中考物理（苏科版）基础知识专题复习课件：第11章 简单机械和功 44页

第十一章 简单机械和功 （中考物理基础复习） 南京晓庄学院附中 谢庆广 考纲解读 1. 知道简单机械，通过实验，探究并了解杠杆平衡条件。 2. 知道机械功和功率。用生活中的实例说明机械功和功率的含义。 3. 知道机械效率。了解提高机械效率的途径和意义。 知识框架 功的定义 功的公式 功的单位 简单机械和功 功 功 功率 简单机械 机械效率 概念定义 公式单位 功率测量 概念公式 实验测量 影响因素 杠杆 滑轮 杠杆五要素 杠杆平衡条件 杠杆应用 滑轮分类特点 滑轮组的特点 知识梳理 杠杆五要素 支点（ O ） : 杠杆绕着转动的点 动力（ F 1 ）： 使 杠杆转动的力 动力臂（ L 1 ） : 从支点到动力作用线的垂直距离 阻力（ F 2 ）： 阻碍 杠杆转动的力 阻力臂（ L 2 ） : 从支点到阻力作用线的垂直距离 动力和阻力均作用在杠杆上，转动效果相反。 一根硬棒，在力的作用下可绕一固定点转动的 硬棒 称为杠杆。 一点 二线 三垂直 四标记 杠杆的概念是什么？理解注意什么？杠杆的五要素是什么？理解时注意什么？作力臂的方法是什么？ 1. 如图 5 所示，小华用苹果和桔子来玩跷跷板。她将苹果、桔子分别放在轻杆的左、右两端，放手后，杆马上转动起来。使杆逆时针转动的力是 A. 苹果的重力 B. 桔子的重力 C. 杆对桔子的支持力 D. 苹果对杆的压力 练一练 2. 如图所 T, 画出下图中各力的力臂． 练一练 3. 如图所示，杠杆在力 F1 、 F2 作用下处于平衡状态， L1 为 F1 的力臂。请在图中作出 F1 的力臂 L1 及力 F2 。 练一练 知识梳理 杠杆平衡条件 杠杆转动效果看力和力臂的乘积。 杠杆平衡时力与力臂成反比。 力的方向作用点都影响力臂从而影响杠杆平衡。 动力阻力转动效果相反，可以确定动力阻力方向。 力作用点与支点连线为最大力臂 ，此时力最小。 内容：动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂 表达式： F 1 ×L 1 =F 2 ×L 2 阿基米德首先总结出了杠杆的平衡条件。 杠杆平衡条件是什么？谁得出的？使用时注意什么？怎么理解？杠杆平衡取决于什么？平衡时力与力臂什么关系？动力阻力转动效果什么关系？力的三要影响力的作用效果如何影响杠杆的平衡？最小力怎么作？ 练一练 4. 如图所示，用羊角锤把木板上的钉子用最小的力拔出来， O 为支点，请在 A 点画出该最小动力 F1 以及阻力 F1 （请保留作图痕迹）． 5 ．如图所示， O 为支点，在 A 端施加一个力使杠杆在水平位置平衡，则这个杠杆使用时 ( ) A ．一定省力 B ．一定费力 C ．不省力也不费力 D ．都有可能 练一练 6 ．某同学利用身边的塑料直尺和硬币若干来验证杠杆平衡的条件，如图所示，当杠杆在水平位置平衡时，他测出从支点 O 到硬币边缘的距离作为力臂 L 1 和 L 2 的大小，他测力臂的方法是 _________ 的 ( 选填“正确”或“错误” ) 。如果将两边的硬币以相同大小的速度同时做远离支点的匀速移动，则杠杆 _________ ( 选填“仍平衡”、“向左倾斜”、“向右倾斜” ) 。 练一练 知识梳理 杠杆应用 省力杠杆 费力杠杆 等臂杠杆 概念 动力臂大于阻力臂的杠杆 动力臂小于阻力臂的杠杆 动力臂小于阻力臂的杠杆 特点 省了力 但费了距离 费了力 但省了距离 不省力 也不费力 实例 撬棒、铡刀、瓶起子、 镊子、理发剪刀 天平 杠杆有哪些使用时有哪些类别？有什么特点？有什么应用实例？ 