专题02 简单机械 功和能（考点串讲）-2024-2025学年八年级物理下学期期末考点大串讲（沪科版（五四制）2024）

沪科版（五·四学制） 八年级下学期 期末考点大串讲 专题02 简单机械 功和能 01 02 03 04 05 CONTENTS 功与功率 杠杆 滑轮 机械能及其转化 机械效率 PART ONE 杠杆 如图 8-1-2（a）所示，用硬棒（可选择直尺或铅笔）和橡皮撬动 课本，观察撬课本的过程；结合生活中的切纸刀、开瓶器［图 8-1-2（b ）（c）］等工具，分析这些工具在使用时有什么共同的特点？ 杠杆 1.定义：图 8-1-2 中的工具在使用时，可以看作为一根在力的作用下绕固定点转动的硬棒，我们把它叫做杠杆。 注意: （1）“硬棒” 是指在力的作用不发生形变。 （2）杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。如前面我们提到的用硬棒提水。 O l1 2.杠杆五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂 （1）支点：杠杆绕着转动的固定点，用O表示。 （2）动力：促使杠杆转动的力（通 常将人对杠杆的作用力视为动力），用F1表示。 （3）阻力：阻碍杠杆转动的力，用F2表示。 （4）动力臂：从支点到动力作用线（通过力的作用点沿力的方向所引的直线）的距离，用l1表示。 （5）阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，用l2表示。 l2 F1 F2 3. 力臂的画法 l2 l1 B F2 O F1 A F2 B O A F1 1. 找出支点的位置 3. 从支点作动力、阻力作用线的垂线 2. 确定动力、阻力作用线 4. 标垂足，定力臂 1.杠杆的平衡：如果杠杆静止不动或绕支点匀速转动，杠杆就处于平衡状态。 如图 8-1-4 所示的托盘天平、杆秤等工具在使用时也可以看作为杠杆，并且在杠杆处于水平静止的状态下完成物体质量的测量。 杠杆的平衡条件 大量实验表明，杠杆的平衡条件为 动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂 即 F1l1 = F2l2 1.省力杠杆 (1)示意图：如图所示 (2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。用较小的动力就可以克服较大的阻力。（l1>l2， F1<F2） 大于 小于 (3)常见的省力杠杆：瓶盖起子、羊角锤起钉子、独轮车、钳子等。 杠杆的应用 2.费力杠杆 (1)示意图：如图所示 (2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。动力作用点移动较小的距离就可以使阻力作用点移动较大的距离。（l1<l2， F1 >F2） 大于 小于 (3)常见的费力杠杆：镊子、缝纫机脚踏板、钓鱼竿、筷子夹菜、皮划艇的桨、扫帚扫地等。 3.等臂杠杆 (1)示意图：如图所示 (2)特点：动力臂______阻力臂，平衡时动力______阻力。这样的杠杆既不省力也不费力。（L1=L2， F1=F2） 等于 等于 (3)常见的等臂杠杆：天平、定滑轮。 PART TWO 滑轮 1.滑轮是周边有槽，能绕着中心轴转动的轮子。将绳嵌在槽内，拉动绳子，滑轮便可绕轴转动。 轴 轮 槽 滑轮 2.滑轮有两种分类： 使用时，轴固定，不随物体一起移动的滑轮叫做定滑轮（图 8-2-2 ）；轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮（图 8-2-3 ）。 使用定滑轮时的特点 用定滑轮匀速提升物体时，可以改变用力的方向，但不能省力，物体和绳子提拉端移动的距离相等。 可以改变力的方向是指： 拉力的方向与物体运动方向相反（或不同）。 物体运动方向 拉力方向 定滑轮、动滑轮的特点 用动滑轮匀速提升物体时，若忽略动滑轮自重和摩擦，且滑轮两侧绳子都沿竖直方向，则可以省一半力，绳子提拉端移动的距离是物体移动距离的2 倍，但不能改变用力的方向。 使用动滑轮时的特点 如图 8-2-5（a）所示，定滑轮可以看作为 一个等臂杠杆，滑轮的轴就是杠杆的支点 O，杠杆的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径。