费距离情况 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆 F动＜F阻 F动＞F阻 F动=F阻 l动＞l阻 l动＜l阻 l动=l阻 费距离 省距离 不省距离 也不费距离 4. 杠杆的分类 第一节 杠杆 【例题1】如图所示，启瓶器开启瓶盖时，可看作是（　　） A．以A为支点的费力杠杆 B．以A为支点的省力杠杆 C．以B为支点的费力杠杆 D．以B为支点的费力杠杆 B 经验告诉我们，开启瓶盖时，瓶盖中的B点被撬起，故B点是阻力的作用点；在开启的过程中，起瓶器绕A点转动，故A是支点；在整个过程中，动力臂大于阻力臂，故它是省力杠杆，应选B。 故选B。 题型训练 题型一、杠杆、杠杆五要素与杠杆作图 【例题2】请在图中画出使杠杆ABC（O为支点）在图示位置保持平衡的最小动力 F1及阻力臂L2的示意图。 根据杠杆平衡条件可知，当阻力和阻力臂一定时，动力臂越长，动力越小；由图可知，连接OA，OA即为最长的动力臂，与之垂直的力即为最小动力，阻力使杠杆顺时间转动，所以动力使杠杆逆时针转动，方向向下；阻力为重物上方绳子对杠杆的拉力，由支点向阻力作用线作垂线，垂线段即为阻力臂，如图所示。 题型训练 题型一、杠杆、杠杆五要素与杠杆作图 （1）支点：支点是杠杆绕固定点转动的点，所以判断支点位置关键是看杠杆绕着哪个点转动。 （2）力臂作图（画力臂的方法） ①找到支点，确定力的作用点和方向；②作出力的作用线；③从支点向力的作用线作垂线段；④标出力臂。 （3）最小力作图 找最长动力臂的方法：根据杠杆平衡条件画出最小力的实质是寻找最长力臂。如果动力作用点已经给出，则支点到动力作用点的距离就是可作出的最长的动力臂；如果动力作用点没有确定，则选择杠杆上离支点最远的点作为动力作用点，支点到动力作用点的距离即为可作出的最长的动力臂。 题型一、杠杆、杠杆五要素与杠杆作图 规律总结 杠杆、杠杆五要素与杠杆作图问题 的方案如图丙所示，小李的方案如图丁所示。你认为_____的实验方案更好，理由是___________ 。 【例题3】如图所示，是利用刻度均匀的轻质杠杆探究“杠杆平衡条件”的实验装置。 （1）实验前杠杆静止在如图甲所示的位置，此时应将平衡螺母向_____调节，使杠杆在_____位置平衡； （2）杠杆平衡后，小明在左右两侧分别挂上钩码，如图乙所示，此时杠杆的_____端会上升，要使杠杆重新在_____位置平衡，在不改变钩码个数的前提下，只需将右侧的钩码向_____端移动一格即可； （3）同组的小王和小李又设计了两种实验方案探究杠杆的平衡条件，小王 水平 题型训练 题型二、探究杠杆的平衡条件 水平 小王的方案可以直接读出力臂 右 小王 右 右 （1）图甲中，杠杆的左端下沉，应向右调节平衡螺母，才能让杠杆在水平位置平衡，方便测量力臂。 （2）设每个钩码的重力为G，杠杆一个小格的长度为L。图乙中，杠杆的左、右两边分别有 4G×2L>2G×3L 杠杆的左端下沉，右端上升。 据杠杆的平衡条件知，杠杆在左边力臂及力不改变时，只需要将右侧的钩码向右移动一格可得 4G×2L=2G×4L 杠杆重新在水平位置平衡。 （3）图丙和丁实验中，图丙即小王的实验方案更好，因为小王的实验中，弹簧测力计的拉力是竖直方向的，对应的力臂直接可读出，而小林的实验中，测力计的拉力不是竖直方向的，对应的力臂不能直接读出。 题型训练 题型二、探究杠杆的平衡条件 （1）实验前杠杆不平衡应如何调节：调节两端的平衡螺母； （2）杠杆的支点在中间位置目的：为了消除杠杆自重的影响； （3）调节杠杆在水平位置平衡的目的：便于直接读出力臂； （4）杠杆两侧挂上钩码后判断是否平衡：根据平衡条件F1l1＝F2l2判断； （5）力或力臂的计算：根据杠杆平衡条件进行计算； （6）让杠杆处于静止状态：方便进行实验。 题型二、探究杠杆的平衡条件 探究杠杆的平衡条件 规律总结 题型训练 题型三、杠杆平衡条件的应用 【例题4】如图所示，轻质杠杆OB可绕O点转动，OA=AB，在A点悬挂物体，在B点竖直向上拉动杠杆使其始终保持水平平衡，拉力为F。下列说法正确的是（　　） A．F的大小为物重的2倍 B．物重增加5N，F的大小也增加5N C．物体悬挂点右移，拉力F会增大 D．将F改为沿图中虚线方向，拉力F会减小 C 题型训练 题型三、杠杆平衡条件的应用 A．因为OA=AB，阻力的力臂为动力力臂的一半，根据杠杆的平衡条件 F×OB=G×OA，由于OB=2OA ，所以拉力F的大小为物重的二分之一，故A错误； B．若物重增加5N，即F的变化量为ΔF，根据杠杆平衡条件可知 解得ΔF=2.5N，故B错误: C．当悬挂点右移时，阻力不变，阻力臂变大，动力臂不变，则动力F将变大，故C正确； D．