2021浙教版 九年级上册第3章复习学案 第八讲 能量转化的量度、简单的机械（含答案）

浙江版 九年级上册科学学案
第八讲 能量转化的量度、简单的机械
3-3 能量转化的量度
1功
定义：如果一个力作用在物体上，且物体在这个力的方向上通过了一段距离，就说这个力对物体做了功。
力对物体做功的两个必要因素: 一是作用在物体上的力，二是物体在这个力的方向上通过了距离。
力不做功的三种情况
三种情况
原因
实例
有距离无力
物体没有受到力的作用，但由于惯性通过了一段距离，就是没有力做功。
足球离开脚后在水平面上滚动了一段距离，人对足球没有做功。
有力无距离
有力作用在物体上，但物体没有动，即物体没有通过距离。
两名同学没有搬起石头，所以对石头没有做功。
力与距离垂直
物体受到力的作用，也移动了一段距离，但通过的距离与力的方向垂直。
提着水桶水平移动了一段距离，竖直提水桶的力不做功
2功的计算
功的计算：功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。
公式：用F表示力，s表示力的方向上通过的距离，W表示功，则W=Fs。
单位：在国际单位制中，力的单位是牛，距离的单位是米，的单位是焦耳，简称焦(J)。
1 J = 1N X 1 m=1N??m。
应用W=Fs计算功时，力与物体通过的距离方向必须一致，且对应同一物体，同一段间。
3做功的实质
做功的过程实质就是能量转化的过程，力对物体做了多少功，就有多少能量发生了转化，因此，可以用功来量度能量转化的多少，能量的单位与功的单位一样，也是焦耳。
4功率
定义：功与做功所用的时间之比叫功率，它在数值上等于单位时间内所做的功。
物理意义：功率表示物体做功快慢的物理量。
公式：如果用P表示功率，用W表示功，用t表示做功所用的时间，功率的计算公式为
P=W/t。
单位：在国际单位制中，功的单位是焦，时间的单位是秒，功率的单位是焦耳每秒(J/s)，他有一个专门的名称叫瓦特,简称瓦(W)，工程技术上还常用千瓦(KW)，兆瓦(MW)作为功率的单位，1KW=1000W，1MW=106W。
功率表示做功的快慢，不表示做功的多少，一个力做功的多少由功率和时间两个因素决定。功率大的机器,做功不一定多；做功多的机械，功率也不一定大。
5计算功率的另一个公式
当物体在动力F的作用下，以速度v沿力F方向做匀速直线运动时，力F所做的功W=Fs=Fvt，，力F做功的功率P=W/t=Fvt/t=Fv。
由P=Fv知，功率一定时，机器的牵引力和速度成反比。
对两个公式的理解
P=W/t是功率的定义式，它表示做功的物体在t时间内的平均功率，而不是某一时刻的瞬时功率，无论受力物体运动状态如何，P=W/t，普遍适用。
P=Fv是功率的推导式，它是当物体在恒力f作用下，以速度v匀速运动时推导出来的，它的表示物体的瞬时功率。
3-4 简单的机械
1杠杆
定义：如果一根硬棒在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。
杠杆可以是直的，也可以是弯的，但它一定是硬棒，既不能变形的棒。
276225049530杠杆的五个要素
支点：杠杆可以绕其转动的点。
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。
要弄清动力臂和阻力臂，首先要弄清”力的作用线”的概念，经过力的作用点，沿着力的方向所引的直线叫力的作用线。力臂就是从支点到力的作用线的距离。
杠杆平衡的条件
杠杆平衡的含义，在力的作用下，如果杠杆处于静止状态或绕支点匀速转动，我们就认为杠杆平衡了。
杠杆平衡条件
动力X动力臂=阻力X阻力臂，用公式表F1l1=F2l2，这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理。
杠杆的分类
类型
示意图
力、力臂的关系
特点
应用
省力杠杆
317533020
F1l1>l2
省力费距离。
铡刀、瓶盖起子、手推车、钢丝钳等。
费力杠杆
2540146685
F1>F2
l1费力但省距离
钓鱼竿、镊子、筷子、理发剪、缝纫机脚踏板等
等臂杠杆
F1=F2
l1=l2
既不省力也不省距离，既不费力也不费距离
天平
2定滑轮和动滑轮
定滑轮
定义：轴固定不动的滑轮。
实质：等臂杠杆。
特点：不能省力，但能改变力的方向。
动滑轮
定义：轴与重物一起移动的滑轮。
实质：动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆。
特点：使用动滑轮能省一半的力，但费距离，且不能改变力的方向。绳子自由移动的距离是重物移动距离的2倍。
3滑轮组
定义：定滑轮、动滑轮组合在一起构成滑轮组。
特点：使用滑轮组既能省力又能改变力的方向。
滑轮组省力情况分析:F=G/n(其中n为承担物重的绳子的段数)。
绳子自由移动的距离：s=nh(h为重物移动距离)。
滑轮组装的原则：基本原则是”奇动偶定”
4210050395605首先要根据题意求出承担重物的绳子的段数n=G/F(G表示重物，若动滑轮组重不能忽略，则G=G物+G动；F表示所需的拉力)。
→若承担重物的绳子数为奇数，则绳
子的起点从动滑轮开始绕线，如图甲所示；
→若承担重物的绳子数为偶数，则绳
子的起点从定滑轮开始绕线，如图乙所示；
还要注意拉力的方向不同，所需定滑轮的个数也不同。
4机械效率
有用功、额外功、总功
有用功：为了达到某一目的而必须要做的功叫有用功。用W有用表示。
额外功：并非需要，又不得不做的功叫额外功，用W额外表示。
总功：有用功和额外功的总和叫总功，用W总表示，即W总=W有用+W额外。
机械效率
定义：有用功与总功的比值叫机械效率，用?表示。
公式：?=W有用W总 x 100% = W有用W有用+W额外 x 100%。
练习题
1.建筑工人利用如图所示的两种方式，将重均为400N的材料从图示位置向上缓慢提升0.5m。F1、F2始终沿竖直方向；图甲中OB=2OA，图乙中动滑轮重为40N，重物上升速度为0.2m/s。不计杠杆重、绳重和摩擦，则下列说法正确的是（??? ）