如图 8-2-5（b）所示，即使改变施力方向，动力臂 和阻力臂仍然等于滑轮的半径。 定滑轮、动滑轮的实质 如图 8-2-6 所示，动滑轮可以看作为一个省力杠杆，O 为杠杆的支点，滑轮的轴为阻力的作 用点，被提升的物体对滑轮轴的作用力是阻力， 绳子提拉端对滑轮的作用力是动力。若两侧绳子 都沿竖直方向，则阻力臂等于滑轮的半径，动力臂等于滑轮的直径。 滑轮在日常生活中有着广泛的应用。升国 旗时，人只需站在地面不断向下拉绳子，国旗就能随着另一侧的绳子上升，这是利用旗杆顶部的定滑轮可改变用力方向实现的。建筑工人利用动滑轮可以较省力地将建筑材料提升至高处（图 8-2-7 ）。 PART THREE 功与功率 物理学中规定，如果一个力作用在物体上， 并使物体在这个力的方向上移动了一段距离，就称这个力对物体做了机械功， 简称做功。 1.做功的概念： 2.做功的两个必要因素： 一是作用在物体上的力，二是物体在这个力的方向上移动的距离。 这两个因素中，缺少任何一个都不能说力对物体做了功。 做功 人用力搬着书不动 F≠0 S＝0 没有做功（有力没有距离） 冰壶在平滑的冰面上滑行 F＝0 S≠0 没有做功（有距离没有力） 3.不做功的三种情况： s F≠0 S≠0 力的方向与运动方向垂直 没有做功 （力与距离垂直） 不做功的三种典型情况 F≠0,S＝0 有力无距离（劳而无功） F＝0,S≠0 无力有距离（不劳无功） F≠0,S≠0 有力有距离，但力和距离垂直（垂直无功） 如图 8-3-4 所示，如果用 F 表示力，s 表示物体在力 F 的方向上移动的距离，那么这一过程中力 F所做的功 W 等于 F 与 s 的乘积，W = Fs. 功的计算 牛（N） 米 （m） 焦耳（J） W =Fs 1.公式： 2.单位： 1J＝1N . m 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳:(1818－1889)英国物理学家 把1个鸡蛋举高2m，做的功大约是1J 物理意义：1 N的力使物体在力的方向上通过1m的距离时所做的功为1 J。 在国际单位制中，力的单位是牛（N），距离 的单位是米（m ），功的单位就是牛 · 米（N·m ）。 为了纪念英国物理学家焦耳（对物理学的突出贡献，把牛 · 米（N·m ） 叫做焦耳，简称焦，符号是 J。 (1) 使用W＝Fs 时，统一使用国际单位制中的单位。 (2)做功的多少只由W＝Fs 决定，与物体的质量、速度、运动方向、是否有摩擦无关。 (3)利用公式进行计算时，力的大小和方向是不变的，若力的大小和方向是变化的，应分过程计算。 (4)公式W＝Fs 的运用: ①同体性：力和物体移动的距离必须对应同一物体。 ②同时性：力和物体移动距离必须对应同段时间。 ③同向性：公式中的F与s必须在同一直线上; 4.运用公式时必须注意的几个问题： 如图 8-3-5 所示，在相同时间内，起重机运 送的砖比人运送的多，说明起重机做的功比人做的功多。如图 8-3-6 所示，起重机和人运送同样数量的砖，做相同的功，起重机所用时间短。以上两种情形都表明相对于人，起重机做功更快。 功率 比较做功快慢的方法 做功相同时，比较所使用的时间的多少。 时间相同时，比较做功的多少。 做功和时间都不相同，如何比较呢？ 比较运动快慢的方法 路程相同时，比较所使用的时间的多少。 时间相同时，比较路程的多少。 路程和时间都不相同，如何比较呢？ 选取时间为标准进行比较 V＝ S t 所做的功 时间 1. 运动的快慢用速度描述。与之类似，我们可以用做功的“速度”— 功率表示做功的快慢． 2.功率的定义：物理学中，将功与做功所用时间之比叫做功率 ，用 P 表示． 功率在数值上等于单位时间内所做的功. 3.公式: 国际单位：焦/秒 常用单位:千瓦(kW)、兆瓦(MW): 1W=1J/s; 1kW=103W，1MW=103kW 4.单位: 在国际单位制中，功的单位是焦（J），时间的单位是秒（s），则功率的单位是焦 / 秒（J/s）。 为了纪念英国发明家、工程师瓦特在改进蒸汽机方面所作的重要贡献， 我们把焦/ 秒（J/s）叫做瓦特，简称瓦，符号是W。 瓦特James Watt 英国发明家（1736-1819） 生活中一些常见的功率如图 8-3-7 所示。 