通用版初三物理中知识点复习——简单机械、功和功率

这是一份通用版初三物理中知识点复习——简单机械、功和功率，共13页。
1、认知杠杆的定义、分类、力臂的画法；探究杠杆的平衡条件实验。
2、会用杠杆的平衡条件解决实际问题。
3、知道滑轮及滑轮组的分析和绕法。
4、掌握功和功率、机械效率的定义、公式，能够运用公式解决实际问题。
5、理解滑轮组机械效率的探究实验。
【知识结构】

杠杆的五要素：
1、杠杆 杠杆的平衡条件：
省力杠杆
简
单 杠杆的分类 等臂杠杆
机
械 费力杠杆
定滑轮：不省 ，可改变 。
2、应用：滑轮 动滑轮：省 ，不改变 。
滑轮组：既省力，有改变力的方向。
5、做功的快慢--功率（P）：-
3、功的计算：
功
1、定义： 。
2、做功的两个必要因素： ； 。
4、功的单位：
（1）定义： 内完成的功。
（2）物理意义：表示做功 的物理量
（3）公式:
（4）单位：
单位换算：
国际制单位：
常用单位：
6、做功的效率
---机械效率（η ）：
（1）定义： 跟 的比值。
（2）公式：
L1
（3）提高机械效率的方法：

。
【中考考点】
这一章的知识相对来说比较难，而且应用比较广泛，所以是中考考查的重点，题型主要集中在选择、填空、探究、综合计算中。考点主要内容为：杠杆力臂的画法、杠杆的平衡条件、滑轮及滑轮组、功和功率、机械效率的计算、测滑轮组的机械效率。
【知识梳理】
1．杠杆
(1)定义:在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒叫杠杆.
杠杆不一定是一根直棒,它可以是各种不同的形状.
(2)杠杆五要素:支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂统称为杠杆五要素.
支点:杠杜绕着转动的固定点叫做杠杆的支点.
动力:使杠杆转动的力.
在实际确定动力时,要看我们使用杠杆工作时为了达到预期目的,需要杠杆向哪个方向转动,能使杠杆向需要方向转动的力,不论是哪个物体施加的力,就是作用在杠杆上的动力.
阻力:阻碍杠杆转动的力.
和确定动力时的方法相同,由力的转动效果来决定,阻碍杠杆向需要方向转动的力就是阻力.
动力臂:从支点到动力作用线的距离叫做动力臂.
动力作用线就是通过动力作用点,沿动力的方向所画的直线.动力臂就是从支点到动力作用线所画的垂线长,也就是几何学中的点到线的距离,.而决不是从支点到动力作用点的距离.
阻力臂:从支点到阻力作用线的距离叫做阻力臂.
(3)杠杆平衡条件:
杠杆的平衡是指杠杆静止不转或者杠杆匀速转动.
杠杆的平衡条件是:动力×动力臂＝阻力×阻力臂
写成公式就是:F1·l1＝F2·l2
或写成比例式:＝
该比例式说明:杠杆平衡时,动力与阻力之比和它们的力臂成反比.
(4)杠杆的应用
杠杆的实际应用中,可分为三类:
第一类是省力杠杆,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.但是实际工作时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.
第二类是费力杠杆: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.
第三类是等臂杠杆,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.
2．定滑轮
(1)定滑轮实质是等臂杠杆.
(2)使用定滑轮不能省力,在不计摩擦时,动力和阻力大小相等,动力通过的距离和阻力通过的距离相等.
(3)使用定滑轮可改变作用力的方向.即要使重物上升,可在绳端施加向下的作用力,而给人们带来方便.
3. 动滑轮
(1)动滑轮实质是省力杠杆.
(2)使用动滑轮可省力,在不计摩擦和动滑轮重的情况下,动力是阻力的,也就是说可省一半的力.
(3)使用动滑轮工作时不能改变动力的方向,而且动力通过的距离是阻力通过的距离的2倍.
4．滑轮组
把定滑轮和动滑轮组合起来,即可构成滑轮组.
使用滑轮组,应注意两个关系式:
(1)F＝.
式中G在不计动滑轮重和摩擦时,表示被提起的重物的重;在不计摩擦时,则表示重物与动滑轮的总重.
式中n表示承担重物重(或重物与动滑轮总重)G的绳子的股数.
(2)S＝nh
式中h为重物被提升的高度.n仍表示承担重物重(或重物与动滑轮总重)G的绳子的股数.
上两式说明,使用滑轮组工作时,由几股绳来承担重物与动滑轮的总重,所施加在绳端的作用力就是重物与动滑轮总重的几分之一,但作用力通过的距离就是重物被提升高度的几倍.
5、功
⑴力学里所说的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。
⑵不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。
巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。
⑶力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。 公式：W=FS
⑷功的单位：焦耳，1J= 1N·m 。
把一个鸡蛋举高1m ，做的功大约是0.5 J 。
⑸应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S 一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③ 功的单位“焦”（牛·米 = 焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。
6、功的原理
⑴内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。
⑵说明： （请注意理想情况功的原理可以如何表述？）
①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。
②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。
③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。
④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）= 直接用手对重物所做的功（Gh）
⑶应用：斜面
①理想斜面：斜面光滑
②理想斜面遵从功的原理；
③理想斜面公式：FL=Gh 其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。
如果斜面与物体间的摩擦为f ，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh 。
7、机械效率
⑴有用功： 定义：对人们有用的功。
公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额
=ηW总
斜面：W有用= Gh
⑵额外功： 定义：并非我们需要但又不得不做的功
公式：W额= W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）
斜面：W额=f L
⑶总功： 定义：有用功加额外功或动力所做的功
公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η
斜面：W总= fL+Gh=FL
η
W有用
W总
=
η
Gh
FL
=
η
Gh
FS
=
Gh
Fh
=
G
F
=
η
Gh
FS
=
Gh
F2h
=
G
2F
=
η
Gh
FS
=
Gh
Fnh
=
G
nF
=
⑷机械效率：① 定义：有用功跟总功的比值。
② 公式：

