功和机械能及简单机械复习导学案

1第8、9讲《功、功率、机械能、简单机械、机械效率》复习导学案【知识点梳理】一、功（机械功）：1、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。2、不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。举例：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）。3、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=Fs4、功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0.5J。5、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。二、功率：1、定义：单位时间里完成的功。2、物理意义：表示做功快慢的物理量。3、公式：P=Fv4、单位：主单位W常用单位kW、MW、马力换算：1kW=103W，1MW=106W，1马力=735W某小轿车功率66kW，它表示：小轿车１s内做功66000J5、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。三、机械能(一)动能和势能1、能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。2、知识结构：PWt=机械能势能重力势能定义：物体由于被举高而具有的能量。决定其大小的因素：物体越大、举得越大，重力势能就越大弹性势能定义：发生形变的物体具有的能量。决定其大小的因素：物体弹性形变越大，弹性势能就越大动能定义：物体由于运动而具有的能量决定其大小的因素：物体越大、越大，动能就越大23、探究决定动能大小的因素：（参考教材图文）①猜想：动能大小与物体质量和速度有关；②实验研究：研究对象：小钢球方法：控制变量；如何判断动能大小：看小钢球能推动木快移动距离的多少(转换法)如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同；如何改变钢球速度：使钢球从不同同高度滚下；③分析归纳：保持钢球质量不变时定性结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大；保持钢球速度不变时定性结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。练习：右表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度你判断的依据：人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响更大4、机械能：动能和势能统称为机械能。理解：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有动能和势能的物体具有机械能。(二)动能和势能的转化1、知识结构：#2、动能和重力势能间的转化规律：①质量一定的物体，如果加速下降．．．．，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能；②质量一定的物体，如果减速上升．．．．，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能；#3、动能与弹性势能间的转化规律：①如果一个物体减速（动能减小），而另一个物体的弹性形变变大（弹性势能增大），则动能转化为弹性势能；②如果一个物体加速（动能增大），而另一个物体的弹性形变变小（弹性势能减小），则弹性势能转化为动能。#4、动能与势能转化问题的分析：⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素——看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有机械能损失），则动能势能转化过程中机械能不变。⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。物体质量m/kg速度v/(m.s-1)动能E/J牛约600约0.5约75中学生约50约6约900动能转化转化势能弹性势能重力势能3(三)水能和风能的利用1、知识结构：2、水电站的工作原理：利用高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。练习：水电站修筑拦河大坝的目的是什么？大坝为什么要设计成上窄下宽？答：水电站修筑拦河大坝是为了提高水位，增大水的重力势能，水下落时可以转化为更多的动能，通过发电机就能转化为更多的电能。四、杠杆1、定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。说明：①杠杆可直可曲，形状任意。②有些情况下，可将杠杆实际转一下，来帮助确定支点。如：鱼杆、铁锹。2、五要素——组成杠杆示意图。①支点：杠杆绕着转动的点。用字母O表示。②动力：使杠杆转动的力。用字母F1表示。③阻力：阻碍杠杆转动的力。用字母F2表示。说明动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在杠杆上。动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆的转动的方向相反（反向旋转）④动力臂：从支点到动力作用线的距离。用字母l1表示。⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。用字母l2表示。*画力臂方法：（一找支点、二画线、三连距离、四标代号）⑴找支点O；⑵画力的作用线（虚线）；⑶画力臂（虚线，过支点垂直力的作用线作垂线）；⑷标力臂（大括号和字母代号）。3、探究究杠杆的平衡条件实验：①杠杆平衡是指：杠杆静止或匀速转动。②实验前：应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。这样做的目的是：可以方便的从杠杆上量出力臂。这时杠杆的重心位于支点上，杠杆自身重力的力臂为0.③结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂。写成公式F1l1=F2l2也可写成：F1/F2=l2/l1补充点：（1）实验探究时应注意：①要通过乘除找关系.