初中物理第四章 简单机械功和机械能.docx

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初中物理第四章简单机械功和机械能

第四章简单机械　功和机械能

第一节　简单机械

【学习思路】本节通过一道杠杆的题目，复习杠杆的五要素及杠杆的平衡条件；以及杠杆平衡条件的应用。

【教学过程】

1．如图4-1-1所示，杠杆甲、乙在F1、F2的作用下都处于静止.

（1）图4-1-1中

（a）乙的杠杆是否为平衡状态。

_________（填“是”或“否”），判断的依据是_________________________________。

（b）在甲、乙中分别画出F1的力臂l1和F2的力臂l2，其中杠杆（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）的力臂可以直接从杠杆中读出：

l1=cm，阻力臂l2=cm（杠杆中的刻度为每格5cm）．

（2）在图甲中：

（a）若F1=2N，则F2=N；你的计算依据是．

（b）若图4-1-1甲中F1、F2的大小和方向都不变，将它们的作用点同时向支点0移到相同距离l，这一瞬间杠杆是否平衡？

判断的依据是_________________________________。

（c）若图4-1-1甲中F1的大小、方向、作用点都不变，增大F2后，如何操作才能使杠杆在水平位置平衡？

请列出两种可能的办法：

_________；______________________．

（d）若图4-1-1甲中F1为动力，F2为阻力，则杠杆甲是（选填“省力”、“费力”或“等臂”）杠杆，你的依据是．

（3）小明在图4－1－2（原来在水平位置平衡的）杠杆的A点挂2个钩码（每个钩码重为1N），此瞬间杠杆会（选填“顺时针”或“逆时针”）转动，

（a）请你在图4-1-3画出一个竖直向下的力F1使杠杆在水平位置平衡，并标出F1的大小。

（要求F1大于2N）（每个钩码重为1N）

（b）请你在图4-1-4画出一个竖直向上的力F3使杠杆在水平位置平衡，并标出F3的大小。

（要求F3小于2N）（每个钩码重为1N）

（4）图4-1-5园林师傅用来剪树枝用的剪刀，其中A代表树枝，B是手用力的作用点，若想在剪树枝A时更省力，你的办法是

依据是：

_______________________________________。

2．小明要估测书包的重量。

现能利用的器材有：

书包、细绳、重量可忽略的长硬棒、刻度尺、一瓶纯净水（已知水的体积为v，水的密度为ρ，空瓶的质量忽略不计）．请你选用适当的器材设计出实验方案，并完成实验报告。

实验报告

实验目的：

测量书包的重量

实验原理：

（用文字表述）

实验器材：

实验装置图：

实验步骤：

实验结果：

根据测量的物理量，得出书包的质量是（用相应的符号表示）。

归纳：

【学习评价】

1．图4－1－6开瓶盖的起子，可以看成是一个杠杆，能正确表示出杠杆的支点、动力和阻力的图是，起子是____________杠杆（选填“省力”“等臂”或“费力”），判断依据是．

2．男孩与女孩在玩跷跷板，板的重心在转轴处，两人在空中某处静止不动，如图4－1－7，哪一个质量更大呢？

（　　）

A．类似于天平，男孩位置更低，男孩质量大

B.比较力臂l1与l2，女孩质量大

C．两人在空中静止，男孩与女孩质量一样大

D．无法确定

3．如图4－1－8所示，粗细均匀的棒一端搁在地上，另一端与支点O连接．要求：

（1）作出地面对棒的支持力F和棒所受重力G的示意图．

（2）画出重力的力臂.

（3）比较两力的大小：

G________F，判断的依据是___________

____________.

4．图4－1－9搬运泥土的独轮车，独轮车属于杠杆（选填“省力”或“费力”），判断依据__________________．设车箱和泥土的总重G=1000N，运泥土时从A点提起独轮车把手的力是F，F的力臂是m，F的大小至少是N．

5．图4－1－10是小明探究杠杆平衡条件的实验装置图：

（1）小明调节平衡螺母使杠杆在水平位置平衡的目的是________________________。

（2）小明根据一组实验得出杠杆的平衡条件是“动力＋动力臂＝阻力＋阻力臂”

