簡(jiǎn)單機(jī)械和功

1、第11講 簡(jiǎn)單機(jī)械和功一知識(shí)要點(diǎn)（一）杠桿1、活動(dòng)11.3“如何把木料運(yùn)上樓”說(shuō)明：為了完成任務(wù)，人們通常使用滑輪等簡(jiǎn)單機(jī)械。使用滑輪時(shí)，軸的位置固定不動(dòng)的滑輪是動(dòng)滑輪，軸的位置隨被拉物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪是動(dòng)滑輪。滑輪分為定滑輪和動(dòng)滑輪兩種。2、活動(dòng)11.4“探究使用定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)”說(shuō)明：使用定滑輪不能省力，但可以改變施力的方向。使用動(dòng)滑輪可以省一半的力，但不能改變施力的方向。3、使用滑輪組（動(dòng)滑輪和定滑輪結(jié)合）可以省力和改變施力的方向。F=1/n .G,其中F表示（四）功率1、功率是表示做功快慢的物理量，單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做功率（用與速度定義的類比法得出）。公式是P=W/t ,其中P表

2、示功率，國(guó)際單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)W，焦/秒（J/S）也是他的單位，1W=1 J/S。W表示功，單位是J，t表示時(shí)間，單位是s.功率的其他單位有千瓦（KW），兆瓦（MW），單位換算是1 KW =1000W，1 MW =1000 KW。2、活動(dòng)11.6“估測(cè)上樓時(shí)的功率”說(shuō)明：是克服人的重力所做的功，實(shí)驗(yàn)原理是P=W/t，需要測(cè)量人的重力（體重計(jì)測(cè)量）、樓層的豎直高度（米尺測(cè)量）、上樓的時(shí)間（秒表測(cè)量）。4、滑輪組的機(jī)械效率的大小與動(dòng)滑輪的自身重力和滑輪的摩擦力及繩子的重力有關(guān)。同一個(gè)滑輪組，物體越重，機(jī)械效率越大。二重難點(diǎn)例題分析 【例題1】（09福州市）如圖1所示，使用中屬于費(fèi)力杠桿的工具

3、是（ ）圖1【解析】杠桿分類：（1）省力杠桿：動(dòng)力小于阻力，動(dòng)力臂大于阻力臂，如鉗子、起子、動(dòng)滑輪等。（2）費(fèi)力杠桿：動(dòng)力大于阻力，動(dòng)力臂小于阻力臂，如筷子、鑷子、釣魚(yú)桿等。（3）等臂杠桿：動(dòng)力等于阻力，動(dòng)力臂等于阻力臂，如天平、定滑輪。圖2【答案】C【例題2】（09蘭州）如圖2為用道釘撬來(lái)撬鐵路枕木上道釘?shù)膱D片，若阻力F2為1500N，根據(jù)圖片估算此道釘撬所用最小動(dòng)力F1的大小?！窘馕觥康泪斍耸且粋€(gè)省力杠桿，在使用是存在杠桿的平衡條件F1 L1= F2 L2。其中O為支點(diǎn)，可用直尺測(cè)量出L1=3.0cm L2=0.9cm?！敬鸢浮坑蓤D片測(cè)得L1=3.0cm L2=0.9cm 【例題3】（09

4、四川自貢）同一物體沿相同水平地面被勻速移動(dòng)，如圖3所示，拉力分別為F甲、F乙、F丙，不記滑輪與輕繩間的摩擦，比較它們的大小，則（ ）圖3A.F甲F乙F丙 B.F甲F乙F丙 C.F甲F乙F丙 D.F甲F乙F丙 【解析】圖中的甲乙丙分別是定滑輪、動(dòng)滑輪、滑輪組，根據(jù)滑輪的使用特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)：使用定滑輪不能省力，但可以改變施力的方向。使用動(dòng)滑輪可以省一半的力，但不能改變施力的方向。使用滑輪組（動(dòng)滑輪和定滑輪結(jié)合）可以省力和改變施力的方向。繩子的股數(shù)丙最多，其次是乙，所以丙最省力，甲最費(fèi)力。圖4【答案】 B【例題4】（09杭州）杭州市政府投巨資于民生工程，對(duì)背街小巷實(shí)施景觀改造。施工中，一建筑工人用滑輪

