第11章学习指导.docx

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第11章学习指导

第十一章、简单机械和功

一、杠杆

一、填空题

1.我们在日常使用的工具中很多是利用杠杆知识制成的，我们分析杠杆时，首先要找到杠杆绕着转动的固定点叫，然后分析杠杆的受力情况，即使杠杆转动的力叫，阻碍杠杆转动的力叫。

2.杠杆有三类,既省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。

在撬棒、天平、铡刀、扳手、酒瓶起子、理发剪刀、钓鱼杆等常见杠杆中，属于省力杠杆的有,属于费力杠杆的有,属于等臂杠杆的有。

3．一把杆秤自重不计，提纽到秤钩的距离是4㎝，

秤砣重为4.9N，用这样的杆秤来称量质量为2㎏的物体，

秤砣离提纽㎝时，秤杆平衡。

4.杠杆的应用非常广泛，工具车上的起重臂就是一个

费力杠杆．使用它的具体好处是。

二、选择题

5．下图是一些日常生活中所使用的工具，其中属于省力杠杆的是（）

6．一根杆秤，如果秤砣被磨损掉一部分，用它称得的质量将比被称物体的实际质量（）

A．偏大B．偏小C．相等D．无法判定

7．园艺师傅使用如图所示的剪刀修剪树枝时，常把树枝尽量往剪刀轴O靠近，这样做的目的是为了（）

A．增大阻力臂，减小动力移动的距离

B．减小动力臂，减小动力移动的距离

C．增大动力臂，省力

D．减小阻力臂，省力

8.人体的运动系统相当复杂，但最基本的运动形式是，骨骼在肌肉提供的动力作用下绕关节转动.如图所示是手端起茶杯的情景，其前臂骨骼相当于杠杆，肱二头肌收缩提供动力.由图可以看出，这是一个（）

