第十一章 简单机械和功（知识清单）物理苏科版2024九年级上册

第十一章 简单机械和功（知识清单） 思维导图 第1节 杠 杆 一、杠杆 1. 杠杆的定义：在力的作用下，可绕一固定点转动的硬棒称为杠杆。 2. 杠杆的五要素： （1）支点：杠杆绕着转动的固定点 （2）动力：促使杠杆转动的力 （3）阻力：阻碍杠杆转动的力 （4）动力臂：支点到动力作用线的距离 （5）阻力臂：支点到阻力作用线的距离 3. 画力臂的方法 ①定点线：确定支点和作出力的作用线 ②做垂直：过支点画力的作用线的垂线 ③标力臂：用虚线、大括号和字母表示力臂 4.已知力臂画力的方法 ①作用线：画出力臂的垂线，就是力的作用线 ②作用点：力的作用线与杠杆的交点就是力的作用点。 ③定方向：定方向的方法：动力与阻力使杠杆转动的方向相反。 二、杠杆平衡条件 【设计实验】 （1） 实验器材：杠杆、钩码、弹簧测力计、铁架台 （2） 测量的物理量： ①动力和阻力。 ②动力臂和阻力臂。 【进行实验与收集数据】 （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，使杠杆在 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是F2阻力，阻力臂为l2。 （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。 【分析与论证】 （1）比较1、2两组数据，发现动力与动力臂、阻力与阻力臂的之和相等。但这样处理是错误的。原因是： 不同物理量之间不可以相加 ； （2）比较1、2、3组数据，发现动力与动力臂的 乘积 、阻力与阻力臂的 乘积 是相等的。 【实验结论】 杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂 公式： F1l1=F2l2 变形公式： F1/F2=l2/l1 变形公式解读：力的比值与力臂的比值成反比。也就是力的比值为1:2，力臂的比值就为2:1。力臂的比值为3：4，力的比值就为4：3。 【交流讨论】 （1）杠杆的调平方法：哪边高往哪边调。实验过程中不能调节平衡螺母。 （2）在水平方向上平衡的原因：a消除杠杆自身重力对实验的影响，b便于直接读出力臂。 （3）多次实验的目的：防止实验具有偶然性，得出普遍规律。 （4）弹簧测力计必须在竖直方向上施力。不然力臂会变小。 三、杠杆平衡条件的应用 1. 杠杆的分类。 （1）费力杠杆：动力臂小于阻力臂，则动力大于阻力，使用这类杠杆费力，但省距离。如： 筷子 扫帚 钓鱼竿 （2）省力杠杆：动力臂大于阻力臂，则动力小于阻力，使用这类杠杆省力，但费距离。如： 开瓶起子 修枝的剪刀 羊角锤 （3）等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，则动力等于阻力，使用这类杠杆既不费力也不省力，同样既不省距离，也不费距离。如： 托盘天平 定滑轮 2. 杠杆动态平衡。 （1）找出杠杆转动过程中的不变量和变化量。 （2）列出杠杆平衡条件的表达式，标注出相应的不变量与变化量。 （3）根据判断量与变化量之间关系，作出判断。 例：判断杠杆由数值变为水平过程中，动力F的变化。 3. 最小动力判断。 （1）确定杠杆转动中不变量。 （2）列出杠杆平衡条件的表达式，标注出相应的不变量。 （3）若阻力和阻力臂不变，当动力臂最长时，动力最小。 （4）如动力作用点固定，则以支点与动力作用点连线为力臂最长。 第2节 滑轮 一、滑轮 1，滑轮的结构：轴、槽、轮和钩 2，分类：轴的位置固定不动的滑轮称为定滑轮。轴的位置随被拉动的物体一起运动的滑轮称为动滑轮。 定滑轮 动滑轮 二、定滑轮 1，分析表中数据可得： 沿F1=F2=F3=F4=G，S=h（S绳子自由端（手）移动的距离，h物体上升的高度） 2，实验结论：使用定滑轮不省力，不费距离。可以改变力的方向。不改变力的大小。 3，定滑轮的实质： 由上图可知：定滑轮的动力臂、阻力臂均等于滑轮的半径。即定滑轮相当于等臂杠杆。 三、动滑轮 1，分析表中数据可得： 注意实验过程中，弹簧测力计必须数值向上提。 考虑动滑轮自身重力F=G总/2 其中G总=G物+G滑轮，S=2h 2，实验结论：使用动滑轮可以省力，但费距离，不可以改变力的方向。 3，动滑轮的实质： 由上图可知：动滑轮的动力臂是阻力臂的两倍。