第十一章简单机械和功知识归纳

1 简单机械和功知识点归纳 第一部分 杠杆和滑轮第一部分 杠杆和滑轮 一 杠杆 1 杠杆的定义 一根在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆 杠杆可以是直的硬棒 如撬棒等 也 可以是弯的 如压井的把儿 2 杠杆的五要素 支点 O 杠杆绕着转动的点 动力 F1 使杠杆转动的力 阻力 F2 阻碍杠杆转动的力 动力臂 L1 从支点到动力作用线的距离 阻力臂 L2 从支点到阻力作用线的距离 3 杠杆平衡 杠杆在力的作用下保持静止或匀速转动 杠杆就处于平衡状态 杠杆的平衡条件是 动力 动力臂 阻力 阻力臂 F1L1 F2L2 注意 杠杆的平衡不是单独由力或力臂决定的 而是由它们的乘积来决定的 能用杠杆的平衡条件解释 设计 解决有关问题 能进行简单计算 4 杠杆分类 1 省力杠杆 L1 L2 F1 F2 其动力臂 L1 大于阻力臂 L2 平衡时动力 F1 小于阻力 F2 即用较小的动 力就可以克服较大的阻力 但是实际工作是动力移动的距离却比阻力移动的距离大 即要费距离 如撬起重物 的撬棒 开启瓶盖的起子 铡草用的铡刀等 都属于这一类杠杆 2 费力杠杆 L1 L2 F1 F2 这类杠杆的特点是动力臂 L1 小于阻力臂 L2 平衡时动力 F1 大于阻力 F2 即要用较大的动力才能克服阻力完 成工作 但它的优点是杠杆工作时 动力移动较小的距离就能使阻力移动较大的距离 使工作方便 也就是省 了距离 如缝纫机踏板 挖土的铁锨 大扫帚 夹煤块的火钳 这些杠杆都是费力杠杆 3 等臂杠杆 L1 L2 F1 F2 这类杠杆的动力臂 L1 等于阻力臂 L2 平衡时动力 F1 等于阻力 F2 工作时既不省力也不费力 如天平 定滑 轮就是等臂杠杆 列表如下 特点 杠杆种类构造 优点缺点 应用举例 省力杠杆L1 L2省力费距离钳子 起子 费力杠杆L1 L2省距离费力钓鱼杆 理发剪刀 等臂杠杆L1 L2改变力的方向天平 翘翘板 注意 没有既省力 又省距离的杠杆 二 定滑轮 动滑轮 滑轮组 5 定滑轮定义 轴固定不动的滑轮叫做定滑轮 特点 使用定滑轮不省力 但可以改 变力的方向 6 动滑轮定义 轴和物体一起移动的滑轮叫做动滑轮 特点 使用动滑轮可以省一半 力 但不改变力的方向 且多移动一倍的距离 7 滑轮组 由定滑轮和动滑轮组合而成的 特点 使用滑轮组会省力 可能会改变用 力方向 一定费距离 8 使用滑轮组时 重物和动滑轮由几段绳子承担 作用在绳子末端的拉力就是重物和 动滑轮总重的几分之一 若动滑轮重不计 则 F G n 2 注意 要严格区别 用力 和 省力 用力 F G 物 n 省力 F 1 1 n G 物 数绳子段数可以用 隔离法 假想把定滑轮和动滑轮从中间隔断 再看隔离后 留在动滑轮及货物上 相关线头有几个 就是几段绳子 如图所示 n 4 9 知道斜面也是一种简单机械 其特点是 高度一定时 斜面越长越省力 例如盘山路 规律方法指导 1 正确理解力臂的概念 力臂是指从支点到力的作用线的距离 力对杠杆的转动效果不仅与力的大小有关 还与支点到作用线的垂直距 离有关 支点到动力作用线的距离叫动力臂 支点到阻力作用线的距离叫阻力臂 力的大小相同时 力臂是影 响杠杆转动的物理量 如图甲所示 若分别在杠杆的 A 点和 B 点作用竖直向上的力 F1 和 F2 使杠杆缓缓绕 O 点转动 当然力 F2 较小 因为 F2 的力臂较大 如图乙中 若先后在杠杆同一点 A 作用垂直于杠杆的力 F1 和斜向下的力 F2 使杠杆缓缓绕 O 转动 我们发 现力 F1 较小 原因同样在于 