第十一章 简单机械和功（复习课件）物理苏科版2024九年级上册

第十一章 简单机械和功 九年级上册册•苏科版 “从塔吊的钢索到工人的撬棍，从迂回的斜面到神秘的能量账单——这些看似平凡的机械，实则是人类用智慧书写的‘力量法则’。本章我们将化身机械侦探，破解杠杆的平衡密码、追踪滑轮的省力轨迹、清算机械的‘能量账本’，揭开简单机械改变世界的终极奥秘！ 第十一章 简单机械和功 第1节 杠 杆 01 第2节 滑 轮 02 第3节 功 03 第4节 功 率 04 第5节 机械效率 05 本章思维导图 第十一章 简单机械 单元复习 第1节 杠 杆 第十一章 简单机械和功 知识一 杠 杆 杠杆几要素 (1)支点：杠杆________________的点。 (2)动力：促使杠杆____________的力。 (3)阻力：_______杠杆__________的力 (4)动力臂：从________到动力_____________的距离。 (5)阻力臂：从________到阻力_____________的距离。 绕着转动 转动 阻碍 转动 支点 作用线 支点 作用线 动力和阻力作图的检验： 1.动力和阻力均作用在杠杆上; 2.动力和阻力使杠杆转动方向相反; 例：用钢丝钳剪物体 知识一 杠 杆 杠杆的力臂作图的步骤 1.找出支点，并标注位置及符号O； 2.作力的作用线。作出动力和阻力示意图，标注相应的力的符号F1、F2。 3.作力臂。从支点开始向力的作用线引垂线段，标注相应的力臂符号l1、l2 。 F1 F2 l1 l2 O 例1.（2023•淮安模拟）如图所示，杠杆OB在力F作用下绕O点转动，请画出阻力F2的示意图和动力臂l1。 F1 F2 l1 知识一 杠 杆 2．（2023•南通）如图，杠杆AOB保持静止，O为支点，请作出动力F1的力臂l1和阻力F2。 3．（2022•无锡）如图所示，杠杆处于水平平衡，支点为O，请画出A点处所受拉力F1及其力臂l1。 1．（2022•淮安）如图所示，用力打开夹子过程中，标注的夹子支点、动力、阻力正确的是（　　） A B C D A F2 l1 F1 l1 知识二 杠杆平衡条件 杠杆处于平衡状态是指杠杆保持__________或______________。 静止 匀速转动 1．实验过程中，使杠杆在_______位置平衡，目的是______________________。 2．实验前，使杠杆在_______位置平衡，目的是__________________________。 F G 水平 便于直接读出力臂 水平 避免杠杆自重对转动的影响 杠杆的调节 实验次数 F1/N l1/格 F2/N l2/格 1 2 4 4 2 2 3 2 2 3 杠杆平衡条件： F1+ l1 F2+ l2 2+4 4+2 3+2 2+3 3 4 1 2 2 F1×l1 （N·格） F2×l2 （N·格） 8 8 6 6 4 4 动力×动力臂=阻力×阻力臂 F1l1=F2l2 1.不同物理量之间不可以相加； 2.实验次数少，存在偶然性。 实验数据分析 知识二 杠杆平衡条件 （2022•徐州）在“探究杠杆的平衡条件”实验中。 （1）如图甲所示，安装杠杆时，为了使杠杆在水平位置平衡，应调节杠杆右端的平衡螺母向_____移动； （2）如图乙所示，杠杆上每一格的长度为5cm，在杠杆左边挂钩码，弹簧测力计对杠杆竖直向下的拉力是动力，则动力臂为_____cm； （3）如果要用弹簧测力计向上拉，需要对图乙所示的实验设计进行的调整是_________________________； （4）如图丙所示，当杠杆绕支点转动时，杠杆上A点的速度方向总是和杠杆垂直。作用在A点的三个大小相等、方向不同的力F1、F2、F3，请指出为什么力臂最大的F2对杠杆转动的作用最大？ ________________________________. F2与其力臂的乘积最大 将测力计移到左端第5个格处 25 右 知识二 杠杆平衡条件 杠杆的分类 杠杆平衡条件： F1l1＝F2l2 F1 F2 = l2 l1 三类杠杆： 若l1＞l2，则F1 F2 若l1= l2，则F1 F2 若l1＜l2，则F1 F2 ＞ ＝ ＜ 省力杠杆 等臂杠杆 费力杠杆 小结： 判断杠杆的类型，实际就是比较动力臂和阻力臂的大小 知识三 杠杆平衡条件的应用 1.（2023•盐城）下列属于省力杠杆的是（　　） A．镊子 B．钓鱼竿 C．托盘天平 D．开瓶扳手 D 2.（2023•苏州模拟）如图所示的四种工具，在正常使用中属于费力杠杆的是（　　） A．核桃夹 B．钢丝钳 C．筷子 D．托盘天平 C 知识三 杠杆平衡条件的应用 杠杆的最小动力 1.确定杠杆转动中不变量。 2.在杠杆平衡条件：F1×l1 ＝F2×l2中标注不变量。 3.根据F1 ＝ F2×l2/l1可知：若阻力和阻力臂不变，当动力臂最长时，动力最小。 4.如支点和动力作用点固定，则以支点与动力作用点连线为力臂最长。 5.如动力作用点或支点不固定，则需比较找出最长力臂。 例.（2022•苏州）在图中画出杠杆的阻力臂l，并在A点画出使杠杆静止在图示位置的最小力F。 F1 l1 知识三 杠杆平衡条件的应用 1.（2022•常州）为了拔除外来入侵物种“一枝黄花”，农业专家自制轻质拔草器，如图所示，将拔草器左下端的叉子插入植株根部，用手对拔草器施力，可将植株连根拔起。若拔同一植株，手施力最小的是（　　） A B C D F F C 2.（2023•苏州）图中，用直棒提升重物，画出图示位置所用最小力F1和阻力F2的力臂l2。 F1 l1 知识三 杠杆平衡条件的应用 例．如图所示，一个轻质直杆可绕0点转动，杆的末端悬挂一重物，用一个始终跟直杆垂直的力F作用于杠杆的中点，并使直杆由竖直位置缓慢转到水平位置，在这个过程中直杆（ ） A．始终是省力杠杆 B．始终是费力杠杆 C．先是省力的，后是费力的 D．先是费力的，后是省力的 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.在杠杆平衡条件：F1×l1 ＝F2×l2中标注不变量和变化量。 3.根据动力与变化量之间关系，作出判断。 知识三 杠杆平衡条件的应用 1.（2023•连云港）如图所示，每个钩码的质量为50g，在均匀杠杆的A处挂2个钩码，B处挂1个钩码，杠杆恰好水平平衡。在A、B两处再各加1个钩码，那么（　　） A．杠杆仍水平平衡 B．杠杆的左边向下倾斜 C．杠杆的右边向下倾斜 D．将A处的钩码向左移动一格，杠杆仍能水平平衡 C 2.（2021•镇江）如图所示，轻质杠杆OB可绕O点转动，OA＝AB，用细线将重物悬挂在A点，在B点作用竖直向上的拉力F，则在保持杠杆水平静止的情况下（　　） A．拉力F的大小为物重的2倍 B．当悬挂点左移时，F将减小 C．若F改为沿图中虚线方向施力，F将增大 D．若物重增加2N，F的大小也增加2N C 知识三 杠杆平衡条件的应用 第2节 滑 轮 第十一章 简单机械和功 知识一 滑 轮 定滑轮 特点： 使用定滑轮______省力，____改变施力方向. 绳子自由端与物体移动距离的关系:_________。 S=h 能 不能 定滑轮可以看成_________杠杆，支点在_________(选填“转轴”、“绳子自由端与滑轮接触点”或“绳子固定端与滑轮接触点”)，动力臂等于滑轮的________(选填“半径”、“直径”)，阻力臂等于滑轮的________(选填“半径”、“直径”)。 等臂 转轴 半径 半径 F 实质： O F2 l1 l2 知识一 滑 轮 特点： 使用动滑轮_____省力，_______改变施力方向. 绳子自由端与物体移动距离的关系:_________。 