A．费力、省距离的杠杆

B．省力、费距离的杠杆

C．既费力，也费距离的杠杆

D．既省力，也省距离的杠杆

9.一均匀杠杆A处挂2个钩码，B处挂1个钩码，杠杆恰好平衡.若钩码的质量均为50g，在A、B两处再各加一个钩码，那么：

（）

A．杠杆仍平衡　　B．杠杆的左边向下倾

C．杠杆的右边向下倾D．无法确定杠杆是否平衡

三、作图、实验题

10．如图所示，使用羊角锤拔钉子，动力作用在锤柄上A点.请作出拔钉子时所用最小动力F的示意图.（注意：

请在图上保留为确保作图准确所画的辅助线.）

11.在“研究杠杆平衡条件”的实验中，在如图所示的实验装置中：

（1）实验前没有挂钩码时，发现杠杆左端下倾，应将杠杆右端螺母向_______（选填“左”或“右”）边旋一些，使杠杆在水平位置平衡。

（2）实验时只有8个相同的钩码，杠杆上每格等距，当在A点挂4个钩码时，则怎样挂钩码可以使杠杆在水平位置平衡？

（请设计两种方案）

①.________________________________；②____________________________。

（3）在实验中，王亮同学猜想：

杠杆平衡的条件可能是：

动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂。

马欣同学猜想：

杠杆平衡的条件可能是：

动力×动力臂＝阻力×阻力臂。

他们共同通过实验，获得了一组数据。

如下表。

动力F1/N

动力臂L1/㎝

阻力F2/N

阻力臂L2/㎝

3

6

6

3

根据上表数据，他们都认为自己的猜想是对的、对方是错误的，那么你认为他们实验的验证方法存在什么问题？

三、计算、论述题

12．如图所示，一根轻质木杆A端细线下所挂50N的重物静止在水平地面上。

当在B点加竖直向下的力F=30N作用时，木杆恰能在水平位置处于平衡状态，此时细线竖直。

已知OA=15cm，OB=5cm，则重物对水平地面的压力为多少？

二、滑轮

学习要求

1.通过观察和实验，了解滑轮的结构，能区别定滑轮和动滑轮

2.理解滑轮的工作原理，会用这一原理对有关问题进行简单的计算

3.经历实验探究过程，了解使用定滑轮和动滑轮的特点：

定滑轮不省力，但能改变力的方向；动滑轮省力，但不能改变力的方向

4.能识别生活和生产中常见的滑轮

5.了解滑轮组的特点：

既可以省力又可以改变力的方向。

学会组装简单的滑轮组，体验设计制作的乐趣。

6.了解轮轴的工作原理和斜面可以省力的原因

7.通过了解简单机械的应用，初步认识科学技术对人类社会发展的作用

学习指导

1．通过对定滑轮和动滑轮的杠杆变形分析，理解定滑轮不省力而动滑轮省一半力的结论。

如图（a）所示是一个定滑轮的杠杆变形示意图。

假定在某一瞬间滑轮静止不动，定滑轮的轴心为支点（支点不动），动力、阻力作用点分别在绳子与轮相切的圆周边缘。

显然，动力臂、阻力臂都等于圆的半径，根据杠杆平衡条件，故F=G，即不省力。

如图（b）所示是一个动滑轮的杠杆变形示意图。

假定在某一瞬间滑轮也静止不动。

支点在一边绳子与轮相切的位置，支点上下移动，而动力作用点在绳子与轮相切的另一边，阻力的作用点在轴心。

显然动力臂为阻力臂的两倍，故依据杠杆平衡条件F=1/2G，即省一半力。

2．使用滑轮组要注意几个问题

（1）区分“最方便”和“最省力”的含义。

“方便”是指人站在地上用力向下拉绳子，既省力又方便；而“最省力”是指尽量多地增加动滑轮上相连的绳子的股数。

（2）滑轮组一般是省力的，省力的多少是由吊起（或承担）动滑轮的绳子股数决定的。

（3）设拉力移动距离为s，拉力移动的速度为v，重物上升的高度为h，重物上升的速度为v物，则存在以下关系s=nh,v=nv物，n为动滑轮上绳子的股数。

（4）滑轮组绳子的绕法是各种各样的，其绕法也是本节的一个重点。

由关系式F=

G，当n为奇数时，绳子在动滑轮上打结开始绕；当n为偶数时，绳子在定滑轮上打结开始绕，也就是按“奇动偶定”的方法绕绳子。

（如下图所示）

曲型范例

例1图中给出两组滑轮组（a）、（b），若它们分别提起同一重物，请画出其中最省力的一组滑轮组的绕绳方法.（不计滑轮重、绳重及摩擦）

精析：

“省力”就是在动滑轮个数相同时，尽量采用绳子与动滑轮相连股数较多的方法；或在动滑轮个数不同时选用动滑轮多的一组，因此，应选用（b）组滑轮组。

全解：

如图（c）所示

点评：

本题考查了两个知识点，一是滑轮组的省力多少是由绕过动滑轮的绳子的股数决定的；二是装配滑轮组。

例2．用如图所示滑轮组匀速拉动重1000N的物体A，所用拉力F=100N。

绳子自由端移动速度为0.2m/s.求物体与地面之间的摩擦力f和2秒内物体移动的距离。

（不计滑轮重和轮和轴之间的摩擦）

精析：

绳子自由端移动的距离s与物体移动的距离s′的关系为s=ns′，绳子自由端移动的速度v也等于物体移动速度v′的n倍，即v=nv′。

全解：

设n是动滑轮上绳子的股数，f为物体与水平平面之间的摩擦阻力。

本题中，n=2，由F=

f得

f=nF=2×100N=200N

物体移动的速度v′=

=

=0.1m/s

2s内物体移动的距离

S′=v′t=0.1m/s×2s=0.2m.

