功与机械知识点+练习题.docx

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功与机械知识点+练习题

功与机械

一、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。

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）。

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=FS

4、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：

=Fv

4、单位：

主单位W常用单位kWmW马力

换算：

1kW=103W1mW=106W1马力=735W

某小轿车功率66kW，它表示：

小轿车１s内做功66000J

5、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、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

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。

3、画力臂方法：

一找支点、二画线、三连距离、四标签

⑴找支点O；⑵延长力的作用线（虚线）；⑶画力臂（实线双箭头，过支点垂直于力的作用线作垂线）；⑷标力臂

研究杠杆的平衡条件：

杠杆平衡是指：

杠杆水平静止或匀速转动。

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。

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

解题指导：

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。

）

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。

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：

应根据实际来选择杠杆，当需要较大的力才能解决问题时，应选择省力杠杆，当为了使用方便，省距离时，应选费力杠杆。

四、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SF（或速度vF）=重物移动

的距离SG（或速度vG）

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。

a）理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：

b）

F=G/2只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=（G物+G动）/2;

c）绳子自由端移动距离是2倍重物移动的距离S（或vF）=2h（或vG）

3、滑轮组

①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=（G物+G动）/n绳子自由端移动距离是n倍的重物移动的距离SF（或vF）=nhG（或vG）

④组装滑轮组方法：

首先根据公式n=（G物+G动）/F求出绳子的股数。

然后根据“奇动偶定”的原则。

结合题目的具体要求组装滑轮。

五、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，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）

3、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。

六、机械效率：

１、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

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=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）

斜面：

W额=fL

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=FS=W有用／η

斜面：

W总=fL+Gh=FL

4、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。

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S

③器材：

除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。

④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。

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”，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：

4、探究决定动能大小的因素：

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做功的多少

？

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。

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

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如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能；

②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，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能量损失），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。

三、水能和风能

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，水下落时能转化为更多的动能，通过发电机就能转化为更多的电能。

简单机械的机械效率

（1）斜面①W有用=G·h

②W额外=f·S

③W总=F·S=G·h＋fS

（2）杠杆①W有用=G物·h

②W额外

③W总=F·S

（3）定滑轮竖直方向提升重物（a）

①W有用=Gh

②W额外：

摩擦及绳重

③W总=F·S=F·h

（4）定滑轮水平方向拉动物体（b）

①W有用=f·S物

②W额外：

滑轮转动摩擦

③W总=F·SF=F·S物

（5）动滑轮（a）及竖直方向滑轮组

①W有用=G物·h

②W额外

③W总=F·S=F·nh=（G物＋G动）·h（n为连接动滑轮绳子段数）

（6）动滑轮（b）及水平方向滑轮组

①W有用=fS物

②W额外：

绳重及滑轮转动摩擦

③W总=F·SF=F·nS物（n为连接动滑轮绳子段数）

注：

a、所有机械克服自身摩擦做功均是额外功的组成部分，故对机械进行润滑一般都可以提高机械效率．

b、所有的有用功均等于不使用机械时所做的功

c、对于所有机械均有

五、功率：

单位时间内做的功—P（单位：

W）

1、公式：

2、单位：

瓦特，简称瓦，符号W，常用单位kW，MW，马力

换算：

1kW=103W1MW=106W1马力=735W

3、物理意义：

表示做功快慢的物理量（与机械效率无关）。

某小轿车功率66kW，它表示：

小轿车１s内做功66000J

4、机械中的功率

5、功率和机械效率是两个不同的概念。

他们之间没有可比性。

（1）功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；

（2）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。

一、选择题

1、如图是胖子和瘦子两人用滑轮组锻炼身体的简易装置（不考虑轮重和摩擦）．使用时：

（1）瘦子固定不动，胖子用力FA拉绳使G匀速上升．

（2）胖子固定不动，瘦子用力FB拉绳使G匀速上升．

下列说法中正确的是（　　）

A、FA＜GB、FA＞FB

C、FB=2GD、以上说法都不对

2、如图所示，拉力F=125N，在10s内将重物匀速提升2m，滑轮组的机械效率是80%．则下列说法正确的是（　　）

A、绳子自由端移动距离为6m

B、物体重是375N

C、拉力F做的功是250J

D、拉力F的功率为25W

3、

小明用两个相同的滑轮组成不同的滑轮组（如图所示），分别将同一物体匀速提高到相同高度，滑轮组的机械效率分别为η1、η2．下列关系正确的是（忽略绳重及摩擦）（　　）

A、F1＞F2，η1=η2B、F1＞F2，η1＞η2

C、F1＜F2，η1=η2D、F1＜F2，η1＞η2

4、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

5、建筑工地上，工人用如图所示的装置（由滑轮组和吊篮组成）将600N的的砖在6s内匀速提升2m，动滑轮重50N，吊篮重70N（不计绳重及摩擦），下列判断正确的是：

