第九章 机械和功 整理和复习（课件）---2024-2025学年北师大版（2024）物理八年级下册

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第九章 机械和功整理与复习北师·八年级物理下册机械和功杠杆滑轮功功率使用任何机械都不能省功机械效率要素平衡条件分类定滑轮动滑轮滑轮组做功的快慢省力杠杆费力杠杆等臂杠杆W=Fs一、杠杆1. 定义：我们把这种利用直杆或曲杆，在力的作用下绕杆上一固定点转动的简单机械叫作杠杆。2. 杠杆的五要素支点动力 F1阻力 F2动力臂L1阻力臂 L2支点：杠杆绕着转动的固定点动力：使杠杆转动的力阻力：阻碍杠杆转动的力动力臂：支点到动力作用线的距离阻力臂：支点到阻力作用线的距离3.杠杆的平衡条件：动力×动力臂＝阻力×阻力臂F1L1=F2L24. 轮轴：（1）定义：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。（2）原理：轮轴本质上是一个可以连续转动的杠杆。动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，省力但费距离。FR = Gr（3）主要功能： ①省力；②改变物体的运动速度例1 如图所示，正常使用时属于费力杠杆的是（ ）。C练习例2 小强在探究“杠杆的平衡条件”时： （1）为了便于测量力臂，他先调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在______位置平衡； （2）下表是小强的实验记录，在这两组数据中，他发现实验序号为____的一组数据是错误的。经检查，结果是测量阻力臂时读错了，阻力臂的实际值应为____m；通过探究，小强得到杠杆的平衡条件是___________。水平10.6F1L1=F2L2例3 如图所示，不计重力的杠杆 OB 可绕 O 点转动，重为 6 N 的物体 P 悬挂在杠杆的中点 A 处，拉力 F1 与杠杆成 30° 角，杠杆在水平位置保持平衡。此状态下拉力 F1 = _____N。试作出 F1 的力臂 L1。L16拓展延伸：力臂的三种表示方法二、滑轮1. 定滑轮（1）定义：轴固定不动的滑轮。（2）实质：等臂杠杆。（3）特点：可以改变力的方向，但不省力也不费距离。（4）F与G物的关系：F=G物（忽略绳重和摩擦）（5）s与h距离关系：s=h2.动滑轮（1）定义：滑轮跟物体一起运动的滑轮。（2）实质：动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆。（3）特点：可以省力，但不改变力的方向也费距离。2.动滑轮（4）F与G物的关系：（5）s与h距离关系：s=2h①忽略绳重和摩擦：②忽略绳重、动滑轮重和摩擦：3.滑轮组（1）定义：由定滑轮和动滑轮组合在一起。（2）特点：既可以改变力的大小，也可以改变力的方向。（3）F与G物的关系：①忽略绳重和摩擦：②忽略绳重、动滑轮重和摩擦：（4）s与h距离关系：s=nh3.滑轮组（5）承担总重的绳子段数n的判断：①盖住定滑轮或在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，将动滑轮和定滑轮分开，则滑轮组中承重绳子的股数，就是跟动滑轮直接接触的绳子段数。②绳子的绕法(奇动偶定法)。练习例4 如图所示，图中是一个______滑轮，如果物体在水平面上做匀速直线运动，拉力 F 为 10 N，物体受到的摩擦力大小为______，若 F 拉滑轮运动的速度是 1 m/s，则物体 A 移动的速度是_______。动5N2m/s例5 如图所示，滑轮下挂重 500 N 的物体 G，滑轮重 40 N，绳和杠杆都是轻质的。要在图示位置使杠杆平衡，在杠杆的 A 点所加的竖直向上的力 F 应是（杠杆上标度的间距相等）（ ）。A. 270 N B. 360 N C. 540 N D. 720 NB三、功和功率物体在力的方向上移动的距离s功W=Fs作用在物体上的力F典型不做功的三种情况例6 在如图的四种情境中，人对物体做功的是( )A.提着水桶在水平地面上匀速前进B.扛着米袋慢慢爬上楼梯C.用力推汽车，汽车没动D.举着杠铃原地不动未在力的方向上移动距离×人扛着米袋爬上楼梯，米袋在力的作用下，斜向上运动，人克服米袋的重力做了功√××B练习例7 一列质量为 1×103 t 的火车，以 180 km/h 的速度在平直轨道上匀速行驶，整列火车受到的阻力是 9×103 N。（1）火车的牵引力多大？（2）火车行驶 1 min 时间内，重力做了多少功？机车牵引力做了多少功？牵引力的功率多大？解：（1）由火车在平直轨道上匀速行驶得 F牵 = f = 9×103N（2）火车在重力方向上没有移动距离，故 WG = 0 。因为 180 km/h = 50 m/s，1 min = 60 s，所以火车在 1 min 时间内行驶的距离 s = vt = 50 m/s×60 s = 3×103 m，机车牵引力做的功：W牵 = F牵 s = 9×103 N×3×103 m = 2.7×107 J，牵引力的功率四、机械效率 在用动滑轮提升重物时，动滑轮对物体所做的功是有用的，是必须做的，这部分功叫作___________________。（W有用）有用功 提升重物时，不可避免地要对动滑轮本身做功和克服摩擦力做功，这部分功叫作________________。额外功（W额外）有用功与额外功的总和叫作________________。总功（W总）W总=W有用+ W额外1. 定义：物理学中，将有用功跟总功的比值叫作机械效率，用符号η表示。2. 计算公式：3. 特点： 使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机械效率总是小于1，机械效率通常用百分数表示。4. 提高机械效率的方法：减轻机械自重;减小机械间的摩擦(加润滑油);允许情况下增加物重。5. 影响滑轮组机械效率的因素：1.滑轮组轮与轴及轮与绳之间的摩擦（减小摩擦可以减少额外功，提高机械效率）2.所提升的物重（物重增加，机械效率也提高）3.动滑轮的自重（减少动滑轮的重力，机械效率也提高）例8 在物理拓展课上，李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景，设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料。若他用 250 N 的拉力在 20 s 内将 450 N 的材料提升了 10 m，不计绳重和摩擦，g 取 10 N/kg。求：（1）拉力的功率是多少？（2）提升 450 N 材料时，此滑轮组的机械效率是多少？（3）若绳子能承受的最大拉力为 400 N 时，此滑轮组的机械效率最大可提高到多少？练习解：（1）承担物重的绳子段数 n = 3，则绳子自由端移动的距离 s = nh = 3×10 m = 30 m，拉力做的功 W总= Fs = 250 N×30 m =7 500 J，则拉力做功的功率为（2）有用功 W有用= Gh = 450 N×10 m =4 500 J，机械效率（3）由 可得，动滑轮的重力G动 = nF - G = 3×250 N – 450 N = 300 N。绳子能承受的最大拉力为 400 N，则最大物重 G' = nF' – G动 = 3×400 N – 300 N = 900 N， 此时滑轮组的机械效率最大，最大机械效率 机械的发明给人类的生产生活带来了极大的便利。自行车是绿色环保的交通工具，它是由许多简单机械组成的复杂机械。请你查阅资料并结合自己对自行车的使用体验，分析自行车构造中简单机械的应用，并撰写研究报告。点击图片播放视频