不同单位的物理量不能相加减;②实验结论要具有普遍性，防止实验次数太少而得出的结论具有偶然性；③不得人为设置特殊实验数据来探究规律.（2）杠杆的不平衡：动力动力臂≠阻力阻力臂例如：若F1·L1＞F2·L2，则杠杆不会平衡，原来静止的杠杆会沿着F1的方向开始加速转动机械能的天然资源风能水能拦河筑坝海水潮汐直接做功发电OF1l1l2F24（3）注意：杠杆是否平衡，关键是由力与力臂的乘积．．．．．．．来决定，不是仅看力或者力臂的大小。4、应用：名称结构特征特点应用举例省力杠杆动力臂大于阻力臂省力、费距离撬棒、铡刀、动滑轮、轮轴、羊角锤、钢丝钳、手推车、花枝剪刀费力杠杆动力臂小于阻力臂费力、省距离缝纫机踏板、起重臂人的前臂、理发剪刀、钓鱼杆等臂杠杆动力臂等于阻力臂不省力不费力天平，定滑轮说明：判断杠杆是省力杠杆还是费力杠杆的两种方法：（1）根据该杠杆要起到的作用。需要省力的是省力杠杆，需要省距离的是费力杠杆;（2）根据该杠杆的力臂大小.动力臂大于阻力臂的是省力杠杆，动力臂小于阻力臂的是费力杠杆。5、杠杆问题解题指导：(1)分析解决有关杠杆平衡条件问题，必须要画出杠杆示意图；弄清受力与方向和力臂大小；然后根据具体的情况具体分析，确定如何使用平衡条件解决有关问题。（如：杠杆转动时施加的动力如何变化，沿什么方向施力最小等。）（2）解决杠杆平衡时动力最小问题：此类问题中阻力×阻力臂为一定值，要使动力最小，必须使动力臂最大，要使动力臂最大需要做到①在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。五、滑轮1、定滑轮：①定义：中间的轴固定不动的滑轮。②实质：定滑轮的实质是：等臂杠杆③特点：使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。④对理想．．的定滑轮(不计轮轴间摩擦）F=G绳子自由端移动距离S=h重物移动的距离2、动滑轮：①定义：和重物一起移动的滑轮。（可上下移动，也可左右移动）②实质：动滑轮的实质是：动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。③特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。④理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：拉力F=12G只忽略轮轴间的摩擦而考虑动滑轮的重，则F=12(G物+G动)绳子自由端移动距离s=2h3、滑轮组l1l2F2F1F1l1F2l25①定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。②特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向。③理想．．的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F=G/n。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力F=1/n(G物+G动)绳子自由端移动距离s=nh（s为绳子自由端移动的距离，h为动滑轮移动的距离）#滑轮问题规律总结：（1）滑轮组上承担阻力的绳子的段数为n.即直接绕挂在动滑轮上绳子的段数。（2）对于定滑轮n=1动滑轮n=2滑轮组n是大于或等于2的自然数。当n为偶数时，n=2N，绳子起端在定滑轮挂钩上。（偶定）当n为奇数时，n=2N+1,绳子起端在动滑轮挂钩上。（奇动）其中N为动滑轮的个数，同一滑轮组中动定滑轮的个数相差不超过1（3）距离关系：s=nh速度关系：v绳=nv动（4）力的关系F=F阻/n（不计绳重和滑轮上的摩擦）滑轮组竖直放置时F=（G物+G动）/n若不计滑轮重时F=G物/n滑轮组水平放置时F=f/n(f为动滑轮连着的物体受到的摩擦力)（5）确定n的方法①观察法：数出绕挂在动滑轮上的绳子的段数。若最后一段绳子是从动滑轮出来的，此段计入n;若最后一段绳子是从定滑轮出来的，此段绳子不计入n。②计算法：方法一：n=s/h方法二：或者（G总、f为滑轮组承受的总重或水平阻力，F为滑轮组上绳子能承受的最大拉力六、机械效率：１、有用功：定义：对人们有用的功。公式：W有用＝Gh（竖直方向提升重物）W有用=W总－W额W有用=ηW总2、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有用滑轮：W额=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）斜面：W额=fL(f为斜面上的阻力)3、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W总=W有用／η滑轮：W总=Fs斜面：W总=fL+Gh或W总=FL4、机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。②公式：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。5、机械效率的测量：①原理：②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S③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。ηW有用W总=ηGhFL=nG总F=nfF=ηW有用W总=GhFS=6④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。⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：A动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。B提升重物越重，做的有用功相对就多。C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。竖直方向使用的滑轮组：物重一定时，动滑轮重力越小，机械效率越高。动滑轮重力一定时，物重越大，机械效率越高。*5、机械效率归纳斜面：滑轮：竖直方向．．．．使用η＝Gh/Fsη＝G/nF当不计滑轮重及滑轮上摩擦时η＝G/(G+G动)水平．．方向．．使用η＝f/nF(f为动滑轮连着的物体受到的摩擦力)七、功的原理：1、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。2、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