2018年中考物理总复习课件：简单机械 功和机械能 48页

第九章 简单机械 功和机械能 复习课件 古代劳动人民建造宫殿时的情形 简单机械 功和机械能 杠杆 五要素：支点 O 、动力 F 1 、阻力 F 2 、动力臂 L 1 和阻力臂 L 2 功率 平衡条件：动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂 分类 滑轮：定滑轮、动滑轮和滑轮组 功： W=FS 定义：表示物体做功快慢的物理量，物体在单位时间内完成的功叫功率 计算公式： P=W/t 机械效率 有用功、额外功和总功 机械效率 定义：有用功占总功的比值 公式： η =W 有 /W 总 （ η ＜ 1 ） 机械能及其转化 动能：物体由于运动而具有的能 势能：物体由于被举高而具有的能 机械能的转化 动能与重力势能的转化 动能与弹性势能的转化 重力势能与弹性势能的转化 考点一 杠杆 1. 杠杆：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆 . 2. 杠杆的五要素： (1). 支点 ( O ) ：杠杆绕着转动的点 . (2). 动力（ F 1 ）：使杠杆转动的力 . (3). 阻力（ F 2 ）：阻碍杠杆转动的力 . (4). 动力臂（ l 1 ）：从 支点 到动力 作用线 的 距离 . (5). 阻力臂（ l 2 ）：从 支点 到阻力 作用线 的 距离 . 强调 : ① 力的作用线： 通过力的作用点，沿力的方向所画的一条直线 . ② 距离： 点到直线的垂线段的长度 . 3. 杠杆的平衡条件：动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂 4. 杠杆的分类及其应用 　 (1) ．省力杠杆： 动力臂大于阻力臂，动力小于阻力 . 使用省力杠杆，虽然省了力，但却费了动力作用点移动的距离 . 　　 (2) ． 费力杠杆： 动力臂小于阻力臂，动力大于阻力 . 使用费力杠杆，虽然费了力，但却省了动力作用点移动的距离 . 　 (3) ． 等臂杠杆： 动力臂等于阻力臂，动力等于阻力 . 物理实验室中，我们使用的天平就是等臂杠杆 . 托盘天平 物理天平 考点二 滑轮和滑轮组 升国旗时，升旗手向下拉绳，国旗却向上运动，你知道这是什么原因吗？ 1. 定滑轮 : 轴的位置固定不动的滑轮称为定滑轮。 (1) 实质： 定滑轮 是一个 等臂 杠杆 . (2) 特点： 使用定滑轮 不能省力 ，但 可以改变力的方向 . 旗杆顶的定滑轮 2. 动滑轮 : 工作时，轴跟物体一起移动的滑轮 . (1) 实质： 动滑轮 是一个动力臂为阻力臂 两倍 的杠杆 . (2) 特点： 使用动滑轮 省力一半，但 不能 改变动力的方向，且 费距离 . 电动起重机的动滑轮 3. 滑轮组：定滑轮和动滑轮组合在一起使用 . (1) 使用滑轮组的好处：既能省力又可以改变力的方向 . (2) 特点：使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着，提起物体所用的力就是物重的几分之几，即 F=G/n( 不考虑动滑轮重 ). 如果考虑动滑轮重，则 F=1/n （ G 物 +G 轮 ） (3) 使用滑轮组费距离： s=nh. 考点三 功 叉车举高货物 拉力使物体升高 1. 定义：有力作用在物体上，物体在力的作用下沿力的方向移动了一段距离，这个力就对物体做了功 . 2. 力 学中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了距离 F s F s F F 3. 不做功的情况 （ 1 ）物体受到力，但没有在此力方向上移动距离，即通过的距离为零 . （ s =0 ） （ 2 ）物体没有受到力，但由于惯性通过了一段距离，也就是没有力做功 . （ F =0 ） （ 3 ）物体受力方向和物体运动的方向垂直 . （ F 与 s 的方向垂直） 人举着杠铃坚持一会儿，举力做功吗？ F ≠0 s ＝ 0 没有做功（劳而无功） 冰壶在平滑的冰面上滑行，有力做功吗？ F = 0 s ≠ 0 没有做功（不劳无功） 提箱子在水平路上走，提力做功吗？ F≠ 0 s≠ 0 力的方向与运动方向垂直 没有做功（劳而无功） 4. 功的计算： 功等于力和物体在力的方向上通过的距离的乘积， 即 : 功＝力 × 距离 如果用 Ｆ 表示力， s 表示物体在力的方向上通过的距离， Ｗ 表示力所做的功，则 W = Fs . 5. 功的单位：在国际单位制中，力的单位是牛顿（ N ） , 距离的单位是米（ m ），功的单位是焦耳 (J). １ J ＝１ N • m 6. 功的原理：使用机械时，人们所做的功都不会少于不用机械时所做的功，即使用任何机械都不会省功 . (1) 由功的原理可知：省力的机械费距离，费力的机械省距离，既省力又省距离的机械是不存在的 . (2) 不计摩擦，功的原理可表述为：人们使用机械所做的功 . 考点四 功率 体重不同的他们爬相同的楼时，做功相等吗？做功的快慢一样吗？ 1. 比较做功快慢的方法． 方法一： W 甲 = W 乙 时，用时间短的则做功快； 方法二： t 甲 = t 乙 时，做功多的则做功快 . 2. 功率 : 表示物体做功快慢的物理量 . 物理学中，把单位时间内完成的功叫做功率 . 3 ．表达式 由 W=Fs 和 v=s/t 可得 P=Fv. 4 ．国际单位： 瓦特 ( 瓦 、 W ) 1W=1J/s 常用单位： 1 kW= 10 3 W 1 MW= 10 6 W 考点五 机械效率 有用功、额外功和总功 有用功 实现目的而做的功 必须做的功，叫做有用功。 额外功 克服机械自身（如动滑轮、绳子）的重力和摩擦等而做的功 在做有用功的同时，人们不需要但又不得不做的功，叫做额外功。 总 功 动力对机械所做的功 有用功加额外功是总共做的功，叫总功 . 即： W 总 =W 有用 +W 额外 机械效率 在使用机械工作时，有用功在总功中所占份额越多越好。它反映了机械的一种性能，物理学中表示为 机械效率 . 　 1 ．定义：有用功跟总功的比值。 　 2 ．公式： 　 3 ．用百分数表示。总小于 1 。 （ 1 ）增大提升物体的重力（增大有用功） . 3. 提高机械效率的方法 增大有用功或减小额外功，具体表示为： （ 2 ）减小机械本身的重力（减小克服机械重力做的额外功） . （ 3 ）定时润滑（减小克服机械间的摩擦而做的额外功） . 考点六 机械能及其转化 从高处下落时 重力势能转化为动能 与弹簧床接触 动能转化为弹性势能 接触后弹起 弹性势能转化为动能 上升过程 动能转化为重力势能 1. 机械能：动能和势能统称为机械能 . 即机械能 = 动能 + 势能 . (1) 动能 ： 物体由于运动而具有的能叫做动能 . 物体动能的大小与物体质量和它的速度有关，物体的质量越大，速度越大，它的动能就越大 . (2) 重力势能 ： 物体由于被举高而具有的能叫做重力势能 . 物体重力势能的大小与物体的质量、被举的高度有关，物体的质量越大，举得越高，它的重力势能就越大 . (3) 弹性势能 ： 物体由于发生弹性形变而具有的能叫做弹性势能 . 物体弹性势能的大小与弹性形变的大小有关，物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大 . 2. 物体的动能和势能可以相互转化，在转化过程中，如果存在摩擦阻力，则机械能会不断减小，即机械能不守恒 . —— 机械能转化和守恒定律 重点实验解读 实验一 探究杠杆的平衡条件 考查要点： 1. 让支点处于杠杆中央的目的：消除杠杆自身重力对实验的影响 . 2. 使杠杆在水平位置静止的目的：方便测出或读出杠杆的力臂 . 3. 杠杆平衡螺母的调节：左高左调，右高右调 . 4. 实验进行多次测量的目的：避免实验数据的偶然性，使结论具有普遍性 . 5. 测力计从竖直拉杠杆变成倾斜拉杠杆时，测力计示数的变化：会变大，因为拉力的力臂变小了 . 