F1 的力臂较大 应用中必须留心力臂的画法 千万不要把支点到力作用点的连线误认为是力臂 图乙中我们还可以看到 若作用点不变 力的方向发生改变 那么力臂也会随着改变 F1 的力臂是 l1 F2 的 力臂是 l2 而且力臂不一定在杠杆上 如 l2 2 正确理解杠杆平衡表示什么意思及平衡条件是什么 当有两个力或几个力作用在杠杆上 能使杠杆分别按两个不同方向转动 常用顺时针或逆时针来区别 若杠 杆保持静止不动或匀速转动时 则我们说杠杆平衡了 根据实验可得出杠杆平衡的条件是 即动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积 应该注意所谓动力与阻力并无严格区别 比如天平测量物体质量时 被测物对底盘的压力与砝码对底盘的压力 根本无需分清哪个是动力 哪个是阻力 在这里区分动力与阻力目的在于区别使杠杆转动的方向不同而已 3 怎样判断滑轮组的用力情况 使用滑轮组提重物时 若忽略滑轮和轴之间的摩擦以及绳重 则重物和动滑轮由几段绳子承担 提起重物的力 就等于总重量的几分之一 即 因此判断用力情况的关键是弄清几段绳子承担动滑轮和重物 的总重 3 用 连动法 弄清直接与动滑轮连接的绳子的根数 n 在图甲中我们以重物和动滑轮为研究对象 n 4 有四 根绳子承担动滑轮及重物 所以用力 同理 分析乙图可知 提起重物及动滑轮的力 从上面还可以看出 同一个滑轮组 绳子的绕法不同 省力的情况也不同 绳端固定在动滑轮上比固定在定滑 轮上更省力 第二部分 功和功率第二部分 功和功率 1 理解功的知识 要点诠释 知道功是力和在力的方向上移动的距离的乘积 功的公式是 W FS 单位是 J 注意 由功的定义和功的公式可知做功要满足的二要素是 作用在物体上的力 在力的方向上通过的距 离 能根据功的知识解释是否做功 用 W FS 进行简单计算 2 功的原理 使用任何机械都不省功 3 理解功率的概念 要点诠释 知道单位时间做的功叫功率 它是表示做功快慢的物理量 其定义式为 P t 国际单位为瓦特 简称瓦 W 常用单位为千瓦 KW 换算关系为 1KW 1000W 注意 功率是表示做功快慢而不是表示做功多少的物理量 规律方法指导 如何判断物体的做功情况 1 理解判断的依据 依据 做功的两个必要因素 重点 抓住力作用在物体上是否有 成效 2 明白不做功的三种情况 A 物体受力 但物体没有在力的方向上通过距离 此情况叫 劳而无功 B 物体移动了一段距离 但在此运动方向上没有受到力的作用 如物体因惯性而运动 此情况叫 不劳无功 C 物体既受到力 又通过一段距离 但两者方向互相垂直 如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动 此情况叫 垂直无功 3 在分析做功情况时还应注意以下几点 A 当物体的受力方向与运动方向不垂直时 这个力就要做功 B 一个物体同时受几个力的作用时 有一些力做了功 有些力没有做功 因此 讲做功必须指出是哪一个力对哪一个 物体做功 C 什么叫物体克服阻力做功 若物体在运动方向上受到一个与此方向相反的力 F 的作用 我们通常说物体克服阻 力 F 做了功 比如 在竖直向上 物体克服重力做功 功的大小为 W Gh 在水平方向上 物体克服摩擦力做功 功的大小为 W fS 对公式 W FS 的理解 1 公式 一般式 W FS 常用式 W Gh 克服重力做功 或 W f 阻 S 克服摩擦阻力做功 2 单位 焦耳 J 3 注意事项 A 有力才有可能做功 没有力根本不做功 B F 与 S 的方向应在同一直线上 初中要求 比如一个人提着一重物 G 