中考物理一轮复习 第14讲 简单机械 功和机械能课件.ppt

第14讲 简单机械,功和机械能,考点,梳理知识点,一杠杆,1.,杠杆,：在力的作用下能绕着,_,转动的硬棒叫做杠杆。,2.,杠杆的五要素,(如图所示),(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,)：,_,杠杆转动的力。,(4),动力臂,(l,1,)：从支点O到动力F,1,作用线的距离。,(5),阻力臂,(l,2,)：从支点O到阻力F,2,作用线的距离。,知识点一,杠杆,固定点,阻碍,3.杠杆的平衡条件：,_,。,二生活中的杠杆,F,1,l,1,=F,2,l,2,杠杆类型,省力杠杆,费力杠杆,等臂杠杆,示意图,力臂的关系,l,1,_,l,2,l,1,_,l,2,l,1,_,l,2,力的关系,F,1,_,F,2,F,1,_,F,2,F,1,_,F,2,特点,_,_,_,应用,撬棒钢丝钳铡刀等,筷子镊子钓鱼竿等,天平定滑轮跷跷板等,1时是费力杠杆，F,1,/,F,2,1时是省力杠杆，F,1,/,F,2,=1时是等臂杠杆；,(2),动力和阻力在同侧,：若阻力作用在支点和动力之间时，则是省力杠杆；若动力作用在支点和阻力之间时，则是费力杠杆。,示例1,如图是用螺丝刀撬骑马钉，螺丝刀可看成一根杠杆，它是一个,_,杠杆。若用力往下撬时，其支点位于图中的,_,点；若用力往上撬时，其支点位于图中的,_,点，且后者比前者,_,(选填,“,省力,”,或,“,费力,”,)些。,双基突破,省力,C,A,省力,一定滑轮动滑轮滑轮组的比较(不计绳重摩擦及滑轮重),知识点二,其他简单机械,定滑轮,动滑轮,滑轮组,图示,实质,_,杠杆,_,杠杆,等臂,省力,定滑轮,动滑轮,滑轮组,F和G的关系,F=,_,F=,_,F=,_,F=,_,s和h的关系,s=,_,s=,_,s=,_,s=,_,特点,既不省力也不省距离，但能改变力的方向,省力费距离，不能改变力的方向,省力费距离，但能否改变力的方向和绕线方式有关,G,1/2G,1/2G,1/3G,h,2h,2h,3h,1.,滑轮省力情况的判断方法,：承担动滑轮的绳子段数为n，不计摩擦动滑轮自重和绳重时，拉力F=G,物,/n；只忽略轮轴间的摩擦及绳重时，拉力F=(G,物,+G,动,)/n。,2.,确定滑轮组中承担物重的绳子段数(n)的方法,：直接数连接在动滑轮上的绳子段数。,3.,滑轮组在水平方向使用时拉力的计算方法,：拉力F=f,阻,/n(f,阻,为物体所受的摩擦阻力)。,夺分点拨,示例,2,如图所示，物重G都为12N，当物体静止时(不计摩擦和机械自重)，则F,1,=,_,N，F,2,=,_,N，F,3,=,_,N。,双基突破,12,6,4,二轮轴和斜面,1.,轮轴,：轮轴由轮和轴组成，是变形杠杆，动力作用在轮上省力(如汽车,的方向盘)，动力作用在轴上费力(如变速自行车的后轮)。,2.,斜面,：斜面是一种省力费距离的简单机械。例如：楼梯盘山公路等。,知识点三 动能和势能,类别,动能,势能,重力势能,弹性势能,定义,物体由于,_,而具有的能,物体由于,_,而具有的能,物体由于发生,_,而具有的能,影响因素,物体的,_,和,_,物体的,_,和,_,物体的,_,弹性形变,运动,位置较高,质量,运动速度,质量,被举起的高度,弹性形变,判断有无,物体运动必定具有动能；速度为零，动能为零,物体被举高必定具有重力势能；被举起的高度为零，重力势能为零,物体有弹性形变必定具有弹性势能；反之，则无,说明,(1)物体能够_，我们就说这个物体具有能量，简称能。