6. 实验数据分析总结 . 7. 杠杆平衡条件的应用 . 8. 实验结论：杠杆的平衡条件是动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂 . 1. （南平中考） 利用如图所示的装置来探究“杠杆的平衡条件”． （ 1 ）实验前，杠杆如图甲所示，可将杠杆两端的平衡螺母向 （选填“左”或“右”）调节，使杠杆在水平位置平衡，这样做的好处是可以直接从杠杆上读出 . （ 2 ）杠杆平衡后，如图乙所示，在杠杆 B 点挂 3 个相同的钩码，可在杠杆的 D 点挂 个相同的钩码，就可使杠杆重新在水平位置平衡． （ 3 ）保持 B 点钩码数量和力臂不变，杠杆在水平位置平衡时，测出多组动力臂 l 1 和动力 F 1 的数据，绘制了 l 1 -F 1 的关系图象，如图丙所示．请根据图象推算，当 l 1 为 0.6m 时， F 1 为 N ． （ 1 ）杠杆不在水平位置，左端向下倾斜，右端上翘，故应向右调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡，支点到力的作用点的距离就是力臂，便于测量力臂大小； （ 2 ）设一钩码重为 G ，一格为 L ，根据杠杆平衡条件可知： 3G×4L=F D ×3L ，所以 F D =4G ，需在 D 点挂 4 个钩码； F 2 L 2 L 1 0.3 N • m 0.6 m （ 3 ）由于此题中的阻力和阻力臂不变，据 F 1 L 1 =F 2 L 2 可知，利用图象中任意一组数据都能得出， F 2 L 2 =F 1 L 1 =0.1m×3N=0.3N • m ； 故若当 L 1 为 0.6m 时， F 1 = = =0.5N ； （ 1 ）右 力臂的大小 （ 2 ） 4 （ 3 ） 0.5 【解析】 【 答案 】 实验二 测量滑轮组的机械效率 考查要点： 1. 操作要求：匀速拉动弹簧测力计 . 2. 弹簧测力计的读数 . 3. 总功、有用功和机械效率的计算 . 4. 实验结论：①同一滑轮组，提升的物体越重，其机械效率越高；②提升同一物体，动滑轮的个数越小，即动滑轮烦人重力越小，滑轮组的机械效率越高；③滑轮组的机械效率与滑轮组的绕线方法和重物提升的高度无关 . 2 ． （ 2017 年齐齐哈尔） 某小组在“测滑轮组机械效率的实验”中得到的数据如表所示，实验装置如图所示． （ 1 ）实验中应沿竖直方向 缓慢拉动弹簧测力计． （ 2 ）小组同学发现实验过程中边拉动边读数，弹簧测力计示数不稳定，应该静止读数，你认为他的想法 （选填“正确”或“不正确”），因为她没有考虑到对滑轮组机械效率的影响． （ 3 ）用丁图装置进行实验，得出表中第 4 次实验数据，请将表中的两个数据填写完整． （ 4 ）通过比较 两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关 . （填实验次数的序号） （ 5 ）通过比较 两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高．（填实验次数的序号） （ 6 ）通过比较 3 、 4 两次实验数据可得出结论： . 【 解析 】 （ 1 ）实验中应沿竖直方向匀速缓慢拉动弹簧测力计，这样测力计示数才等于拉力大小；（ 2 ）在弹簧测力计静止时读出了数据，由于不会克服轮与轴、绳与轮之间的摩擦，所以测力计示数偏小，他的想法是不正确的；（ 3 ）丁图中，绳子的有效段数为 n =4 ，绳端移动距离 s = nh =4×0.1m=0.4m ，滑轮组的机械效率： η = W 有 / W 总 = Gh / Fs ＝ 8N×0.1m /2.5N×0.4m =80% ；（ 4 ）绳端移动距离与物体升高的高度的关系为 s = nh ，所以，结合表中数据可知实验 1 、 2 、 3 中绳子的有效段数分别为 2 、 3 、 3 ；再结合钩码的重力可知，实验 1 、 2 、 3 