中考物理复习专题8 简单机械 功和功率

专题八简单机械功和功率３５专题八简单机械功和功率对应学生用书起始页码７６页ì定义：在力的作用下可绕①固定点转动的硬棒称为杠杆ïï五要素：支点（Ｏ）、②动力（Ｆ１）、阻力（Ｆ２）、动力臂（ｌ１）、阻力臂（ｌ２）ïï杠杆的平衡条件：③Ｆ１ｌ１＝Ｆ２ｌ２杠杆íìïï省力杠杆：ｌ１＞ｌ２，Ｆ１④＜Ｆ２ïï分类{费力杠杆：ｌ１＜ｌ２，Ｆ１⑤＞Ｆ２ïïïî等臂杠杆：ｌ１＝ｌ２，Ｆ１⑥＝Ｆ２ïì实质：⑦等臂杠杆ïï定滑轮{简ï特点：不省力，但能⑧改变拉力方向，ｓ＝ｈ单ïì机íï实质：动力臂是阻力臂⑨２倍的杠杆ï械ï滑轮í动滑轮{ïïï特点：省⑩一半力，但费????????????一倍距离，ｓ＝２ｈïïï实质：由定滑轮和动滑轮组合而成的机械ïïï滑轮组{î特点：既可????????????省力，又可????????????改变拉力方向，但费距离，ｓ＝ｎｈïïì定义：由具有公共转轴的轮和轴组成的机械ïïïïïîï动力作用在轮上时，省力、费距离轮轴í特点{ïï动力作用在轴上时，费力、省距离ïï简单机械、ïî实质：杠杆的变形í功和功率ïì定义：????????????力与物体在力的方向上通过的????????????距离的乘积叫作机械功，简称功ïïï对物体做功的两个必要条件：一是作用在物体上的????????????力，二是物体在这个力的方向上移动的????????????距离功íïìïï定义式：????????????Ｗ＝Ｆｓïïïî单位：焦耳，简称焦，符号是Ｊ，１Ｊ＝１Ｎ·ｍïïïì定义：功与做功????????????所用时间之比叫作功率，它的大小等于????????????单位时间内所做的功ïïïïïＷï定义式：????????????Ｐ＝ïïｔïï功ï功率íî和导出式：????????????Ｐ＝Ｆｖíï功ïï单位：瓦特，简称瓦，符号是Ｗ，１Ｗ＝１Ｊ／ｓ率ïïî单位换算：１ｋＷ＝１０３Ｗ，１ＭＷ＝????????????１０６Ｗïïìï三种功：有用功（Ｗ有）、额外功（Ｗ额）、总功（Ｗ总），Ｗ总＝????????????Ｗ有＋Ｗ额ïï定义：????????????有用功与总功的比值，叫作机械效率ïïＷï有îï定义式：????????????η＝机械效率íＷ总ï物理意义：反映机械做功性能的好坏ïï影响因素：机械自重、摩擦、被提升物体的重力等ïî提高机械效率的方法：减轻机械自重，减小机械摩擦，增大被提升物体重力等????????????考点一简单机械????一、杠杆力臂的画法????１．确定支点Ｏ：假设杠杆转动，找杠杆上相对静止的点即为????２．确定动力、阻力作用线：从动力、阻力作用点沿力的方向分支点。如图甲所示。????别作一带箭头的线段，其所在直线为力的作用线，如图乙所示。３．作力臂：从支点向力的作用线作垂线段，支点到垂足间的????距离为力臂，力臂用虚线（或实线）表示并用大括号（或带箭头的,３６５年中考３年模拟中考物理????线段）标明，在旁边标上字母ｌ１或ｌ２，分别表示动力臂或阻力臂。Ｐ????动机的功率一定时，由Ｆ＝可知，牵引力与速度成反比，所以汽如图丙所示。ｖ????二、滑轮车爬坡时，司机采用的措施是换挡减速，以获得更大的牵引力。????１．定滑轮????实质：定滑轮实质上是一个等臂杠杆，如图所示，定滑轮的????中心轴可以看作杠杆的支点。人施加的拉力为动力Ｆ，被提升物体的重力为阻力Ｇ，动力臂Ｌ１和阻力臂Ｌ２都是定滑轮的半径，????一、常见的不做功的情况????