保持杠杆在水平位置平衡，将拉力F转至虚线位置时，拉力的力臂变小，因为阻力与阻力臂不变，由杠杆的平衡条件知，拉力变大，故D错误。 故选C。 【例题5】如图所示，杆秤砣的质量为0.5kg，秤钩悬挂处A与秤纽O间的距离为6cm，挂上重物后，秤砣移至距O点24cm的B处时，秤杆正好水平，求： （1）秤砣受到的重力（g=10N/kg）； （2）被称物体的重力； （3）若秤杆长60cm，则这把秤最大能称量多少kg的物体？ 题型训练 题型三、杠杆平衡条件的应用 （1）秤砣受到的重力为 G=mg=0.5kg×10N/kg= 5N （2）由杠杆平衡条件可得 G物体×AO=G秤砣×BO 代入数据得 G物体×6cm=5N×24cm 解得 G物体=20N （3）若秤杆长60cm，则 BO'=60cm-6cm=54cm 由杠杆平衡条件 Gʹ物体×AO=G秤砣×BOʹ 可得 Gʹ物体×6cm=5N×54cm 解得 Gʹ物体=45N 则这把秤最大能称量的物体质量为 题型训练 题型三、杠杆平衡条件的应用 （1）转化：分析受力情况，找出支点，然后找出动力和阻力、动力臂和阻力臂，将实际物体转化成杠杆模型； （2）标量：画出杠杆模型示意图，在图中标明动力、阻力、动力臂、阻力臂； （3）计算：根据已知条件，利用杠杆平衡条件分析求解。 题型三、杠杆平衡条件的应用 利用杠杆平衡条件解决问题的步骤 规律总结 题型训练 题型四、杠杆分类 【例题6】如图所示的各种剪刀中，在正常使用时属于费力杠杆的是（　　） A． 医用剪刀 B． U形剪刀 C． 家用剪刀 D． 园艺剪刀 B A．医用剪刀的动力臂大于阻力臂，所以是省力杠杆，故A不符合题意； B．U形剪刀的动力臂小于阻力臂，所以是费力杠杆，故B符合题意； C．家用剪刀的动力臂大于阻力臂，所以是省力杠杆，故C不符合题意； D．园艺剪刀的动力臂大于阻力臂，所以是省力杠杆，故D不符合题意。 故选B。 A B C D 题型训练 题型四、杠杆分类 【例题7】小明伸出手臂对老师说：“看，我的肌肉很发达”，老师夸奖小明说：“真棒！你的前臂就是物理学中的一根杠杆。”如图，以下对于这根杠杆在提起重物的过程中，分析不合理的是（ ） A．前臂杠杆的支点O在肘关节处 B．肱二头肌给桡骨的力 是动力 C．重物给前臂的力 是阻力 D．前臂是一根省力杠杆 D 在前臂这个杠杆中，肘关节是杠杆的支点，肱二头肌给给桡骨的力F1是动力，重物给前臂的力F2是阻力，由此可以知道该杠杆动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故ABC正确，不符合题意；D错误，符合题意。 故选D。 （1）通过动力臂和阻力臂的大小关系判断 对于较复杂的杠杆，可先在图上找到动力臂和阻力臂，然后比较力臂的大小关系； （2）从应用目的上进行判断 省力杠杆一般在阻力很大的情况下使用，以达到省力的目的，而费力杠杆在阻力不大的情况下使用，目的是省距离。 判断杠杆种类的方法 规律总结 题型四、杠杆分类 第二节 滑轮 知识结构 轮轴与斜面 滑轮 定滑轮 既能省力，又能改变力的方向 省力费距离，但不能改变 力的方向，实质是省力杠杆 不省力，不费距离，可以改变 力的方向，实质是等臂杠杆 滑轮组 其他简单机械 动滑轮 第二节 滑轮   定义 实质 示意图 分析 定滑轮         动滑轮 1. 定滑轮和动滑轮的实质 知识结构 轮的中心轴不随物体移动 能够连续转动的等臂杠杆 轮的中心轴随物体一起移动 动力臂是阻力臂二倍的杠杆 定滑轮的中心为杠杆的支点，动力臂和阻力臂相等，且都等于轮的半径r，所以使用定滑轮时不省力，但可以改变力的方向 滑轮的“支点”位于绳与轮相切的点O，因此动力臂等于直径2r，阻力臂等于半径r，动力臂是阻力臂的二倍，所以动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向 第二节 滑轮 定滑轮 动滑轮 图示 2. 定滑轮和动滑轮的工作情况分析 知识结构 F=G s绳=s物 v绳=v物 G G F=f s绳=s物 v绳=v物 f 为物体 所受摩擦力 s绳=2s物 v绳=2v物 F=f/2 s绳=2s物 v绳=2v物 f 为物体 所受摩擦力 s绳=0.5s物 v绳=0.5v物 力、距离、速度间的关系 第二节 滑轮 滑轮组 承担物重 绳子段数n 省力情况 费距离情况 滑轮组的组装 3. 滑轮组的工作情况分析 知识结构 在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只计算绕在动滑轮上的绳子段数n，图甲中，n=2，图乙中，n=3。 不计绳重及摩擦，滑轮组用几段绳子提物体，提物体所用的力就是物重和动滑轮重的几分之一。 