实验次数 钩码所受的重力 G /N 弹簧测力计的示数 F /N ① ② ③ 使用定滑轮不省力也不省距离，但可以改变 用力 的方向。 什么叫滑轮？什么是定滑轮？生活中有什么例子？使用有什么特点？ 如何分析得出？ 实验注意什么？多次实验目的是什么？改变方向拉力是否改变？ 匀速直线拉动，改变拉力方向，拉力大小不变。 知识梳理 定滑轮 定滑轮： 轴 固定不动的滑轮。 定滑轮的实质是一个 等臂杠杆 同一根绳子拉力处处相等 实验次数 钩码所受的重力 G /N 弹簧测力计的示数 F /N ① ② ③ 什么是动滑轮？生活中有什么例子？使用有什么特点？ 如何分析得出的？ 实验时要注意什么？多次实验目的是什么？改变方向拉力是否改变？ 知识梳理 动滑轮 动滑轮的实质是 动力臂是阻力臂二倍 的 省力杠杆 。 竖直匀速直线拉动 ，改变拉力方向， 拉力变大 。 动滑轮： 轴 随物体一起运动的滑轮。 使用动滑轮可省一半力，但费一倍距离，不能改变用力的方向。 F=G/2 F= （ G 物 +G 动 ） /2 S=2h 知识梳理 滑轮组 F= （ G + G 动 ） /n S=nh V 绳 =nV 物 使用滑轮组即可以省力又可以改变用力的方向 定滑轮和动滑轮的组合装置称为滑轮组 N 指绕在动滑轮上绳子的股数。绳头向上算，向下不算。 什么是滑轮组？生活中有什么例子？使用有什么特点？ 如何分析得出的？ 实验时要注意什么？ N 怎么确定？滑轮组的绕法有什么特点？怎么绕？ 奇动偶定（起点） n=2n 动 (+1) n 定 =n 动 ( + 1) 方法： 奇动偶定定起点 ; 从里向外顺着绕。 7. 如图所示，一个站在地面上的工人利用滑轮组将重物 G 提起来，请在图中用笔画线代替细绳，画出符合要求的滑轮组绕线． 练一练 8 ．小军同学为了探究 “ 使用动滑轮的省力情况 ” ，使用了如图所示的实验装。实验前，小军用弹簧秤测得动滑轮的重力为 1.0N ，每个钩码的重力为 0.5N ；实验过程中，小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量，分别记下每次所挂钩码的重力及对应的弹簧秤示数，并将其填写在预先设计好的记录亵中（见下表）。 分析实验数据可以得出，在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下，弹簧秤的示数 F 与钩码的重力 G 以及动滑轮的重力 G0 的关系为 _________ ；在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下，使用动滑轮 __________ 。 练一练 不做功的三种情况： 1. 没有力 2. 没有距离 3. 距离与力的方向垂直 知识梳理 做功的两个必要因素 做功的两个必要条件： 1. 作用在物体上的 力 2. 物体在 力的方向上 通过的 距离 做功的含义是什么？做功的两个必要因素是什么？不做功有哪些情况？试着举例说明。 9. 下列过程中人对桶做功的是 A. 提着捅站立不动 B. 提着桶水平移动 C. 提着桶站在匀速向上运动的电梯内 D. 提着桶站在匀速水平运动的车厢内 练一练 知识梳理 功的定义公式单位 功的定义是什么？定义方法是什么？定义公式是什么？推导公式是什么？功单位是什么？计算功要注意什么？功的原理是什么？实验记得吗？ 定义：把力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积叫做功 公式： W=FS （乘积法） F=W/S S=W/F 单位：焦耳 1J=1N·m （一个鸡蛋地到头顶约 1J ） 找准力 找准距离（ N ） F 功的原理：任何机械都不省功。 