初中科学总复习系列 （四）：简单机械、机械功和机械能知识点、练习（学案 含答案）

总复习（四）：简单机械、机械功和机械能
二.
教学目标：
1.
知道杠杆的支点和力臂。理解杠杆平衡条件。了解杠杆的应用，了解人体杠杆。
2.
了解定滑轮和动滑轮的结构和作用。了解滑轮组。知道滑轮组拉力的计算。
3.
理解功的原理，并会用功的原理推出斜面公式。了解总功、有用功、额外功。了解机械效率。
4.
理解功的概念。知道功的单位。
5.
理解功率的概念。知道功率的单位。了解一些机器和生物体的功率。
6.
了解动能和势能的涵义。了解机械能，了解动能和势能的相互转化。
三.
知识总结：
1.
杠杆的概念：杠杆是一根能绕固定点转动的硬棒。“固定点”、“硬”是其两个要素。杠杆并不要求是直的。
2.
杠杆平衡条件：平衡是指杠杆处于静止或匀速转动状态。平衡条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂。当杠杆满足这个条件时杠杆处于平衡状态。
实验表明：杠杆的平衡不同于一般物体（质点）的平衡，杠杆的平衡由力和力臂共同决定。
3.
杠杆的分类：
?种类
条件
好处
代价
实例
省力杠杆
动力臂大于阻力臂
省力
费距离
老虎钳
费力杠杆
动力臂小于阻力臂
省距离
费力
镊子、吃饭筷子
等臂杠杆
动力臂等于阻力臂
相等
力和距离两者都不省也都不费
天平
?
4.
滑轮：滑轮可看作旋转的杠杆。当滑轮静止或匀速转动时，也满足杠杆平衡条件。
?定滑轮
相当于等臂杠杆，动力臂和阻力臂都是滑轮的半径。因此既不省力也不费力，但可以改变作用力的方向。
动滑轮
相当于省力杠杆，动力臂（滑轮直径）是阻力臂（滑轮半径）的两倍，因此省力一半，也费距离一倍。
滑轮组
是定滑轮和动滑轮的组合，既能省力又能改变力的方向。总重由几股绳子承担，所需拉力即为总重的几分之一。连接滑轮组的绳子其实是一根绳子，当绳子拉紧时，在不计摩擦和绳子自重时，不管是什么样的滑轮组，所有绳子的拉力一定相等。
?
5.
功：物理学上的做功包括两个必要条件：一是作用在物体上的力，二是在作用力的方向上通过的距离，这两个因素缺一不可。
功的计算公式：W＝FS，功是一个物理量，它的单位是：焦，1焦＝1牛·米
6.
功率：功率是表示物体做功的快慢，物体在单位时间内完成的功叫功率。
公式：P＝W／t，功率也是一个物理量，它的单位是：瓦特，1瓦特＝1焦／秒
根据公式P＝W／t＝Gh／t，可知要测定人上楼时的功率，需要测量的量有：人的体重G、楼高h，上楼时间t。
根据功率的导出式：P＝Fv可知功率一定时，要增大F，必须减小v，即汽车上坡时要换低速档。
7.
功的原理：使用任何机械时，动力对机械做的功，一定等于机械克服阻力所做的功，即使用任何机械都不省功。
这一规律是大自然对人类智慧的制约。人凭智慧可以发明各种各样的机械，可以得到省力的好处，也可以得到省距离的好处或是改变力的方向，但不可同时既省力也省距离，即永远不会发明能省功的机械。
8.
机械效率：不同机械在使用时，其有用功占总功的比例不同，我们把有用功与总功的比叫它的机械效率。
有用功由主观目的而定，总功则是动力对机械做的功。总功分成两个部分，一部分是被利用的有用功，一部分是被机械消耗的额外功。因为机械的摩擦和机械自重不可避免，所以机械效率总小于1。
9.
机械能：能是物体做功的本领，物体具有做功的本领就具有能，但并不一定做了功。
动能是物体运动而具有的能，动能的大小决定物体的质量和速度；势能是由于物体被举高或发生弹性形变而具有的能。重力势能的大小由物重和高度决定。弹性势能的大小与物体发生弹性形变的大小等因素有关。
机械能是动能和势能的总称。在数值上机械能等于动能和势能的和。
能量也是一个物理量，它的单位和功相同，都是焦。
10.
