沪科版物理八下 期末总复习 第四课时 机械与人（教案）

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期末总复习第四课时  机械与人教学过程一、核心知识梳理1.杠杆杠杆定义在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒五要素支点：杠杆绕着转动的点；动力：使杠杆转动的力；阻力：阻碍杠杆转动的力；动力臂：从支点到动力作用线的距离；阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。力臂的作法一定点（支点），二画线（力的作用线），三作垂线段（从支点向力的作用线作垂线段。）注意：力臂是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。杠杆的平衡条件杠杆的平衡条件杠杆平衡：杠杆在动力和阻力作用下处于静止状态或绕支点匀速转动。调平方法：“左沉右调，右沉左调”。使杠杆在水平位置平衡的目的：一是消除杠杆自身的重力对实验的影响；二是便于从杠杆上直接读取力臂。杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。F1l1=F2l2注意：计算时F1和F2的单位相同，l1和l2的单位也相同。生活中的杠杆等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，动力等于阻力。省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力。费力杠杆：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力。2.滑轮定滑轮和动滑轮  定滑轮动滑轮图示 　 特点可以改变力的方向，但不省力也不省距离省力，但不能改变力的方向，且费距离实质等臂杠杆省力杠杆拉力F与重力G的关系F=GF=G绳子自由端移动距离s和重物移动距离h的关系s=hs=2h滑轮组滑轮组  甲图乙图 承担物重的绳子段数n=3n=2拉力F与重力G的关系F=F=绳子自由端移动距离s和重物移动距离h的关系s=3hs=2h规律用滑轮组提起重物时，动滑轮上有几段绳子承担物重，提起物体的力就是物重的几分之一分离法确定承担物重的绳子段数 n=2   n=3    n=3    n=4   n=4    n=53.功与功率功概念力和物体在力的方向上移动距离的乘积做功的必要因素作用在物体上的力；物体在力的方向上移动一段距离三种不做功的特例有力无距离（劳而无功）；有距离无力（不劳无功）；力和距离垂直（垂直无功）计算公式（注意：同时性、同向性、同体性）功率定义一段时间内做的功与做功所用的这段时间的比计算公式4.机械效率机械效率定义有用功和总功的比值叫做机械效率计算公式影响因素①提升物体的重力；②机械自身的重力、绳重及摩擦提高机械效率的方法增加物重，减小机械自重，减小机械部件间的摩擦力等实验探究测量滑轮组的机械效率实验装置 实验原理：η=测量仪器：弹簧测力计和刻度尺确定的滑轮组，绳端移动的距离s和物体上升的高度h满足关系式s=nh，则　η=注意：（1）要竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高，并读出弹簧测力计的示数。（2）实验中改变钩码的数量，重复实验，是为了探究滑轮组的机械效率与物重是否有关。（3）换用不同的滑轮组，是为了改变动滑轮的个数，探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力是否有关。结论：同一滑轮组的机械效率不是固定不变的，与被提升的物重有关，物重越大，机械效率越高；机械效率还和滑轮组本身有关，动滑轮越重，摩擦越大，机械效率越低。5.机械能     动能概念物体由于运动具有的能，一切运动的物体都具有动能实验探究动能的大小跟哪些因素有关实验装置图实验方法控制变量法转换法：通过木块被推动的距离的大小表示小钢球动能的大小实验过程控制小钢球的质量相等，改变小钢球在斜面上的高度不同，小钢球到达斜面底部的速度不同，此处运用了控制变量法。控制小钢球在斜面上的高度相同，小钢球到达斜面底部的速度就相同，改变小钢球的质量。结论：物体动能的大小跟速度、质量有关，质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。重力势能概念物体由于高度位置所具有的能影响因素物体的质量越大，所处位置越高，它具有的重力势能就越大弹性势能概念物体因弹性形变而具有的能影响因素在材料相同时，弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大动能和势能的相互转化单摆和滚摆（不考虑空气阻力）A→B，重力势能转化为动能，B→C，动能转化为重力势能。上升时，动能转化为重力势能，下降时，重力势能转化为动能。人从最高点下落的过程中，人的重力势能转化为人的动能。人接触蹦床后，人的机械能转化为蹦床的弹性势能。当人从最低点开始向上反弹时，蹦床的弹性势能转化为人的机械能。人离开蹦床继续上升的过程中，人的动能转化为人的重力势能。 二、高频考点归纳考点一 杠杆及平衡条件例1 （     •百色）在探究“杠杆平衡的条件”实验中，所用的实验器材有：杠杆（每小格均等长）、铁架台、刻度尺、细线和若干个重为1N的钩码。