斜 面：

定滑轮：

动滑轮
滑轮组
③ 有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 。通常用 百分数 表示。某滑轮机械效率为60%表 示有用功占总功的60% 。
④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。
⑸机械效率的测量：
η
W有用
W总
=
Gh
FS
原 理：
应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
器 材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。
步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。
结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：
①动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。
②提升重物越重，做的有用功相对就多。
③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。
绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
8、功率
⑴定义：单位时间里完成的功
P
W
t
=
⑵物理意义：表示做功快慢的物理量。
⑶公式： = Fv
⑷单位：主单位 W 常用单位 kW mW 马力
换算：1kW=103W 1mW=106 W 1马力=735W
某小轿车功率66kW，它表示：小轿车１s 内做功66000J
⑸机械效率和功率的区别：
功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。
【典例详解】
例1、 如图所示是用道钉撬撬起道钉的示意图，请画出作用在道钉撬上动力F1的力臂．
解析：力臂是从支点到力的作用线的距离．画力臂是重要的作图之一，要注意作图规范．画力臂可以从以下几步进行：
辨认杠杆，确定支点；将力的作用线用虚线延长（有时可不用延长）；从支点向力的作用线作垂线，标垂足，垂线要用虚线；力臂用双向箭头（或大括号）表示出，在旁边标上字母l．
本题作图如图所示．
例2、一根杠杆两端挂有等重的实心铜块和铁块,当它们都浸没在水中时,杠杆恰好平衡,现将铜块和铁块同时从水中取出,则杠杆将( )
A.铜块端向下运动 B.铁块端向下运动 C.杠杆仍然平衡 D.条件不足,无法判断
解析：铜块和铁块浸没在水中时,竖直方向上受到竖直向下的重力G、竖直向上的浮力F浮.和杠杆向上的拉力F.由力的平衡关系可分别求出铜块和铁块所受的拉力:
F铜＝G铜－F浮铜＝G铜－水gV铜 …… ①
F铁＝G铁－F浮铁＝G铁－水gV铁 …… ②
根据密度关系可得：
V铜＝＝，V铁＝＝
代入①、②两式可得：
F铜＝G铜－＝G铜(1－)…… ③
F铁＝G铁－＝G铁(1－)…… ④
铜块与铁块浸没在水中时杠杆平衡，则由杠杆平衡条件可得:
F铜·l1＝F铁·l2.
由③式与④式可知,∵ G铜＝G铁,铜＞铁.
∴ F铜＞F铁.因此l1＜l2 即铜块的力臂小于铁块的力臂.
则由水中取出铜块和铁块,在不受浮力作用时:G铜·l1＜G铁·l2.
说明铁块这端应向下转动.
答案：B.
例3、如图所示，用滑轮组拉着重物在水平地面上匀速前进，在绳的端点A的作用力 N，重物与地面间的摩擦力 为多大？将重物移动的距离为 米，绳端A移动的距离为多少？不计滑轮本身的质量以及轴与轮间的摩擦？
解析：由图中可见对于滑轮组，右测为定滑轮，左侧直接拉物体的是动滑轮，与此动滑轮连接的绳子段数有三段，每段绳子的拉力是F，所以动滑轮拉物体力 ．对被拉物体再进行受力分析可知，重物在水平方向上受到滑轮组对它的拉力和地面的摩擦力，又由
于重物沿水平面匀速运动，因此摩擦力与拉力大小相等．所以，滑轮对重物的作用力大小等于重物所受地面对它的摩擦力．
将重物技动1 ，与动滑轮连接的三段绳子的端点都应当移动1 ，所以绳端A移动的距离应为3 ．
解题 已知： ，
求： 和
解：动滑轮拉物体的力 ，由二力平衡条件可知：
N