能量的单位是_；,(2)一个物体能够做的功越多，表示这个物体具有的能量越_；,(3)正在做功的物体一定具有能量，但具有能量的物体不一定正在做功；,(4)判断重力势能的大小，一般是以水平地面为标准,对外做功,焦耳(J),大,示例,3,如图所示，在,“,研究物体动能与哪些因素有关,”,的,实验中，将ABC三小球先后从同一装置的h,A,h,B,h,C,高处滚下(m,A,=m,B,h,B,)，推动纸盒运动一段距离后静止。,(1)小球从高处滚下的过程中是,_,能转化成,_,能；,(2)研究动能与速度的关系时，我们应选择,_,两图来进行比较；,(3)ABC三个小球刚到达水平面时，,_,球的动能最小；,(4)该实验得到的结论是,。,双基突破,重力势,动,甲乙,B,质量相同时，物体的速度越大，动能越大；,速度相同时，物体的质量越大，动能越大,知识点四 机械功和机械功率,一机械功,1.,定义,：在物理学中，把作用在物体上的,_,和物体在力的方向上通过,_,的乘积，叫做机械功，简称功。,2.,公式,：,_,。,3.,单位,：,_,。1J=1Nm。,4.,常考功的估测,：从地上拿起一个鸡蛋缓缓举过头顶，大约做功1J；普通中学生从一楼走到三楼做功约为3000J；将地面上的九年级物理课本捡起来放到课桌上，人对课本做功约为2J。,W=Fs,力,距离,焦耳(J),二机械功率,1.,定义,：功与做功时间之,_,叫做功率，用字母P表示。,2.,物理意义,：表示,_,的物理量。如某小轿车功率为66kW，表示小轿车1s内做功,_,J。,3.,公式,：,_,。,4.,单位,：,_,。常用单位还有：千瓦(kW)。,换算关系：1kW=,_,W，1W=,_,J/s。,5.,常考功率估测,：普通中学生从一楼走到三楼的功率约为100W；普通中学生跳绳的功率约为75W。,比,做功快慢,6.610,4,P=W,/,t,1,瓦特(W),10,3,1.,力对物体不做功的三种情况,夺分点拨,理解,举例,劳而无功,物体受到力的作用，但没有通过距离,推桌子时，未推动；搬石头时，未搬起,不劳无功,物体由于惯性而运动了一段距离，但物体没有受到力的作用,推铅球时，铅球离开手后，手对铅球不做功,垂直无功,物体运动的方向跟力的方向垂直,提着水桶水平前进，提水桶的力和水桶的重力不做功,2.,对功和功率的理解,：功表示做功的多少，功率表示做功的快慢。一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定，功率大的做功不一定多，做功多的功率也不一定大。,3.,功率推导式P=Fv的应用,：适用于物体做匀速直线运动，其中v的单位是m/s。此公式对功率的实际应用有较大的意义，如汽车发动机的功率一定时，由F=P,/,v可知，牵引力与速度成反比，所以汽车爬坡时，司机采取的措施是换挡减速，以获取更大的牵引力。,示例,3,一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,双基突破,C,示例5,某人乘坐出租车在平直公路上匀速行驶，出租车的牵引力为3103N，如图是他乘车到达目的地时的车费发票，求出租车在这段时间内牵引力的功率。,解：牵引力做的功：W=Fs=310,3,N610,3,m=1.810,7,J，,出租车行驶的时间：t=10：05-10：00=5min=300s，,出租车在这段时间内牵引力的功率：P=W,/,t=1.810,7,J,/,300s=610,4,W。,知识点五 机械效率,一有用功和额外功,1.,有用功,：完成某个任务时必须要做的功，用W有表示。,2.,额外功,：完成某个任务时，人们不需要但又不得不做的功，用W额表示。,3.,总功,：有用功和额外功之,_,叫做总功，用W,总,表示，即,_,。,和,W,总,=W,有,+W,额,二机械效率,1.,定义,：有用功跟总功的,_,叫做机械效率，用字母表示。,2.,公式,：,_,。,【说明】任何机械不可避免地要做额外功，因此，机械效率总是小于1。,3.,提高机械效率的方法,：增大提升物体的重力(增大有用功)；减小机械本身的重力(减小克服机械重力做的额外功)；定时润滑(减小克服机械间的摩擦而做的额外功)。,比值,=W,有,/,W,总,有用功与额外功的区分,：,看我们需要达到什么做功目的。例如：用桶将水从水井中提上来，克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功；如果是捞出掉入水井中的水桶，则克服桶重做的是有用功，而克服桶带出来的水的重力所做的功是额外功。,夺分点拨,示例,6,某同学做,“,测滑轮组机械效率,”,实验时，用图中所示的滑轮，组装成滑轮组，请在图中画出使用该滑轮组时最省力的绕法。用此滑轮组将重为3.6N的物体匀速提起时，拉力的功率为0.36W，滑轮组的机械效率为75%。(忽略摩擦及绳重)求：,(1)绳子自由端移动的速度和动滑轮的总重；,(2)若用此滑轮组提起小于3.6N的重物时，其机械效率将如何改变?说明理由。,双基突破,解：绕法如图所示，绳子段数n=4。,(1)因为=W,有,/,W,总,=Gh,/,Fs=Gh,/,Fnh=G,/,nF，,所以拉力：F=G,/,n=3.6N,/(,475%,),=1.2N，,由于P=Fv，所以绳子自由端移动的速度：v=P,/,F=0.36W,/,1.2N=0.3m/s，,由于忽略摩擦及绳重，则机械效率：=W,有,/,W,总,=G,h,/(,G,h,+G,动h,),=G,/(,G+G,动,),，,所以动滑轮总重：G,动,=G,/,-G=3.6N,/,75%-3.6N=1.2N；,(2)机械效率减小；,由于忽略摩擦及绳重，则机械效率：=W,有,/,W,总,=Gh,/(,Gh+G,动,h,),=G,/(,G+G,动,),=1,/(,1+G,动,/,G,),，,所以当提升的物体重力减小时，滑轮组机械效率减小。,(或者当提升物体的重力减小时，有用功减小，额外功不变，故其机械效率减小),考法,聚焦重难点,焦点,1,杠杆平衡条件的应用(重点难点),样题1,如图所示，在“探究杠杆平衡条件”的实验中，轻质杠杆上每个小格长度均为2cm，在B点竖直悬挂4个重均为0.5N的钩码，当在A点用与水平方向成30角的动力F拉杠杆时，杠杆在水平位置平衡。对该杠杆此状态的判断，下列说法中正确的是(),A.杠杆的动力臂为8cm,B.该杠杆为费力杠杆,C.该杠杆的阻力大小为0.5N,D.动力F的大小为1.5N,B,解析,当动力在A点斜向下拉(与水平方向成30角)动力臂：L,1,=1,/,2OA=1,/,242cm=4cm，故A错误；阻力臂：L,OB,=32cm=6cmL,1,，即阻力臂大于动力臂，该杠杆为费力杠杆，故B正确；该杠杆的阻力大小：G=40.5N=2N，故C错误；根据杠杆的平衡条件得，GL,OB,=FL,1,，代入数据，2N8cm=F4cm，解得，F=4N，故D错误。故选B。,1.如图所示，杠杆在拉力的作用下水平平衡。现将弹簧测力计绕c点从a位置转动到b位置的过程中，杠杆始终保持水平平衡，则拉力F的变化情况是(),A.一直变大,B.一直变小,C.一直不变,D.先变大后变小,对应训练,A,解析,将弹簧测力计绕c点从a位置转动到b位置的过程中，钩码的重力不变，其力臂不变，即阻力与阻力臂的乘积不变；将弹簧测力计绕c点从a位置转动到b位置的过程中，拉力F的力臂逐渐变小，由杠杆的平衡条件F,1,L,1,=F,2,L,2,可知，拉力F逐渐变大。故选A。,焦点,2,杠杆作图(重点),样题,2,如图所示是用起子开启瓶盖的情景，此时起子可以看作是一个支点为O的杠杆，请在图中画出动力F,1,的力臂L,1,和阻力F,2,。