W 机≥ W 人 ( 可以省力或可以省距离 ) 10. 一个重为 10N 的物体，受到一个水平拉力，使物体在水平地面匀速前进 5m ，物体与地面的滑动摩擦力是 2N 。则拉力对物体做的功是 __ __ J ，重力做的功是 __ _ _J 。 练一练 11. 如图所示，工人用 250N 的力将重 600N 的物体匀速提升 2m ，拉力所做的功为 。 练一练 知识梳理 功率 1. 时间相同 , 做功多的做功快； 2. 做功相同 , 用时少的做功快； 3. 看功与时间的比值（单位时间内所做的功）。 物理含义：表示物体 做功的快慢 的物理量（ P ） 人 做功的功率在 100W 左右，表示每秒做功 100 焦耳。 功率的概念是什么？如何比较做功快慢？功率定义是什么？为什么这样定义？定义方法是什么？定义公式是什么？推导公式是什么？功率的单位是什么？人做功的功率大约多大表示的物理意义是什么？ 定义： 功与所用时间的比叫做功率 单位： 1W ＝ 1J/s 1KW ＝ 10 3 W 1MW=10 6 W 公式： P=W/t (W=Pt t=W/P) 练一练 12. 如图所示，甲、乙两名运动员，甲比乙高，如果他们都从地面抓举起相同重力的杠铃，所用时间也相等，则对杠铃（ ） A. 甲做功较多，功率较大 B. 甲做功较多，功率较小 C. 甲做功较多，甲、乙功率相等 D. 甲、乙做功相等，乙的功率较大 13. 一辆装货卡车总质量为 5t ，在平直的公路上匀速行驶， 10 min 前进了 6 Km ，已知发动机的功率是 70 Kw 。求： ⑴在这段路程中汽车发动机做了多少功？ ⑵汽车受到的阻力是多大？ 练一练 知识梳理 机械效率概念 有用 功Ｗ 有 ：为了实现 目的 而做的功 （ 必须 做的功 直接用手 所做的功） 额外 功Ｗ 额 ： 并非所需不得不做 的功 （ 克服机械自重摩擦 等所做的功） 总 功Ｗ 总 ：有用功与额外功的 总和 （ 动力 做的功 使用机械实际 做的功） W 总 =W 有用 +W 额外 定义：有用功跟总功的比值叫机械效率。 公式： η =W 有 /W 总 × 100% 单位：机械效率一般用百分数表示， 没有单位 。 大小： 有用功总小于总功，所以机械效率总小于 1 。 推导公式： W 有 =W 总 η W 总 =W 有 / η 三个功的含义是什么？关系是什么？机械效率的定义式是什么？定义公式是什么？推导公式有哪些？单位是什么？大小有什么特点？ η =W 有 / （ W 有＋ W 额） × 100% η = （ W 总－ W 额） /W 总 × 100% 知识梳理 机械效率影响因素 η =W 有 /W 总 =G 物 h/Fs = G 物 /nF = G 物 / （ G 物 +G 动 ） 滑轮组机械效率影响因素 1. 物体重力 ：物体重力越大，机械效率越高。 2. 动滑轮重力 ：动滑轮重力越大，机械效率越低。 3. 摩擦力 ：摩擦力越大，机械效率越低。 汽油机的机械效率大约多大？表示的物理意义是什么？机械效率有哪些计算公式？使用条件怎样？哪三个公式当不计绳重和摩擦时才能用？滑轮组机械效率的影响因素有哪些？具体关系是什么？ F= （ G 物 + G 动） W 额 = G 动 h η = G 物 / （ G 物 +G 动） 14 ．如图所示，小冯分别用甲、乙两滑轮把同一桶沙从一楼地面提到二楼地面，用甲滑轮所做的总功为 W 1 ，机械效率为 η l ，用乙滑轮所做的总功为 W 2 ，机械效率为 η 2 ，若不计绳重与摩擦，则 ( ) A ． W l =W 2 η l =η 2 B ． W 1 =W 2 η l <η 2 C ． W 1 η 2 D ． W 1 >W 2 η l <η 2 练一练 15. 