答案：N、
方法提炼：关于滑轮组的问题，一看方向，二看状态。方向决定了有用功，方向分为竖直方向和水平方向，本题是水平方向，所以和物体的重力无关；状态决定了绳子末端的求法，状态分为理想状态（不计滑轮、绳子本身的质量及摩擦）、半理想状态（不计绳子的重力和摩擦）和现实状态，
例4、如图所示,滑轮重1牛,悬挂在弹簧秤下端,作用在绳端的拉力F是2牛,物体G重100牛,则弹簧秤的示数是_________牛,水平地面受到物体G的压力是_________牛.(不计摩擦)
解析：该题应对研究对象进行受力分析并结合力的平衡知识求解.
滑轮在竖直方向上受到竖直向下的重力G’＝1牛,两股绳竖直向下的拉力,其中每股绳上的拉力F都是2牛;滑轮受到弹簧秤竖直向上的拉力F’,由于滑轮处于平衡状态,受到
的是平衡力,如图所示,所以:
F’＝G’＋F＋F＝1牛＋2牛＋2牛＝5牛
即弹簧秤的示数是5牛
物体G放置在水平地面上,受到竖直向下的重力G＝100牛,绳子竖直向上的拉力F＝2牛,还受到水平地面竖直向上的支持力N,由于物体静止不动,它受到的是平衡力.即:
N＝G－F＝100牛－2牛＝98牛.
说明水平地面对物体的支持力是98牛,由于物体对水平地面的压力和水平地面对物体支持力是大小相等,所以物体G对水平地面的压力就等于98牛.
答案：5；98.
方法提炼：关于单个滑轮，一看两边，二看中间；两边的力相等，中间等于两边；省力费距离。
例5、如图所示的四种情景中，人对物体做功的是（ ）