5、組提升重為220N的泥桶，動(dòng)滑輪重為20N，不計(jì)摩擦及繩重（如右圖所示）。若工人在5s內(nèi)將泥桶勻速提高2m.求： (1)工人使用滑輪組時(shí)做的有用功為 焦。 (2）工人拉繩子的力為 牛；拉力的功率為 瓦。 (3)滑輪組的機(jī)械效率為 【解析】動(dòng)滑輪對(duì)鉤碼所做的功叫做有用功，用符號(hào)W有用表示。繩子上拉力所做的功叫做總功，用符號(hào)W總表示?？朔Σ亮蛣?dòng)滑輪自身重力所做的圖5功叫做額外功，用符號(hào)W額外表示。他們之間的關(guān)系是。W總=W有用+W額外。有用功和總功的比值叫做機(jī)械效率，用公式機(jī)械效率=有用功/總功表示，也可寫(xiě)成W有用/W總 100%，=G/(nF) , W有用=Gh, W總=FS. P=W/t。

6、【答案】（1）440 （2）80 96 （3）91.7%【例題5】（09四川綿陽(yáng)）在某建筑工地上，工人用如圖所示的滑輪組將重為1200 N的建筑材料從地面運(yùn)到高20 m的樓上，手豎直向上的拉力是500 N，在這個(gè)過(guò)程中，工人做了 J的額外功，滑輪組的機(jī)械效率是_。【解析】克服摩擦力和動(dòng)滑輪自身重力所做的功叫做額外功，用符號(hào)W額外表示。直接不能計(jì)算額外功，只能通過(guò)W總=W有用+W額外，W有用=Gh, W總=FS。機(jī)械效率可以根據(jù)=G/(nF)來(lái)計(jì)算。【答案】600 80%【例題6】（09河北）小明做“測(cè)滑輪組機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，用圖6中所示的滑輪，組裝成滑輪組，請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出使用該滑輪組時(shí)最省力的繞

7、法。用此滑輪組將重為3.6N的物體勻速提起時(shí)，拉力的功率為0.36W，滑輪組的機(jī)械效率為75%。（忽略摩擦及繩重）求：（1）繩子自由端移動(dòng)的速度和動(dòng)滑輪的總重。（2）若用此滑輪組提起小于3.6N的重物時(shí)，其機(jī)械效率將如何改變？說(shuō)明理由?！窘馕觥坷脵C(jī)械效率的公式=G/(nF)可以計(jì)算出拉力，根據(jù)P=Fv,可以計(jì)算出速度。沒(méi)有直接的公式計(jì)算額外功，只能利用總功、有用功和額外功的關(guān)系進(jìn)圖6行計(jì)算?；喗M的機(jī)械效率的大小與動(dòng)滑輪的自身重力和滑輪的摩擦力及繩子的重力有關(guān)。同一個(gè)滑輪組，物體越重，機(jī)械效率越大。當(dāng)提升物體的重力減小時(shí)，有用功減小，額外功不變，故其機(jī)械效率減小）【答案】繞法如右圖，繩子段數(shù)

8、n=4。(1)因?yàn)?所以拉力為由于所以繩子自由端移動(dòng)速度為由于忽略摩擦及繩重，則所以動(dòng)滑輪重（2）減小由于忽略摩擦及繩重所以當(dāng)提升的物體重力減小時(shí)，滑輪組機(jī)械效率減小。（或者當(dāng)提升物體的重力減小時(shí)，有用功減小，額外功不變，故其機(jī)械效率減小）。三綜合練習(xí)（一）選擇題1如圖7所示的工具中，使用時(shí)屬于費(fèi)力杠桿的是（ ）圖72為紀(jì)念英國(guó)工程師、發(fā)明家瓦特對(duì)蒸汽機(jī)改良的突出貢獻(xiàn)，將瓦特作為單位的物理量是（ ）A.功 B.功率 C.焦耳 D.瓦特3.“跳遠(yuǎn)”是一項(xiàng)常見(jiàn)的體育運(yùn)動(dòng)。跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員在比賽中都是先助跑一段距離后才起跳，這樣做是為了 （ ） A增大了跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員的慣性 B減小了跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員的慣性 C增大了

9、跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能 D減小了跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能4.如圖8所示的情景中，所描述的力對(duì)物體有做功的是（ ）圖8A熊 貓 用 力 舉 著 杠 鈴 不 動(dòng) B用 力 拉 繩 勻 速 提 升重 物C用 力 搬 石 頭 沒(méi) 搬 動(dòng) D用 力 提 著 水 桶 沿 水 平 方 向 移 動(dòng) 5.如圖9所示是甲、乙兩物體做功和所需時(shí)間關(guān)系圖象，由圖可知（ ） 圖9A.P甲P乙 B.P甲P乙C.P甲=P乙 D.無(wú)法確定 6教學(xué)大樓每層樓高為m，小明提著一重為50的箱子，沿樓梯從一樓登上三樓，再沿三樓水平走廊走了m進(jìn)入教室，則小明從一樓到教室的過(guò)程中對(duì)箱子做的功為（ ）0 J 300 J 450 J 500 J7小車重2