即动滑轮相当于动滑轮相当于l1:l2=2:1的省力杠杆。 四、滑轮组： 1，动滑轮和定滑轮组合而成滑轮组，滑轮组既可以省力，又能改变力的方向。 2，滑轮组总结：F=G/n，S=nh（n：与动滑轮相连接绳子的数量） 同一根绳子各处所受的力大小相等。强调与动滑轮相连的绳子股数决定绳端作用力大小。 3，滑轮组的绳子绕法：（简称：偶定奇动） 与动滑轮相连的绳子股数是偶数时，绳子的起点在定滑轮。 与动滑轮相连的绳子股数是奇数时，绳子的起点在动滑轮。 五、轮轴 （1）构造： 轮轴由具有公共转轴的轮和轴组成。 （2）实质：轮轴是可以绕轴心连续转动的杠杆。 （3）由杠杆平衡条件可得： F1R=F2r 动力作用在轮上，使用轮轴可以省力，但费距离。 动力作用在轴上，使用轮轴费力，但可以省距离。 第3节 功 一、功的概念 1，功的含义：如果一个力作用在物体上，并且物体在这个力的方向上 移动一段距离，在物理中就说这个力对物体做了功。 2，功的大小：物理学中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，功的公式： （1）功＝力×距离 W=FS （2）功的单位：F的单位牛顿（N），S的单位米（m），W的单位焦耳（J） 1J=1N·m 物理意义：在1N力作用下，物体在力的方向上通过1m的距离，力对物体所做的功为1J。 单位大小：把一个鸡蛋从地面拿起并举过头顶，所做的功就是是1J。 （3）变形公式 二、做功的两个必要条件 1，做功的两个必然的条件： ①有力的作用。 ②在力的方向上通过一段距离。 把一箱报刊办起来 2，不做功的几种情况 ①有力没有距离。 花了很大的力气，汽车还是不动 ②有距离无力。 足球被踢后，在草地上滚了一段距离 ③力与物体通过的距离垂直（F⊥S）。 背书包在水平路面匀速前进 三、功的计算 1，运用功的公式计算：力的单位必须为N，距离的单位必须为m，得到的单位才是J。 2，克服重力做功：W=FS=Gh 3，克服摩擦力做功：W=FS=fS 第4节 功率 一、功率的概念 1. 功率的含义： 物理学中用功率来表示物体做功快慢的物理量。 2. 功率的大小 物体单位时间内所做的功。 3. 功率的公式 （1）功率=功÷时间。 （2）公式： （3）功率的单位：W的单位焦耳（J），t的单位秒（s），P的单位瓦特（W）。 1W=1J/s 物理意义：物体每1s所做的功为1J. 常用单位：千瓦（kW）、兆瓦（MW）。 1kW=103W 1MW=106W 单位大小： 人骑自行车的功率约50~100W 轿车发动机的功率约100kW 二、估测人上楼的功率 1. 实验原理： 2. 测量的物理量： 人的质量m、上楼的高度h和上楼的时间t 3. 测量工具： 体重计、卷尺和秒表 4. 中学生上楼的功率： （1）缓步上楼约100W （2）快步上楼约200W 三、功率的计算 1. 功率的推导公式： （作用在物体上的力为F，物体以速度v做匀速直线运动） 2. 上楼功率公式： 3. 跳绳/人体向上功率： （ n为在时间t内完成的数量） 第5节 机械效率 一、有用功、额外功和总功 1. 有用功：为实现目的所做的功。 初中部分使用机械的目的有两个：一是提升物体，此类有用功是克服重力所做的功； 二是水平移动物体，此类有用功是克服摩擦力所做的功。 2. 额外功：利用机械做功时，不是我们目的，但又不得不做的那部分功。 通常两类：一是克服机械重力所做的功； 二是克服摩擦（非水平移动时地面对物体的摩擦）所做的功。 3. 总功：对机械所做的功。 总功 = 有用功 + 额外功 W总 =W有用功 + W额外 二、机械效率 1. 机械效率的概念： （1）物理学中把有用功与总功的比值称为机械效率。 （2）机械效率表示利用机械做功时，有用功在总功中的占比。因此机械效率是没有单位的。 （3）因为总功等于有用功与额外功的和，而额外功是大于零的，所以有用功一定小于总功，即机械效率小于1，机械效率是用百分数表示的，反映了机械的性能好坏。 （4）机械效率的计算公式： 2. 影响机械效率大小的因素： （1）在额外功一定时，增大有用功可提高机械效率。 如利用滑轮组提升重物时，增大被提升物体的重力，可提高机械效率，因此同一滑轮组的机械效率不是固定不变的。 （2）在有用功一定时，减小额外功可提高机械效率。 如利用不同滑轮组提升同一重物时，选用重力较小的动滑轮，可提高机械效率。 （3）当有用功和额外功一定时，机械效率不变。 