（　　）

A、此装置由四段绳子承担物重

B、工人对绳的拉力为200N

C、工人提升砖做的有用功1200J

D、此装置对砖块做功的功率为360W

6、如图，甲、乙两个滑轮组都是由相同的滑轮组合而成．如图丙：

大轮重10N，小轮重5N，连杆重1N．先后用甲、乙两种方式提起同样重的物体（G=500N），如果忽略摩擦力和绳的重力，则下列说法正确的是（　　）

A、F1=129N，F2=133N

B、F1=129N，F2=129N

C、F1=133N，F2=133N

D、F1=133N，F2=129N

7、如图所示，物体A重为5N，物体B重为10N，若弹簧测力计自重及滑轮摩擦不计，当它们处于平衡状态，则弹簧测力计的示数为（　　）

A、0NB、2.5N

C、5ND、10N

8、弹簧秤A和B及滑轮组均处于静止状态，F=10N，若不考虑秤重，滑轮重及摩擦，弹簧秤A和B的示数分别为（　　）

A、30N和30NB、30N和20N

C、20N和20ND、20N和30N

9、要用滑轮组匀速提起重为1250N的重物，而串绕滑轮组的绳子最多只能承受250N的拉力．若不计摩擦和滑轮重，则该滑轮组中至少有（　　）

A、一只定滑轮和两只动滑轮B、两只定滑轮和三只动滑轮

C、两只定滑轮和两只动滑轮D、三只定滑轮和两只动滑轮

10、从竖直的井中提起一个重300N的物体，工人用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，动滑轮重60N，不计摩擦，那么提起重物时所用最小力为（　　）

A、360NB、120NC、180ND、100N

11、如图所示，在水平拉力F的作用下使物体m沿水乎地面匀速直线运动，若滑轮与绳子质量及摩擦不计，已知物体m与地面间的摩擦力为10N，物体m运动的速度为2m/s，那么关于拉力F的大小和拉力的功率P的大小，下列说法中正确的是（　　）

A、拉力F的大小为20N

B、拉力F的大小为5N

C、拉力的功率P的大小为20W

D、拉力的功率P的大小为10W

12、用滑轮组提升重物，当绳子自由端被拉下2m时，物体升高了0.5m，被提升的物体质量是20kg，若不计动滑轮重力和摩擦阻力，则拉绳子的力应为（　　）（g取10N/kg）

A、40NB、20NC、60ND、50N

13、人体本身蕴含着许多有关力的知识．以下说法中错误的是（　　）

A、人的手臂相当于一个杠杆

B、脚掌的面积大，可以减小对地面的压强

C、手掌的纹路，增大了手与物体间的摩擦

D、人的呼吸过程没有利用大气压强

14、在铁路道口常设有如图所示的道闸，这种道闸平时上扬，当火车要通过道口时道闸转动到水平位置，示意过往的其他车辆停车等候，这种道闸称为常开型道闸．与之相反，另一种道闸平时水平放置，当有车辆要通过时，道闸上扬，允许车辆通过，这种道闸称为常闭型道闸．对于这两种道闸重心的位置，下列说法正确的是（　　）