10、00N，人用30N的水平力推小車沿水平路面勻速前進(jìn)50m的過(guò)程中，下列判正確的是（ ）A重力做功為10000J B人對(duì)車做功10000JC人對(duì)車做功1500J D小車受到的阻力是230N8如圖10所示，杠桿上每一小格距離相同、每個(gè)鉤碼質(zhì)量相同，為使杠桿在水平位置平衡，可采取下列哪種措施 （ ） 圖10A在支點(diǎn)左邊離支點(diǎn)兩小格處掛四個(gè)相同鉤碼B在最左端掛一個(gè)相同的鉤碼C在左端用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉 D在右端用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向上拉9某物理興趣小組同學(xué)學(xué)習(xí)了功率知識(shí)后，進(jìn)行了“比一比誰(shuí)上樓的功率大”的比賽其中某同學(xué)從一樓跑到三樓用了10s，則他上樓過(guò)程中的功率大約是（ ）A3W B30W C300W

11、 D3000W10下列說(shuō)法中正確的是（ ）機(jī)械效率越高，機(jī)械做功一定越快 做功越多的機(jī)械，機(jī)械效率一定越高功率越大的機(jī)械做功一定越多 做功越快的機(jī)械，功率一定越大11如圖11所示，O為杠桿的支點(diǎn)，第一次杠桿在重物G和力F1的作用下處于水平位置平衡。如果第二次杠桿在重物G和力F2的作用下仍在圖中位置保持平衡，下面關(guān)系中正確的乙甲圖12F1OF2G圖11是（ ）AF1F2 BF1F2 CF1F2 G DF2F1 G12兩名運(yùn)動(dòng)員，甲運(yùn)動(dòng)員比乙運(yùn)動(dòng)員高，如果他們舉起相同質(zhì)量的杠鈴所用的時(shí)間相等，如圖12所示，則（ ）A甲做功較多，功率較大 B甲做功較多，功率較小 C甲做功較多，甲、乙功率相等 D甲、

12、乙做功相等，乙的功率較大 13小亮同學(xué)從地面走上10m高的四樓教室，估計(jì)他克服重力做的功為 （ ） A500W B500J C5000W D5000J圖1314如圖13所示，一根輕質(zhì)木桿，A端細(xì)線下所掛50N的重物靜止在水平地面上。當(dāng)在B點(diǎn)加豎直向下的力F=30N作用時(shí)，木桿恰能在水平位置處于平衡狀態(tài)，此時(shí)細(xì)線豎直。已知OA=15cm，OB=5cm，則重物對(duì)水平地面的壓力為（ ） A. 80N B. 60NC. 40N D. 20N 15某人將一根木棒的一端抬起，另上端擱在地上。在抬起的過(guò)程中（棒豎直時(shí)除外），所用的力始終豎直向上，則用力的大小（ ）A保持不變 B逐漸增大 C逐漸減小 D先減小

13、后增大16.關(guān)于斜面，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ）A.斜面越長(zhǎng)就越省力B.斜面也是一種簡(jiǎn)單機(jī)械C.省力但要多移動(dòng)距離D.等高的斜面，斜面越長(zhǎng)越省力17.下列各種器材中，不是輪軸的有（ ）A.收音機(jī)上選臺(tái)用的旋鈕B.擰螺絲用的螺絲刀C.自行車前輪的輪和軸D.錄音機(jī)的功能按鍵18.關(guān)于杠桿，下列說(shuō)法正確的是（ ）A.杠桿是用來(lái)省力的 B.杠桿是用來(lái)省距離的C.杠桿可省力或省距離D.杠桿既省力又省距離19.下列工具正常使用時(shí)，是省力杠桿的（ ）A.筷子B.瓶起子C.鑷子D.天平20.許多學(xué)校都裝有升旗桿，在旗桿的上端裝有一種簡(jiǎn)單機(jī)械，下列哪種機(jī)械適合（ ）A.杠桿B.定滑輪C.動(dòng)滑輪D.輪軸21.一個(gè)原