如利用同一滑轮组提升同一重物时，改变绳子的绕法，可改变作用在绳端的拉力，但滑轮组机械效率保持不变。 机械效率大小与是否省力、省多少力无关。 如利用同一滑轮组提升同一重物时，改变重物提升高度，有用功和额外功同时增大，但有用功与总功的比值不变，即滑轮组机械效率保持不变。 机械效率大小与有用功、额外功的大小无关，与做功的快慢无关，只与有用功与额外功的比值有关。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第十一章 简单机械和功（知识清单） 思维导图 第1节 杠 杆 一、杠杆 1. 杠杆的定义：在力的作用下，可绕一固定点转动的硬棒称为杠杆。 2. 杠杆的五要素： （1）支点：杠杆__________固定点 （2）动力：__________杠杆转动的力 （3）阻力：__________杠杆转动的力 （4）动力臂：支点到____________________的距离 （5）阻力臂：支点到____________________的距离 3. 画力臂的方法 ①定点线：确定__________和作出____________________线 ②做垂直：过__________画力的作用线的__________ ③标力臂：用__________、__________和__________表示力臂 4.已知力臂画力的方法 ①作用线：画出__________的垂线，就是力的作用线 ②作用点：力的作用线与__________的交点就是力的作用点。 ③定方向：定方向的方法：动力与阻力使____________________相反。 二、杠杆平衡条件 【设计实验】 （1） 实验器材：杠杆、钩码、____________________、铁架台 （2） 测量的物理量： ①__________和阻力。 ②__________和阻力臂。 【进行实验与收集数据】 （1）安装好杠杆，调节杠杆两端的_____________，使之在________________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________拉住杠杆，使杠杆在________________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是F2阻力，阻力臂为l2。 （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________的数量； ②保持钩码的数量和位置不变，改变________________的位置； ③保持弹簧测力计的位置和钩码的数量不变，改变________________的位置。 【分析与论证】 （1）比较1、2两组数据，发现动力与动力臂、阻力与阻力臂的之和相等。但这样处理是错误的。原因是：________________________； （2）比较1、2、3组数据，发现动力与动力臂的________、阻力与阻力臂的________是相等的。 【实验结论】 杠杆平衡条件：动力×动力臂=________________ 公式：________________ 变形公式：________________ 变形公式解读：力的比值与力臂的比值成反比。也就是力的比值为1:2，力臂的比值就为2:1。力臂的比值为3：4，力的比值就为4：3。 【交流讨论】 （1）杠杆的调平方法：哪端高往________调。实验过程中________调节平衡螺母。 （2）在水平方向上平衡的原因：a消除________________对实验的影响，b便于直接读出________。 （3）多次实验的目的：防止实验具有________________，得出普遍规律。 （4）弹簧测力计必须在________________施力。不然________会变小。 三、杠杆平衡条件的应用 1. 杠杆的分类。 （1）费力杠杆：动力臂________阻力臂，则动力_______阻力，使用这类杠杆费力，但_____距离。如： 筷子 扫帚 钓鱼竿 （2）省力杠杆：动力臂_______阻力臂，则动力_______阻力，使用这类杠杆省力，但______距离。如： 开瓶起子 修枝的剪刀 羊角锤 （3）等臂杠杆：动力臂________阻力臂，则动力________阻力，使用这类杠杆既不________力也不________力，同样既不________距离，也不________距离。