浮力、简单机械、功和能 不分版本

1、浮力、简单机械、功和能一. 本周教学内容： 浮力、简单机械、功和能（一）浮力 （1）浮力的概念： 浮力：浸在液体里的物体受到液体向上托起的力叫做浮力。 产生原因： 浮力方向：总是竖直向上 （2）阿基米德定律： 内容：浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体受到的重力。 公式： 定律也适用浸在气体中的物体， （3）物体浮沉和漂浮的条件： 浮沉条件： 漂浮条件：（空心）漂浮 （4）浮沉条件的应用： 潜水艇：浸没在水中时，不变，则不变，改变，使与满足某项浮沉条件，达到在水中上浮、下沉或悬浮的目的。 密度计：工作时总漂浮在液体中，总满足，根据，由于不变，越大，越小，密度计浸入液面下的

2、深度就越小，因此密度计上面刻度小，下面刻度大，且是不均匀的。 气球和飞艇：在它们的气囊中充入氢、氮等比空气密度小的气体，靠气囊内的气体密度小于球外的气体密度，而使而上升，当高空空气密度减小到等于气囊内所充气体密度时，气球便悬浮在这个高度而不能再上升了，这是它们上升的最大高度。 船：总是漂浮在水面上，满足，船从河里开到海里或从海里开到河里，船的总重不变，但，因此船在河里或海里浮起一些或下沉一些，取决于液体的密度。 （5）利用浮力和阿基米德原理测定液体或物体密度。（二）简单机械： （1） （2）斜面类：斜面是一种常用的省力的简单机械，其动力与阻力关系为。 （3）液压类，原理是帕斯卡定律。（三）功和

3、功率： （1）功（） 定义：物体受到力的作用，并使物体在力的方向上通过了一段距离，这个力对物体做了功。 公式： 单位：1焦耳（）1牛·米（） （2）功率（）： 概念：表示做功快慢的物理量，定义为单位时间里完成的功叫功率。 公式： 单位：1瓦特（） （3）功的原理和机械效率： <1>功的原理：使用任何机械时，人所做的功都等于不用机械直接用手做的功，这个结论叫功的原理，另一种表述为：使用任何机械都不省功。 <2>机械效率： 机械工作时做的功： 有用功（），对人有用的功，一般为机械克服重力做的功。 额外功（），对人无用，但又不得不做的功，一般为克服机械自重和摩擦所做

4、的功。 总功（）动力对机械做的功，也等于有用功和额外功之和。 机械效率（）有用功在总功中所占的百分比。 （4）机械能： <1>能：物体能够做功，这个物体就具有能。 动能：物体由于运动具有的能，动能的大小决定于物体质量和速度。 势能：物体由于被举高或发生弹性形变具有的能，重力势能决定于质量和高度，弹性势能决定于形变的大小。 机械能：动能和势能统称为机械能。 <2>能的转化和守恒： 动能和势能可以互相转化，在转化过程中，只有重力做功，那么机械能的总量保持不变。【例题分析】 例1. 如图1所示，台秤上的烧杯和水共重49牛，用弹簧秤吊着一个体积的圆柱形铝块，当铝块浸没水中，水未

5、流出，此时弹簧秤的示数是_，台秤的示数是_。图1 分析与解：当铝柱体浸没水中静止时，铝柱体受三个力（如图2所示）平衡，有图2 弹簧秤示数 由于水对铝柱体有浮力作用，同样铝柱体对水有压力作用，因此台秤的示数为。 本题的答案为：牛，牛。 例2. 一种厕所便桶水箱结构如图3所示，出水口的橡胶盖是空心的，放水时它漂浮在水面上，水从出水口流出，如图（a），随着水的流出，水面降低直到橡胶盖盖住出水口，放水过程结束，注水过程和注满水后，橡胶盖都盖住出水口，如图（b）所示。 （1）请分析判断，图（a）中空心橡胶盖所受重力与它所受的浮力大小有什么关系。 （2）请说明，图（b）中为什么橡胶盖能紧紧地盖在出水口而不