A、常闭型道闸，重心应在O点右侧

B、常开型道闸，重心应在O点右侧

C、常闭型道闸，重心应在O点左侧

D、常开型道闸，重心应在O点左侧

15、若杠杆的动力臂为L1，阻力臂为L2，支点与动力作用点之间的距离为S，则对任何杠杆而言，都不可能成立的关系式是（　　）

A、L1＞L2B、L1＜L2C、L1＞SD、L1＜S

16、关于力臂，下列说法中正确的是（　　）

A、从支点到力的作用点的距离，叫力臂B、力臂一定在杠杆上

C、动力臂长的杠杆比动力臂短的杠杆省力D、动力臂比阻力臂长的杠杆是省力的杠杆

17、下列关于杠杆的说法中正确的是（　　）

A、杠杆一定是直棒B、有些杠杆没有点

C、杠杆越长使用时越省力D、使用杠杆不一定都能省力

18、下列说法正确的是（　　）

A、支点一定在杠杆上

B、力臂一定在杠杆上

C、动力作用点与阻力作用点一定在支点的两侧

D、杠杆的长度一定是动力臂与阻力臂之和

19、如右图是开启汽水瓶盖的起子的一种使用方法，可将此起子看成一个杠杆，则关于此杠杆支点、动力、阻力的画法，其中正确的是（　　）

A、

B、

C、D、

20、如图所示，工人师傅将油桶推上台阶，下列说法正确的是（　　）

A、这不能看作杠杆，因为油桶是圆的

B、这不能看作杠杆，因为没有支点

C、这可以看作杠杆，因为满足杠杆的所有条件

D、这可以看作杠杆，支点就是横截面的圆心

2、填空题

21、如图所示，小王用两个相同的滑轮组（摩擦不计），分别将重力不同的两个物体匀速提高到相同高度，其中Gl＞G2，则所用的拉力F1F2（选填“＞”、“＜”或“=”），其机械效率η1η2填“＞”、“＜”或“=’）

22、如图所示，建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶，其中桶重20N．动滑轮重为20N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重；若工人在5s内将绳子匀速向上拉6m，则泥桶上升m，手拉绳子的力为N，拉力的功率为W，滑轮组的机械效率为

3、工人用如图所示的滑轮组将一重400N的物体匀速提起，若滑轮组的机械效率为80%，忽略一切摩擦及绳的伸长，则拉力的大小是N，动滑轮重N；若使用该滑轮组提升600N的重物，其机械效率将（选填“变大”、“变小”或“不变”）．

4、

爸爸想移动一个重箱子，小鹏帮助爸爸采用了如图所示的装置，如果箱子重为1200N，所用水平拉力F为1000N，箱子以0.1m/s的速度做匀速直线运动，若滑轮组的机械效率为90%，则在5s内拉力F所做的功是J，箱子与水平地面之间的摩擦力为N．

25、按要求画出滑轮组的穿绳情况：

（动滑轮重力不计，F为拉力）

27、分别作出下列杠杆的五要素

28、如图是一种健身器械，AOB可视为一个杠杆，0是它的支点．

（1）小明用力向下拉杠杆时，重物被抬起．此时AOB是一个（选填“省力”或“费力”）杠杆．

（2）他想更容易抬起重物，应该将手（选填“靠近”或“远离”）O点，这是因为增大了。

29、如图所示，AO为一竖直立于地面的电线杆，为了不使电线将电线杆拉倒，必须用钢缆BC将电线杆固定住．试画出对应的力臂L1、L2．

30、、有一杠杆动力臂是阻力臂的3倍，则动力大小是阻力大小的倍，这是杠杆．如果两力臂都增加各自的一倍，则阻力大小是动力大小的倍．

3、计算题

31、用如图所示滑轮组将一物体匀速提高2m，已知拉力大小恒为60N，方向总保持竖直向上，动滑轮的质量为3kg，绳重和摩擦均不计．求：

（1）物体所受重力；

（2）该滑轮组在此过程中的机械效率（保留1位小数）．

32、用如图所示滑轮组提升重物．人用500N的拉力F，15s内使重为900N的物体匀速上升了3m．不计绳重和摩擦，求：

（1）动滑轮的重．

（2）人拉绳子做功的功率．

（3）滑轮组的机械效率．

33、如图，搬运工人用滑轮组往4m高的平台上运砂石．已知每袋砂石的质量是63kg，动滑轮重70N．当工人匀速拉动绳索时，所用的拉力为多大？

该滑轮组的机械效率为多少？

（不计袋重、绳重和摩擦，g=10N/kg）

34、一辆汽车不小心开进了泥潭中，司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出，如图所示．若车重为5×l04N，汽车受到的阻力为车重的0.04倍，滑轮组的机械效率为80%，问：

（1）该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出？

（2）若拉动汽车时，汽车前进的速度为0.1m/s，则司机做功的功率是多少？

35、如图所示，灯重30N，灯挂在水平横杆的C端，O为杠杆的支点，水平杆OC长2m，杆重不计，BC长0.5m，绳子BD作用在横杆上的拉力是多少？

（∠DBO=30°）

36、某型号液压汽车起重机自重8t起重时汽车与地面接触面积约为4000cm2，当它吊起2t货物静止在空中时，如图所示，L1=2m，L2=6m．（g=10N/kg）

（1）不计起重臂的自重，Fl应多大？

（2）地面受到的压强是多少？

（3）若1min内将货物提升了6m，那么该起重机的功率是多大？