如： 托盘天平 定滑轮 2. 杠杆动态平衡。 （1）找出杠杆转动过程中的________和________。 （2）列出杠杆平衡条件的表达式，标注出相应的________与________。 （3）根据判断量与变化量之间关系，作出判断。 例：判断杠杆由数值变为水平过程中，动力F的变化。 3. 最小动力判断。 （1）确定杠杆转动中________。 （2）列出杠杆平衡条件的表达式，标注出相应的________。 （3）若阻力和阻力臂不变，当动力臂________时，动力________。 （4）如动力作用点固定，则以________________连线为力臂最长。 第2节 滑轮 一、滑轮 1，滑轮的结构：_____、___、___和钩 2，分类：轴的位置________________的滑轮称为定滑轮。轴的位置________________________的滑轮称为动滑轮。 定滑轮 动滑轮 二、定滑轮 1，分析表中数据可得： 沿F1=F2=F3=F4=G，S=h（S绳子自由端（手）移动的距离，h物体上升的高度） 2，实验结论：使用定滑轮________力，________距离。可以________力的方向。________力的大小。 3，定滑轮的实质： 由上图可知：定滑轮的动力臂、阻力臂均等于________________。即定滑轮相当于________杠杆。 三、动滑轮 1，分析表中数据可得： 注意实验过程中，弹簧测力计必须数值向上提。 考虑动滑轮自身重力F=G总/2 其中G总=G物+G滑轮，S=2h 2，实验结论：使用动滑轮可以________力，但________距离，________改变力的方向。 3，动滑轮的实质： 由上图可知：动滑轮的动力臂是________________。即动滑轮相当于动滑轮相当于l1:l2=2:1的________杠杆。 四、滑轮组： 1，________滑轮和________滑轮组合而成滑轮组，滑轮组既可以________力，又能________力的方向。 2，滑轮组总结：F=G/n，S=nh（n：与动滑轮相连接绳子的数量） 同一根绳子各处所受的力大小________。强调与________滑轮相连的________决定绳端作用力大小。 3，滑轮组的绳子绕法：（简称：________定________动） 与动滑轮相连的绳子股数是偶数时，绳子的起点在________滑轮。 与动滑轮相连的绳子股数是奇数时，绳子的起点在________滑轮。 五、轮轴 （1）构造： 轮轴由具有公共转轴的________和________组成。 （2）实质：轮轴是可以绕轴心________________的杠杆。 （3）由杠杆平衡条件可得：________________ 动力作用在轮上，使用轮轴可以________力，但________距离。 动力作用在轴上，使用轮轴________力，但可以________距离。 第3节 功 一、功的概念 1，功的含义：如果一个力作用在物体上，并且物体在这个________________上 移动一段距离，在物理中就说这个力对物体做了功。 2，功的大小：物理学中把________与物体在力的方向上________________的乘积称为机械功，简称功。 3，功的公式： （1）功＝________×________ W=________ （2）功的单位：F的单位________（___），S的单位________（___），W的单位________（___） 1J=1__________ 物理意义：在1N力作用下，物体在__________上通过1m的距离，力对物体所做的功为1J。 单位大小：把一个鸡蛋从地面拿起并举过头顶，所做的功就是是_____。 （3）变形公式：__________、__________ 二、做功的两个必要条件 1，做功的两个必然的条件： ①有_____的作用。 ②_______________通过一段距离。 把一箱报刊办起来 2，不做功的几种情况 ①有力__________距离。 花了很大的力气，汽车还是不动 ②有距离__________力。 足球被踢后，在草地上滚了一段距离 ③力与物体通过的距离__________（F⊥S）。 背书包在水平路面匀速前进 三、功的计算 1，运用功的公式计算：力的单位必须为_____，距离的单位必须为_____，得到的单位才是_____。 