因此它是一个等臂杠杆。分类举例????①物体悬挂不动，受重力和拉力，两力不做功????有力没距离②水平面上，推或拉大石头，石头不动，力不做功????????物体不受一切外力，在做匀速直线运动，没有力对物体有距离没力做功????２．动滑轮????①手提水桶，在水平方向移动了距离，手的拉力和重力有力，有距离（１）实质：动滑轮实质上是一个动力臂为阻力臂２倍的杠????不做功但力与运动杆。如图所示，动滑轮在绳子固定端一侧的切点是支点，而所施②水平地面上滚动的足球，重力和支持力不做功????方向垂直加的拉力和被提升物体的重力分别是动力和阻力，则动力臂和③斜面上下滑的物体，支持力不做功????阻力臂分别是动滑轮的直径和半径。因此它是一个动力臂为阻????二、功、功率和机械效率的区别力臂２倍的省力杠杆，能省一半力，但比较费距离。????物理量物理意义定义符号公式单位说明????有力作用在物????体上，并且物１．功率大小由功和????做功即能体在力的方向功ＷＷ＝ＦｓＪ时间共同决定，单????量的转化上移动了一段独强调某一方面（２）用动滑轮提升重物时，若考虑动滑轮的重力，且不计绳距离，就说力????是错误的对物体做了功重和摩擦，则动力克服的阻力应是物重和动滑轮的重力之和，即????２．功率和机械效率Ｗ１????功与做功所Ｗ是两个不同的物Ｆ＝（Ｇ物＋Ｇ动）。功率做功的快慢ＰＰ＝ｋＷ２用时间之比ｔ理量，它们之间没????ＭＷ有直接关系３．滑轮组机械反映机械性有用功与Ｗ????有ηη＝无（１）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体效率能的物理量总功的比值Ｗ总????１用的力就是物重的几分之一，即：Ｆ动＝ｎＧ物。????三、区别四种情况中的功和机械效率????（２）此式成立的条件：忽略滑轮的重力以及绳、轮的摩擦。条件Ｗ有Ｗ额Ｗ总η????１若忽略摩擦但考虑动滑轮的重力时，此式变为Ｆ动＝（Ｇ物＋????ｎ????Ｇ动），其中Ｇ动为动滑轮的重力，ｎ为吊起动滑轮绳子的段数。Ｗ有ＧｈＷ＝Ｆｓ或η＝＝（３）判断滑轮组用几段绳子吊着物体的方法———切割分????总Ｗ总Ｆｓ????Ｗ有＝Ｗ额＝Ｗ总＝Ｗ有＋Ｇｈ离法。＝????物体匀速移动、ＧｈＧ动ｈＷ额或Ｗ总＝Ｇｈ＋Ｇ动ｈ在动滑轮与定滑轮之间画一条水平虚线，与动滑轮相联系拉力Ｆ、物体上Ｇｈ＋ＧｈＧ????动＝的绳子的段数即为承担重物绳子的段数。Ｇ＋Ｇ升高度ｈ、物重Ｇ、动（４）物体上升距离与绳子自由端移动的距离关系为：ｈ物＝????动滑轮重Ｇ动１????拉力Ｆ移动距离ｓｓ绳。????ｎ????考点二功、功率、机械效率Ｗ有Ｇｈ????η＝＝＝ＷＦｓ总一、功率与功之间的关系????ＧｈＧ＝或功率表示做功的快慢，不表示做功的多少。做功的多少由????Ｆ·ｎｈｎＦＷ有＝Ｗ额＝Ｗ总＝Ｆｓ＝Ｆ·ｎｈＧｈ功率和时间两个因素决定。????η＝ＧｈＧ动ｈ＝Ｇｈ＋Ｇ动ｈＧｈ＋Ｇ动ｈＷ????讨论Ｐ＝时要控制变量，如下物体匀速移动、＝Ｇｔ????拉力Ｆ、物体上Ｇ＋Ｇ动Ｗ一定时ｔ越大，Ｐ越小，Ｐ与ｔ成反比????升高度ｈ、物重Ｇ、注：ｎ为与动滑轮ｔ一定时Ｗ越大，Ｐ越大，Ｐ与Ｗ成正比????动滑轮重Ｇ动相连的绳子股数Ｐ一定时Ｗ与ｔ成正比拉力Ｆ移动距离ｓ????二、功率与力和速度的关系????ＷＦｓ????推导过程：Ｐ＝＝＝Ｆｖｔｔ????上述关系式对功率的实际应用有较大的意义。例如汽车发,专题八简单机械功和功率３７????续表其中，大部分为费力杠杆，也有小部分是等臂和省力杠杆。????