14、來(lái)處于平衡狀態(tài)的杠桿，如果再作用一個(gè)力后，杠桿仍然平衡，則此力是（ ）A.只能作用在動(dòng)力的作用點(diǎn)上 B.只能作用在阻力的作用點(diǎn)上C.只能作用在支點(diǎn)上 D.作用在杠桿的任意一點(diǎn)上，而力的作用線通過(guò)支點(diǎn)（二）填空題22.在力的作用下能夠繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的_叫杠桿；杠桿處于靜止或_的狀態(tài)叫杠桿平衡，杠桿的平衡條件是_；當(dāng)杠桿的動(dòng)力臂比阻力臂_時(shí)是費(fèi)力杠桿，但可省_.23.下面舉出的是幾種根據(jù)杠桿原理制成的工具：A.鉗子；B.鍘刀；C.鑷子；D.理發(fā)剪子；E.剪鐵皮剪子；F.天平；G.定滑輪；H.起釘錘；I.指甲刀;J.起子； K.縫紉機(jī)踏板.其中_是省力杠桿，_是費(fèi)力杠桿，_等臂杠桿.24.滑輪組是由_

15、和_組成的，使用滑輪組既可_又可以改變用力的_.25.天平實(shí)質(zhì)上是一個(gè)_杠桿，它的工作原理是_；定滑輪實(shí)質(zhì)是一個(gè)_，它不省力，但可以改變力的_；動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)是_，它可以省_力，但不改變力的_.輪軸實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可以_的杠桿.26.一個(gè)杠桿的動(dòng)力臂與阻力臂之比為41，則該杠桿是_杠桿，動(dòng)力與阻力之比是_.若此杠桿受到的阻力是60 N，則當(dāng)動(dòng)力為_(kāi) N時(shí)，杠桿處于平衡狀態(tài).272007年4月，我國(guó)進(jìn)行了第6次火車大提速，提速后的火車每節(jié)車廂中都有電子屏幕顯示時(shí)速變化，當(dāng)屏幕上示數(shù)增大時(shí)，火車的動(dòng)能將 （選填“變大/變小/不變”）。圖1428為迎接 2008 年北京奧運(yùn)會(huì)，我國(guó)體育健兒在緊張地備戰(zhàn)。如

16、圖14所示，該運(yùn)動(dòng)員在一次訓(xùn)練中，用0. 7s的時(shí)間將140kg 的杠鈴舉高2m ，該運(yùn)動(dòng)員這一次舉起杠鈴的過(guò)程中至少做功為_(kāi) _ J；該運(yùn)動(dòng)員舉起杠鈴的平均功率是_ _ W。（g取10N/kg)29用200N的推力對(duì)車做600 J的功，小車在推力的方向上移動(dòng) m的距離。30一輛車開(kāi)進(jìn)了泥潭中，司機(jī)取來(lái)一個(gè)動(dòng)滑輪欲將汽車從泥潭中拉出，如圖15所示若司機(jī)用750N的拉力在5s內(nèi)將車水平拉動(dòng)1m，那么司機(jī)所做的功是 J，司機(jī)做功圖17的功率是 W。圖16圖1531如圖16所示，輕質(zhì)杠桿OA的中點(diǎn)懸掛一重G60N的物體，在A端施加一豎直向上的力F，杠桿在水平位置平衡，則FN。保持F的方向不變，在將杠

17、桿從A位置勻速提到B位置的過(guò)程中，力F將（選填“變大/不變/變小”）32如果杠桿的動(dòng)力臂是阻力臂的4倍，那么當(dāng)杠桿平衡時(shí)，動(dòng)力是阻力的_ _倍33用動(dòng)力臂是阻力臂5倍的杠桿，勻速將100N的重物舉高0.2m，所用動(dòng)力為40N，則動(dòng)力做功_ J，此杠桿的機(jī)械效率是_。34馬用200N的力拉著重為1500N的車子，在水平路面上勻速前進(jìn)了100m，拉力對(duì)車做的功為 J，重力對(duì)車做的功為 J。35在水平桌面上，將重為20N的木塊沿直線勻速向前推了5m，所用的推力為4N，撤去推力后，木塊由于慣性又前進(jìn)了1m，則推力所做的功是 J，重力所做的功為 J36如圖17所示是一種開(kāi)瓶器使用時(shí)將螺旋鉆頭旋進(jìn)軟木塞，

