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1、初三物理专题：功和机械能【本讲主要内容】专题：功和机械能1、理解力臂的概念，正确地在图上画出力臂，或根据题目所给条件判断哪一个是力臂。2、杠杆的平衡条件及应用3、定滑轮、动滑轮及滑轮组的作用4、功、功率的概念5、功的原理6、机械效率知道有用功、额外功、总功和机械效率7、动能、势能的概念及机械能的概念8、动能和势能是可以相互转化的。【知识掌握】【知识点精析】一、杠杆：1、定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。说明：杠杆可直可曲，形状任意。有些情况下，可将杠杆实际转一下，来帮助确定支点。如：鱼杆、铁锹。2、五要素组成杠杆示意图。 支点：杠杆绕着转动的点。用字母O 表示。 动力：使杠杆转动的
2、力。用字母 F1 表示。 阻力：阻碍杠杆转动的力。用字母 F2 表示。说明：动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在杠杆上。动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆的转动的方向相反。 动力臂：从支点到动力作用线的距离。用字母l1表示。 阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。用字母l2表示。画力臂方法： 找支点O； 画力的作用线（虚线）； 画力臂（虚线，过支点垂直力的作用线作垂线）； 标力臂（大括号）。3、研究杠杆的平衡条件：杠杆平衡是指：杠杆静止或匀速转动。实验前：应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是：可以方便的从杠杆上量出力臂。结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是：动力动力臂
3、阻力阻力臂。写成公式F1l1=F2l2 也可写成：F1 / F2=l2 / l1解题指导：分析解决有关杠杆平衡条件问题，必须要画出杠杆示意图；弄清受力的方向和力臂大小；然后根据具体的情况具体分析，确定如何使用平衡条件解决有关问题。（如：杠杆转动时施加的动力如何变化，沿什么方向施力最小等。）4、应用：名称结 构特 征特 点应用举例省力杠杆动力臂大于阻力臂省力、费距离撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车、花枝剪刀费力杠杆动力臂小于阻力臂费力、省距离缝纫机踏板、起重臂人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆等臂杠杆动力臂等于阻力臂不省力不费距离天平，定滑轮说明：应根据实际来选择杠杆，当需要较大的力才能
4、解决问题时，应选择省力杠杆，当为了使用方便，省距离时，应选费力杠杆。二、滑轮：1、定滑轮： 定义：中间的轴固定不动的滑轮。 实质：定滑轮的实质是：等臂杠杆。 特点：使用定滑轮不能省力，但是能改变动力的方向。 对理想的定滑轮（不计轮轴间摩擦）F=G，绳子自由端移动距离SF(或速度vF) = 重物移动的距离SG(或速度vG)2、动滑轮： 定义：和重物一起移动的滑轮。（可上下移动，也可左右移动） 实质：动滑轮的实质是：动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。 特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F=G；只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=(G物+G动)绳子自
5、由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)。3、滑轮组定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向。理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F=G。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力F=(G物+G动) 绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)。组装滑轮组方法：首先根据公式n=(G物+G动) / F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。三、功：1、力学里所说的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、不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和
6、距离垂直。3、力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：W=FS4、功的单位：焦耳，1J= 1Nm 。把一个鸡蛋举高1m ，做的功大约是0.5 J 。5、应用功的公式注意：分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；公式中S 一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。 功的单位“焦”（牛米 = 焦），不要与力和力臂的乘积（牛米，不能写成“焦”）单位搞混。四、功的原理：1、内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。2、说明：（请注意理想情况功的原理可以如何表述？） 功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。 功的原理告诉我们：使用机
7、械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。 使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。 我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）。理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）= 直接用手对重物所做的功（Gh）。3、应用：斜面理想斜面：斜面光滑；理想斜面遵从功的原理；理想斜面公式：FL=Gh 其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。如果斜面与物体间的摩擦力为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。五、机械效率：1、有用功：定义：对