条件Ｗ有Ｗ额Ｗ总η点一下头或抬一下头是靠杠杆的作用，杠杆的支点在脊柱????之顶，支点前后各有肌肉，头颅的重力是阻力。支点前后的肌肉Ｗ有????η＝Ｗ＝配合起来，有的收缩、有的拉长，配合起来形成低头、仰头，低头总????ｆｓｆｓ比仰头要省力。物物拉力Ｆ、物重Ｇ、＝＝????Ｗ有＝Ｗ总＝Ｆｓ＝ＦｓＦ·ｎｓ物当曲肘把重物举起来的时候，手臂也是一个杠杆。肘关节———物体匀速移动时与ｆｓ物Ｆ·ｎｓ物ｆ????是支点，支点左右都有肌肉。这是一种费力杠杆，举起一定重量地面间的摩擦力ｆ、物体ｎＦ????的物体，肌肉要花费６倍以上的力气，虽然费力，但是可以省一移动距离ｓ物、拉力注：ｎ为与动滑轮????定距离。Ｆ移动距离ｓ相连的绳子股数????当你把脚尖翘起来的时候，是脚跟后面的肌肉在起作用，脚????跟是支点，重点落在脚尖和脚跟之间。这是一个省力杠杆，肌肉????的拉力比体重要小，而且脚越长越省力。Ｗ有Ｇｈ????如果你弯一下腰，肌肉就要付出接近１２００牛顿的拉力。这η＝＝或Ｗ有＝Ｗ额＝Ｗ总＝Ｆｌ或Ｗ总Ｆｌ????是由于在腰部肌肉和脊骨之间形成的杠杆也是一个费力杠杆。拉力Ｆ、物重Ｇ、ＧｈｆｌＷ总＝Ｇｈ＋ｆｌＧｈ斜面长ｌ、斜面高η＝????所以在弯腰提起重物时，正确的姿势是尽量使重物离身体近一Ｇｈ＋ｆｌｈ、物体匀速移动时????些，以避免肌肉被拉伤。与斜面间摩擦力为ｆ????２．举起地球????“给我一个支点，我就能撬起地球！”，这是古代发现杠杆平说明不计绳重和绳与滑轮间的摩擦????衡条件的阿基米德说的话。????阿基米德知道，如果利用杠杆，就能用一个最小的力，把无????论多么重的东西举起来，只要把这个力放在杠杆的长臂上，而让????短臂对重物起作用。????然而如果这个古代伟大科学家知道地球的质量是这么大，１．人体杠杆????他也许就不会这样夸口了。让我们设想阿基米德真的找到了另几乎每一台机器中都少不了杠杆，就是在人体中也有许许一个地球做支点；再设想他也做成了一根足够长的杠杆。你知多多的杠杆在起作用。拿起一件东西，弯一下腰，甚至翘一下脚????道他得用多少时间才能把质量等于地球的一个重物举起，哪怕尖都是人体的杠杆在起作用，了解了人体的杠杆不仅可以增长????只举起１ｃｍ高呢？至少要３０万亿年！物理知识，还能学会许多生理知识。对应学生用书起始页码７８页????方法一利用杠杆平衡条件求最小动力的方法臂一定的情况下，若想动力最小，则应使动力臂最长。????答案如图所示由Ｆ１ｌ１＝Ｆ２ｌ２可知，当阻力、阻力臂一定时，动力臂越长，动????力越小，当动力臂最长时，动力最小，要求最小动力，必须先找出????最大动力臂。????１．寻找最大动力臂的方法：（１）当动力作用点确定后，支点????到动力作用点的线段即为最大动力臂；（２）动力作用点没有规定????时，应看杠杆上哪一点离支点最远，则这一点到支点的距离即为????最大动力臂。????变式训练１（２０１８黑龙江齐齐哈尔，２１，２分）如图所示的２．作最小动力的方法：（１）找到最大动力臂后，过动力作用????杠杆（自重和摩擦不计），Ｏ是支点，Ａ处挂一重为５０Ｎ的物体，点作动力臂的垂线段；（２）动力和阻力作用于杠杆应使杠杆保持????为保证杠杆在水平位置平衡，在中点Ｂ处沿（选填“平衡”，从而确定动力的方向。????“Ｆ１”、“Ｆ２”或“Ｆ３”）方向施加的力最小，为Ｎ。例１（２０１７辽宁本溪毕业练习，２２）图甲是三国时期诸葛亮制作的诸葛连弩复原图，图乙是上弦装置的简化图。