从山脚顺着一之字形的山路爬到山顶 此时人克服重力做功所移动的距离并不是山路的长 而是从山脚到山顶的高 4 C 做功的多少 由 W Fs 决定 而与物体的运动形式无关 怎样理解功率的概念 1 物理意义 表示物体做功的快慢 2 定义 物体在单位时间内所做的功 3 定义式 P W t 4 国际单位 瓦 W 5 注意事项 A 区别功与功率 功率与功是两个不同的物理量 功 表示做功的 多少 而 功率 则表示做功的 快慢 多少 与 快慢 的意义不一样 只有在做功时间相同时 做功多的就做功快 否则 做功多 不一定做功就快 即 功率 不一定就大 也就是说 功率与功和时间两个因素有关 B 由 P W t 变形为 P F v 可知 功率一定时 力 F 与速度 v 成反比 将上述归纳 功 W 功率 P 概念 当一个力作用在物体上 物体在这个力作用下通 过一段距离 这个力对物体做了功 单位时间里完成功的多少 单位 功的单位是力的单位与距离的单位的乘积牛 米 也叫焦耳 功率的单位也是复合单位 焦 秒 叫 做瓦特 计算 其它 以下三种情况力对物体不做功 不劳无功 物体通过了距离 但没有力作 用在物体上 不动无功 有力作用在物体上 物体静止 不动 没有通过距离 劳而无功 有力作用在物体上 物体也通 过了距离 但力的方向和通过的距离方向互相垂 直 沿力方向上物体没有通过距离 比较做功快慢的方法有 比较相同时间内做的功 做功多的 做功快 比较做相同的功所用时间 所用时 间少的做功快 比较功和时间的比值 比值大的做 功快 研究方法 类比法 由两种东西的一部分相似之处 推测其他部分也可能相似 举例 研究功率时 想到功率表示做功快慢 速度表示运动快慢这一相似性 推测功率在定义 定义式 单 位等方面也与速度单位组成相似 第三部分 机械效率 1 知道利用机械工作时对工作目的物做的功叫有用功 无用而又不得不做的功叫额外功 总功是有用功与额 外功之和 例如 用桶从井中打水 由于工作目的是打水 所以对水做的功是有用功 对桶做的功是额外功 人在整个提 水过程中做的功是总功 2 知道机械效率等于有用功与总功之比 用公式来表示 其中表示机械效率 W 有用表示有用功 W 总表示总功 注意 由于总小于 机械效率总小于 1 5 3 会用公式进行简单计算 理解机械效率等于有用功与总功之比 对于这一个知识点 应该注意以下几点 1 会判断有用功 额外功和总功 知道我们需要的功叫有用功 在工作时 额外负担而不得不做的功叫额外 功 总功是有用功与额外功之和 一般情况下 我们根据做功的目的来区分这三种功 2 知道增大机械效率的方法 根据公式可知 如果有用功不变 我们可以通过减小额外功来增大机械效率 例如 我们用轻便的塑料桶打水 而不用很重的铁桶打水 就是运用这个道理 如果额外功不变 我们可以通过增 大有用功来提高机械效率 例如 在研究滑轮组的机械效率时 我们会发现同一个滑轮组 提起的重物越重 机械效率越高 就是这个道理 当然了 如果能在增大有用功的同时 减小额外功更好 规律方法指导 求简单机械的机械效率是初中物理教学的重点内容 也是近年来中考的热点问题 由于计算中涉及到总功 有 用功 额外功等抽象概念 特别是滑轮组的机械效率题目中 同一滑轮组在不同负载情况下机械效率不同 有 用功在具体情况中的形式不同 隐含条件的渗入 以及特殊形式的滑轮组等等 在学习的过程中常感觉困惑 易造成错解 为了解决这类问题 同学们要搞清楚以下几点 要对机械效率公式进行归类细化 根据对 的具体理解 可以将机械效率的定义式进行如下归类 1 在竖直方向上 G 是物体重 G 动是动滑轮重 h 是物体被提升的高度 也是动滑轮被提升的高度