用滑轮组提升物体时，省力费距离，滑轮组用几段绳子提物体，绳子自由端移动的距离s就是物体升高距离h的几倍：s=nh（n表示该担物重的绳子段数）。 （1）确定绳子的段数：根据省力情况，用来求，或根据移动距离的关系，用来求。当n不是整数时，要采用只入不舍的“进一法”处理小数位。 （2）滑轮组的绕绳方法：滑轮组绕绳采用“奇动偶定”的原则。即当承重绳子的段数为奇数时，绳子的固定端在动滑轮上；当承重绳子的段数为偶数时，绳子的固定端在定滑轮上。 乙 甲 第二节 滑轮   图示 分析 分析 斜面     轮轴 4. 斜面和轮轴 知识结构 斜面是一种可以省力的简单机械。 由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫轮，小轮叫轴。 设斜面长为l，高为h，重物重力为G，不考虑斜面摩擦，则沿斜面向上的推力，因l>h，故F<G。即在斜面高度一定时，斜面越长越省力。 轮轴的平衡公式：F₁R=F₂r，即轮半径为轴半径的几倍，作用在轮上的力就为作用在轴上的力的几分之一。 第二节 滑轮 【例题1】 如图所示，小欣同学只有一根绳子，他想把被风刮倒的甲树拉正，运用所学滑轮知识，他把绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子。在甲树被拉起的过程中（　　） A．甲树相当于定滑轮 B．乙树相当于动滑轮 C．可以省距离 D．如果不计绳重和摩擦，乙树受到200N拉力，则甲树受到的拉力为400N AB．把绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子时，甲的树干要移动，而乙树不动，乙树并非动滑轮，则甲的树干相当于动滑轮，故AB不符合题意； C．使用动滑轮可以省力，但费距离，故C不符合题意； D．拉甲树干的绳子段数是2，不计绳重和摩擦，拉甲树的力由小欣和乙树的拉力共同平均分担，如果乙树受到的拉力大小为200N，等于1段绳子的拉力，则小欣对绳子的拉力F=F乙=200 N 则甲树受到的拉力为F甲=nF=2×200N=400N故D符合题意。 D 题型训练 题型一、定滑轮与动滑轮 故选D。 判断滑轮类型的方法判断滑轮是定滑轮还是动滑轮，关键看它的轴是否和被拉物体一起移动，若一起移动，则滑轮为动滑轮；若不一起移动，则为定滑轮。另外，定滑轮常常会固定在其他不动的物体上，我们也可依据这一特点来判断滑轮是否为定滑轮。 规律总结 判断滑轮类型的方法 题型一、定滑轮与动滑轮 题型训练 题型二、滑轮组及其绕绳方式 【例题2】用滑轮组提升重物，画出最省力的绕绳方法． 滑轮组绳子的绕法，有两种：一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上，绕过下面的动滑轮，再绕过上面的定滑轮；二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上，绕过定滑轮，然后再绕过动滑轮．提升动滑轮绳子条数越多，越省力，故选第二种方法．如图所示. 题型训练 题型二、滑轮组及其绕绳方式 【例题3】在图中某同学想用40N的力拉起重为80N的物体，动滑轮重40N，请按要求画出滑轮组的绕线方法（不计绳重及摩擦）。 不计绳重及摩擦，拉力 则此滑轮组承担物重的绳子的段数为 用力方向向上，故滑轮组绳子绕法如图所示. 【例题4】用如图所示滑轮组匀速提升重为500N的物体，对绳的拉力为300N，不计绳重和摩擦，求： （1）动滑轮重力； （2）已知人的体重为 600N，拉动过程中绳始终未断裂，他用此滑轮组能提升的最大物重是多少。 （1）如图所示，2段绳子承担重力，即n=2，则动滑轮的重力为 G动=nF-G物=2×300N-500N=100N （2）向下拉时，人对绳子的最大拉力等于人的重力，即F'=G人=600N 此滑轮组能提升的最大物重是G物'=nF'-G动=2×600N-100N=1100N 题型训练 题型三、滑轮组的计算 【例题5】如图所示，物体A重90N，沿水平方向匀速拉动物体前进时，若物体A与地面间摩擦力f=30N，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦。则绳子端的拉力F是______N，当绳子自由端向左移动3米时，物体A向左移动______m。如果增大拉力F使物体加速运动，则物体A与地面间摩擦力_______（变大、变小、不变）。 由图知，滑轮组绳子的有效股数n=3，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦，绳端的拉力 绳子自由端向左移动s=3m时，物体A向左移动的距离 增大拉力F使物体加速运动，物体A对地面的压力不变、接触面的粗糙程度不变，则物体A与地面间滑动摩擦力不变。 