点评：

绳子自由端移动的距离、速度与物体移动的距离、速度是同学们容易混淆的问题，应特别注意。

活动与探究

设计一个升降装置

将重物从楼下搬到楼上是很辛苦的。

有一个同学学习了滑轮的知识后，运用所学知识，利用滑轮设计了一个升降装置，在爸爸的帮助下把它安装在家里的阳台上，通过它把物体吊上楼来。

如果让你来设计，你能画出示意图吗？

试试看。

思考与练习

一、填空题

1．滑轮在使用时，根据轴的位置是否移动，分为定滑轮和动滑轮两种。

定滑轮实际上就是杠杆，所以使用定滑轮不能，但可以改变。

动滑轮实际上就是杠杆,所以使用动滑轮可以,但不能改变。

如果将定滑轮和动滑轮组合起来使用，就可以既省力又方便。

二、选择题

2.学校国旗的旗杆顶上有一个滑轮，升旗时往下拉动绳子，国旗就会上升。

下列对这个滑轮的说法中正确的是（）

A.这是一个动滑轮，可省力

B.这是一个定滑轮，可省力

C.这是一个动滑轮，可改变力的方向

D.这是一个定滑轮，可改变力的方向

3.用滑轮组匀速提升重物，当绳子的自由端被拉下2m时，物体升高了0.5m，被提

升的重物的质量为20kg。

若不计动滑轮重和摩擦阻力，则拉绳子的力应为（）

A．40NB．49N

C．98ND．5N

4.如图所示的装置中，物体B和动滑轮总重10N，且恰好匀速下降。

则A物体受到的摩擦力的方向和大小为（）

A．水平向右5NB．水平向右10N

C．水平向左10ND．水平向左5N

三、作图题

5.如图有一动滑轮提升重物，要求在图中标明支点O，画出F1F2的力臂L1L2。

6..如图5所示，每个滑轮（不分大小）重为5N，要提升的重物重为120N，用来串绕滑轮组的绳子能承受的最大拉力是30N。

请画出能安全提升重物的滑轮组的绕法。

三、计算、论述题

7.如图所示，物体A以1m/s的速度匀速运动，已知F=100N，不计滑轮与绳子之间的摩擦，求：

（1）物体A受到地面的阻力；

（2）在5s内，绳子的自由端移动的距离。

8.某人利用如图所示的滑轮组，用200N的拉力在20s内将重为G=480N的物体匀速提高h=2m,若不计摩擦和绳重，求：

（1）绳子的自由端移动的速度和动滑轮重；

（2）若再增加150N的重物，要使物体匀速上升，作用在绳子的自由端的拉力为多大。

三、功

学习要求

1.理解功的概念，经历实验探究体验做功的过程，理解做功的两个必要条件，并能正确判断某个力是否做功。

2.知道功的公式，会对有关功的问题进行简单的计算。

3.知道功的单位“焦耳（J）”，并能在计算中正确应用。

4.通过观察、讨论和实验了解功的物理意义。

5.通过对实例的分析，体验并能知道做功是能量转化或转移的过程。

知道使用任何机械都不能省功。

6.了解科学家进行科学探究的历史，进一步增强物理学习的兴趣，逐步形成献身科学的意识。

学习指导

1．做功的两个必要因素。

物理学中的“做功”与日常生活中的“做工”是不同的，物理学中的做功必须要满足两个必要条件：

一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过一段距离。

只有满足这两个条件，我们才说力对物体做了功。

因此有三种情况物理学中是不承认做功的：

（1）物体虽然受力，但未通过距离。

例如人用力推墙壁，由于墙壁未移动，所以人未做功。

（2）物体虽然移动了一段距离，但无外力作用。

例如冰块在光滑的水平冰面上匀速滑动，虽然冰块在水平方向移动了一段距离，但水平方向上并无作用力，因此不做功。

（3）力的方向与物体运动的方向垂直。

例如人提水桶在水平方向上移动一段距离，由于人对水桶的作用力是竖直向上的，因而这个力也不做功。

2．功的大小。

功的大小等于力跟物体在该力方向上通过的距离的乘积。

力对物体做功的多少只与这两个因素有关，与物体的运动状态（如竖直方向还是水平方向，匀速运动还是加速运动等）、物体的质量、支持面是否光滑无关。

3．功的单位是焦耳（J），1J表示1N的力使物体在这个力的方向上移动1m所做的功。

焦耳是一个比较小的单位，将两个鸡蛋匀速举高1m做的功大约为1J

曲型范例

例1.下列四种情境中，人对物体做功的是

A提着水桶在水平地面上匀速前进

B举着杠铃原地不动

C用力搬石头但没有搬动

D推着小车前进

精析：

判断一个力对物体是否做功，必须同时满足两个必要的因素，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。

