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1、简单机械、功和能简单机械()杠杆1. 定义(1) 杠杆：一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是杠杆。(2) 支点：杠杆绕着转动的点。(3) 动力：使杠杆转动的力。(4) 阻力：阻碍杠杆转动的力。(5) 动力臂：从支点到动力作用线的距离。(6) 阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。2. 杠杆的平衡条件F L动力X动力臂=阻力X阻力臂，或写作F - L = F - L，也可写成2 = 41122F L1 2杠杆平衡时，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。3. 杠杆的种类(1) 省力杠杆：动力臂大于阻力臂的杠杆。例如：起子、扳子、撬棍、铡刀等。(2) 费力杠杆：动力臂小于阻力臂
2、的杠杆。例如：镊子、钓鱼杆，赛艇的船浆等(3) 等臂杠杆：动力臂等于阻力臂的杠杆。例如：天平。省力杠杆省力，但费距离(动力移动的距离较大)，费力杠杆费力，但省距离。等臂杠杆不省力也不 省距离。既省力又省距离的杠杆是不存在的。(二)滑轮1. 定滑轮(1) 定义：轴固定不动的滑轮叫定滑轮。(2) 原理：定滑轮实质是等臂杠杆，不省力，但能改变力的方向2. 动滑轮(1) 定义：轴可以随物体一起移动的滑轮叫动滑轮。(2) 原理：动滑轮实质是动力臂(滑轮直径D)为阻力臂(滑轮的半径R) 2倍的杠杆。动滑轮省一 半力。3. 滑轮组(1) 定义：由几个滑轮组合在一起使用就叫滑轮组。(2) 原理：既利用了动滑轮
3、省一半力又利用了定滑轮改变动力的方向。功(一)内容1. 功(1) 功的初步概念：力作用在物体上，物体在这个力的作用下通过了一段距离，这个力就对该物体 做了功。功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。(2) 功的计算：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：功=力乂距离，即W二F s。(3) 功的单位：国际单位制中功的单位是焦耳，简称焦，符号为J。在国际单位制中力的单位是N， 距离的单位是m,功的单位就是N m，1J二1N m。2. 功的原理使用机械时，人们所做的功都等于不用机械而直接用手所做的功，也就是使用任何机械都不省功。这 个结论叫做功的原理。3
4、. 机械效率W有用功跟总功的比值叫机械效率，公式：耳=聖用W总4. 功率(1) 功率的概念：单位时间里完成的功，叫做功率。功率表示做功的快慢。功W(2) 功率的计算：公式为功率，P二一时间t(3) 功率的单位：功率的单位是瓦特。国际单位制中，功的单位是J,时间的单位是s,功率的单位 就是J/s。J/s的专用名称叫做瓦特，简称瓦，符号W。1W 1J / s，意思是1s内完成了 1J的功。1kW 二 1000W，1MW 二 106W(二)要求1. 正确理解物理学中“功”的意义在物理学中，做功是指两个因素同时存在的物理过程，根据功的两个必要因素，下面三种情况没有做 功。(1) 物体受到力的作用，但没