题型训练 题型三、滑轮组的计算 不变 10 1 （1）理想状态下滑轮组的计算 在理想状态下滑轮组的计算中，不需要考虑绳重、动滑轮重及摩擦，可以直接使用，s=nh，进行相关计算。 （2）非理想状态下滑轮组的计算 在非理想状态下，需要考虑动滑轮自重，计算拉力的大小时要使用，但s=nh，仍可以继续使用。 （3）水平方向滑轮组的计算 使用滑轮组水平拉动物体时，理想状态下滑轮组用几段绳子拉着动滑轮，拉力就是物体所受摩擦力的几分之一，即。物体移动的距离与绳子自由端移动距离的关系为s绳=ns物，速度关系为。 规律总结 滑轮组的计算 题型三、滑轮组的计算 （4）反向滑轮组的受力分析 较复杂的滑轮组，常常不能直接用滑轮组公式进行分析、求解，故需要用受力分析法求解滑轮组中力的大小。此时，一般以滑轮或物体为研究对象，沿竖直方向或水平方向进行受力分析，根据物体受力平衡的条件进行求解，如图所示。 规律总结 题型三、滑轮组的计算 【例题6】轮轴是一种变形杠杆。下列实例不属于轮轴的是（　　） A． 汽车方向盘 B． 井上的辘轳 C． 水龙头开关 D． 盘山公路 题型训练 题型四、斜面与轮轴 D ABC．由轮子和轴固定在一起转动的机械，叫做轮轴。汽车方向盘、井上的辘轳、水龙头开关属于轮轴的应用，故ABC不符合题意； D．盘山公路本质上是变形的斜面，故D不符合题意。 故选D。 A B C D 第三节 功 知识结构 ①功：功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。 ②公式：功＝力×距离 W = Fs ③单位：焦，符号是 J ④公式变形：求作用在物体上的力：F=W/s 求在力的方向上移动的距离：s=W /F ①功包括两个必要因素 ：一是作用在物体上的力； 二是物体在这个力的方向上移动了距离。 ②力对物体不做功的三种情况：有力无距离；有距离无力； 力与运动距离的方向垂直。 使用任何机械都不省功，这个结论叫功的原理。 功的概念 做功的因素 功的原理 功 第三节 功 基础知识提炼 1. 功 （1）概念：如果一个力作用在物体上，并且物体在这个力的方向上移动了一段距离，在物理学中，就说这个力对这个物体做了机械功。 （2） 定义 把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功，简称功。 （3） 定义式：若用W表示功，F表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，则功的公式为 W=Fs （4） 单位 在国际单位制中，力F的单位是牛（N），距离s的单位是米（m），则功的单位就是牛·米（N·m），叫作焦耳（J）。1J=1N・m 第三节 功 基础知识提炼 2. 做功的两个必要条件 （1）做功的两个必要条件：一是对物体要有力的作用；二是物体要在力的方向上通过一定的距离。 （2） 没有做功的三种情况 （1）物体由于惯性而运动一段距离，如抛出的物体继续向前运动的过程中，人对物体不做功. （2）物体在力的作用下没有运动. 如某人提箱子而没有提起，人对箱子不做功. （3）物体运动的方向与力的方向垂直. 如物体在水平面上运动的过程中，物体的重力不做功；又如物体放在斜面上向下滑动的过程中，斜面对物体的支持力不做功. 重力G不做功 支持力F不做功 第三节 功 基础知识提炼 3. 功的原理 （1）使用斜面提升物体所做的功 利用斜面（它也是一种简单机械）提升物体不省力，但可以省力，且斜面越缓越省力。 （2）功的原理 大量的实验和探究表明，利用任何机械做功时，动力对机械所做的功等于机械克服所有阻力所做的功.也就是说，使用任何机械都不省功，这个结论叫功的原理. 第三节 功 【例题1】运动赛场上中国运动员为国争光，在下图所示体育运动中，有关力对物体做功的说法中正确的是（　　） A．甲图中，运动员下落的过程中，重力做了功 B．乙图中，离手后的冰壶向前滑行，此过程中运动员的推力对冰壶做了功 C．丙图中，跳水运动员在下落的过程中，没有力对运动员做功 D．丁图中，运动员举着杠铃保持静止的过程中，举力对杠铃做了功 A 题型训练 题型一、做功的两个必要条件 A．甲图中，运动员下落的过程中，运动员受到重力作用，并且在重力方向上通过了距离，所以重力对运动员做了功，故A正确； B．离手后的冰壶向前滑行，此过程中运动员对冰壶没有推力，推力没有对冰壶做了功，故B错误； C．丙图中，跳水运动员在下落的过程中，运动员受到重力作用，并且在重力方向上通过了距离，所以重力对运动员做了功，故C错误； D．丁图中，运动员举着杠铃保持静止的过程中，杠铃没有在举力的方向上通过距离，所以举力没有对杠铃做了功，故D错误。 