2，克服重力做功：W=_____=_____ 3，克服摩擦力做功：W=_____=_____ 第4节 功率 一、功率的概念 1. 功率的含义： 物理学中用功率来表示物体做功__________的物理量。 2. 功率的大小 物体__________所做的功。 3. 功率的公式 （1）功率=_____。 （2）公式：__________ （3）功率的单位：W的单位________（___），t的单位________（___），P的单位________（___）。 1W=________ 物理意义：物体每________ 所做的功为_______J. 常用单位：________（________）、________（________）。 1kW=________W 1MW=________W 单位大小： 人骑自行车的功率约50~100________ 轿车发动机的功率约100________ 二、估测人上楼的功率 1. 实验原理： P=________=________=________ 2. 测量的物理量： ________________、________________和________________ 3. 测量工具： 体重计、________和________ 4. 中学生上楼的功率： （1）缓步上楼约________W （2）快步上楼约________W 三、功率的计算 1. 功率的推导公式： _____________ （作用在物体上的力为F，物体以速度v做匀速直线运动） 2. 上楼功率公式： ________________ 3. 跳绳/人体向上功率： ________________（ n为在时间t内完成的数量） 第5节 机械效率 一、有用功、额外功和总功 1. 有用功：为______________所做的功。 初中部分使用机械的目的有两个：一是_______物体，此类有用功是______________所做的功； 二是______________物体，此类有用功是_____________所做的功。 2. 额外功：利用机械做功时，_______我们目的，但______________的那部分功。 通常两类：一是______________所做的功； 二是______________（非水平移动时地面对物体的摩擦）所做的功。 3. 总功：______________所做的功。 总功 = _____________________ W总 =_____________________ 二、机械效率 1. 机械效率的概念： （1）物理学中把____________________________称为机械效率。 （2）机械效率表示利用机械做功时，_____________在总功中的占比。因此机械效率是_______单位的。 （3）因为总功等于有用功与额外功的和，而额外功是_______零的，所以有用功一定_______总功，即机械效率_______1，机械效率是用______________表示的，反映了机械的______________。 （4）机械效率的计算公式：______________ 2. 影响机械效率大小的因素： （1）在_______一定时，增大_______可提高机械效率。 如利用滑轮组提升重物时，增大_____________________，可提高机械效率，因此同一滑轮组的机械效率_______固定不变的。 （2）在有用功一定时，减小______________可提高机械效率。 如利用不同滑轮组提升同一重物时，选用重力______________的动滑轮，可提高机械效率。 （3）当有用功和额外功一定时，机械效率______________。 如利用同一滑轮组提升同一重物时，改变绳子的绕法，可_______作用在绳端的拉力，但滑轮组机械效率______________。 机械效率大小与是否_______力、______________力无关。 如利用同一滑轮组提升同一重物时，改变重物提升高度，有用功和额外功同时_______，但有用功与总功的比值_______，即滑轮组机械效率______________。 机械效率大小与有用功、额外功的大小_______，与做功的快慢_______，只与有用功与额外功的比值_______。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$