    （1）为了便于测量力臂要将如图甲所示杠杆调节在水平位置平衡，应将平衡螺母适当往     （选填“左”或“右”）调。   （2）杠杆调节好后，进行了三次实验，实验情景如图乙、丙、丁所示，以两边钩码的重力分别为动力F1和阻力F2，对应的力臂为L1和L2，由此可得杠杆的平衡条件为：             。实验中进行多次实验的目的是       （选填“A”或“B”）。A.取平均值减小误差
    B.使实验结论具有普遍性
   （3）将如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，则杠杆     （选填“保持平衡”“左端下沉”或“右端下沉”）。
   （4）如图1所示，用细绳竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，则拉力F为   N；保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力F大小将     （选填“变大”“不变”或“变小”）。图1                         图2（5）在生活、生产中经常应用到杠杆的平衡条件，例如用天平测量物体的质量。某次用天平测量物体质量时，如图2所示，则物体的质量为    g。解析：（1）由图甲知，右端偏高，为使杠杆在水平位置平衡，需要将平衡螺母向右调节。（2）分析上述数据，可得出杠杆的平衡条件是：F1L1=F2L2（或动力×动力臂=阻力×阻力臂）；本题为探究性实验，实验中多次实验，是为了得出普遍性结论，避免偶然性，故选B。（3）如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，左端：2G×4L=8GL，右端：G×6L=6GL，左端大于右端，故左端下沉。（4）设杠杆每个格的长度为L，每个钩码的重力为G=1N，根据杠杆的平衡条件：F1L1=F2L2，2G•2L=F•4L，解得F=G=1N，保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力F向左倾斜时，此时F的力臂变短，根据杠杆的平衡条件，F变大。（5）被测物体的质量为50g+20g+2g=72g。答案：（1）右  （2）F1L1=F2L2   （动力×动力臂=阻力×阻力臂）  B（3）左端下沉  （4）1  变大  （5）72考点二  功和功率的计算例2 （     •日照）如图，为迎宾路高架桥的部分路段示意图，水平路面AB=200m、斜坡BC=120m、坡高CD=6m。搭载乘客后总重为G=1.5×105N的公交车，轮胎与水平路面总接触面积为0.4m2。当它以恒定功率P1匀速通过AB段时，用时t1=20s；以恒定功率P2匀速通过BC段时，用时t2=16s。公交车在AB段和BC段行驶时受到的阻力始终是车总重的0.01倍。请完成下列问题：（1）求出公交车静止在水平地面时对地面的压强，以及通过BC段时的速度。
   （2）公交车通过AB段时，牵引力的功率P1是多少瓦特？
   （3）公交车通过BC段时，牵引力的大小为多少牛顿？解：（1）公交车静止在水平地面时对地面的压力F＝G＝1.5×105N，已知轮胎与水平路面总接触面积S＝0.4m2。公交车静止在水平地面时对地面的压强：；BC段时的速度。（2）AB段时的速度；公交车在AB段行驶时受到的阻力f＝0.01G＝0.01×1.5×105N＝1.5×103N，因为匀速行驶，所以牵引力F1＝f＝1.5×103N，则牵引力F1的功率：（3）由题知，公交车在AB段和BC段行驶时受到的阻力相等，公交车通过BC段时，克服阻力做的额外功：W额外＝f＝1.5×103N×120m＝1.8×105J；克服重力做的有用功：W有用＝G＝1.5×105N×6m＝9×105J；公交车通过BC段时牵引力做的功：WBC＝W有用+W额外＝9×105J+1.8×105J＝1.08×106J。由W＝Fs可得，牵引力F === 9×103N。  考点三  机械效率的测量及计算例3  小雨用滑轮组提升重物。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和液体的阻力。请画出与解题过程相应的受力分析示意图。（1）物体A的质量为50kg，求物体A的重力是多少？（2）如图甲所示，小雨对绳子自由端的拉力为150N时，地面对物体A的支持力是100N。为了提起物体A，他增加了滑轮个数，组装了如图乙所示的滑轮组，并利用它将物体A在空气中匀速提升了2m，求小雨做的功是多少？