全解：

A选项中提水桶施力的方向是竖直向上，水桶的移动的方向为水平方向，虽然水桶受力了，也移动了距离，但是没有在力的方向上移动一段距离，所以没有对水桶做功。

B选项对杠铃施力了，但没有移动距离，所以没有对杠铃做功。

C选项中对石头施力了，但没有移动距离，所以没有对石头做功。

D选项推小车向前施力，且小车在向前的方向上移动一段距离，所以对小车做了功。

答案为D。

点评：

通过对这个问题的解析，学生能进一步理解做功的两个必要因素。

例2．一列火车以20m/s的速度在平直的轨道上匀速行驶，整列火车受的阻力是9×104N，问这列火车行驶1min火车做了多少功？

精析：

解此题时，首先注意火车做匀速直线运动，因此火车的牵引力和阻力是一对平衡力，则F=f,另外距离可以利用S=vt来求，最后可用公式W=Fs求出火车在这段距离中所做的功。

全解：

由V=S/t得，S=Vt=20m/s×60s=1200m

根据：

W=FS得

W=FS=fs=9×104N×1200m=1.08×108J

点评：

本题不仅训练了功的计算，而且训练了由物体的运动状态来确定物体受力情况的思维过程。

活动与探究

九年级（10）班位于教学楼的三楼，若一位中学生沿楼梯匀速爬上三楼，请你估测一下该学生在该过程中做功大约为多少。

思考与练习

一、填空题

1．物理学中的做功包含两个必要的因素：

（1），

（2）。

功的计算公式是，国际单位制中功的单位是。

2．九年级（5）班的同学学习了功的知识后，他们讨论对物体做功的多少。

李壮同学用10N的水平拉力将重300N的箱子沿水平地面移动了5m，张强同学将这个箱子匀速举高2m,王明同学将这个箱子举起后在空中停留5s。

李壮同学做功是J，张强同学做功是J，王明将箱子在空中停留5s过程中做功J。

3．如图所示，在拉力F作用下，重为120N的物体竖

直向上做匀速直线运动，物体上升的速度为0.4m/s，

则拉力F的大小为N，在5s内拉力做功J。

（不计动滑轮的重、绳子的重及各处的摩擦）

二、选择题

4.如图所示，用水平力F拉着重为100N的物体在水平地面上向左匀速移动了5m，物体所受地面的摩擦力大小为20N，则（）

A.重力做的功是500J

B.拉力大小为100N

C.拉力大小为120N

D.拉力做的功为100J

5．以下事例中，重力做功的是（）

A.冰球在水平的冰面上滚动B.皮划艇在平静水面快速滑行

C.跳水运动员下落D.举重运动员把杠铃举起停在空中静止不动

三、计算、论述题

6．一辆重为20000N的汽车在水平的公路上匀速行驶，汽车所受阻力为车重的0.3倍，汽车在1分钟内行驶1.5Km，问在1分钟内牵引力做功多少焦？

汽车受的重力做功多少焦？

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功的原理及应用

使用动滑轮能省力，但不能省功，这个结论也适用于其他机械。

大量的实验和理论研究表明：

使用任何机械都不能省功，这个结论叫功的原理。

任何复杂的机械都是由简单机械组合而成的，因此功的原理对一切机械都适用。

这个结论在历史上曾被誉为“机械的黄金定律”，对机械的使用和研制都具有重要的指导意义。

下面我们利用功的原理来解释一下使用斜面为什么省力？

如图所示，物体所受重力为G，斜面长为L、高为h，F为沿斜面拉物体的力。

根据功的原理，我们知道使用任何机械都不能省功。

如果不计物体与斜面之间的摩擦，用力F沿斜面把物体匀速推上去所做的功，应该等于直接将物体举高所做的功。

据此请你推导出F的计算公式。

四、功率

学习要求

1.理解功率的概念。

了解功率的物理意义。

2.知道功率的公式

，会对有关功率的问题进行简单的计算。

3.知道功率的单位“瓦特（W）”，并能在计算中正确应用。

4.经历探究人体的输出功率的过程，进一步熟悉科学探究的基本步骤。

5.进一步形成乐于探究自然现象和日常生活中的物理学道理的习惯，增强将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。