能 不能 S=2h 动滑轮 动滑轮可以看成_________杠杆，支点在_________________________(选填“转轴”、“绳子自由端与滑轮接触点”或“绳子固定端与滑轮接触点”)，动力臂等于滑轮的_______(选填“半径”、“直径”)，阻力臂等于滑轮的______(选填“半径”、“直径”)。 不等臂 绳子固定端与滑轮接触点 直径 半径 实质： F l1 O F2 l2 知识一 滑 轮 1．（2021•盐城）旗杆顶端装有定滑轮，升旗时旗手向下拉绳子，国旗冉冉升起。下列说法正确的是（　　） A．旗手对绳的拉力一定等于国旗重力 B．旗手对绳的拉力等于国旗重力的一半 C．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离 D．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离的一半 C 2．（2023•苏州模拟）如图所示，一个重G＝20N的物体在拉力F的作用下被匀速提升了20cm。若不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力F及其向上移动的距离s分别为（　　） A．F＝10N，s＝20cm B．F＝10N，s＝40cm C．F＝20N，s＝20cm D．F＝20N，s＝40cm 3．（2023•淮安模拟）如图所示使用下列三个装置分别用F1、F2、F3匀速提起同样的重物，不计滑轮的重力和摩擦，则F1、F2、F3的大小关系为（　　） A．F1＜F3＜F2 B．F1＜F2＜F3 C．F1＝F3＜F2 D．F1＜F2＝F3 B A 知识二 滑轮组 滑轮组既可以________，又能_______________。 同一根绳子的各处所受的力_________。 1.如不考虑摩擦、滑轮和绳重，则__________. F=G/2 2.若滑轮重为G0 ，不考虑摩擦、绳重，则________________. F=(G + G0) /2 分析： 1.用滑轮组起吊重物时，滑轮组用n股绳子吊物体，提起物体的力就是物重的_________，即_________。条件是__________________________。 2. 如仅考虑滑轮重G0，则________________. 3.重物上升h，则绳子自由端移动的距离s=____. 3.若重物上升h ，则绳子自由端移动的距离s=____. 2h nh n分之一 F=G/n 不考虑摩擦、滑轮和绳重 小结： F=(G + G0) /n 特点： 省力 改变力的方向 相等 F 知识二 滑轮组 1.（2023秋•连云港期中）使用滑轮（组）提升同一个物体，不计滑轮重和摩擦，下列四种情况中最省力的是（　　） A. B. C. D. D 2.（2023•常州）用滑轮组提升物体如图，请画出最省力的绳子绕法。 3.（2023•泰州）工人站在地面上用如图的滑轮组提升重物，画出滑轮组的绕绳方式。 知识二 滑轮组 4.（2023秋•惠山区校级月考）小明和小杰握住两根较光滑的木棍，小华将绳子的一端系在其中一根木棍上，然后如图所示依次将绳子绕过两根木棍，小明和小杰相距一定的距离握紧木棍站稳后，小华在图A处拉绳子的另一端，用很小的力便能拉动他们，两根木棍和绳子组成的机械相当于___________，小明受到的拉力__________（选填“大于”、“小于”或“等于”）小杰受到的拉力。 滑轮组 小于 知识三 其它机械 轮轴实质可看做是一个可以连续转动的杠杆 R r = F2 F1 F1·R=F2·r 动力作用在轮上：可以______，但___________。 特点： 动力作用在轴上：可以______，但___________。 省力 费距离 省距离 费力 分析： 实质： 应用： F1 F2 r R 轮 轴 不考虑摩擦，利用斜面来提升物体 原理：____________________ G h W1＝Gh W2＝Fs W2＝W1 Fs＝Gh F＝ G h s h F甲 s 利用斜面可以______，但___________。 