6、浮起。 （3）这种装置的一个重要缺点是，每次冲便桶都要用掉一箱水，为节约用水，请对橡胶盖做些改造，使得按下手柄时橡胶盖抬起放水，放开手柄后橡胶盖能立即盖上出水口，停止放水。 （a） （b）图3 分析与解答： （1）放水时橡胶盖漂浮在水面上，因此受到的浮力和重力相等。 （2）随着水的流出，水面降低，直到橡胶盖盖住出水口，这时橡胶盖受重力作用，还受到水对它向下的压力的作用，但橡胶盖底部没有水，不受水对它向上的压力作用，也就不受向上的浮力作用，因而橡胶盖能紧紧盖住出水口。 （3）在橡胶盖上打孔，填入沙粒或在橡胶盖上加重物，使它们所受的总重力大于它们完全浸没在水中时所受的浮力，这样在放开手柄后橡胶盖能

7、立即下降，并紧紧盖在出水口上。 例3. 现有一准确的杆秤和一把有刻度的直尺，请你用它们测出这杆秤的秤砣的质量。 分析与解：杆秤是应用杠杆平衡条件制成的测量质量的器具，它由一根一头粗另一头细的直杆、提钮、秤钩、秤砣构成，当杆秤上不称物体时，秤砣放在零刻度处（定盘星），杆秤平衡，如图4所示，设秤钩与杆的总重为。图4 秤砣质量为，根据杠杆平衡条件有 当将秤砣放在杆秤的最大刻度处，秤钩上挂质量为的物体时，杆秤又达到平衡，如图5所示，设最大刻度到零刻度间的距离为，秤钩到提钮的距离为，根据杠杆平衡条件有：，将(1)代入(2)解出，。图5 由上面计算得知欲测秤砣的质量，可用刻度尺量出秤钩到提钮的距离和最大称

8、量到零刻度间的距离，即可根据上面的结果求出。 思考：若秤砣不放在最大刻度处，而是在其它刻度处，秤钩上放适当质量的物体时，杆秤也可平衡，是否也能计算出。 例4. 汽车在更换轮胎时要使用油压千斤顶将车轴抬起来，现有一个油压千斤顶如图6所示，若在手柄上用20牛顿的力向下压时，就能在大活塞上举起1吨的重物，大活塞的直径是多少？ 分析：本题为杠杆和帕斯卡定律相结合的一个实际应用题，可先根据杠杆平衡原理求出杠杆作用在小活塞上的力，再根据帕斯卡原理求出大活塞受到的液体压强，从而求出大活塞的直径，详解如下： 解：杠杆平衡条件 作用在小活塞上的力 小活塞对液体的压强 由帕斯卡定律，液体将这个压强大小不变的传递给

9、大活塞，即 有 大活塞直径 图6 例5. 如图7甲所示的螺旋，其实质是一个绕在圆柱体上的斜面，利用功的原理，分析图7乙中螺旋千斤顶的作用。 分析与解答：螺旋千斤顶，实际是由甲图所示的螺旋（实质为一个变形的斜面）和轮轴组合而成。 设螺旋千斤顶的螺距为，物重为，螺旋千斤顶手柄末端到螺旋轴线的距离为，作用在手柄上的动力为。 当螺旋旋转一周时，动力对螺旋做的功 螺旋旋转一周时重物升高一个螺距，所以螺旋对物体做功 根据功的原理，在理想情况下有 即 由于螺距很小，手柄很长，则动力作用点移动距离 因此动力远小于阻力，这就是用较小力就可将较重物体举起的原因。 根据功的原理，在实际情况下， 螺旋的机械效率为 其