动能和势能可以相互转化，一个物体如果只有动能和势能的相互转化，在转化过程中动能和势能的大小都会改变，但总机械能不变。实际上动能和势能在转化过程中会有一部分能量转化成其它形式的能，虽然总的能量仍然守恒，但机械能减少了。
【典型例题】
例1.
如图所示，重物G＝400N，AB＝20cm，BC＝60cm，CD＝60cm，求将重物G提起时所用的最小动力（图中装置可绕A点转动）。
解析：在装置转动时，认为是匀速转动，因此符合杠杆平衡条件始终有：
例2.
某人想站在楼下用滑轮组把质量为150kg的重物送到楼上，已知绳子的最大承受力为600N，请你帮他设计一个适当的滑轮组，画出组装图。（g取10N/kg）
解析：
例3.
如图所示的装置，用此装置牵引物体A，使其沿水平地面匀速向前滑动，若A与地面间的摩擦力为150N，滑轮本身的重力及绳子间摩擦忽略不计，求所用拉力F的大小。
解析：
例4.
在下图所示的四种情景中，其中力对物体没有做功的是（
）
解析：根据做功的两个条件，可知C没有做功（S＝0）。
例5.
如图所示，人拉绳子的力F＝10N，使货物以v＝2m/s的速度匀速上升，求拉力做功的功率。
解析：设做功时间为t，则这个过程中拉着绳子移动的距离s＝2h＝2vt
人拉绳做的功W＝F·s＝2Fvt
例6.
如图所示，将重物G提高1m，拉力做功600J，如不计摩擦及动滑轮重，求重物G的物重是多少？如果实际拉力是250N，求该滑轮组的机械效率是多少？
解析：设物重G，升高h，绳自由端通过距离为s
由于三段绳承重，s＝3h，G＝3F
例7.
用如图所示的滑轮组提起重物（不计绳重和摩擦）。
（1）当物重为180N时，滑轮组的机械效率为60％，绳端拉力为多少N？
（2）当被提重物为240N，重物上升3m时，绳端拉力所做的功为多少J？
解析：（1）
（2）
例8.
如图所示，某运动员做“蹦蹦床”运动，试分析他从下落接触到“蹦蹦床”到被弹起后上升的过程中能量的变化情况。
解析：动能，重力势能减小→弹性势能变大→动能为零时，弹性势能最大
弹性势能变小→动能，势能变大→弹性势能为零时，运动员与床分离→动能转化为势能，升高
【模拟试题】（答题时间：35分钟）
一.
选择题。
1.
一个人先后用同样大小的力沿水平方向拉木箱，使木箱分别在光滑和粗糙两种不同的水平地面上前进相同的距离。关于拉力所做的功，下列说法中正确的是（
）
A.
在粗糙地面上做功较多
B.
在光滑的地面上做功较多
C.
两次做功一样多
D.
条件不够，无法比较两次做功的多少
2.
如图所示，重为80N的物体在大小为20N、方向水平向右的拉力作用下，在水平面上以2m/s的速度做匀速直线运动。当撤去拉力，物体静止后，改用方向为水平向左、大小为30N的力使物体向左运动10m。则拉力为时（
）
A.
物体与地面之间的摩擦力为30N
B.
物体的速度仍为2m/s
C.
物体在水平方向所受到的合力大小为10N
D.
拉力所做的功为200J
3.
如图所示，在水平拉力F的作用下，物体m沿水平地面做匀速直线运动，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（多选）（
）
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
4.
物体A在拉力作用下沿同一水平面匀速运动了一段距离s，如图所示。试比较拉力及拉力所做的功的大小。（滑轮重、绳重及绳与滑轮间摩擦不计）（
）
A.
B.
C.
D.
5.