特点： 分析： 任何机械都不省功 应用： 省力 费距离 知识三 其它机械 斜 面 知识三 其它机械 1.（2022•南通模拟）如图所示是我国政府为缓解山区人民出行难的问题而修建的盘山公路，修建盘山公路的目的是（　　） A．减小车轮与路面的摩擦 B．减小汽车牵引力所做的功 C．减小汽车上坡时所需的牵引力 D．提高汽车上坡时发动机的功率 C 2.（2023秋•苏州期末）如图甲是《天工开物》中记载的一种农业生产汲水装置——辘轴，图乙是它提水时的示意图，为方便提水，应按照 ______（选填“省力”或“费力”）杠杆来设计，支点是______（选填“A” “B”或“C”）点；图丙中水龙头 开关的设计也应用了同样原理， 开关选用______（选填“①”或 “②”）效果更好。 省力 B ① 第3节 功 第十一章 简单机械和功 知识一 功 对物体做功的两个必要条件是： 一是：__________________________________， 二是：____________________________________。 物理学中机械功是指_____与物体在________方向上通过的_______的_________，简称_________。 力 力的 距离 乘积 功 W=Fs 对物体要有力的作用 物体要在力的方向上通过一定距离 思考： 1J的物理意义？ ___牛的力作用在物体上，物体在_____________移动的距离为_____时所做的功。 1 力的方向上 1m 公式： 比较下图中力F所做功的大小。 思考： s F s F s F 甲：光滑平面 乙：粗糙平面 丙：斜面 功的估算 知识一 功 1．（2023•淮安模拟）开明中学大课间举行2分钟跳绳活动，同学们每天坚持练习，试估测一位同学每一次跳绳时克服重力做的功为（　　） A．3J B．30J C．300J D．3000J 2．（2023•连云港）下列有关功的说法正确的是（　　） A．用力推车没有推动，人对车也做了功 B．足球在水平地面上滚动时重力对足球没有做功 C．运动员举起杠铃在空中静止不动时对杠铃做了功 D．学生背着书包在水平路面匀速前进时对书包做了功 3．（2023•南通模拟）如下图的三种场景中，拉力F1、F2、F3大小相等，在拉力的作用下物体移动的距离相等。若拉力所做的功分别记为W1、W2、W3，下列关于它们大小关系的判断中正确的是（　　） A． W1＝W2＜W3 B．W1＝W2＝W3 C．W2＜W1＝W3 D．W1＜W2＜W3 B B A 知识二 功率 甲乙两同学分别将相同的砖搬到二楼，哪一个做功的快？ 分析: 相同时间比做功 相同做功比时间 乙 甲 乙 甲 功率：物理学中，将______与_______________ 的比，叫做功率。 功率的大小等于____________________。 功 做功时间 单位时间内做的功 公式： P= t W 单位：功率的单位_______，简称____，符号：_____。功率的常用单位有：________（符号______）、_________（符号______） 瓦特 瓦 千瓦 兆瓦 W kW MW 知识二 功率 麻雀飞行功率约8W 人正常骑车功率约60-80W 195柴油机功率约8.82kW 汽车起重机功率约320kW 内燃机车功率约2.65MW 万吨远洋动力功率约7~23MW 功率单位 知识二 功率 估测上楼时的功率 想一想: 如果要求估测出功率的大小，需要测量哪些物理量？应用什么测量工具？ P = W t = Gh t 测量的物理量有： 测量的工具有： 1 2 3 功率 /w 上楼的 时间/s 楼的高度 /m 体重 /kg 设计表格： 测量原理： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ① ② 体重、楼的高度、上楼的时间 台秤、刻度尺、秒表（或手表） 知识二 功率 4．