分别用如图所示的（甲）、（乙）两个滑轮组，在 100s 内将重为 400N 的物体 G 匀速提升 10m ，每个滑轮的重均为 20N ．不计绳重及摩擦，此过程中 ( ) D A. F 甲做的功大于 F 乙做的功 B. F 甲做的功小于 F 乙做的功 C. F 甲做功的功率小于 F 乙做功的功率 D. F 甲做功的功率等于 F 乙做功的功率 练一练 重点辨析 功、功率、机械效率 功是由两个因素决定的，一个是作用在物体上的力，另一个是物体在力的方向上通过的距离，两者缺一不可． 功率是表示物体做功快慢程度的一个物理量，它的大小与做功的多少和时间有关，在相同时间内做功多的功率就大；在做功相同时，做功时间少的功率就大． 机械效率的概念：有用功与总功的比值叫机械效率，有用功占总功的比值越大，机械效率越高． 机械效率与功率都是反映机械性能的重要指标，但两者没有必然的关系，功率大的机械，它的效率不一定就高，反之亦然． 16 ．下列说法正确的是 A. 　一同学跳绳的功率约 100W ，表示每秒做功 100 瓦。 B. 　机械效率越高 , 功率就越多 C. 　越省力的机械机械效率越高 D. 　同一滑轮组提升货物重力越大机械效率越高 练一练 学了哪些公式？计算机械效率的公式有哪些？计算功的公式有哪些？计算力的公式有哪些？使用中要注意什么？它们的使用条件是什么 ? F 1 ×L 1 =F 2 ×L 2 F= （ G 物 + G 动 ） /n W=FS P=W/t P=Fv W 总 =W 有用 +W 额外 η =W 有 /W 总 η =W 有 /W 总 η =W 有 / （ W 有 ＋ W 额 ） η = （ W 总 － W 额 ） /W 总 η = G 物 /nF η = G 物 / （ G 物 +G 动 ） W=Fs W=Pt W 总 =W 有 +W 额 W 有 =W 总 η W 总 =W 有 / η W 额 = G 动 h F 1 ×L 1 =F 2 ×L 2 F= （ G 物 + G 动 ） /n F=W/s F=P/v F=G 物 /n η 不记绳重和摩擦 G 动 =W 额 /h 公式梳理 练一练 17. 南京市政府投人巨资，铺设地铁 2 号线．施工中，一工人利用如图所不的定滑轮将一桶沙在 0.15min 内匀速拉到 lom 高处，沙重 90N ，桶重 18N ，不计绳重和摩擦。求： (1) 此滑轮的机械效率是多少？ (2) 不人的功率是多大？ 18. 为了将放置在水平地面上、重 G=100N 的建筑材料提升到高处。小明同学设计了图 甲所示的滑轮组装置。当他用图乙所示随时间变化的竖直向上的拉力 F 拉绳时，建筑材料的速度 V 和上升高度 h 随时间变化的关系图像分别如图丙和丁所示。若不计摩擦和绳重。 求： （ 1 ）在 0〜1s 内，克服建筑材料自重做的（ 2 ）在 1〜2s 内，拉力 F 做的功 . （ 3 ）在 2〜3s 内，拉力 F 的功率计滑轮组的机械效率 . 练一练 探究回顾 杠杆平衡条件实验 使杠杆在水平位置平衡目的： 1. 使力臂在杠杆上，便于测量力臂 2. 消除杠杆自身重力的影响 哪边高向哪调 左右同向 实验序号 动力 F 1 /N 动力臂 L 1 /m 阻力 F 2 /N 阻力臂 L 2 /m 1 2 3 实验时调节在什么位置平衡？目的是什么？怎么调节？多次实验的目的是什么？用弹簧测力计比挂钩码有什么优点？当弹簧测力斜着拉时会怎样？为什么？能证明什么？ 图 10 19 ．