小敏同学和她所骑的轻便自行车总重约为600N，上学路上她骑车在20s内匀速通过了一段长100m的平直公路。若自行车所受路面的阻力约为人和车总重力的0.05倍，则通过该段公路时，小敏同学蹬车的功率约为（
）
A.
150W
B.
300W
C.
1500W
D.
3000W
6.
如图所示，甲、乙两人将两包水泥从一楼抬上三楼。甲在前，乙在后，水泥挂在木棒的位置离甲较远，离乙较近（木棒的质量不计），甲、乙两人对水泥所做的功分别为，则（
）
A.
B.
C.
D.
条件不足，无法确定
7.
如图所示，用与水平方向成一定夹角、大小为的力，拉着重500N的小车在水平方向前进了100m，则拉力F对小车做功（
）
A.
等于10000J
B.
等于50000J
C.
没有做功
D.
F做了功，但条件不足，无法计算
8.
下列说法正确的是（
）
A.
功率大的机械，机械效率一定高
B.
在相同的时间内做功多的机械，功率一定大
C.
机械效率高的机械一定省力
D.
做有用功多的机械，机械效率一定高
9.
用图示的滑轮组匀速提升600N的重物时，人手实际需提供的拉力应该是（
）
A.
小于200N
B.
等于200N
C.
大于200N
D.
大于300N
10.
“五一”假期，小林和爸爸一起去登红山，小林用了15min登到山顶，爸爸用了20min登上了山顶，爸爸的体重是小林的1.5倍，则小林与爸爸登山时所做功的功率之比为（
）
A.
9：8
B.
8：9
C.
1：2
D.
2：1
二.
填空与综合题。
11.
用如图所示的滑轮做“测滑轮组的机械效率”实验，已知每个钩码的质量为100g。
（1）要求用手拉弹簧测力计向上运动，在图上画出滑轮组上绳的绕法。
（2）将钩码匀速提升20cm，弹簧测力计的示数为1N，这过程中对钩码所做的功是___________J，滑轮组的机械效率是___________。（取）
12.
在测定滑轮组机械效率的实验中，朱钢同学手拉弹簧测力计使钩码向上缓缓做___________运动，并将一组实验数据填入下表，请你完成实验表格。
拉力F/N
钩码重G/N
拴弹簧测力计的线端提升的距离s/m
0.34
0.98
0.4
钩码上升的高度h/m
有用功
总功
机械效率
0.1
仍用同一个滑轮组，增加悬挂的钩码数，则该滑轮组的机械效率将___________。（选填“增大”、“不变”或“减小”）
13.
某同学用如图所示的牵引装置来锻炼关节。重物质量为3kg，小腿拉绳使重物在4s内匀速上升0.5m，若不计绳重及摩擦，求：
（1）小腿拉重物所做的功。
（2）小腿拉重物的功率。
14.
某工地用如图所示的滑轮组匀速提升质量为500kg的物体，在重物上升0.8m的过程中，拉力F的功率为2500W，此时滑轮组的机械效率为80％，求：
（1）滑轮组做的有用功。（g取10N/kg）
（2）重物上升的速度。
15.
某人用如图所示的滑轮组匀速提升500N的重物，所用的拉力F为300N，绳子自由端被拉下2m，在此过程中，求：
（1）拉力F所做的功。
（2）滑轮组的机械效率。
（3）滑轮组中动滑轮的重。（不计摩擦和绳重）
16.
工人利用如图所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦。
（1）若工人用250N的力恰好能将重400N的物体竖直向上匀速提升，求该滑轮组此时的机械效率。
（2）若用此滑轮组将重900N的物体竖直向上匀速提升2m，求拉力F在这一过程中所做的功。
【试题答案】
一.
选择题。
1.
C
2.
C
3.
BC
4.
C
5.
A
6.
A
7.
D
8.
B
9.
C
10.
B
二.
填空与综合题。
11.
（1）承重绳，绳子起点固定在动滑轮上
（2）0.4J，66.7％
12.
匀速；0.098；0.136N；72％；增大
13.
（1）14.7J；（2）3.675W
14.
（1）4000J；（2）0.4m/s
15.
（1）600J；（2）83.3%；（3）100N
16.
（1）80％；（2）2000J