5、有通过距离，这个力对物体没有做功。(2) 物体不受外力，由于惯性而做匀速直线运动，物体虽然通过了一段距离，但物体没有受到力的 作用，这种情况也没有做功。(3) 物体通过的距离跟它受到力的方向垂直，这种情况，虽然有力的作用，物体也通过一段距离， 但这个距离不是在力的方向上通过距离，这个力也没有做功。力和功是物理中的重要概念，是两个实质不同的物理量。2. 知道功的原理是一切机械都遵守的普遍规律使用任何机械都不省功，功的原理是对所有机械都普遍适用的原理。不考虑摩擦和机械自重的机械， 我们把它叫做理想机械，考虑摩擦和机械自重的机械，又叫做实际机械，在利用功的原理解决简单机械问 题时，要区别理想机械和实
6、际机械，采用不同的方法去解答。3. 理解机械效率的意义(1) 机械效率是反映机械性能优劣的主要标志之一，有用功在总功中所占的比例越大，机械对总功 的利用率就越高，机械的性能就越好。(2) 在计算机械效率时，要注意各物理量名称所表示的意义。(3) 因为有用功只占总功的一部分，有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。4. 理解功率的物理意义功率是表示做功快慢的物理量，它跟功和时间两个因素有关，并由它们的比值决定。5. 注意机械效率跟功率的区别机械效率和功率是从不同的方面反映机械性能的物理量，它们之间没有必然的联系。功率大的机器不 定效率咼。(一)内容1. 动能和势能(1)动能：物体由于运动而具有的
7、能量。一切运动的物体都具有动能。运动物体的速度越大，质量 越大，它的动能就越大。（2）势能：势能可分为重力势能和弹性势能重力势能：物体由于被举高而具有的能量。物体的质量越大，举得越高，它具有的重力势能就越大,。 弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量。物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大。（3）机械能：动能和势能统称为机械能。2. 动能和势能的转化动能可以转化为势能，势能也可以转化为动能。3. 水能和风能的利用水能和风能是人类可以利用的巨大的机械能资源。（二）要求1. 正确理解能量（能）的概念。具有能量的物体，由于所处的条件不同可能正在做功，也可能没有做 功，但只要它能做功它就具有能
8、量。2. 正确理解动能、势能的概念。学习时应注意掌握以下三个方面的知识：动能、势能产生的原因。动能、 势能的决定因素。动能、势能的判断与比较方法。3. 知道机械能的概念。一个物体可以同时具有动能和势能。把物体的动能和势能相加，就是该物体所具 有的机械能。4. 知道物体的动能和势能可以相互转化，如果转化过程只局限在动能和势能之间，不涉及其他形式的能, 机械能的总量保持不变。【典型例题】例1在1998年特大洪水中有一运输车车轮被一障碍物阻住（如图1所示）。为让运输物资及时送到指定 地点，附近民工立即跑来帮助推车轮。设车对轮子的作用力及轮子重力共为G,方向如图，轮子直径为R， 障碍物高度为H,民工作
9、用最省力的方向应指向何处，作用力最小应为多少才能将车轮推上台阶。图1解析：民工推轮子的过程中，支点为轮子与障碍物的接触点，阻力G与阻力臂的乘积一定，故当动力 臂最大时，民工作用力最小。答案：最省力的方向如图2，由杠杆平衡条件有：G X*；R2 （R H）2 = F x 2Rv 2 RH H 2G2 RVIAhG图2拓展延伸：解此类题时要利用杠杆平衡条件：动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂，找出最大动力力臂, 即可求出最小动力。例2在轻质杆两端各挂有体积相同的铜块A和铝块B(P P )，支点在如图3所示的O点位置时， 铜 铝杠杆在水平位置保持平衡，则在下列情况下，杠杆仍在水平位置平衡的方法是()A.