如图 10 甲，在杠杆左边 A 处挂四个相同钩码，要使杠杆在水平位置平衡，应在杠杆右边 B 处挂 ___ ▲ ___ 个同样钩码；如图 9 乙，用弹簧测力计在 C 处竖直向上拉，当弹簧测力计逐渐向右倾斜时，要使杠杆仍然在水平位置平衡，则弹簧测力计的示数将 ____ ▲ ___ （选填“变大”、“变小”或“不变”），其原因是 ▲ . 练一练 20 ．用细线拴住一端粗、一端细的实心胡萝卜并悬挂起来，静止后胡萝卜的轴线水平，如图 16 所示；在拴线处沿竖直方向将胡萝卜切成 A 、 B 两段． A 、 B 哪段重些呢？甲、乙、丙三个同学提出各自的猜想：甲： A 较重；乙： B 较重；丙： A 、 B 一样重．（ 1 ）请设计一个简易实验，判断 A 、 B 的轻重．所用器材：操作方法：现象及结论：（ 2 ）为进一步研究类似 A 、 B 轻重的问题，某同学在一根有等间距刻度的均匀杠杆两侧挂上每个质量都相等的钩码进行实验．杠杆静止于水平状态的三次实验情境如图 17 所示。 ①根据图 17 的实验，可以判断 同学的猜想是正确的（填“甲”、“乙”或“丙”） ②根据图 17 的实验，该同学得出结论：只要满足 “阻力 × 阻力作用点到支点的距离 = 动力 × 动力作用点到支点的距离”， 杠杆就能平衡 a ．这个结论是否正确？ b ．用图 18 所示的装置，怎样通过实验来说明该结论是否正确． 练一练 探究回顾 功率测量实验 谁的上楼功率大？猜想考虑了哪些因素？如何比较同学上楼功率？有哪些方法？如何估测上楼功率？需要测哪些量？需要什么器材？需要哪些步骤？需要什么表格？表达式是什么？健身教练为什么可以通过音乐节奏控制运动量？ 实验次数 人的质量 m/Kg 台阶数 n 一个台阶的高度 h/m 所用的时间 t/s 人做功的功率 P/w （ 1 ） （ 2 ） （ 3 ） P=W/t =FS/t =mghn/t P= W/t=FS/t= Fv F 次数 F/N S/m G/N h/m W 总 /J W 有 /J ŋ （ 1 ） （ 2 ） （ 3 ） 测量的原理是什么？需要测几个量？需要什么测量工具？设计怎样的表格？ 测量时要注意什么？ 一定要这样吗？ 要静止测会怎样？ 为什么？ 如果没有刻度尺能测吗？如果测斜面杠杆机械效率怎么做？如果做机械效率影响因素实验必须用什么方法？ 匀速直线竖直 （向上拉时）拉动弹簧测力计（调零） 探究回顾 机械效率测量实验 η =W 有 /W 总 =G 物 h/Fs = G 物 /nF = G 物 / （ G 物 +G 动 ） 实验次数 动滑轮重 /N 物重 /N 拉力 /N 绳子的股数 n 机械效率 η 1 1 2 1 2 1 4 1.67 3 2 4 2 4 1 4 2.5 21. 同学们在探究 “ 影响滑轮组机械效率高低的因素 ” 时提出了下列假设：滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关；滑轮组机械效率高低可能与被提物重有关；滑轮组机械效率高低可能与承重绳子段数有关。一位同学设计了如图 5 所示的四个滑轮组，并将所滑实验数据填入下表： (1) 实验时，应 ____ 、 _____ 拉动弹簧测力计，使钩码上升，并由弹簧测力计读出绳子自由端的 ____ 的大小；同时用 ____ 测出钩码升高的高度。 (2) 在表中填上四次实验的绳子的股数 n 和机械效率。 (3) 根据实验 ____ 和 ____( 填①、②、③、④ ) 可知，滑轮组机械效率高低与被提物重有关； (4) 根据实验②和③可知，滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越 _____;(5) 通过实验可以发现，不同滑轮组提升相同重物时，动滑轮越重，机械效率越 ___ ； (6) 要研究滑轮组机械率高低是否与物体提升高度有关，应该选用 ____( 填 “ 同一 ” 或 “ 不同 ” ) 滑轮组，提升 ____( 填 “ 相同 ” 或 “ 不同 ” ) 的高度去研究。 