使用上????弦装置拉弓时，可将手柄ＡＢＯ视为杠杆，其中Ｏ是支点、Ａ为动????力作用点、Ｂ为阻力作用点。请在图乙中画出拉弓上弦时阻力????Ｆ２的力臂Ｌ２、作用在Ａ点的最小动力Ｆ１和动力臂Ｌ１。????????????????????答案Ｆ２１００????解析当沿Ｆ２方向用力时，力臂为ＯＢ，当沿Ｆ１或Ｆ３方向????用力时，对应的力臂均小于ＯＢ，故沿Ｆ２方向力最小。根据杠杆????解析根据杠杆平衡条件Ｆ１Ｌ１＝Ｆ２Ｌ２，可知在阻力和阻力,３８５年中考３年模拟中考物理????Ｇ·ｌ２５０Ｎ×ＯＡ????若有用功相同，额外功越多，机械效率越低；平衡条件可知，Ｆ２＝＝＝１００Ｎ，故最小力为１００Ｎ。ｌ１１×ＯＡ????若额外功相同，有用功越多，机械效率越高。２????解决此题的关键是搞清有用功、额外功、总方法二提高滑轮组机械效率的方法????功之间的关系和滑轮组的特点。????变式训练２（２０１７黑龙江哈尔滨，２４，２分）用如图所示的１．影响滑轮组机械效率的因素????装置研究滑轮组机械效率，下列说法不正确的是（）滑轮组是人们经常使用的简单机械，用同一滑轮组提升重????Ａ．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动力为Ｇ的物体升高ｈ时，滑轮组对物体做的功为有用功，而人对????Ｗ有用滑轮组的拉力Ｆ做的功为总功，Ｆ移动的距离ｓ＝ｎｈ（ｎ为与动滑Ｂ．测量机械效率的原理：η＝×１００％????Ｗ总Ｗ有ＧｈＧ轮相连绳子的段数），则滑轮组的机械效率η＝＝＝；若????Ｃ．机械效率与动滑轮重力的大小有关Ｗ总ＦｎｈｎＦ????Ｄ．提高机械效率可以通过减小钩码的重力来实现不计摩擦，而动滑轮的重为Ｇ′，那么提升动滑轮做的功就是额外????答案ＤＷ有Ｇｈ功，则滑轮组的机械效率还可表示为η＝＝＝????解析在研究滑轮组机械效率时，为了使示数稳定，便于读Ｗ有＋Ｗ额Ｇｈ＋Ｇ′ｈ１????Ｗ有用数，通常竖直向上匀速拉动弹簧测力计，Ａ项正确；η＝×，讨论这个表达式可知，对于同一滑轮组（Ｇ′一定），提升Ｗ１＋Ｇ′／Ｇ????总????１００％，Ｂ项正确；提高机械效率可以通过减小动滑轮重力、增大重物越重，滑轮组的机械效率越高；而提升相同重物时，动滑轮钩码重力来实现，Ｃ项正确，Ｄ错误。越少、越轻的滑轮组，机械效率越高。????２．提高滑轮组机械效率的方法????（１）减小额外功在总功中占的比例。可采取改进机械结构、????减小摩擦阻力等方法。在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦????阻力；或减小动滑轮的自重等。即在有用功一定的情况下，减小????额外功，提高机械效率。（２）增大有用功在总功中所占的比例，????在额外功不变的情况下，增大有用功。????例２（２０１７福建，２１，２分）如图所示，用相同的滑轮安装????成甲、乙两种装置，分别用ＦＡ、ＦＢ匀速提升重力为ＧＡ、ＧＢ的Ａ、Ｂ????两物体，不计绳重和摩擦。若ＧＡ＞ＧＢ，则η甲η乙；若ＦＡ＝????ＦＢ，则ＧＡＧＢ。（选填“＞”、“＝”或“＜”）????????????????????????????解析用同一个滑轮组提起不同的重物，所做的额外功不????变，物体越重，有用功越大，所以有用功与总功的比值越大，机械????效率越大，因此甲的效率大于乙的效率；根据题图可知，ＧＡ＋Ｇ动＝????２ＦＡ，ＧＢ＋Ｇ动＝３ＦＢ，ＦＡ＝ＦＢ时ＧＡ＜ＧＢ。????答案＞＜