8、人们有用的功。公式：W有用Gh（提升重物）=W总W额=W总斜面：W有用= Gh2、额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。公式：W额= W总W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）。斜面：W额=f L。3、总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功。公式：W总=W有用W额=FS= W有用。斜面：W总= fL+Gh=FL。4、机械效率：定义：有用功跟总功的比值。 有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 。通常用 百分数 表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动
9、的距离S器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有： 动滑轮越重，个数越多，则额外功相对就多。 提升重物越重，做的有用功相对就多。 摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。六、功率：1、定义：单位时间里完成的功。2、物理意义：表示做功快慢的物理量。3、公式：4、单位：主单位W，常用单位 kW mW 马力换算：1kW=103W 1mW=106 W 1马力=735W 某小轿车功率66kW，它表示：小轿车s 内做功66000J。5、机械
10、效率和功率的区别：功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。七、动能和势能1、能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。理解： 能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。 一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功，也不一定要做功。2、知识结构：3、探究决定动能大小的因素：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。4、机械能：动能和势能统称为机械能。理解：有动能的物体具有机械能；有
11、势能的物体具有机械能；同时具有动能和势能的物体具有机械能。八、动能和势能的转化1、知识结构：2、动能和重力势能间的转化规律：质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能；质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能；3、动能与弹性势能间的转化规律：如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能；如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。4、动能与势能转化问题的分析： 首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。 还要注
12、意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。 题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失机械能不守恒。【解题方法指导】例1. 如图1所示，杠杆处于平衡状态，杠杆上每个小格的长度相等，当两边同时减掉一个质量的钩码后，则A. 杠杆仍平衡B. 左边钩码向左移一格，杠杆可平衡C. 右边钩码向右移，杠杆可平衡D. 两边钩码都向支点移动一个格，杠杆可平衡分析与解:设每个钩码的重力为单位1，每个小格的长度也为单位1，左侧钩码对杠杆的力为动力，右
13、侧钩码对杠杆的力为阻力。因为图示状态已满足动力动力臂阻力阻力臂的条件，所以杠杆处于平衡状态。当两侧同时减去一个钩码后，动力动力臂阻力阻力臂，则杠杆右端下沉，所以选项A错。无论“左边钩码向左移一格”还是“右边钩码向右移一格”，都不能满足杠杆平衡条件，所以选项BC错误。当两边钩码都向支点移动一格时，不难看出，动力动力臂133，阻力阻力臂313，满足杠杆平衡条件，杠杆可平衡，所以选项D正确。提示：赋值法是解决这类题型的最好方法。通过赋予砝码单位重力和杠杆每小格的单位长度，利用杠杆平衡条件很容易求解。例2. 如图2所示，一根轻质杆，在A端细线下挂50N的重物G后，重物G静止在水平地面上，当在B端加大小
14、为30N、方向竖直向下的力F时，轻质杆恰能在水平位置处于平衡状态，此时细线竖直，已知OA15cm，OB5cm，求重物G对水平地面的压力。分析与解：根据杠杆平衡条件：FOB=FOA即30N5cm=F15cm，解之F=10N因为重物G静止，且在水平位置处于平衡状态，所以支持力N为 NGF=50N10N=40N 所以 压力为40N。提示：本题为杠杆问题与单个物体的平衡问题相组合的题型。关键是分析结合点处的作用力，用隔离法分别对杠杆和物体受力分析，对杠杆列杠杆平衡方程，对物体列共点力平衡方程联立求解即可。例3. 用如图3所示的动滑轮将重为G的物体匀速拉起，不计滑轮的重力和轮与轴间的摩擦，绳的拉力F等于 ，如果重物上升10cm，则绳子自由端拉动的距离为 。由此可以说明，使用动滑轮可以不改变力的，但能改变力的。分析与解：在分析绳子自由端的拉力大小时，可将动滑轮视为动力臂为阻力臂2倍的变形杠杆，所以动滑轮省一半力。也可采用“隔离法”将动滑轮和重物视为一个整体（如图中虚线框所示），这个整体受到两个向上的拉力F和向下的重力G，按照力的平衡原理，有2FG，所以FG/2。因为绳子不可伸长，所以绳子自由端拉动的距离为重物上升的2倍。本题正确答案为：G/2、20cm、方向、大小。提示：使用滑轮组提起重物时，若忽略绳重以及轮与轴之间的摩擦，则重物和动滑轮由几段绳子承担，提起重物的力就等于