18、再用雙手按壓把即可將瓶塞拔出壓把相當(dāng)于_要在5s內(nèi)將瓶塞拔出，若瓶塞長(zhǎng)5cm，瓶塞受到的平均阻力為200N，則克服瓶塞阻力需要做_焦耳的功，其做功的功率為_(kāi)瓦（三）作圖題37畫(huà)出動(dòng)力F1和阻力F2的力臂。O圖2038按照?qǐng)D的要求畫(huà)出滑輪組的繞繩方法。(不計(jì)滑輪重、繩重及摩擦)圖19圖18F2F1（四）實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)題39“研究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)如圖20所示，回答下列問(wèn)題：杠桿兩端的調(diào)節(jié)螺母，是起調(diào)節(jié)杠桿_ 的作用的。實(shí)驗(yàn)前先要調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使其在水平位置平衡，這是為使杠桿所受的_通過(guò)支點(diǎn)，從而可以不考慮杠桿的重力對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。如果某同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)杠桿左高右低，應(yīng)將杠桿左端的螺母向_調(diào)

19、；或?qū)⒂叶说穆菽赶騙調(diào)。調(diào)節(jié)好以后，仍要使杠桿在水平位置平衡，是為了_。如杠桿不在水平位置平衡時(shí)，應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)鉤碼的_ 或_來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不能再調(diào)節(jié)_。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是：_ 40“滑輪組的機(jī)械效率究竟與哪些因素有關(guān)”？某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)對(duì)同一滑輪組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，得到了下表中的數(shù)據(jù)將表中數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整。請(qǐng)?jiān)诜娇蛑挟?huà)出進(jìn)行第一次實(shí)驗(yàn)的裝置圖(每個(gè)鉤碼重2N).分析比較表中的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為同一滑輪組機(jī)械效率發(fā)生變化的主要原因是 。 次數(shù)項(xiàng)目12圖213鉤碼重N468鉤碼上升高度/m0.10.10.1繩端拉力N1.82.43繩端上移的距離m0.30.30.3機(jī)械效率74%83%41小剛同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)高度可調(diào)

20、節(jié)的斜面來(lái)探究斜面的省力情況、斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度之間的關(guān)系，如圖22所示。她首先測(cè)出小車重，然后用彈簧測(cè)力計(jì)沿斜面拉動(dòng)小車，調(diào)節(jié)斜面傾斜角的大小多次測(cè)量，得到下表所示的數(shù)據(jù)：（1）上表中的空格處、對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分別是：_、_、_。（2）分析上表數(shù)據(jù)，得出的探究結(jié)論是：斜面傾斜角越_（選填：大或小），斜面越_（選填：省力或費(fèi)力），斜面的機(jī)械效率越_（選填：高或低）。（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中拉力的方向應(yīng)與斜面_。若想探究斜面的機(jī)械效率與物重的關(guān)系，則要保持_不變，斜面的光滑程度不變，只改變_。斜面傾斜角小車重G/N斜面高h(yuǎn)/m斜面長(zhǎng)s/m拉力F/N有用功W有/J總功W總/J圖22機(jī)械效率1250.

21、212.12.148%3050.513.62.569%4550.714.33.54.3圖2342如圖23所示，是用來(lái)研究動(dòng)能大小跟哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置圖。小球在光滑斜面上由靜止開(kāi)始下滑，到達(dá)底端的速度只與起點(diǎn)高度有關(guān)，起點(diǎn)越高，到達(dá)底端的速度越大，運(yùn)動(dòng)小球撞擊停在平面上的木塊后，木塊運(yùn)動(dòng)距離越長(zhǎng)，說(shuō)明小球具有動(dòng)能越大. 分析比較實(shí)驗(yàn)甲與實(shí)驗(yàn)乙，可得出結(jié)論： _ 分析比較實(shí)驗(yàn)乙與實(shí)驗(yàn)丙，可得出結(jié)論：_ 。（五）計(jì)算題圖2443如圖24所示，一人用100N的拉力使用動(dòng)滑輪將重為180N的物體向上提起，繩重和摩擦不計(jì).在拉力的作用下，物體勻速上升了1m 。求：人克服重力所做的功； 拉力所做的功； 動(dòng)滑輪的機(jī)械效率.44用如圖25所示的滑輪組來(lái)勻速拉動(dòng)鋼錠，已知鋼錠與地面的摩擦力F1為1200N，若此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率為80%，物體速度為1m/sF1F圖25拉繩的速度是多少？拉繩的力F至少為多大？拉力的功率是多少？如果想用更小的力拉動(dòng)鋼錠，請(qǐng)你提出一條可行性建議452008年北京殘奧會(huì)開(kāi)幕式最后一棒火炬手侯斌，靠自己雙手的力量，攀爬到火炬臺(tái)底部并最終點(diǎn)燃圣火，該點(diǎn)火儀式充分體現(xiàn)了殘疾人自強(qiáng)自立、拼搏向上的勇氣和精神.已知他和輪