学习指导

1.功率是表示物体做功快慢的物理量。

功率的定义为单位时间内完成的功。

单位时间内完成的功越多，做功就越快，完成相同的功所需的时间就越短。

由功率公式可见功率大小是由做功多少与所用的时间共同决定的，做功多，功率不一定大；时间长，功率也不一定小。

2.功率的单位W是一个导出单位，是从功率的定义中得出来的。

1W=1J/S，表示在1S的时间完成1J的功。

由于“W”比较小，在实际应用中常用kW作为功率的单位：

1Kw=1000W。

在学习中应分清功的符号和功率的单位。

3.在使用P=进行计算时，P、W、t的单位分别为w、J和S，请注意单位的统一性。

4.根据W=FS，得到功率P=

=

=F.

=Fv的另一种表达形式，它对解决车、船的速度、功率、牵引力的问题较为方便。

曲型范例

例1．下列关于功率的说法正确的是（）

A.功率大的机械比功率小的机械做功一定多

B.功率大的机械比功率小的机械做功一定少

C.功率大的机械工作时所用的时间一定少

D.功率大的机械工作时做功一定快

精析：

功率定义为单位时间内完成的功，由所做功的多少和所用的时间决定，它反映了物体做功的快慢。

A、B、C中都缺少一个因素，判断是错误的。

全解：

物理学中用功率表示物体做功的快慢，所以功率大的机械做功一定快，故选D。

点评：

类比是学习物理常用的方法，例1中我们可以将功率与速度作类比，物体运动的路程长，运动的速度不一定大；物体运动的速度小，运动的路程不一定短。

我们可以用同样的方法来理解功率。

例2．暑假中，明明和爸爸到花果山去游玩，同时他们进行了爬山比赛，已知明明和爸爸的体重之比为23，从山底分别沿两条不同的路线爬上同一山顶所用的时间之比是34，则明明和爸爸爬山的功率之比为（）

A．2：

3B．1：

2C．9：

8D．8：

9

精析：

功率P=

=

，所以

=

×

=

×

=

全解：

选D。

点评：

本题中明明和爸爸沿不同路线爬山，路径不同，但他们在力的方向上（竖直方向上）移动的距离是相同的。

例3.一辆“奥迪”A4轿车用3000N的牵引力以72Km/h的速度在高速公路上行驶，这时轿车的功率是多少

精析：

根据P=

=

=F.

=Fv，已知力F和速度v就可以求出功率P。

不过要注意各量的单位，72Km/h要化成用m/s作单位。

全解：

v=72Km/h=20m/s

P=FV=3000N×20m/s=6×104w

点评：

本题能训练学生根据不同的已知条件确定解题思路。

活动与探究

每台动力机械都有它的额定功率，也就是正常工作时的功率，常标在机械的铭牌上。

下表中列出了几种动力机械，请你至少调查其中的两种，把它的型号和额定功率填入表中。

机械名称

柴油机

拖拉机

汽车

摩托车

洗衣机

型号

额定功率

思考与练习

一、填空题

1．如图为某举重运动员在0.5s内由支撑到起立将杠铃举起过程中拍摄

的两张照片，杠铃的质量为100kg，则杠铃重为N．若这个过

程中运动员将杠铃举高约0.5m，则该运动员在上述过程中对杠铃做

功的平均功率约

为W．（g取10N/kg）

2.某人在水平地面上用100N的水平推力推动重为500N的物体，使物体以0．2m／s的速度匀速移动了3m，此人做的功是J，功率是W．

3.小刚要锯开厚度均匀的木板，每拉一次，据条移动的距离为0.3m，所用的力为180N，连续拉锯50次用了1min，这个过程中小刚做功为_________J，功率是_________W．