分别是用甲、乙、丙装置做的实验，根据控制变量法，研究同一滑轮组的机械效率与绳子段数的关系时，要控制提升物体的重力相同、滑轮个数也相同，只改变绳子的有效段数，所以应比较 1 、 2 两次实验数据；通过比较 1 、 2 两次实验数据得出结论：使用同一滑轮组提升同一重物时，滑轮组的机械效率与绳子段数无关；（ 5 ）研究同一滑轮组提升重物时，机械效率与物重的关系时，要控制滑轮个数相同、绳子的段数相同，只改变物体的重力，故通过比较 2 、 3 两次实验数据得出结论：同一滑轮组提升重物时，物重越大，滑轮组的机械效率越高；（ 6 ）通过比较 3 、 4 两次实验数据，即对应的图丙、图丁两装置，滑轮组不同，提升的重物相同，动滑轮越重机械效率越小，故可得出结论：不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高．（不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低） 【 答案 】 （ 1 ）匀速 （ 2 ）不正确 摩擦 （ 3 ） 0.4 80% （ 4 ） 1 、 2 （ 5 ） 2 、 3 （ 6 ）不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越轻，滑轮组的机械效率越高（或不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低） 真题体验 1. （ 2017 年连云港） 如图所示，在均匀杠杆的 A 处挂 3 个钩码， B 处挂 2 个钩码，杠杆恰好在水平位置平衡，已知每个钩码的质量均为 50g ，若在 A ， B 两处各加 1 个钩码，那么杠杆 （　　） A ．右边向下倾斜 B ．左边向下倾斜 C ．仍保持水平位置平衡 D ．无法确定杠杆是否平衡 【 解析 】 （ 1 ）如图所示，每个钩码的质量为 50g ，重力为 G = mg =0.05kg×10N/kg=0.5N ，杠杆上每小格的长度假设为 1cm ， 则 F A =0.5N×2=1N ， L A =1cm×2=2cm ， F B =0.5N ， L B =1cm×4=4cm ； 所以 F A × L A = F B × L B （ 2 ）在 A 、 B 两处再各加挂一个 50g 的钩码后， F A ′=0.5N×3=1.5N ， F B ′=0.5N×2=1N ， L A 和 L B 的长度都不变，则 F A ′× L A =1.5N×2cm=3N•cm ， F B ′× L B =1N×4cm=4N•cm, 因为 F A ′× L A ＜ F B ′× L B , 所以杠杆右边下倾． 【 答案 】 A 真题体验 2. （ 2017• 宁波） 如图所示，用同一个动滑轮先后提升同一物体，使物体以相同的速度匀速上升相同的高度，所用的力分别是 F 甲 和 F 乙 ，拉力做功的功率分别是 P 甲 和 P 乙 ．若不计摩擦、动滑轮重和绳重，则 F 甲 与 F 乙 、 P 甲 与 P 乙 之间的大小关系是 （　　） A ． F 甲 ＜ F 乙 、 P 甲 = P 乙 B ． F 甲 ＞ F 乙 、 P 甲 ＞ P 乙 C ． F 甲 ＞ F 乙 、 P 甲 = P 乙 D ． F 甲 ＜ F 乙 、 P 甲 ＜ P 乙 真题体验 【 解析 】 由题知，两装置都不计摩擦、动滑轮重和绳重，提升物体的重相同，甲图，拉力作用在动滑轮的轴上，费一倍的力，即 F 甲 =2 G ；乙图，拉力作用在绳子自由端，省一半的力，即 F 乙 = G ，故 F 甲 ＞ F 乙 ， AD 错误；物体上升的速度相同，则拉力端的速度分别为： v 甲 = v 物 ， v 乙 =2 v 物 ，甲图拉力的功率： P 甲 = F 甲 v 甲 =2 G × v 物 = Gv 物 ；乙图拉力的功率： P 乙 = F 乙 v 乙 = G ×2 v 物 = Gv 物 ，故 P 甲 = P 乙 ， C 正确， B 错误 . 