故选A。 题型训练 题型一、做功的两个必要条件 （1）判断力是否做功的两个必要因素（作用在物体上的力和物体在力的方向上移动的距离）是否同时存在； （2）看是否符合三种不做功的情况，即有距离无力、有力无距离、有力有距离但力的方向与物体移动的方向垂直。 判断力对物体是否做功 规律总结 题型一、做功的两个必要条件 【例题2】如图甲是我国部分地区仍在使用的一种舂米工具，它在使用时可看成一个杠杆，它的结构示意图如图乙所示，O为固定转轴，OA长度是OB长度的两倍，在A端固定着碓头，脚踏B端使碓头在竖直方向上升高0.5m；脚从B端移开后，碓头下落击打稻谷。若碓头的质量为8kg，摩擦和杠杆自重均忽略不计。求：（g取10N/kg） （1）脚竖直向下施力，使碓头竖直匀速抬起，这个过程中脚需要施加力的大小； 题型训练 题型二、功的计算 （2）碓头下落0.5m的过程中，重力对碓头所做的功。 （1）碓头的重力G=mg=8kg×10N/kg=80N 碓头匀速上升的过程中，碓头的重力为阻力，脚踏B端的力为动力，因为OA长度是OB长度的两倍，所以动力臂l1为阻力臂l2的0.5倍，由杠杆平衡条件 可得 （2）碓头下落0.5m的过程中，重力对碓头所做的功 W=Gh=80N×0.5m=40J 题型训练 题型二、功的计算 第四节 功率 知识结构 ①时间相同，比较做功的多少，做功多的做功快。 ②做功相同，比较做功的时间，时间短的做功快。 ③功与时间都不同，用“功/时间 ”可比较做功的快慢。 ①物理意义：表示做功快慢的物理量。 ②定义：功与做功所用时间的比叫作功率。 ③公式： 功率 ④单位：国际单位是瓦特，1W=1J/s 常用单位有：kW、MW 1kW=103W，1MW=106W ⑤功率计算的推导公式： P=W/t=Fs/t =Fv ①实验原理：P=W/t. ②实验器材：体重计、刻度尺、停表。 ③实验步骤：测质量、测时间、测高度；表达式P=mgh/t 功率 比较做功快慢方法 功 率 测量功率 第四节 功率 基础知识提炼 1. 功率 （1）物理意义：功率是表示物体做功快慢的物理量。 （2） 定义：物理学中，将功与做功所用时间的比，叫作功率。 （3） 定义式： 若用P表示功率，用W表示功，用t表示时间，则功率的公式P （4） 单位 国际单位制，功的单位是焦（J），时间的单位是秒（s），功率的单位是焦/秒（J/s）； 叫作瓦特（W），1W=1J/s 在工程技术中，常用千瓦（kW）、兆瓦（MW）等作为功率的单位. 1 MW=103 kW=106 W 第四节 功率 基础知识提炼 （5）功率的推导式： P=Fv F 表示作用在物体上的力，v表示物体在力F方向上运动的速度。 推导式表明，当P一定时，F与v成反比，即减小速度可以增大动力。汽车在上坡时要减速，在汽车功率一定时，减小速度就可以增大汽车的牵引力，使汽车容易上坡。 第四节 功率 基础知识提炼 2. 估测上楼时的功率 （1）原理：P 上楼时，人克服自身重力做功。当人匀速上楼时，楼梯对人的支持力F=G=mg，W=mgh， P = （2）比较同学上楼时功率大小的方案 方案一：做功相同时，比较做功时间的多少； 方案二：做功时间相同时，比较做功的多少； 方案三：比较做功与做功时间比值的大小. （3）直接测量的物理量及其测量工具 用体重计测出人的质量m，用卷尺测出人 上楼的高度h，用秒表测出人上楼的时间t. （4）记录数据的表格 姓名 李同学 王同学 同学的质量m/kg 上楼的高度h/m 上楼的时间t/s 上楼的功率P/W 第四节 功率 基础知识提炼 3. 功和功率的比较   功 功率 概念 力与物体在力的方向上移动的距离乘积 功与做功所用时间之比 物理意义 表示物体做功的多少 表示物体做功的快慢 符号 W P 计算公式 W=Fs P=W/t 决定因素 力F、物体在力F方向上移动的距离s 功W、做功所用时间t 单位 焦耳（J） 瓦特（W） 联系 W=Pt 第四节 功率 【例题1】在自由下落过程中物体运动速度会越来越快，一个物体由A点自由下落，相继经过B、C两点，已知AB＝BC，如图所示，物体在AB段重力做功W1，做功功率P1；在BC段重力做功W2，做功功率P2，则下列关系正确的是（　　）     A．W1＜W2      P1＜P2 B．W1＝W2    P1＞P2 C．W1＝W2     P1＜P2 D．W1＞W2    P1＞P2 C 已知AB=BC，根据W=Gh可知，物体在AB段和BC段做的功相等，即W1=W2；由于小球在自由下落时做加速运动，根据得t=s/v可知，小球在BC段运动的时间短，根据公式P=W/t可知，物体在AB段重力做功功率小于BC段重力做功功率，即P1˂P2。 故选C。 