功率的计算 t W 1. P = ①使用公式时，一定要注意三个量的对应关系，功W一定是对应的时间t内完成的，这样算出来的功率才是时间t内的功率。 ②由P=W/t 计算出的功率是平均功率 ，即在时间t内的平均功率。 W——某个力做的功——焦耳（J） t——做这些功所用的时间——秒（s） P——这个力做功的功率—瓦特（W）或焦耳每秒（J/s） W=Pt t= W P 2.功率的推导式： P = W t = Fs t = Fv 物体受拉力F，沿拉力方向做匀速直线运动时，拉力F的功率： P=FV 1 W = 1N · m/s F表示物体受的力，v表示物体的运动速度。 适用条件：物体做匀速直线运动，F与v在同一条直线上。 想想议议 为什么汽车上坡时，司机经常用换挡的方法减小速度？ 为什么同样一辆机动车，在满载时的行驶速度一般比空载时小得多？ 由P=Fv可知，当功率P一定时，速度v越小，力F越大；当力F一定时，功率P越大，速度v越大；当速度v一定时，功率P越大，力F越大。 分析：机车发动机的功率是一定的，牵引力的大小和运动速度成反比。减少车辆的速度就会使车辆的牵引力增大。 PART FOUR 机械能及其转化 1.如果一个物体能够对外做功，表示这个物体具有能量，简称能。. 流动的水推动皮筏 拉弯的弓把箭射出 滚下的巨石砸毁路面 流动的水具有能量 拉弯的弓具有能量 山顶的巨石具有能量 2.一个物体能够做的功越多，这个物体的能量就越大。 能量 3.单位：在物理学中，能量与功的单位一样，也是焦耳，简称焦，符号是J。 湍急的流水能推动水车对水车做功，具有能量。 飞行的子弹能穿透苹果，对苹果做功，具有能量。 呼啸的海浪有时会冲坏海堤、推到房子；弹出去的玻璃球能把静止的球弹的远远的……这些现象说明了运动的物体有对其他物体做功的能力，也就是说运动的物体具有能量。 风吹动船帆使船航行，流动的空气具有能量。 动能 1.定义：物体由于运动而具有的能量，叫做动能。 一切运动的物体都具有动能。 小鸟和飞机迎面相撞时，能量大到足以击落飞机，那么物体的动能大小跟哪些因素有关呢？ 猜想：汽车速度越大，出事故时破坏就越严重；一辆汽车以同一速度运动，重载比空载时出事故更严重，因此动能的大小可能与物体的速度、质量等因素有关。 如图 8-4-3 所示，从斜面上向下运动的小球撞击水平面上的木块后，能推动木块沿水平面运动一段距离，小球把木块推得越远，说明小球对木块做的功越多，小球原先具有的动能就越大。 自主活动 探究动能大小的影响因素 1. 将同一小球分别从斜面上不同高度的两处由静止释放，撞击水平面上的木块。两种情况下，小球运动到水平面上时的速度大小相等吗？ 比较两种情况下木块移动的距离，你能得出什么结论？ 探究动能与速度的关系 结论：物体的动能与物体的 有关， 越大，物体的动能越大。 速度 速度 结论： 物体的动能与物体的 有关， 越大，物体的动能越大。 质量 质量 从同一高度滚下是为保证小球到达平面的速度一样。 2. 将两个质量不同的小球分别从斜面上同一高度处由静止释放，撞击水平面上的木块。两种情况下，小球运动到水平面上时的速度大小相等吗？比较两种情况下木块移动的距离，你能得出什么结论？ 探究动能与质量的关系 大量实验和研究表明，物体的动能大小与它的速度和质量都有关系。质量相同的物体，速度越大，动能越大；速度相同的物体，质量越大， 动能越大。 1.重力势能：物理学中把物体由于受重力作用而具有的与高度有关的能量叫做重力势能。 水滴石穿，表明位于高处的水具有能量。 从高空落下的陨石把地面砸出一个大坑.表明位于高处的陨石具有能量。 举高的重锤能具有重力势能，把木桩打入地下。 物体具有的重力势能的大小跟什么因素有关呢？ 问题 势能 如图 8-4-4 所示，让高处的重物自由下落，观察重物陷入沙中的深度。 1. 将同一重物分别从不同的高度由静止落下，比较重物陷入沙中的深度，你能得到什么结论？ 自主活动 探究重力势能大小的影响因素 结论： 物体的重力势能与物体的 有关， 越高，物体的重力势能越大。 所处的高度 位置 2. 将质量不同的重物分别从同一高度由静止落下，比较重物陷入沙中的深度，你又能得到什么结论？ 结论： 物体的重力势能与物体的 有关， 越大，物体的重力势能越大。 质量 质量 大量实验和研究表明，物体的重力势能与其质量和所处位置的高度有关。高度相同的物体， 质量越大，重力势能越大；质量相同的物体，位置越高，重力势能越大。 2.弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量叫做弹性势能。 拉弯的弓具有弹性势能 发生形变的网球拍具有弹性势能 压弯的跳板具有弹性势能 拉紧的弓一旦释放便能把箭射出，说明发生弹性形变的弓也具有能量，可以对箭做功。 如图 8-4-6 所示，将弹簧左端固定，用小车向左压缩弹簧，弹簧的弹性形变越大，小车释放后被弹得越远，说明弹性形变大的弹簧具有的弹性势能大。 重力势能和弹性势能统称为势能。 机械运动中，物体往往同时具有动能和势能。图 8-4-7 中沿高坡下滑的滑雪运动员，因运动而具有动能，也因受重力作用而具有重力势能。物理学中将动能和势能统称为机械能 ，物体的机械能就是其动能与势能的总和。 一个物体可以既有动能，又有势能，如飞行中的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高空而具有势能，把这两种能量加在一起，就是它的机械能。 大量的事实说明,动能和势能可以相互转化. 飞行中的飞机 机械能 动能 势能 重力势能 弹性势能 动能和势能的相互转化 如图 8-4-8 所示，小滑块自光滑斜面由静止下滑至水平面的过程中，高度降低，速度增大。小滑块的重力势能转化为动能。 1. 动能和重力势能的相互转化。 2.动能和弹性势能的相互转化。 (1)弓的弹性势能哪里去了？ 拉开的弓把箭射出去 ,弓的弹性势能减小,箭的动能增大,弓的弹性势能转化为箭的动能. (2) 弹簧门在推开以后为什么能自己关闭？ 推开弹簧门的过程,动能转化为弹簧的弹性势能;弹簧门自动关闭的过程,弹簧的弹性势能转化为门的动能. 3.动能、重力势能、弹性势能的相互转化 (1)动能和势能的相互转化，使撑杆跳高的运动员完成了助跑、撑杆、跨杆、落地的过程。 运动员助跑尽量增大动能,在起跳瞬间,使撑杆发生弹性形变,把自身的动能转化为撑杆的弹性势能.在撑杆恢复原状的过程中,撑杆的弹性势能转化成运动员的动能,动能又不断地转化为运动员的重力势能.在下落的过程中高度逐渐降低,速度越来越大,重力势能转化为动能。 运动员持竿助跑、撑竿起跳过程中，运动员的动能转化为运动员的重力势能和撑竿的弹性势能（图 8-4-9 ）。 教材中的持竿助跑、撑竿起跳过程分析 在物体自由下落时，重力对物体做功，物体的重力势能减少，动能增加，部分势能转化为动能。人举高物体，物体的重力势能增加，在这个过程中人对物体做功，而人自身消耗一定的能量，我们也将这一过程称为克服重力做功，人体的能量转化为重力势能。 从做功的角度分析能量的转化 PART FIVE 机械效率 迄今为止，人类所有的实践表明，为了达到同一效果，使用机械所做的功都不会少于不用机械所做的功，也就是使用任何机械都不能省功。这是一个普遍的结论，对任何机械都适用。 使用任何机械都不能省功 在图 8-5-2 中，使用动滑轮提升重物时， 除了要克服重物的重力做功，同时也需要克服动 滑轮本身所受的重力而多做一些功。 其中，使重物上升所做的功是有用的，是必须做的功，这部分功叫做有用功W有用；除了有用功以外，其他的功叫做额外功 W额外 ，额外功通常来自克服机械部件间的摩擦以及克服机械自重所做的功；最终拉力所做的功是有用功与额外功的总和，叫做总功W总，即 W总 = W有用 + W额外 有用功、额外功、总功 实际情况下，使用任何机械都不可避免地要做一些额外功，有用功只是总功的一部分，有用功在总功中所占比例越大，机械对外界输入能量的利用程度就越高，也就是机械工作的效率越高。物理学中把有用功与总功之比叫做机械效率，通常用百分率表示，符号是 η,即 机械效率 机械效率 1.定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率。 2.公式： 3.意义： 表示机械做功时，有用功在总功中所占的比例，是机械性能的重要指标。 4.因为 W有用 < W总 ，所以， η < 1。 机械效率一般用百分率表示，没有单位 5.一些机械的机械效率 柴油机:28%～40% 起重机:40%～50% 抽水机:60%～80% 适当增大物重 ①减小机械自重； 使用较轻滑轮 ②减小机械摩擦； 定时润滑 ③增大有用功。 6.怎样才能提高机械的效率（减少额外功） 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING $$