九年级自然科学-功和简单机械华东师大版.doc

初三自然科学功和简单机械华东师大版

【本讲教育信息】
一. 教学内容：
功和简单机械

二. 学习目标：
1. 知道和理解做功的两个必要因素，了解能够做功的物体具有能量，知道功的概念、计算公式、单位。
2. 知道功率的概念、计算公式、单位。
3. 认识和了解三种简单机械：斜面、滑轮和杠杆，了解它们各自的特点，认识生活和生产常见的简单机械，了解机械效率的含义，能进行一些简单计算。
4. 知道动能、势能的含义，知道物体的动能和势能可以相互转化以及物体的机械能在一定情况下守恒。

三. 重点、难点：
重点和难点：理解功的概念，认识和了解简单机械以及它们在工作时的特点，探究杠杆平衡条件；机械能及其守恒的含义。

四. 知识总结
（一）功
1. 功的含义
功包括两个必要的因素，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。

2. 功的计算
物理学中规定：功等于力与物体在作用力方向上通过的距离的乘积。用F表示力，S表示力方向上通过的距离，W表示功，则：W＝FS
在国际单位制中，力的单位是牛，距离的单位是米，功的单位叫焦耳，简称焦（J）。
3. 功的原理：使用任何机械都不省功
实验表明：

使用任何机械时，人对机械所做的功，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”。
4. 有用功和额外功和总功
有用功：机械克服有用阻力所做的功。
额外功：机械克服摩擦等额外阻力所做的功。
总功：动力对机械所做的功,也就是有用功与额外功的总和。
如图，把重100牛的砂子运上三楼，哪种办法最好？哪种办法最不好？讨论一下为什么？

从图中可知：
a. 把100牛的砂子提高6米所做的功是有用功。
b. 用桶、口袋提砂子时，要由人或动滑轮提到楼顶。人或动滑轮把桶或口袋也提高了6米，这部分并非需要但又不得不做的功叫额外功。
c. 有用功＋额外功＝总功。
5. 机械效率
a. 含义：有用功跟总功的比值叫机械效率。
用W总表示总功，W有用表示有用功，η表示机械效率，那么

任何机械不可避免地要做额外功，所以机械效率总小于1。
b. 实验：测滑轮组的机械效率
器材：刻度尺、钩码、弹簧秤、铁架台，一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组，长约2米的细绳。
做好实验的几点说明：
（1）钩码的重由钩码的质量用G＝m·g算出。
（2）匀速拉动弹簧秤使钩码G升高。注意“匀速拉动”。测课本图14—10（甲）和（乙）两图中的拉力时，拉力F的大小由弹簧秤上的示数读出。
（3）钩码上升的高度（h），可用竖直放置在钩码旁的刻度尺读出。
（4）细绳自由端通过的距离（s）的测定，教师边演示边讲解，可事先在细绳与动滑轮（或定滑轮）相切处用色笔在细绳上做个记号，再拉弹簧秤，用滑轮组提升重物。用刻度尺量出钩码上升的高度后，再量细绳色点到与动滑轮（或定滑轮）相切处的距离，就是细绳自由端通过的距离（s）。

（二）功率
如何比较做功的快慢呢？
人们把单位时间里完成的功，叫功率。用来表示做功的快慢。用W表示功，t表示时间，P表示功率，那么

在国际单位制中，功的单位是焦，时间的单位是秒，功率的单位是焦/秒，叫做瓦特，简称瓦（W）。
1瓦＝1焦/秒

（三）简单机械
1. 斜面

把重物直接搬到卡车上，很费力。用一块板搭在卡车上，把重物沿斜面推上去，就比较省力。
我们对斜面分析，如图：

若不计物体与斜面之间的摩擦f，则
根据功的原理：FL＝Gh

可见，斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一。

要使物体升高相同的高度，斜面越长越省力
2. 滑轮组
（1）定滑轮和动滑轮
a. 判断：判定是否是定滑轮、动滑轮主要是看利用滑轮工作时，滑轮的轴是否随物体一起移动。如果物体移动时，轴并不跟随物体一起移动，则该滑轮为定滑轮；如果轴与物一起移动，则该滑轮为动滑轮。
b. 动滑轮的实质：动力臂等于阻力臂的等臂杠杆
如图1，使用定滑轮提升重物时，在定滑轮所在的平面上，无论拉力方向如何，拉力的大小都一样。因为定滑轮是杠杆类简单机械，其支点是在定滑轮的轴上，而拉力的方向均是沿着轮的切线方向，其力臂的长总是等于定滑轮的半径r，所以拉力的大小都一样。

c. 定滑轮的实质：动力臂是阻力臂两倍的省力杠杆，使用一个动滑轮可以省一半的力
（2）滑轮组是由定滑轮和动滑轮组合起来的一组滑轮。使用滑轮组提升重物，既省力又可以改变施力方向。在实际使用时，有时还会出现定滑轮或动滑轮的单一组合，判断是否省力、到底怎样省力，必须把握三个原则：
第一、同一根绳子，各段承受的拉力相等；
第二、单个滑轮支承轴上所承受的力应等于作用在滑轮周边绳子上拉力的两倍；
第三、所吊重物及与其相连的滑轮所受向上拉力之和一定等于向下作用力之和。

（四）机械能
1. 能：一个物体如果能够做功，我们就说该物体具有能量，简称具有能
2. 动能：物体由于运动而具有的能
影响动能大小的因素：质量和速度
3. 势能：包括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
影响重力势能大小的因素：质量和被举高的高度
弹性势能：物体由于发生形变而具有的能
影响弹性势能大小的因素：材料和形变程度
4. 机械能：动能和势能总和叫机械能
机械能中，动能和势能可以相互转化若不计空气阻力，机械能守恒.

【典型例题】
例1. 判断下列说法是否正确
（1）有力作用在物体上就一定对物体做功（ ）
（2）大小不变的两个力拉着同一物体分别在有摩擦和无摩擦的水平表面上移动相同的距离，其做功大小相等（ ）
（3）功率越大，做功就越多（ ）
（4） 使用同一机械对物体做功，其机械效率一定保持不变（ ）
答：（1）错（2）对（3）错（4）错

例2. 体积相同的实心铜球和木球放在水平桌面上，铜球静止，木球在桌面上做匀速直线运动，则（ ）
A. 铜球的动能大于木球的动能。
B. 铜球的势能小于木球的势能。
C. 铜球的机械能一定小于木球的机械能。
D. 铜球的机械能一定等于木球的机械能。
答案：选A。

例3. 一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整个过程中，乒乓球机械能转化的情况是（ ）
A. 势能→动能→势能。 B. 动能→势能→势能。
C. 动能→势能→动能→势能→动能。 D. 势能→动能→势能→动能→势能。
答案：选D。
说明：在解答同一物体的重力势能和动能之间的转化问题时，由于同一物体质量一定，所以重力势能和动能的变化，主要表现在离地面的高度与速度的大小变化。

例4. 一学生用100牛的力将重为50牛的足球沿水平方向踢出20米远，则该学生对球做的功是：（ ）
A. 3000焦 B. 1000焦 C. 2000焦 D. 无法确定
答案：选项D是正确的。

例5. 用电动机带动抽水机提取湖水灌溉农田。若农田比湖水面高出10米，抽水机每小时能抽水360米3，机械效率是49%，则给抽水机配用的电功机的功率是多少千瓦？
分析：所求电动机的功率相当于输入功率，而抽水机工作的功率相当于输出功率，由

解法：

答：配用的电动机的功率是20千瓦。

例6. 用图4所示的滑轮组，将重为600牛的物体匀速上拉2米，所用拉力为200牛。求滑轮组的机械效率。

分析与解：通过审题，应分析出物重G=600牛，重物被提高h=2米，拉力F=200牛。
通过审图，应能分析出有5段绳子承担动滑轮和物体的重力。所以绳子的自由端移动的距离S=5h=5×2米=10米。
滑轮组的目的是提升重物，所以提升重物所做的功就是有用功，拉力对滑轮组所做的功为总功，进而可以求出机械效率。计算过程如下：
W有用=Gh=600牛×2米=1200焦
=200牛×10米=2000焦

答：滑轮组的机械效率为60%
说明：在简单机械中，动力作用点移动的距离S与物体移动距离h的关系是由机械自身结构决定的，在滑轮组中，有n段绳子承担重物，则S=nh。它跟物体受到的重力、动力的大小以及机械效率的高低无关。

例7. 如图两个滑轮组G1：G2=2：1，甲滑轮组中动滑轮重G甲与G1的比为1：5，乙滑轮组中两个动滑轮重G乙与G2的比为3：5。求在不计滑轮摩擦及绳重时，匀速拉起重物，作用在绳的自由端的拉力F1与F2之比是多大？

解：甲滑轮组把重物分担在三段绳上，乙滑轮组把重物分担在四段绳上。则：

则

【模拟试题】（答题时间：80分钟）
一. 选择题（26—30可能是多选题其余为单选题，每小题2分，共60分）
1. 下面关于功率的几种说法中正确的是（ ）
A. 做功所用的时间越多，功率越小
B. 功率越大，做功就越多
C. 在相同的时间里，做功越多，功率越大
D. 做功所用的时间越少，功率越小
2. 船在水面上匀速行驶，受到重力、浮力、牵引力和阻力的作用，其中（ ）
A. 重力对船做功
B. 浮力对船做功
C. 牵引力对船做功
D. 没有力对船做功
3. 关于机械效率，下列说法中哪些是正确的（ ）
A. 机器的功率越大，机械效率越高
B. 机器做功越多，机械效率越高
C. 没有摩擦，机械效率一定是100％
D. 额外功在总功中所占比例越小，机械效率越高
4. 某人用200N的力，把重为1000N的箱子，沿着水平地板推动20m,那么人推箱子所做的功为（ ）
A. 20000J B. 0J C. 4000J
D. 因为不知是否匀速推动，故做功的多少不能确定
5. 在光滑水平面上有一个质量为m的静止物体，用水平推力F使它加速向前前进了距离S，推力所做的功为W1，若仍用水平推力F在粗糙的水平面上推同一物体匀速前进的距离仍为S，推力所做的功为W2，那么（ ）
A. W1<W2 B. W1=W2
C. W1>W2 D. 条件不足无法判断
6. 要提高某一机械的效率，可取的途径是（ ）
A. 增加做功的时间
B. 减少机械做功的时间
C. 尽量采取措施减小额外功跟总功的比值
D. 增加机械的功率
7. 在以下各种情形中，消耗势能的是（ ）
A. 水平飞行的子弹射穿靶心
B. 上紧发条的钟在走动
C. 风吹使风车转动
D. 弹簧在拉力作用下伸长
8. 下列运动中的物体，没有力对它做功的是（ ）
A. 在光滑水平面上作匀速滑动的物体
B. 在水平轨道上匀速行驶的列车   
C. 从高处落下的雨滴
D. 正在下坡行驶的汽车
9. 水平地面有一重4N的足球，一个小孩用20N的力踢球，使球向前运动了30m，那么小孩对球所作的功为（ ）
A. 120J B. 720J
C. 600J D. 条件不足，无法计算
10. 体重相同的甲、乙两人，匀速地从同一栋楼的一楼上到五楼，甲的速度大于乙的速度，则（ ）
A. 甲做的功多 B. 乙做的功多
C. 甲的功率大 D. 乙的功率大
11. 用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，将一个500N的重物升高0.5m,所用的拉力为200N，则此滑轮组的机械效率为（ ）
A. 40％ B. 60％ C. 83％ D. 100％
12. 水平路面上有一重500N的小车，在100N的水平推力作用下匀速向前移动了5m，在这过程中（ ）
A. 车受到的阻力是600N
B. 车受到的阻力是500N
C. 推力对车做功是500J
D. 重力对车做功2500J
13. 体积相同的铁块和铝块，在同一高度处下落，则有（ ）
A. 在高处铁块和铝块的势能相等，落到地面时的动能也相等
B. 在高处时铁块的势能大，落到地面时铝块的动能大
C. 在高处铝块的势能大，落到地面时铁块的动能大
D. 在高处铁块的势能大，落到地面时铁块的动能也大
14. 关于能的概念，下列说法中正确的是（ ）
A. 机械能就是机械具有的能
B. 物体不在做功，就不具有能
C. 机械能的总量在任何情况下保持不变
D. 从一定高度下落的乒乓球，在撞击地面时，乒乓球因发生弹性形变而具有势能
15. 一个物体具有能量，则说明（ ）
A. 它一定在作功
B. 它一定能够作功
C. 它一定作了功
D. 它能做的功一定多
16. 甲、乙两物体都举到相同高度，然后都落到地面（不计空气阻力），甲重力做功10J，乙做功20J，则原来具有的重力势能大小是（ ）
A. 甲大 B. 乙大 C. 一样大 D.无法确定
17. 下列说法正确的是（ ）
A. 在空中飞行的飞机只具有动能
B. 质量大的物体具有的势能一定大
C. 炮弹具有的机械能一定比子弹具有的机械能大
D. 质量和速度相同的物体具有的动能一样大
18. 篮球落到地面，又跳起来，观察它触地时先被压缩，后恢复原状，以下说法中正确的是（ ）(不计空气阻力)
A. 下降过程中，动能增加，机械能减少
B. 压缩过程中动能减少，弹性势能减少
C. 恢复过程，动能增加，弹性势能减少
D. 上升过程动能减少，机械能减少
19. 下列情况中机械能的总量保持没有变化的是（ ）
A. 汽车从斜坡上匀速下滑
B. 利用滑轮组将物体匀速提升
C. 在没有空气阻力的情况下，物体自由下落
D. 物体在光滑水平面上受拉力作用，速度增大
20. 两人作爬杆比赛，已知两人体重G甲∶G乙=5∶6，甲用了9s爬到顶，乙用了10s爬到顶，则甲、乙两人爬杆时功率比是（ ）
A. 4 ：3 B. 3 ：4 C. 27 ：25 D. 25 ：27
21. 小明装饰房间需将重200N的水泥从一楼提到三楼，有三种方式选择:直接将水泥扛到三楼；在楼上装定滑轮，将水泥提到三楼；人在楼下用滑轮组将水泥提到三楼。比较三种方式提水泥时人所做的功（ ）
A. 直接扛上楼做功最少 B. 用定滑轮提做功最少
C. 用滑轮组提做功最少 D. 三种方法做功一样多
22. 用两台机器分别完成W1和W2的功时，已知W1∶W2=3∶4，机械效率ηl.∶η2=4∶5，则两台机器为完成各自的功而实际做功之比是（ ）
A. 3∶5 B. 5∶3 C. 15∶16 D. 16∶15
23. 甲、乙两物体质量相同，由外力使甲以速度v1匀速上升s米，外力做功W1，功率是P1；用外力使乙以速度v2匀速上升s米，外力做功W2，功率是P2，已知v1＞v2，则（ ）
A. W1=W2，P1=P2 B. W1＜W2，P1=P2
C. W1=W2，P1＞P2 D. W1＜W2，P1＜P2
24. 骑自行车上坡前往往要用力蹬几下，这样做是为了（ ）
A. 增大车的惯性 B. 增大车的冲力
C. 增大车的动能 D. 增大车的势能
25. 如图，杠杆两端分别挂甲、乙两个体积相等的实心铝块和铜块（ρ铝<ρ铜），杠杆处于平衡状态，现将它们同时浸没在水中，则（ ）
A. 杠杆仍平衡 B. 杠杆左端下沉
C. 杠杆右端下沉 D. 无法判断