题型训练 题型一、功率的概念 题型训练 题型二、功率的计算 【例题2】下列估测中，你认为最接近实际的是（　　） A．从地面上将物理书捡到桌面上，克服物理书重力做的功约为200J B．小明在中考体育跳绳中获得合格的成绩，他跳绳的功率约为10W C．一位学生从地面上拿起一个鸡蛋并把它缓慢举过头顶过程中做的功约为1J D．一位初中生以正常速度从一楼登上三楼，登楼的功率约为15W C 题型训练 题型二、功率的计算 A．一本物理书的重力约G=mg=0.2kg×10N/kg=2N，书桌高度约0.8m，捡书过程克服书的重力做的功W=Gh=2N×0.8m=1.6J，故A不符合题意； B．小明的重力约为500N，每次跳绳高度约为5cm=0.05m，中考体育跳绳的合格成绩约为1min跳180次，考试过程所做的功约为 W1=180G1h1=180×500N×0.05m=4500J 跳绳的功率P=W/t=4500J/60s=75W C．两个鸡蛋的重力约为1N，将其举过头顶的高度约为2m，这个过程对鸡蛋的做的功约为W2=G2h2=0.5N×2m=1J，故C符合题意； D．中学生的重力约为500N，一层楼的高度约为3m，从一楼到三楼的高度约为6m，上楼时间约为20s，此过程做的功W3=G3h3=500N×6m=3000J，功率约为P=W/t=4500J/20s=150W，故D不符合题意。 故选C。 题型训练 题型二、功率的计算 【例题3】一辆小轿车以15m/s的速度在水平路面上匀速直线行驶，受到的阻力是1200N。小轿车沿水平路面匀速直线行驶600m后驶上一个斜坡。设行驶过程中小轿车的功率始终保持不变。求： （1）在水平路面上匀速直线行驶600m，小轿车牵引力所做的功； （2）行驶过程中小轿车的功率； （3）小轿车上坡后行驶速度降为10m/s，则牵引力变为多大？ 题型训练 题型二、功率的计算 （1）轿车沿水平方向做匀速直线运动，则 小轿车牵引力所做的功 W=Fs=1200N×600m=7.2×105J （2）小轿车的功率P=W/t=Fv=1200N×15m=1.8×104W （3）行驶过程中小轿车的功率始终保持不变， 即P2=P1=1.8×104W 由P＝Fv得，牵引力变为 第五节 机械效率 知识结构 ①有用功：提升重物时，将重物提升一定高度所做的功. ②额外功：克服机械的自重和摩擦力等因素而做的功. ③总功：人拉绳所做的功.W总= W有+ W额. ①定义：有用功与总功的比值叫作机械效率. ②计算公式：机械效率 η= ； η＜1，用百分数表示. ①影响因素：提升的物重、机械自身重、部件间的摩擦. ②提高方法：被提升的物重越大、机械自身重力越小、部件间的摩擦力越小，机械效率越高. 有用功和 额外功 机械效率 滑轮组的 机械效率 机械效率 第五节 机械效率 基础知识提炼 1. 有用功、额外功和总功 （1）有用功 在使用机械做功时，对人们有用的功，叫作有用功. 一般是机械对物体的拉力所做的功. （2）额外功 在使用机械做功时，对人们没有用但又不得不做的功，叫作额外功. 一般是克服动滑轮的重力，辅助器材（如绳子、装物体的器具等）的重力和机械内部的摩擦力所做的功. （3）总功 在使用机械做功时，动力对机械所做的功叫作总功. W总=W有用+W额外 第五节 机械效率 种类 滑轮组 斜面 杠杆 图示 有用功 额外功 总功 三者关系 基础知识提炼 （4）三种简单机械的有用功、额外功和总功 F W有=Gh W有=Gh W有=Gh 若不计绳重及摩擦： W额=G动h W额=fl 若不计摩擦：W额=G杆h杆 W总=Fs W总=Fl W总=Fs W总=W有+W额 第五节 机械效率 基础知识提炼 2. 机械效率 （1）物理意义：机械效率是表示机械做功性能优劣的物理量。 （2） 定义：物理学中，将有用功与总功的比值叫作机械效率。 （3）定义式：η = ×100% （4）提高动滑轮和滑轮组机械效率的方法 根据W总=W有用+W额外 和η = ×100%可得：η = ×100% 由上式可知，当W有用一定时，减小W额外可以增大η ；当W额外一定时，增大W有用可以增大η。 具体方法有：①尽量使用轻质动滑轮；②在滑轮的转轴处加润滑油，以减小轮与轴之间的摩擦；③在机械强度允许的前提下，尽量增大被提升的物重，使动滑轮或滑轮组在满载的情况下工作。 第五节 机械效率 机械 图示 计算公式 滑轮组 F 竖直提高物体 基础知识提炼 3. 一些机械的机械效率 水平拉动物体 = 不计绳重、摩擦时： = = = f 为物体与水平面的摩擦力 n为动滑轮上的绳子股数 第五节 机械效率 机械 图示 计算公式 斜面 杠杆 基础知识提炼 3. 一些机械的机械效率 = 第五节 机械效率 基础知识提炼 4. 