【 答案 】 C 真题体验 3. （ 2017 年长春） 一位同学正在进行投掷实心球的训练，以下情境中，他对球做功的是 （　　） A ．手拿球静止 B ．手托球水平匀速直线运动 C ．将球举起 D ．抛出后的球在空中继续运动 【 解析 】 手拿球静止，有力，但球没有在力的方向上移动距离，故没有做功，故 A 错误；手托球水平匀速直线运动，有力，但球没有在力的方向上移动距离，故没有做功，故 B 错误；将球举起，有力作用在球上，球在力的方向上通过了一定的距离，故有力做功，故 C 正确；球飞出去，球由于惯性向前运动，有距离，但没有对球施加力，没有对球做功，故 D 错误． 【 答案 】 C 真题体验 4. （包头中考） 如图甲所示，木块放在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做直线运动，两次拉动木块得到的 s - t 关系图象如图乙所示． 两次对应的弹簧测力计示数分别为 F 1 、 F 2 ，两次拉力的功率分别为 P 1 、 P 2 ，下列判断正确的是 （　　） A ． F l ＞ F 2 、 P 1 ＞ P 2 B ． F l = F 2 、 P 1 ＞ P 2 C ． F 1 ＞ F 2 、 P 1 = P 2 D ． F 1 ＜ F 2 、 P l ＜ P 2 真题体验 【 解析 】 由图乙可知，木块两次都做匀速直线运动，则拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，大小相等，因为同一木块放在同一桌面上，压力不变、接触面的粗糙程度不变，所以两次木块受到的滑动摩擦力相等，故两次对应的弹簧测力计示数相等，即 F 1 = F 2 ；从图乙中可以判断出，第 1 次木块的运动速度大于第 2 次木块的运动速度，即 v 1 ＞ v 2 ，根据公式 P = Fv 可知，当拉力相等时，速度越大，拉力的功率越大，即： P 1 ＞ P 2 ．综上所述， ACD 错误， B 正确． 【 答案 】 B 真题体验 5 . ( 淄博中考 ) 用如图 所示的滑轮组 在 10 s 内将 300 N 的重物匀速提升 3 m ，已知动滑轮重 30 N ，不计摩擦，则 （ ） A ．利用滑轮组所做的有用功是 450 J B ．绳子自由端移动的速度是 0.9 m/s C ．拉力的功率是 99 W D ．滑轮组的机械效率是 80% 【 解析 】 利用滑轮组所做的有用功： W 有 = Gh =300N×3m=900J ，故 A 错误；拉力做的功： W 总 = （ G + G 动 ） h = （ 300N+30N ） ×3m=990J ，拉力的功率： P = W 总 / t =990J/10s =99W ，故 C 正确；滑轮组的机械效率： η = W 有 / W 总 ×100%=900J/990J ×100%≈90.9% ，故 D 错误；由图可知， n =2 ，则绳端移动的距离： s = nh =2×3m=6m ，绳子自由端移动的速度： v = s / t =6m/10s =0.6m/s ，故 B 错误． 【 答案 】 C 真题体验 6. （安徽中考） 掷实心球是某市的中考体育加试项目之一．掷出去的实心球从 a 处出手后，在空中运动的轨迹如图所示，球最终停在水平地面 e 点处（不计空气阻力）．则实心球 （ ） A ．在 a 处重力势能最小 B ．在 b 处动能为零 C ．在 a 、 b 、 c 三处的机械能相等 D ．在 d 处动能为零 【 解析 】 重力势能的大小与物体的质量，高度有关，据图可知， d 、 e 两点高度最小，重力势能最小，故 A 错误；据图可知，球在 b 点时，竖直方向是静止的，但在水平方向上仍有速度，所以此时的动能不是零，故 B 错误；不计空气阻力，即说明球在空中的机械能是守恒的，在 a 、 b 、 c 三处的机械能相等，故 C 正确；据图可知，球到达 d 点后没有静止，仍然向前滚动，所以动能不是零，故 D 错误； 【 答案 】 C