（2021•常州模拟）如图所示，是一个老人和小孩攀爬同一楼梯时的情景。若比较攀爬楼梯过程中老人和小孩消耗的功率大小，必须测量的物理量有（　　） A．只需测量各自爬楼梯的高度 B．只需测量老人的质量、小孩的质量 C．需要测量老人的质量、小孩的质量，各自爬楼梯所需的时间 D．需要测量老人的质量、小孩的质量，各自爬楼梯的高度和所需的时间 3．（2023•淮安模拟）如图所示，现在工地上都使用吊车，吊车的功率比较大，下列说法正确的是（　　） A．吊车做功一定多 B．吊车做功所花时间一定少 C．吊车做功比较快 D．吊车做功比较省距离 1．（2023•常州）初中生小明回家上楼，用30s从一楼走到三楼，他上楼过程的功率大约为（　　） A．1W B．10W C．100W D．1000W C 2．（2020•淮安）小明两次分别用时90s、40s从一楼爬到五楼，小明的体重与前后两次上升的高度均不变，比较两次爬楼过程（　　） A．用时少的做功多 B．用时少的做功功率大 C．用时多的做功多 D．用时多的做功功率大 B C C 知识二 功率 5．（2023•南通）如图所示，小明的质量为60kg，他在30s内完成了10个引体向上，每次重心上升50cm，g取10N/kg。求： （1）小明所受重力的大小； （2）完成一个引体向上克服重力做的功； （3）30s内克服重力做功的功率。 解：（1）小明所受的重力为G＝mg＝60kg×10N/kg＝600N（2）完成一个引体向上克服重力做的功W0＝Gh＝600N×0.5m＝300J（3）30s内克服重力做的功W总＝10×W0＝10×300J＝3000J 30s内克服重力做功的功率P＝ ＝ 答：（1）小明所受重力为600N； （2）完成一个引体向上克服重力做的功为300J； （3）30s内克服重力做功的功率为100W。 ＝100W 知识二 滑轮组 1.（2023秋•连云港期中）使用滑轮（组）提升同一个物体，不计滑轮重和摩擦，下列四种情况中最省力的是（　　） A. B. C. D. D 2.（2023•常州）用滑轮组提升物体如图，请画出最省力的绳子绕法。 3.（2023•泰州）工人站在地面上用如图的滑轮组提升重物，画出滑轮组的绕绳方式。 知识三 机械效率 1 0.3 0.8 3.7 0.05 2 0.5 0.8 5.7 0.05 3 0.9 0.8 5.7 0.1 分析比较表中的数据，你有什么发现? ① F＜G ② Fs＞Gh 利用斜面省力，但必定费距离。 实验表明：既省力又省距离的机械是不存在的 利用斜面可以省力。 测量提升物体所做的功 即使用任何机械都不省功 测量次数 F/N s/m G/N h/m Fs/(J) Gh/(J) 0.24 0.185 0.4 0.285 0.72 0.57 知识三 机械效率 为实现目的所做功 有用功（W有用）： 人对机械所做功 总 功（ W总 ）： 为克服机械的重和机械之间的摩擦所做的功 额外功（W额外）： W总＝W有用＋W额外 利用机械做功时，总功、有用功和额外功三者的数量关系 有用功与总功的比值。 机械效率： ×100% W有用 W总 知识三 机械效率 提升物体 克服物体重力所做的功 克服动滑轮、绳子重及摩擦所做的功 额外功: 目 的: 有用功: 总 功: 人对动滑轮 所做的功 提升物体 移动物体 克服物体与地面摩擦所做的功 克服物体重力所做的功 克服物体与斜面间摩擦所做的功 克服滑轮的轮与轴之间的摩擦所做的功 人拉小车做的功 人对滑轮组 所做的功 知识三 机械效率 ⑤ 0.5 20 0.35 0.3 60 0.1 0.18 1.动滑轮的机械效率与_______、__________有关。 2.滑轮组的机械效率与______________、____________无关。 