功、功率和机械效率的比较 物理量 意义 定义 符号 公式 单位 说明 功 做功的过程即 能量转化的过程 W W=Fs J 功率 表示物体 做功的快慢 功与做功 时间之比 P P=W/t W 机械效率 反映机械做功 性能的好坏 有用功与 总功之比 η 无 （1）功率大小由功和时间共同决定，单独强调任何一方面都是错误的。 （2）功率和机械效率是两个不同的物理量，它们之间没有直接关系。 力与物体在力的方向上移动距离的乘积 第五节 机械效率 题型训练 题型一、有用功、额外功和总功 【例题1】如图所示，用不同的方法把同一个重物搬运到同样高度的车厢内。从做功的角度分析，两种方法_______ 一定相同，______可能不同 （选填“有用功”或“总功”）。 总功 有用功 两种方法中，物体重力G相同、被提高的高度h也相同，由W=Gh可知，两种方法有用功一定相同，而两种方法中，人对物体的作用力大小无法确定，所以所做的总功无法确定，所以总功可能不同。 【例题2】如图示是在生产力比较低下的时期，人们从人工挖的水井中获取生活用水时使用的辘轳和水桶。我们可以看出，辘轳工作时相当于简单机械中的 ______；当使用辘轳从井中提水时，对桶做的功是______；如果打水时操作不当，把水桶掉进水井中，人们把水桶打捞上来时，水桶中有泥沙和水，此时对水桶做的功是______。（后两空选填“总功”、“有用功”或“额外功”） 古代的辘轳实际上是简单机械中的轮轴，由于轮半径大于轴半径，在使用时，动力作用在轮上，可以省力，辘轳本质是可以连续转动的省力杠杆。 当使用辘轳从井中提水时，目的是提水，对水做的功是有用功，对桶做的功是额外功。 如果打水时操作不当，把水桶掉进水井中，人们把水桶打捞上来时，目的是捞桶，所以对水桶做的功是有用功。 题型训练 有用功 轮轴 额外功 题型一、有用功、额外功和总功 【例题3】关于功率、机械效率的说法正确的是（　　）。 A．功率大的机器做功一定多 B．额外功占总功比值小的机器机械效率高 C．做功多的机器机械效率一定高 D．功率大的机器做功时间一定短 B A．功率是指做功的快慢，功率大的机器做功并不一定多，故A错误； B．根据机械效率公式 η = = 可知额外功占总功比值小的机器，有用功占比大，则其机械效率高，故B正确； C．做功多的机械，额外功不一定小，机械效率不一定高，故C错误； D．功率大的机器说明做功快，但做功时间不一定短，故D错误。 故选B。 题型训练 题型二、机械效率的概念 题型三、滑轮组的机械效率 【例题4】用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，相同时间把相同的重物匀速提升相同的高度。若不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（　　） A．绳子受的拉力F1和F2大小相等 B．滑轮组的机械效率相同 C．拉力对滑轮组所做的功不相等 D．拉力对滑轮组所做的功的功率不相等 B 题型训练 题型训练 A．甲滑轮组中动滑轮上有2段绳子，则拉力 F1= ， 乙滑轮组中动滑轮上有3段绳子，则拉力 F2= ，所以 F1＞F2 ，故A错误； BC．因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，不计绳重及摩擦时，滑轮组的额外功相等W额＝G动h，均等于克服动滑轮重力做的功；做的有用功也相等W有用＝G物h，则滑轮组的机械效率相等，故B正确； D. 拉力做的总功相同，所以在相同时间内拉力对滑轮组所做的功的功率也相等，故D错误。 故选B。 题型三、滑轮组的机械效率 【例题5】小明用如图所示滑轮组将一个放在水平地面上的物体匀速拉动，物体用时2s移动了4m，物体重为2000N，运动过程中物体受到的摩擦力为450N，绳子自由端受到的拉力F为200N。下列说法正确的是（　　） A．绳子移动了12m B．该装置的有用功是8000J C．拉力的功率是400W D．该装置的机械效率70% A 题型训练 题型三、滑轮组的机械效率 A．由图可知滑轮组的动滑轮绕绳子的段数n=3， 绳子移动的距离s绳=ns物=3×4m=12m 故A 正确； B．该装置的有用功为物体克服摩擦力做的功，即 W有=fs物=450N×4m=1800J，故B错误； C．拉力做的功W=Fs绳=200N×12m=2400J 拉力的功率 ，故C错误； D．该装置的机械效率 故D错误。故选A。 题型训练 题型三、滑轮组的机械效率 题型训练 题型三、滑轮组的机械效率 【例题6】如图是工人师傅用滑轮组提升建筑材料的示意图，在300N的拉力作用下，使质量为63kg的建筑材料以0.2m/s的速度匀速竖直上升，不计绳重和摩擦，求： （1）请你画出滑轮组的绕线； （2）拉力的功率； （3）滑轮组的机械效率； （4）动滑轮的重力。 