A.?甲乙两种方式都省一半的力????????????????????????????????B.?甲方式F1由200N逐渐变大
C.?乙方式的有用功是200J???????????????????????????????????????D.?乙方式F2的功率为40W
2.在水平桌面上放一个重300N的物体，物体与桌面的摩擦力为60N，如图所示，若不考虑绳的重力和绳的摩擦，使物体以0.1m/s匀速移动时，水平拉力F及其功率的大小分别为（ ???）

A.?20N 2W????????????????????????????B.?30N 6W????????????????????????????C.?60N 2W????????????????????????????D.?20N 6W
3.小明骑独轮车，以速度ν匀速通过水平独木桥，独木桥的两端由两根竖直支柱A、B支撑，A、B间距离为L，人和车的总重为G，如图所示。假设独轮车在A端支柱上方为初始时刻(t=0)，则B端支柱所受压力FB与时间t的关系图像为(不考虑独木桥重力及形变) （ ???）

A.??????????????B.??????????????C.??????????????D.?
4.如图所示，用40N的力F沿水平方向拉滑轮，可使重20N的物体A以0.3m/s的速度在水平面上匀速运动。物体B重10N，弹簧测力计的示数恒为10N（不计滑轮、测力计、绳子的重力，滑轮的转轴光滑）。下列说法不正确的是（??? ）

A.?物体A受到水平面的摩擦力是10N???????????????????????B.?滑轮移动的速度是0.15m/s
C.?在2s内绳子对物体A做的功为6J??????????????????????????D.?水平拉力F的功率是6W
5.下列工具在正常使用的过程中，属于费力杠杆的是(??? )
A.?用镊子夹取物体 ??????????????????B.?用钢丝钳剪铁丝
C.?用开瓶器开啤酒 ???????????????D.?用木棍撬石块
6.小金在学习了滑轮之后用下列方法匀速提升同一重物，若不计绳子、滑轮的重力及摩擦，其中最省力的是(??? )
A.??????????????????????B.??????????????????????C.??????????????????????D.?
7.如图所示，在不计滑轮摩擦和绳子质量的条件下，当小车从图示位置向右匀速运动时，下列关于对物体A的分析中正确的是(? ??)

A.?绳的拉力等于A的重力????????????????????????????????????????B.?物体A的动能不变
C.?物体A的机械能匀速增加?????????????????????????????????????D.?绳的拉力对物体A的做功功率不断增加
8.如图所示，在水平地面上放置重300N的物体，不考虑绳的重力和绳与滑轮间的摩擦，匀速拉动物体时，水平拉力F为60N，则物体与地面的摩擦力为________N，若物体前进1米所用的时间为10秒，拉力F做功的功率为________瓦。

9.王强同学设计了如图所示的装置进行实验，其中杠杆OAB支点为O（杠杆OAB质量不计），OA:OB=1:3。他实验的步骤如下：
步骤一：用一细绳将体积为180cm3的金属块悬挂于A点，然后向容器中加水，使金属块浸没在水中。
步骤二：使杠杆OAB在水平位置静止，读出弹簧测力计此时的读数为1.2N。
（1）金属块浸没在水中时受到的浮力为________N。
（2）被测金属块密度：ρ=________?。
10.探究杠杆平衡条件的实验装置如图所示，杠杆上相邻刻度线间距相等。