同一动滑轮，提升的物体重力越大，其机械效率越_____。 提升同一物体，动滑轮重力越大，其机械效率越_____。 物重 动滑轮重 高 低 提升物体高度 绳子股数 ④ 0.5 30 0.25 0.4 60 0.15 0.24 测量 次数 物重 G/N 上升 高度 h/cm 动滑 轮重 G0/N 拉力 F/N 绳端移动 s/cm 直接 提升 W有用/J 利用 动滑轮 W总/J ① 0.5 20 0.25 0.4 40 0.1 0.16 ② 0.5 20 0.35 0.45 40 0.1 0.18 ③ 2 20 0.25 1.2 40 0.4 0.48 η 62.5% 55.6% 83.3% 62.5% 55.6% 知识三 机械效率 1.（2023•连云港）下列关于机械效率的说法正确的是（　　） A．越省力的机械，机械效率越高 B．做功越快的机械，机械效率越高 C．所做有用功越多的机械，机械效率越高 D．有用功与总功的比值越大的机械，机械效率越高 D 2.（2022•扬州）在测量滑轮组机械效率的活动中，装置如图所示，欲使所测机械效率提高，下列措施可行的是（　　） A．转轴加润滑油 B．增加提升高度 C．增大提升速度 D．减小物体质量 A 3.（2023•无锡模拟）如图所示甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若G1＝G2，所用竖直向上的拉力分别为F1和F2，拉力做功的功率分别为P1和P2，两装置的机械效率分别为η1和η2（忽略绳重和摩擦），则下列选项正确的是（　　） A．F1＞F2 η1＜η2 P1＜P2 B．F1＞F2 η1＝η2 P1＝P2 C．F1＜F2 η1＜η2 P1＜P2 D．F1＜F2 η1＞η2 P1＞P2 B 知识三 机械效率 4.（2023•常州模拟）如图所示，用竖直向上的力匀速拉动较长的杠杆，使重为36N的物体缓慢升高10cm，拉力大小F为16N，拉力移动的距离为25cm。则杠杆的机械效率为________，若将重物的悬挂点A向右移动到B点，将重物提升相同的高度，则杠杆的机械效率将__________（变大/变小/不变）（不考虑摩擦）。 90% 变大 66.7 2 相同 5.（2023•扬州）现用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与所挂物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η与G物关系，如图乙所示。若不计绳重和摩擦，动滑轮自重是______N；当G物＝4N时，该滑轮组机械效率是______%；仅改变图甲中的绕绳方式，重复上述实验，所得到的η﹣G物图线与图乙所示曲线______（相同/不同）。 知识三 机械效率 6.（2022•南通）用图甲滑轮组做“探究动滑轮的重对滑轮组机械效率的影响”实验。实验中把不同的磁铁吸附在动滑轮边框上以改变滑轮的重，每次实验都匀速拉动绳端使物体上升10cm。不计绳重，实验数据如表。 次数 G物/N G动/N F/N η/% 1 6.0 0.3 2.2 90.9 2 6.0 1.0 ▲ ▲ 3 6.0 1.9 2.9 69.0 4 6.0 3.2 3.4 58.8 （1）每次实验绳端移动距离为 　 　cm； （2）第2次实验中拉力F的示数如图乙，读数为 　 　N，第2次实验滑轮组的机械效率为 　 　%。分析数据可知：在物重不变的情况下，动滑轮越重滑轮组的机械效率越 　 　； （3）实验中若仅增大绳端移动的距离，则滑轮组的机械效率将 　 　； （4）本实验中，在物重不变的情况下，动滑轮变重时，由摩擦引起的额外功占总额外功的比例 　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。 30 2.5 80 低 不变 变小 $$