26. 一个物体在平衡力作用下，下列说法正确的是（ ）
A. 动能将保持不变 B. 势能一定保持不变
C. 机械能可能增加 D. 机械能一定不变
27. 有一人用同一滑轮组分别将重1000N和2000N的物体匀速提升5m，动滑轮重200N，绳重及摩擦不计，则在上述两种情况中（ ）
A. 滑轮组的机械效率不相等 B. 人做的额外功相等
C. 人做的总功相等 D. 绳子自由端移动的距离相等
28. 人造卫星在绕地球转动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 在近地点的速度最大 B. 在近地点时势能为零
C. 机械能可能增加 D. 机械能一定不变
29. 下列说法正确的是（ ）
A. 潮汐能也像风能一样，取之不尽用之不竭
B. 用拦河坝提高水位，是为了增加水的重力势能
C. 现代的大型水轮机，不但功率大，而且效率高
D. 用水库的水发电，再把电送进工厂去，因此工厂一定要建在水库边
30. 体积相等的甲、乙两实心铁块和木块，置于同一水平桌面上，铁块静止，木块以速度v匀速水平运动，下列说法正确的是（ ）
A.甲的机械能为零 B. 乙的机械能一定大于甲的机械能
C. 甲的机械能可能大于乙的机械能 D. 乙的机械能可能等于甲的机械能

二. 填空题（7、8、9、10每空2分，其余每空1分，共30分）
1. 做功的两个必要因素 、
2. 功率是表示 的物理量。
3. 在空气中匀速下落的降落伞，它的动能______，重力势能______，机械能______（填“增大”、“减小”、“不变”）
4. 小孩在荡秋千时，别人把他推高一下后，他就来回悠荡，秋千由高处荡回再向另一侧升高的过程中，是由______能转化为______能，再由______能转化为______能的过程。
5. 一个氢气球从地面上升，上升的速度越来越大，则它的重力势能______，机械能________。
6. 把一个充足气的排球按入一个小水池的水中，放手后，排球在上升过程中它的机械能_____，水的机械能________.
7. 如图所示，B物体重20牛，A为动滑轮，绳子一端固定在地上，当滑轮A在力F的作用下，以0.5米/秒的速度匀速上升，则物体B的速度是

8. 如图，弹簧秤下挂有一定滑轮，定滑轮重为1牛，A、B处于静止状态，GB=100牛，GA=10牛，则弹簧秤的示数为 。

9. 如图所示，水平拉力F是19.6牛顿，刚好能使196牛顿的物体在水平桌面上匀速前进，则桌面对物体滑动摩擦力是 牛。（滑轮重力和摩擦不计）

10. 如图所示，手持弹簧秤竖直上拉，使杠杆处于平衡状态，弹簧秤的示数是20牛，OA=30厘米，AB=20厘米，则物体重_______牛。

11. 如图所示，用滑轮组以10牛的拉力匀速提起重为G1、G2、G3的物体，若滑轮重和摩擦忽略不计，重物重力G1=_______牛，G2=_______牛，G3=_______牛。若匀速把重物提起0.5米，则F1、F2、F3移动的距离S1、S2、S3分别是：S1=_______米，S2=_______米，S3=_______米。

三. 计算题（10分）
利用一个动滑轮来提起一个浸没在水里的重物，如图所示，先用500牛的力才能使它在水中匀速上升，此时动滑轮的机械效率为70%，当重物完全离开水面后，必须用600牛的力才能使它匀速提升，求此重物的体积是多大？（整个装置的摩擦和绳重不计，g取10N/kg）

【试题答案】
一. 选择
1. C 2. C 3. D 4. C 5. B
6. C 7. B 8. A 9. D 10. C
11. C 12. C 13. D 14. D 15. B
16. B 17. D 18. C 19. C 20. D
21. B 22. C 23. C 24. C 25. C
26. AC 27. ABD 28. AC 29. ABC 30. CD

二. 填空
1. 作用在物体上的力，物体在力的方向上通过的距离
2. 做功快慢
3. 不变、减小、减小
4. 势、动、动、势
5. 增大、增大
6. 增大、变小
7. 1m/s
8. 21N
9. 39.2N
10. 12N
11. 20、30、20、1、1.5、1

三. 计算题
1. 20dm3