二、选择题

4．李明同学快速地由一楼跑到三楼的过程中，他的功率与下列哪个值最相近（）

A.5WB.50WC.500WD.5000W

5．在中考体育测试的跳绳项目中，某同学取得了每分钟跳150次的好成绩。

假设他每跳一次所用时间相等，每次跳离地面的平均高度为6cm。

则他跳绳时的功率最接近于：

（）

A．7.5WB．75WC．4500WD．7500W

6.实验中学举行首届跑楼梯比赛，共有20名选手进入决赛。

若要测量参赛者的功率大小，需测出的物理量是（）

A.登楼所用的时间

B.参赛者的体重，所登楼层的高度

C.参赛者的体重，所登楼层的高度以及登楼所用的时间

D.参赛者的体重，所登楼层的高度，登楼所用的时间以及参赛者通过的路程

三、计算、论述题

7.起重机把一个质量为0.5t的工件在15s内提升了6m，取g＝10N/kg。

求：

（1）起重机对工件所做的功；

（2）起重机提升工件的功率。

8.一块水田面积为2400m2，要灌平均0.1m深的水。

不计水渗透的损失，求：

（1）所灌水的体积。

（2）所灌水的质量。

（3）若这些水是用水泵（抽水机）从距水田2m深的水渠中抽上来的，水泵至少要做多少功？

（4）若水泵的功率为2.4kw，抽这些水要用多长时间？

（ρ水＝1.0x103kg/m3,g=10N/kg）

五、机械效率

学习要求

1经历使用动滑轮的实验探究过程，了解什么是有用功、额外功和总功。

理解三者之间的数量关系。

2理解什么是机械效率。

学会用机械效率的公式进行有关问题的简单计算。

3了解常用机械的效率，通过讨论、分析，了解影响机械效率的因素。

4通过对机械效率的了解，认识到做所有的事情都要讲究效率。

5了解使用机械的历史过程，认识机械的使用对社会发展的作用。

学习指导

1．有用功、额外功、总功。

正确认识机械效率，关键是弄清有用功、额外功和总功的含义。

有用功是对人们有用的功，无论采用什么机械，有用功的数量是不变的。

若使用机械的目的是提升物体，那么克服物体的重力所做的功就是有用功，即W有用=Gh；若目的是在水平面上平移重物，那么克服物体与水平面间的摩擦力所做的功就是有用功，即W有用=fs。

额外功是指由于使用机械而额外多做的功，机械的摩擦和机械的自重往往是产生额外功的原因。

2．机械效率总小于1。

使用不同的机械做功，需要做的额外功是各不相同的，额外功在总功中所占的比例越小越好，或者说有用功在总功中所占的比例越大越好。

机械效率是有用功跟总功的比例，即=W有用/W总功。

由于W额外是不可避免的，因此W有功

例1．用一个动滑轮、一个定滑轮组成的滑轮组来匀速提升重物G，如图所示。

已知物重G=600N，拉力F=250N，求重物升高0.5m时，拉力所做的有用功、额外功及机械效率。

若不计绳重和摩擦力，求动滑轮的重。

精析：

竖直方向提升物体过程中，有用功W=Gh,在不计绳重和摩擦力的情况下，克服动滑轮重所做的功就等于额外功，既W额外=G动h

全解：

（1）W有用=Gh=600N×0.5m=300J.

（2）S=3h=1.5m,W=Fs=250N×1.5m=375J.

（3）W额外=W总-W有=375J-300J=75J,

η=

×100﹪=

×100﹪=80﹪

（4）W额外=G动h，G动=

=

=150N

例2．如图所示，用一滑轮组将重为400N的物体A沿水平方向匀速拉动10m，物体A与地面间的摩擦力是240N，水平拉力F为100N，求总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率。

精析：

水平方向拉动物体过程中，克服物体与地面间的摩擦力所做的功为有用功W有用=fAs,额外功是克服滑轮轴间摩擦力所做的功。

全解：

绳子自由端移动距离S=3SA=3×10m=30m,

W有用=fAs=240N×10m=2400J,

W额外=W总-W有=3000J-2400J=600J,

η=

×100﹪=

×100﹪=80﹪

思考与练习

一、填空题

1．如图所示，用一个动滑轮把重200N的物体提高了1m，所用的拉力为125N，则动滑轮所做的有用功W有用=________J，它的机械效率η=__________。

若不计摩擦，被提升的物重增加时，滑轮组的机械效率将_______________（选填“变大”、“变小”或“不变”）．

2．如图所示，在50N的水平拉力F作用下,重800Ｎ的物体沿水平地面做匀速直线运动,物体与地面间的滑动摩擦力为120Ｎ，则滑轮组的机械效率为_______；若物体的速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功为____