解析：做功有两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过一段距离。本题的A 、 B、D三种情景，虽然人均对物体施加了力，但物体均没有移动，所以A、B、D两图的人都没有对物体做功。C图中的小丽在竖直方向上施加了力，并使箱子在竖直方向上移动了一段距离，所以小丽对箱子做了机械功。
答案：C
例6、如图所示，在粗糙程度相同的表面上，用大小相等的拉力F，沿不同的方向拉物体运动相同的路程s，则下列关于拉力做功的判断中正确的是（ ）
A．乙图中的拉力做功最少 B．甲图中的拉力做功最少
C．甲、乙、丙三种情况下拉力做功一样多 D．丙图中的拉力做功最多
解析：三种情况下拉力做的功就只需比较拉力的大小和沿拉力方向移动距离的长短，不要受干扰条件平面或斜面及向上或向下运动的影响。本题中这两个因素都相同，所以做功一样多。
答案：C
例7、如图所示，小民利用滑轮组先后竖直向上匀速提升物体A和物体B。当提升物体A时，滑轮组的机械效率为75%，小民对地面的压力为F1；当提升物体B时，小民对地面的压力为F2。已知小民的质量为65kg，物体A的质量为90kg，物体B的质量为50kg。假设在拉绳子的过程中，小民对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上，不计绳重和摩擦。则F2:F1= ________ 。
解析：这是一道比例型题，由于小民对地面的压力F1=G人-（GA+G0）/2, 小民对地面的压力F2= G人-（GB+G0）/2,要求出F2:F1必须先解出动滑轮的重G0。根据当提升物体A时，滑轮组的机械效率，可解得G=300N,然后代入可求得F2:F1=5：1。
答案：5：1
例8、一质量为3000kg的汽车沿着长为5.4km的盘山公路匀速行驶,当它从山脚行驶到高为0.5km的山项时，耗时15min,汽车发动机牵引力为4000N.求，(1)汽车的行驶速度;(2)汽车发动机牵引力做的功;(3) 汽车发动机牵引力的功率.
解析：(1)汽车的行驶速度v=s/t=5.4×103m/(15×60s)=6m/s；
(2)汽车发动机牵引力做的功W=FS=4000N×5.4×103m=2.16×107J;
(3) 汽车发动机牵引力的功率P=W/t=2.16×107J/(15×60s)= 2.4×104w.
【精题演练】
1、如图所示，使用中属于费力杠杆的工具是
答案：C
2、两位同学利用左下图所示的可以绕O点自由转动的健身器材进行锻炼，甲同学竖直向下用力F1将另一端的乙同学拉起。请画出拉力F1的力臂L1。
答案：
3、在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某同学用如图13所示的同一滑轮组分别做了三次实验，实验数据记录如下：
(1)在表中的空格处填上适当的数据；(机械效率用百分数表示，保留一位小数)
(2)在实验操作中应竖直向上 拉动弹簧测力计；
(3)从实验数据分析得出：使用同一滑轮组， 可以提高滑轮组的机械效率；
(4)滑轮组的机械效率可能还与其它因素有关，请你作出恰当的猜想：
滑轮组的机械效率与 有关(写出一种影响因素即可)。
答案：(1)表中填 88．9％ 1．2 30
(2)匀速
(3)增加物重
(4)动滑轮重、绳与滑轮的摩擦等(其他合理答案参照给分)
4、小明做“测滑轮组机械效率”实验时，用下图中所示的滑轮，组装成滑轮组，请在图中画出使用该滑轮组时最省力的绕法。用此滑轮组将重为3.6N的物体匀速提起时，拉力的功率为0.36W，滑轮组的机械效率为75%。（忽略摩擦及绳重）
求：（1）绳子自由端移动的速度和动滑轮的总重。
（2）若用此滑轮组提起小于3.6N的重物时，其机械效率将如何改变？说明理由。
答案：解：绕法如右图，绳子段数n=4。
(1)因为
所以拉力为
由于
所以绳子自由端移动速度为
由于忽略摩擦及绳重，则
所以动滑轮重
（2）减小
由于忽略摩擦及绳重所以当提升的物体重力减小时，滑轮组机械效率减小。
（或者当提升物体的重力减小时，有用功减小，额外功不变，故其机械效率减小。）
【考题预测】
1、下图是各式各样剪刀的示意图，它们都是一对的杠杆。现要用它们来剪开较硬的物体，其中选用最合适的剪刀是（ ）
答案：A
2、同一物体沿相同水平地面被匀速移动，如下图所示，拉力分别为F甲、F乙、F丙，不记滑轮与轻绳间的摩擦，比较它们的大小，则
A.F甲＜F乙＜F丙 B.F甲＞F乙＞F丙 C.F甲＞F乙＝F丙 D.F甲＝F乙＞F丙
答案：B
3、是小松同学测定滑轮组机械效率的实验装置，小松同学实验中测量的有关数据如右表所示：
⑴请你根据表中数据在图中画出实验时滑轮组的绕线情况，并填好表中的空格。
⑵若提升的钩码重增加到6N，则该滑轮组的机械效率将 （填“变大”、“变小”或“不变”）。
⑶小松在实验过程中，应当 向下拉动弹簧测力计，才能通过弹簧测力计准确读出拉力的大小。
答案：（1）
62.5 2.0 （2）变大 （3）匀速
4.如图1所示,是2008北京残奥会开幕式最后一棒火炬手侯斌，靠自己双手的力量，攀爬到火炬台底部并最终点燃圣火的照片，该点火仪式充分体现了残疾人自强自立、拼搏向上的勇气和精神.已知他和轮椅总质量为80kg，攀爬高度39m，历时约3min20s.
图1
（1）如果不计机械装置的额外功，求他的平均功率多大？
（2）小明同学看到火炬手攀爬很费劲，想到物理课上学过利用滑轮组可以省力.小明同学如果站在地面上,用如图2所示的哪个滑轮组拉起火炬手侯斌最合适,理由是什么?如果该滑轮组机械效率为80％，求小明同学的拉力至少要多大？（g取10N/kg）
图2
答案：解：（1）P＝W/t＝Gh/t＝mgh/t＝80kg×10N/kg×39m/200s＝156W
（2）D滑轮组. 拉力方向向下且更省力
∵η＝W有用/W总＝Gh/Fs＝Gh/4Fh＝G/4F
∴F＝G/4η＝（80kg×10N/kg）/（4×0.8）＝250N
次数
钩码重G／N
钩码上升的高度h／m
拉力F／N
细线自由端移动的距离s／m
机械效率η/%
1
2.0
0.03
1.6
0.06
2
3.0
0.05
0.1
75