练一练 实验序号 钩码悬挂点 钩码总重 G/N 钩码移动距离 h/m 拉力 F/N 测力计移动距离 机械效率 η% 1 A 点 1.5 0.10 0.7 0.30 71.4 2 B 点 2.0 0.15 1.2 0.3 83.3 22. 用如图所示的实验装置测量杠杆的机械效率．实验时，竖直向下匀速拉动弹簧测力计，使挂在较长杠杆面的钩码缓缓上升． (1) 实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计的示数 F 为 N ，钩码总重 G 为 1.0N, 钩码上升高度ｈ为 0.lm ，测力计移动距离 s 为 0.3m, 则杠杆的机械效率为 %. 请写出使用该杠杆做额外功的原因： . （ 2 ）为了进一步研究杠杆的机械效率与那些因素有关一位同学用该实验装置，先后将勾码挂在 A 、 B 两点计算得到下表所示的两组数据：根据表中数据，能否得出“杠杆的机械效率与所杜钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论？答： ；请简要说明两条理由：① ；② 。 练一练 23 ．为了探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度及物重的关系，小华在斜面上每次都 匀速拉动物块 ( 如图 )‘ 实验数据记录如下： (1) 根据表中数据可求出第 3 次实验的有用功是 __________J ，总功是 _________J ，机械 效率为 _________ 。 (2) 分析表中数据，可以得出的初步结论是：在其他条件不变的情况下，斜面倾角越大， 所需的拉力越 ________ ，斜面的机械效率越 ________ ，斜面的机械效率与物重 __________ ( 填“有关”或“无关” ) 。 实验次数 斜面倾角 θ 物重 G/N 物块上升高度 h/m 拉力 F/N 移动距离 S/m 机械效率 η 1 30 0 5.0 0.25 3.4 0.50 73.5 ％ 2 40 0 5.0 0.35 4.2 0.50 83.8 ％ 3 50 0 10.0 0.35 8.4 0.50 练一练 1 ．做俯卧撑运动的人可视为杠杆。如图所示，一同学重 500N ， P 点为重心，他每次将身体撑起，肩部上升 O.4m ．某次测试中．他 1min 内完成 30 次俯卧撑。求： (1) 将身体匀速撑起，双手对地面的压力。 (2) 该同学红这 lmin 内的功率。 典型例题 2 ．某实验小组利用图示装置研究杠杆的机械效率，实验的主要步骤如下：①用轻绳悬挂杠杆一端的 D 点作为支点，在 A 点用轻绳悬挂总重为 G 的钩码，在占点用轻绳竖直悬挂一个弹簧测力计，使杠杆保持水平；②竖直向上拉动弹簧测力计缓慢匀速上升 ( 保持 0 点位置不变 ) ，在此过程中弹簧测力计的读数为 F ，利用刻度尺分别测出 A 、 B 两点上升的高度为 h1 、 h2 ，回答下列问题： (1) 杠杆机械效率的表达式为 η=________ 。 ( 用已知或测量的物理量符号表示 ) (2) 本次实验中，若提升的钩码重一定，则影响杠杆机械效率的主要因素是 :_______(3) 若只将钩码的悬挂点由 A 移至 G ， O 、 B 位置不变，仍将钩码提升相同的高度，则杠杆的机械效率将 _ __( 选填“变大”、“变小”或“不变” ) 。 典型例题