10、中是实际情况下作用在手柄末端的动力，由于有用功小于总功，所以螺旋的机械效率也总小于1。在实际情况下，仍远远大于，所以仍小于，使用螺旋千斤顶举高重物时还是省力的。图7一. 选择题： 1. 气象探测气球在充满氢气后，所受浮力远大于气球自身重力，将此气球放出后，若气球体积基本不变，气球的运动情况是（ ） A. 一直不停地上升 B. 匀速上升 C. 上升到某一高度后静止 D. 上升到一定高度会下降，下降到一定高度会上升 2. 标准牛奶的密度是，一个同学用一个粗细均匀的直木杆，在木杆的一端缠绕一定量的细铅丝，自制成一个简易密度计测量牛奶密度，将这只密度计放入水中，浸入水中的木杆长度为12.2厘米，放入牛

11、奶中，浸入牛奶中的木杆长度为12.0厘米，被测牛奶的密度（ ） A. 符合标准其值为 B. 不符合标准其值小于 C. 不符合标准其值大于 D. 条件不足，无法确定 3. 在抗洪救灾中，大堤上的人们都穿着厚厚的“背心”，这种背心的主要作用是（ ） A. 碰撞时减小物体对人的作用力，对人起保护作用 B. 阻碍热传递，御寒保暖 C. 不同颜色的背心反射不同的光，便于区分 D. 以上说法都不对 4. 利用空气浮力升空的飞行器是（ ） A. 直升机 B. 滑翔机 C. 飞艇 D. 热气球 5. 体积为的救生圈重100牛，体重为400牛的人使用这个救生圈，已知人体密度略比水的密度大些，则（ ） A. 人或

12、圈可以部分露出水面 B. 人和圈可以悬浮在水中 C. 人和圈会沉没下去 D. 条件不足无法确定 6. 自制一个密度秤，其外形与杆秤差不多，如图8所示，装秤钩处吊着一个铁块，秤砣在A处时恰好处于平衡，把铁块浸没在某种液体中，移动秤砣，就可以直接从杆上读出液体密度，关于密度秤下列说法正确的是（ ） A. 密度秤的零点A B. 秤杆上较大刻度在较小刻度的左边 C. 密度秤的刻度都在A点的右侧 D. 条件不足无法确定图8 7. 若把掉在地上的物理课本捡回桌面，根据你平时对课本质量和课桌高度的观察和了解，估算人手克服课本重力所做的功约为（ ） A. 0.1焦 B. 1焦 C. 0.01焦 D. 10焦

13、8. 拖拉机深耕时总比在道路上行驶时速度慢，这是为了（ ） A. 提高传动机械的效率 B. 节省燃料 C. 增大拖拉机的牵引力 D. 提高柴油机的功率 9. 如图9所示，油桶重600牛，用150牛的力拉油桶沿角的斜面上升，使用此装置的机械效率是（ ） A. 100 B. 40 C. 50 D. 101图9 10. 甲、乙两个人用一根均匀的直木棒抬一个重物上斜坡如图10所示，则（ ） A. 挂在木棒中间时，两人用力一样大 B. 挂在木棒中间时，乙用力较大 C. 靠近甲悬挂时，两人用力一样大 D. 靠近甲悬挂时，甲用力较大图10 11. 山间公路往往环绕山坡，这样可以使上山的汽车（ ） A. 提高

14、功率 B. 提高机械效率 C. 减小所做的功 D. 减小牵引力 12. 某海滨浴场，水底布满石头，在海水中游泳的人由深水走向浅水的过程中，以下体验和分析合理的是（ ） A. 脚越来越疼是因为水底对人的支持力越来越大B. 脚越来越疼是因为人受到的重力越来越大 C. 脚不疼是因为人越来越轻 D. 脚不疼是因为水底对人的支持力越来越大二. 填空题： 1. 下列设备中都使用了简单机械，请填入简单机械的名称。起重机钢索下面钓钩上的铁轮是_；自行车的飞轮与后轮是_；旗杆顶上的轮是_。 2. 一根木制拐杖，在重心处支起，拐杖恰好处于水平状态如图11所示，若从重心处折断左段的质量_于右段的质量。图11 3.