（1）调节杠杆在水平位置平衡后，在A点挂两个钩码，每个钩码重0.5N，在B点竖直向下拉弹簧测力计，杠杆重新平衡，弹簧测力计的示数为________N。
（2）改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是________。
?
答案解析：
1.【解答】A.甲图：根据杠杆的平衡条件得到：G×OA=F1×OB；
400N×1=F1×2；
解得：F1=200N；
乙图：拉力F2=G总n=400N+40N2=220N；
则乙图中的拉力不能省一半的力。
故A错误；
B.甲中，物体静止在水平桌面上，那么A点受到的拉力FA=G-F支持 ， 因此FA<400N，那么F1肯定小于200N，故B错误；
C.乙方式的有用功为：W有=Gh=400N×0.5m=200J，故C正确；
D.乙方式中F2的功率为：P2=F2v=220N×（0.2m/s×2）=84W，故D错误。
故选C。
2.【解答】根据图片可知，承担拉力的绳子段数为n=3，
那么水平拉力F=fn=60N3=20N；
水平拉力F移动的速度：v=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s；
水平拉力F的功率为：P=Fv=20N×0.3m/s=6W。
故选D。
3.【解答】根据杠杆的平衡条件得到：FB×L=G×s；
即：FB×L=G×vt；
那么B点对桥的支持力FB=GvtL=GvL×t；
其中总重G、速度v和长度L都是定值，因此B点对桥的支持力与时间t成正比；
因为B点对桥的支持力和桥对B点的压力为相互作用力，
所以桥对B点的压力FB与时间t成正比；
那么二者的关系图像应该是通过坐标原点的斜线，故A正确，而B、C、D错误。
故选A。
4.【解答】A.不计滑轮的摩擦和重力，以动滑轮为研究对象，则两段绳子向右的拉力与向左的拉力平衡，所以2F拉=F，则A物体对滑轮的拉力F拉=12F=12×40N=20N；因为力的作用是相互的，所以滑轮对A的拉力也为20N；物体B始终处于静止状态，则测力计对B向右的拉力与A对B向左的摩擦力平衡，所以fA对B=F示=10N；因为力的作用是相互的，所以物体B对A的摩擦力为10N，方向向右；
? ? ?物体A向左匀速运动，它受到绳子向左的拉力，B对它向右的摩擦力和地面对物体A还有向右的摩擦力，由力的平衡条件可得：F拉=fB对A+f地 ， 所以地面对A的摩擦力为：f地=F拉-fB对A=20N-10N=10N，故A正确不合题意；
5.【解答】A.用镊子夹取物体，支点在镊片的连接处，阻力在尖端，动力在中间，此时动力臂小于阻力臂，为费力杠杆，故A符合题意；?
B.用钢丝钳剪铁丝，支点在转轴处，阻力在刀口上，动力在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故B不合题意；?
C.用开瓶器开啤酒，瓶盖上面的牙为支点，阻力作用在下面的牙上，动力作用在手柄上，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故C不合题意；?
D.用木棍撬石块，木棍的尖端为支点，阻力作用在支点上方附近，动力作用在杠杆的另一端，此时动力臂大于阻力臂，为省力杠杆，故D不合题意。
故选A。
6.【解答】A图：使用动滑轮时，承担重力的绳子为n=2，那么拉力F1=G2；
B图：使用定滑轮时，承担重力的绳子为n=1，那么拉力F2=G；
C图：使用滑轮组，承担重力的绳子为n=3，那么拉力F3=G3；
D图：使用滑轮组时，承担重力的绳子为n=2，那么拉力F4=G2。
因此最省力的是C，故A、B、D不合题意。
故选C。
7.【解答】A.如下图所示：
?
将小车的运动分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，沿绳子方向的分速度等于A的速度，根据平行四边形定则有：vA=vcosθ；因车匀速向右运动，且θ减小，所以A的速度在增大，则A加速上升，即此时物体A受到的合力向上，也就是绳的拉力大于A的重力，故A错误；
物体A的质量不变，但速度增大，所以它的动能不断增大，故B错误；
因为物体A的速度增加量不是匀速的，所以它的机械能的增加也不是匀速的，故C错误；
由于物体A的重力不变，但速度不断增大，根据P=Gv可知，对物体A做功的功率不断增加，故D正确。
故选D。
8.【解答】（1） 物体与地面的摩擦力为?f=nF=2×60N=120N；
（2）自由端前进的距离s=ns物=2×1m=2m；
拉力F做的功为：W=Fs=60N×2m=120J；
拉力F做功的功率为：P=Wt=120J10s=12W。
9.【解答】（1） 金属块浸没在水中时受到的浮力 ：
F浮=ρ液gV排=103kg/m3×10N/kg×180×10-6m3=1.8N;
（2）根据杠杆的平衡条件得到：F拉×OA=FB×OB；
F拉×1=1.2N×3；
解得：F拉=3.6N；
金属块的重力为：G=F拉+F浮=3.6N+1.8N=5.4N；
那么金属块的密度为：ρ=GgV=5.4N10N/kg×180×10-6m3=3×103kg/m3。
10.【解答】（1）设杠杆上每个小格的长度为L，根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2得到：
（0.5N×2）×3L=F×2L；
解得：F=1.5N；
（2）改变钩码的个数和位置进行了多次实验，其目的是：避免实验的偶然性，使实验结论具有普遍性。