,2.如图所示，轻质杠杆的A点挂一重物G，绳受的拉力为F,2,，O为杠杆的支点。请在杠杆的端点B处画出使杠杆保持静止的最小的力F,1,的示意图，并作出F,2,的力臂l,2,。,对应训练,焦点,3,滑轮(组)斜面的相关计算(重点难点),样题,3,(2017达州)用如图所示滑轮组拉着重为30N的物体A匀速前进0.2m，则绳子自由端移动的距离为,_,m；若物体A与地面的摩擦力为9N，则拉力所做的有用功为,_,J；若实际拉力F=4N，则该滑轮组的机械效率为,_,%。,0.6,1.8,75,3.如图所示，甲乙两个滑轮组，其中每个滑轮的质量都相同，分别用拉力F,1,F,2,将重物G,1,G,2,提升相同高度，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是(),A.若G,1,=G,2,，则拉力F,1,F,2,做的总功相同,B.若G,1,=G,2,，则拉力F,2,做的有用功多,C.若G,1,G,2,，则甲的机械效率大于乙的机械效率,D.若G,1,G,2,，则甲乙两个滑轮组的机械效率相等,对应训练,C,4.如图所示，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重G=9104N的货物A沿斜面向上匀速运动。货物A的速度为v=2m/s，经过t=10s，货物A竖直升高h=10m。已知汽车对绳的拉力F的功率P=120kW，不计绳滑轮的质量和摩擦，求：,(1)10s内汽车对绳的拉力所做的功；,(2)汽车对绳的拉力大小；,(3)斜面的机械效率。,解：(1)由P=W,/,t可得，10s内汽车对绳的拉力所做的功：W=Pt=1.210,5,W10s=1.210,6,J；,(2)10s内货物移动的距离：s,物,=vt=2m/s10s=20m，由图可知，n=3，拉力端移动距离：s=3s,物,=320m=60m，,由W=Fs可得，汽车对绳的拉力大小：F=W,/,s=1.210,6,J,/,60m=210,4,N；,(3)滑轮组对重物的拉力：F,拉,=3F=3210,4,N=610,4,N，,斜面的机械效率：=W,有,/,W,总,100%=Gh,/,F,拉,s,物,100%=,(,910,4,N10m,)/(,610,4,N20m,),100%=75%。,焦点,4,动能和势能的影响因素及相互转化(重点),样题,4,如图所示，小球从A点摆动到C点的过程中，(不计空气阻力)下列说法正确的是(),A.从A到B的过程中，动能增大，重力势能减小,B.从A到B的过程中，动能减小，重力势能增大,C.从B到C的过程中，动能增大，重力势能增大,D.从B到C的过程中，动能减小，重力势能减小,A,5.2019年1月3日，,“,嫦娥四号,”,实,现了人类探测器首次在月球背面软着陆，,“,嫦娥四号,”,探测器在距离月球表面100米高处悬停，对月球表面识别，并自主避难，选择相对平坦的区域后，开始缓慢地竖直下降，最后成功软着陆。从距离月球表面100米到软着陆在月球表面的过程中，,“,嫦娥四号,”,探,测器的重力势能,_,，机械能,_,。(均选填,“,增大,”“,不变,”,或,“,减小,”,),对应训练,减小,减小,考场,走进达州中考,命题点,1,杠杆平衡条件的应用,1.(2016达州)如图所示，杠杆处于平衡状态，且每个钩码的质量相同，若将两边的钩码分别向支点移动相同的距离后，则杠杆,_,(选填“A”或“B”)端会下沉。,B,解析,假如一个钩码的重力是G，则原来杠杆在水平位置处于平衡状态，此时作用在杠杆上的力分别为3G2G，其对应的力臂分别为L,1,L,2,，根据杠杆的平衡条件可得：3GL,1,=2GL,2,，由此可知，L,1,2G，所以3GL2GL，所以3GL,1,-3GL2GL,2,-2GL。因此杠杆将向B端即右端倾斜。故若将两边的钩码分别向支点移动相同的距离后，则杠杆B端会下沉。,命题点,2,杠杆滑轮(组)作图,2.(2019达州)轻质杠杆OABC能够绕O点转动，已知OA=BC=20cm，AB=30cm，在B点用细线悬挂重为100N的物体G，为了使杠杆在如图所示的位置平衡，请在杠杆上作出所施加最小动力的图示(不要求写出计算过程)。,解析,根据杠杆的平衡条件，要使力最小，则动力臂应最长，即连接OC为最长的力臂，力的方向与OC垂直且向上，根据勾股定理和全等三角形定理可得，动力臂OC=50cm，故根据杠杆平衡条件可得：F,1,OC=GOA，代入数值可得：F,1,50cm=100N20cm，解得：F,1,=40N，选取标度为20N，过C点作出最小动力，使线段长度为标度的2倍。,3.(2015达州)如图所示是一轻质杠杆，O是支点，为了使杠杆在此位置平衡，请画出在A点所施加的最小动力F及其力臂L。,解析,连接OA，则OA是最长的力臂，作OA的垂线，物体对杠杆的力使杠杆向逆时针方向转动，所以F应使其向顺时针方向转动。,4.(2012达州)请你在如图中画出用滑轮组提升重物的最省力的绕绳方法。,5.(2014达州)初三学生小华从一楼步行到三楼，用时0.2min，他步行的路程约为12m，升高高度为6m，下列估算正确的是(),A.小华步行的平均速度约为0.5m/s,B.小华步行的平均速度约为0.75m/s,C.小华重力做的功约为3000J,D.小华重力做的功约为4500J,命题点,3,功功率的简单计算,C,6.(2013达州)中学生小华在一次跳绳的体能测试中，1min内跳了120次，每次跳离地面的高度约为5cm，则他跳绳时的功率最接近(),A.5W,B.50W,C.500W,D.5000W,B,7.(2017达州)如图所示，用20N的水平拉力F拉滑轮，可以使重15N的物体A以0.2m/s的速度在水平地面上匀速运动，物体B重8N，弹簧测力计的示数为3N且保持不变。若不计轮重弹簧测力计重绳重和滑轮的摩擦，则下列说法中正确的是(),A.地面受到的摩擦力为10N,B.滑轮移动的速度为0.4m/s,C.在2s内绳子对物体A所做的功为4J,D.水平拉力F的功率为4W,命题点,4,滑轮(组)斜面的相关计算,C,【解析】,图中使用的是动滑轮，设物体A受到绳子的拉力为F,左,，则拉力F=2F,左,，物体A受到向左的拉力：F,左,=1,/,2F=1,/,220N=10N，而f,B,=F,示,=3N，物体A受到向左的拉力等于地面对它的摩擦力f地加上B对它的摩擦力f,B,，即F,左,=f,地,+f,B,，所以地面受到的摩擦力：f,地,=F,左,-f,B,=10N-3N=7N，故A错误；滑轮移动的速度：v,轮,=1,/,2v=1,/,20.2m/s=0.1m/s，故B错误；物体A移动的距离：s=vt=0.2m/s2s=0.4m，对A做的功：W=F,左,s=10N0.4m=4J，故C正确；水平拉力F的功率：P=Fv,轮,=20N0.1m/s=2W，故D错误。故选C。,8.(2015达州)用如图所示的甲乙两滑轮组分别把相同的物体匀速提升相同的高度，两装置的机械效率分别为,甲,乙,，拉力做的功分别为W,甲,W,乙,，若滑轮规格相同，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是(),A.W,甲,W,乙,甲,W,乙,甲,乙,C.W,甲,=W,乙,甲,=,乙,D.W,甲,乙,C,【解析】,由图可知，n,甲,=5，n,乙,=4，不计绳重及摩擦，绳子受的拉力：F,甲,=1,/,5(G,物,+G,