15、商店里所用的台秤如图12所示，台秤的工作原理是_原理；称量时如果秤盘下沾了一块泥，秤得的质量比实际质量_；如果秤砣磨损了，秤得的质量比实际质量_；如果调零螺母比正常位置向右多旋进了一些，秤得的质量比实际质量_。图12 4. 地上有一根木杆，抬起A端用300牛的力抬起B端用200牛的力，这根木杆的_端较粗，整根木杆的重力_牛。 5. 飞机上有送食品的手推车，若货物在车内摆放均匀，当前轮遇到障碍E时如图13所示，服务员向下按扶把，这时手推车可以视为_，支点是_；如果后轮遇到障碍物E时，服务员向上提扶把，支点是_，手推车可以看成是_力的杠杆。图13 6. 一块高40厘米，宽30厘米，厚10厘米质量是

16、1.5千克的砖，数值立在水平面上，如图14所示如果按照图示的方向将它推倒，推力至少要做_焦功，将砖推倒的最小力是_牛。图14 7. 正常人的心脏推动血液流动的功率为1.5瓦，那么在一天的时间里心脏做功_焦，这些功可以把一个质量60千克的人匀速举高_米。 8. 螺旋千斤顶是一种常用的起重装置，如图16所示，用手转动螺杆时，螺杆顶端的重物就随螺杆一起上升，若螺杆的直径为D，螺距H，手柄末端到转轴的距离L，要举起重为G的物体时，加在手柄上的力至少是_。为了省力该装置中使用了_和_简单机械.图169. 地面上有一根木杆，抬起A端需用力200牛，抬起B端需用力300牛，这根木杆_端粗，整根木杆所受重力_

17、牛。 10. 如图17所示，整个装置处于平衡状态，若在A上加力，水对容器底的压强增加，水对B的压力增加，则_；_。图17 11. 倒连是一种简单的起重机械如图18所示，A、B为同轴并一起转动的轮，半径分别为，C为半径为的轮，它们之间用铁链连起，当用力拉铁链使装置转动时，可以使重为的物体上升，当A、B轮沿逆时针方向转动一周时，重物上升的距离是_，若重物匀速上升，拉力_。图18三. 简答和实验： 1. 三个同学抬一桶水，而且各自所受的压力相等，要求画出简要示意图，并计算水桶的位置。 2. 如下图所示的指甲刀，试分析它的结构，并指出它是什么样的简单机械？四. 计算题： 1. 如图19所示的为抽水蓄能

18、水电站，它可以调节电力供应。夜晚用过剩的电能通过水泵把下蓄水池的水抽到高处的上蓄水池内，白天则通过闸门防水发电，以补充电力不足。如果上蓄水池长为150米，宽30米。从深夜11时至清晨4时抽水，使上蓄水池水位增高20米，而抽水过程中水上升的高度始终保持400米，不计抽水时的其它能量损失，试求抽水功率。（取） 2. 一个水电站每秒钟水流量为，水的落差为40米，如果水落下重力做功的60变为电能，水电站的发电功率是多少千瓦？（取） 3. （武汉市）环境保护是现代社会的热点，环境污染是世界各国关注的焦点，特别核污染更是全人类高度警惕的问题。继1986年“切尔诺贝利”核泄漏事件之后，2000年8月12日，质量千克的俄罗斯“库尔斯克”号核潜艇在巴伦支海遇难，引起挪威生态保护组织和国际社会普遍关注。 （海水密度近似取作） （1）核裂变和核聚变是大量获得核能的两种途径，核潜艇中反应堆的核能是通过哪种途径获得的？ （2）探测专家用超声波可探测到潜艇的确切位置。超声波在海水中的波速，在潜艇正上方海面向下发出超声波，从超声波发出直至接收到潜艇的回波经历的时间为秒，则潜艇沉没的实际深度约为多大？（取整数值） （3）经研究，“库尔斯克”号的打捞方案之一，是