（3）小雨用图乙所示的滑轮组，将另一密度为l.5×l03kg/m3的物体B从某液体中匀速向上拉至空气中，拉力F随时间t变化的图象如图丙所示。已知F2与F1之差为50N，在空气中提升B时滑轮组的机械效率为75%。求液体密度是多少？解：（1）物体A的重力：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N。（2）如图甲，由题意可知，小雨没有把物体A提起来，对A进行受力分析如图1，由力的平衡条件可得G＝F拉+F支， 图1              图2滑轮组对A的拉力：F拉＝G﹣F支＝500N﹣100N＝400N，根据力的作用是相互的，A对滑轮组的拉力等于滑轮组对A的拉力，由图甲可知，n＝3，对甲滑轮组的动滑轮进行受力分析，如图2所示，由力的平衡条件可得3F＝F拉+G动，所以动滑轮的重力：G动＝3F﹣F拉＝3×150N﹣400N＝50N，为了提起物体A，他增加了滑轮个数，组装了如图乙所示的滑轮组，对乙图的动滑轮和A物体进行受力分析，如图3所示。图3                    图4此时绳端的拉力F′＝（G+2G动）=×（500N+2×50N）＝150N，由图乙可知，n′＝4，绳子移动的距离：s＝4h＝4×2m＝8m，小雨做的功：W＝F′s＝150N×8m＝1200J。（3）不计绳重、摩擦，在空气中提升B时滑轮组的机械效率：，代入数据可得：解得GB＝300N；已知B的密度，由可得，B的体积：；在空气中，绳端的拉力：F2＝（GB+2G动）=（300N+2×50N）＝100N，已知F2﹣F1＝50N，则在水中绳端的拉力：F1＝F2﹣50N＝100N﹣50N＝50N，B物体浸没在水中时，以B物体和2个动滑轮为研究对象，其受力情况如图4，由力的平衡条件可得4F1+F浮B＝GB+2G动，则B在水中受到的浮力：F浮B＝GB+2G动﹣4F1＝300N+2×50N﹣4×50N＝200N；由F浮B＝ρ液gV可得，液体的密度：=1×103kg/m3。考点四  机械能例4 （     •娄底）如图1是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中，，。
     图1                           图2（1）实验中，探究的动能是指      （填序号）。A．小球在斜面上的动能        B．小球撞击木块时的动能C．小球撞击木块后的动能      D．木块被小球撞击的动能（2）使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，是为了研究动能大小与    的关系。（3）在做了探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验后，有些同学对“质量不同的小球从同一光滑斜面同一高度由静止开始滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑，小明设计了如图2所示的实验：让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若C球相对于A球     （选填“运动”或“静止”），就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。（4）完成实验后，同学们还联想到以前学习牛顿第一定律时，也用到了斜面：让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，在三个不同的表面上能滑行的距离不同（如下表），小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功      （选填“相等”或“不相等”）。表面毛巾棉布木板摩擦力最大较大最小小车运动距离最近较远最远解析：（1）据题意可知，实验中探究小球动能，即小球撞击木块时的动能的大小，选B。（2）实验表明动能的大小与物体的速度和质量有关；使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，则小球到达水平面时的速度不同，所以，这是为了研究动能大小与物体速度的关系。（3）让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若任一时刻两球的速度大小相等，即以任何一个小球为参照物，另一个小球都是静止的，则C球相对于A球静止，就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。（4）让同一小车从同一高度由静止下滑，根据决定重力势能大小的因素可知，最初小车的重力势能相同，下滑到水平面时的动能也相同，在不同的材料表面上运动时，最终停下来后，动能全部转化为内能，克服摩擦力做了多少功就有多少动能转化为内能，所以，在三个表面克服摩擦力做功相等。答案：（1）B  （2）速度  （3）静止  （4）相等