题型训练 题型三、滑轮组的机械效率 （1）建筑材料的重力G=mg=63kg×10N/kg=630N 不计绳重和摩擦，根据F＝ （G＋G动）可知， 承担物重的绳子段数 由此推测承担物重的绳子段数n为3，滑轮组的连接方式如图： （2）拉力的功率 P=W/t=Fv=300N×3×0.2m/s=180W （3）由题意可知，滑轮组的机械效率 ＝70%. （4）根据 F=（G＋G动）/n可知，动滑轮的重力 （1）分别求出W有、W总，可利用下列公式计算： （2）已知绕绳方式，可利用下列公式计算： （3）对不计绳重及摩擦的竖直方向的滑轮组，运用公式直接计算： 计算滑轮组机械效率的常用方法 规律总结 题型三、滑轮组的机械效率 = = （水平拉物体） = 题型四、斜面的机械效率 【例题7】如图所示，斜面高为1m，长为4m，用沿斜面向上大小为75N的拉力F，将重为200N的木箱由斜面底端匀速缓慢拉到顶端，下列关于做功的判断正确的是（　　）。 A．木箱受到的重力做功的大小为800J B．拉力F对木箱做功的大小为300J C．木箱受到的合力做功的大小为125J D．木箱受到斜面的支持力做功的大小为200J B 题型训练 题型训练 A．由题意知，木箱的重力G=200N，斜面高h=1m，则克服重力做功 W有用=Gh=200N×1m=200J，故A错误； B．拉力F做的功W总=Fs=75N×4m=300J，故B正确； C．木箱沿斜面匀速缓慢运动，处于平衡状态，则木箱所受合力为零， 由W=Fs可知，合力做功大小为0J，故C错误； D．木箱移动方向与支持力方向垂直，木块没有在支持力的方向上通过一定的距离，所以斜面的支持力做功为0J，故B错误。 故选B。 题型四、斜面的机械效率 题型五、杠杆的机械效率 【例题8】如图所示，一根均匀的细木棒OC，，B为OC的中点。小明在C点施加始终竖直向上的拉力F，将挂在A点的重为180 N的物体匀速提升0.2 m，木棒的机械效率为90%，不计摩擦和绳重。求： （1）提升该物体做的有用功； （2）拉力F所做的功； （3）木棒的重力。 题型训练 题型训练 （1）提升该物体做的有用功W有=Gh=180N×0.2m=36J （2）拉力F所做的功     （3）克服木棒重力做的额外功W额=W总-W有=40J-36J=4J 因为，B为OC的中点，所以OB=2OA 由相似三角形的知识可知，当物体上升0.2 m时，B点（重心）将上升h'=0.4m 不计摩擦和绳重，木棒的重力 题型五、杠杆的机械效率 题型六、测量滑轮组的机械效率 题型训练 【例题9】小明“测滑轮组机械效率”的实验，用图甲所示的装置匀速提起重物，并做了如下实验记录： （1）对小明的实验记录进行有关分析，就会发现他的实验结果是违背物理规律的，其表现在于______； （2）小明重做实验，弹簧测力计的示数如图乙所示，请你计算该滑轮组的机械效率为______； （3）如果增加钩码，此滑轮组的机械效率将______ （选填“变大”“变小” 或“不变”）。 变大 钩码重 G（N） 钩码上升的 高度h（m） 测力计拉力 F（N） 测力计移动 的距离s（m） 2 0.1 0.4 0.3 实际机械效率大于100% 83.3% 题型训练 （1）由表格中数据得，滑轮组的有用功为 W有=Gh=2N×0.1m＝0.2J 总功为W总=Fs=0.4N×0.3m=0.12J 机械效率为＝167%＞100%. 故实验结果违背物理规律。 （2）由图得，弹簧测力计的分度值为0.2N，示数为0.8N， 总功为Wʹ总=Fs=0.8N×0.3m=0.24J 机械效率为＝83.3%. （3）若增加钩码，滑轮组的有用功增大，额外功不变，机械效率将变大。 题型六、测量滑轮组的机械效率 滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升物体G升高h时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对滑轮组的拉力F做的功为总功，F移动的距离s=nh（n为与动滑轮相连绳子的段数），则滑轮组的机械效率 若不计摩擦力，而动滑轮的重为G动，那么提升动滑轮做的功就是额外功，则滑轮组的机械效率还可表示为 讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组（G动一定），提升重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。 规律总结 影响滑轮组机械效率的因素 题型六、测量滑轮组的机械效率 = = = Lavf59.27.100 $$