10、在AB上同时放上质量相等的两物块B. 将AB同时浸没在同一液体中C. 在AB上同时切去体积相同的一小部分D. 将A，B同时向支点O移动一小段相同的距离CODAB图3解析杠杆平衡时有mAgLoc二mBgL0D，由题设知mAg mBg，Lod ，巴/叫=/选项A中(m + m) gL 丰(m + m) gL，选项b中两物体所受浮力相等，故AOCBOD(m g - F ) L主(m g - F ) L ，选项C中，切去相等体积后剩余体积V相同，故有： A浮 OCB浮 ODm g p Vg p p V Lmg L - L铜=铜=铜=铜 =OD 选项 D 中 一A 丰 ODm g p Vg p p V
11、L、 mg L - L铝铝铝铝OCBOC答案：C方法提炼：在解答杠杆平衡的习题中，要抓住杠杆平衡条件，列出方程，进行数学变换，再根据新的 等量关系得出正确答案。例3 一支步枪长0.8m，火药爆炸时高压气体对子弹的平均推力是2000N,子弹在离开枪口后又在空中飞 行了 500m，高压气体对子弹做功多少？解析：在枪膛中高压气体推力对子弹做功，离开枪口后不再受气体推力，子弹飞行500m是由于惯性， 故高压气体不再做功。答案：高压气体对子弹做功W = Fs = 2000 x 0.8J = 1600J方法提炼：解物理过程复杂的物理题时常将复杂的物理过程看成一个个简单的物理过程的组合。本题 将子弹的运动过
12、程看成子弹在枪膛内推力推子弹做功的过程和子弹离开枪口后子弹靠惯性运动，没有推力 对子弹做功的过程。例 4把一只长试管分两种情况分别放在有水的容器中压向容器底同一深度。第一次试管底向上如图3甲， 第二次试管底向下如图3乙，哪种情况下把试管压下所需的功比较多？(容器中水并不溢出，当试管底向 下时水不流入试管中)图3解析：当把试管压向容器底时用力等于浮力减去试管重力。在甲情形中试管里的空气受到压缩后一部分水进入试管中，因此在甲情形中试管所受浮力小于乙情形中试管受到的浮力。答案：把试管压入水中时压力等于浮力减重力。且甲情形中气体可压缩，即甲所受浮力小于乙所受浮 力。所以在乙情形中把试管压向容器底所做的
13、功多。易错分析：常认为两种情况下试管所受浮力相等，即在两种情况下，试管的压力相等，故做功相等。 例5 一个重力为10N的物体在1.5N的水平拉力作用下，第一次在光滑水平面上移动0.5m，第二次在表 面粗糙的水平面上移动0.5m，求在这两次情况下拉力所做的功。解析：根据功的定义，拉力所做的功等于拉力与在拉力方向上通过的距离的乘积，与表面是否粗糙无 关。答案：W 二 Fs 二 1.5 x 0.5 J 二 0.75 J易错分析：解此类题中常认为在粗糙水平面上物体受摩擦力，故拉力做功多。例6某人用图4所示的滑轮组吊起一个重1000N的物体。滑轮组的机械效率为80%。他在1min内使绳 子自由端移动8m
14、。求此人的总功率为多大？图4解析：因此滑轮组有5段绳子承力，克服重力做功为有用功，绳子拉力做功为总功。答案：因为耳二Gh，所以F = 5G =斗00% = 250N5 Fh5n 5 x 80%W 二 Fs = 250 x 8J = 2000J，P 二 W 十 t 二 2000 十 60W 二 33.3W总总总方法提练：弄清滑轮组动滑轮上有n段绳子承受重力，绳的拉力做功为总功，重力做功为有用功，再 根据功、机械效率公式即可得出正确答案。【模拟试题】一. 选择题1. 如图1所示，一根重木棒在水平拉力F作用下以0为轴，由竖直位置逆时针匀速转到水平位置的过程 中，若力臂为L,动力与动力臂的乘积为M,贝
15、1()A. F增大，L增大，M增大B. F增大，L减小，M减小C. F增大，L减小，M增大D. F减小，L增大，M增大F图12. 如图2所示，用板抵住铅笔两头，使它保持静止，下列说法中正确的是（）A. 两板受到的压力相等，左板所受压强较大B. 两板受到的压力相等，右板所受压强较大C. 两板受到的压强相等，左板所受压力较大D. 两板受到的压强相等，右板所受压力较大3. 举重运动员比赛时第一阶段把100kg的杠铃很快从地上举过头顶，第二阶段使杠铃在空中稳稳停留3秒钟，裁判判定举重成绩有效，则（）A. 在第一阶段运动员没有做功B. 在第二阶段运动员没有做功C. 整个阶段运动员都在做功D. 整个阶段运动员都没做功4. 利用如图3所示的甲乙两个用相同滑轮组成的滑轮组，在相同时间内把质量相等的两物体匀速提升到相同的高度（不计滑轮重量及