轮,)，F,乙,=1,/,4(G,物,+G,轮,)，绳子自由端移动的距离s=nh，提升物体的高度h相同，s,甲,=5h，s,乙,=4h，拉力做的功：W,甲,=F,甲,s,甲,=1,/,5(G,物,+G,轮,)5h=(G,物,+G,轮,)h，W,乙,=F,乙,s,乙,=1,/,4(G,物,+G,轮,)4h=(G,物,+G,轮,)h，所以W,甲,=W,乙,；动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W,额,=G,轮,h，W,有,=G,物,h，滑轮规格相同，不计绳重及摩擦，利用滑轮组做的有用功相同额外功相同，总功相同，由=W,有,/,W,总,可知，滑轮组的机械效率相同。故选C。,9.(2019达州)救援车工作原理如图所示，当车载电机对钢绳施加的拉力F大小为2.510,3,N时，小车A恰能匀速缓慢地沿斜面上升。已知小车A的质量为1t，斜面高为2m，斜面长为5m(不计车长钢绳重动滑轮重钢绳与滑轮间的摩擦和滑轮与轴间的摩擦，g取10N/kg)。在小车A由水平路面被拖上救援车的过程中，钢绳所做的有用功为,_,J，整个装置的机械效率为,_,，小车A与斜面间的摩擦力大小为,_,N。,210,4,80%,110,3,【解析】,车的重力：G=mg=110,3,kg10N/kg=110,4,N，钢绳做的有用功：W,有,=Gh=110,4,N2m=210,4,J；不计车长，拉力端移动距离：s=2L=25m=10m，拉力做的总功：W,总,=Fs=2.510,3,N10m=2.510,4,J，整个装置的机械效率=W,有,/,W,总,100%=,(,210,4,J,)/(,2.5104J,),100%=80%；不计钢绳重动滑轮重钢绳与滑轮间的摩擦和滑轮与轴间的摩擦，克服小车A与斜面间的摩擦做的功为额外功，W,额,=W,总,-W,有,=2.510,4,J-210,4,J=510,3,J，由W,额,=fL可得，摩擦力：f=W,额,/,L=510,3,J,/,5m=110,3,N。,10.(2014达州)如图所示，用F为40N的拉力，通过滑轮组拉着重为300N的物体A在水平面上以0.4m/s的速度向左做匀速直线运动。物体受到的摩擦力是物重的0.3倍，滑轮组的机械效率是,_,，拉力的功率是,_,W。,75%,48,【解析】,摩擦力：f=0.3G=0.3300N=90N，滑轮组的机械效率：=W,有,/,W,总,=fs,/,F3s=f,/,3F=90N,/(,340N,),=75%；拉力移动速度：v=3v,物,=30.4m/s=1.2m/s，拉力的功率：P=Fv=40N1.2m/s=48W。,11.(2015达州)某工人用如图所示的装置把一重为1200N的箱子从斜面底端匀速拉到顶端用时10s，已知斜面长6m高2m，此装置的机械效率为80%(滑轮重绳重滑轮与绳之间的摩擦均不计)。求：,(1)拉力F；,(2)拉力F做功的功率；,(3)箱子和斜面间的摩擦力。,解：(1)由图可知滑轮装置是一个动滑轮，,绳端移动的距离：s=2s=26m=12m，,有用功：W,有,=Gh=1200N2m=2400J，,根据=W,有,/,W,总,=W,有,/,Fs可得，,拉力：F=W,有,/,s=2400J,/(,80%12m,),=250N；,(2)拉力做的功：W,总,=Fs=250N12m=3000J，,拉力做功的功率：P=W,总,/,t=3000J,/,10s=300W；,(3)根据W,总,=W,有,+W,额,可得，,克服摩擦力做的额外功：,W,额,=W,总,-W,有,=3000J-2400J=600J，,根据W=fs可得，,箱子和斜面间的摩擦力：f=W,额,/,s=600J,/,6m=100N。,