动力F1/N

动力臂l1/cm

阻力F2/N

阻力臂l2/cm

2

3

3

2

小明仅凭一组实验数据就得出实验结论，可行吗？

为什么？

如何操作才能使实验结论更可靠？

________________________________________________________________________.

________________________________________________________________________.

（3）图乙中的C处施加竖直向下的拉力F，使杠杆水平平衡．当拉力F向右倾斜时，仍要保持杠杆水平平衡，拉力F的大小将______（选填“变大”“变小”“不变”），原因是____________________．

（4）图丙所示，杠杆同时还受另一个大小不等于2N竖直向上的力F1作用，处于平衡.（a）在图丙中画出F1的示意图；（b）F1的力臂l1，并标示它的大小.（每个钩码重为1N）

第二节功功率机械效率

【学习思路】本节以测量各种简单机械的效率为主线对功、功率和机械效率知识进行了复习。

注意从两个方面：

①做功的两个必要条件；②能量的变化，引导学生判断力是否做功。

【教学过程】

1.电动叉车（如图4－2－1甲），托着重量为6000N的货物（如图4－2－1乙），5s内从A点匀速水平移动到B点，再从B点匀速竖直提升10s到达C点，所用时间及各点间距离如图丙所示.

（1）请在图丁中画出A到B过程中货物受到力，及移动的距离

（2）A到B过程，叉车对货物的支持力________（选填“有”或“没有”）做功,判断依据是______________________________。

（3）B到C过程，叉车对货物的支持力做的功________（选填“有”或“没有”）做功,判断依据是______________________________。

（4）B到C过程，叉车对货物做的功是多少？

叉车对物做功的功率是多少？

（5）B到C过程，叉车消耗的电能为W总

有用功W有=_________

叉车的机械效率η=__________（请用题目中物理量的符号表示）

2．利用滑轮组提升重物（如图4-2-2所示）物重G，物体上升的高度是h，人用竖直向下的拉力F使重物匀速上升

（1）总功W总=______

有用功W有用=______

滑轮组的机械效率η=__________

（请用题中物理量的符号表示）

（2）提升滑轮组的机械效率的方法：

_________________________________

（3）人利用滑轮组提升重物做功的过程，消耗人的_____能，转化为重物的______能。

3.利用图4-2-3滑轮组沿水平方向拉动物体A移动一段距离,物重G，物体受到的阻力是f,物体移动的距离是S，人用的拉力是F

总功W总=______

有用功W有用=______

滑轮组的机械效率η=__________

（请用题中物理量的符号表示）

4.利用斜面提升重物（如图4-2-4所示）,人的拉力是F，物重G

（1）总功W总=______

有用功W有用=______

斜面的机械效率η=__________

（请用题中物理量的符号表示）

（2）提升该装置的机械效率的方法：

______________________

5.利用杠杆提升重物（如图4-2-5所示）,F1移动的距离为S,重物升高的高度为h

（1）总功W总=______

有用功W有用=______

利用杠杆提升重物的机械效率η=______

（请用题中物理量的符号表示）

（2）提升该装置的机械效率的方法：

______________________

归纳：

1．

（1）做功的实质是能量的转化或转移　。

（2）做功的两个必要条件：

作用在物体上的力　

在力的方向上移动的距离　

（3）功的公式W＝Fs　

2．

（1）功率的公式：

P＝

（2）功率的物理意义：

表示做功的快慢

3．

（1）机械效率的公式：

η＝

（2）机械效率的物理意义：

表示有用功与总功的比值

【学习评价】

1.

（1）小明用10N的水平推力推重为100N的箱子，箱子纹丝不动，这时小明对物体________（选填“有”或“没有”）做功，判断依据是______________________________。

（2）小明再用30N的水平推力推着箱子在10s内沿水平地面匀速前进10m，请在图4－2－6画出物体受到的力及物体移动的距离。

这个过程中推力对物体________（选填“有”或“没有”）做功，判断依据是______________________________，推力对物体做的功为________，功率为________。

此时重力对物体________（选填“有”或“没有”）做功。

2．班里组织了一次测量每个同学“爬楼梯的功率”的活动

（1）请填写好实验报告。

实验目的：

测量爬楼梯的功率

实验原理：

实验器材：

实验步骤：

测量功率的表达式

（2）请估测一下，一个中学生从一楼登上三楼，做功的功率是（　　）

A.5W　　B.50W　　C.500W　　D.5000W

3．甲升降机比乙升降机的机械效率高，它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度，两者相比，甲升降机提升重物做的有用功____________（选填“多”、“少”或“相同”），你的判断依据是_________________．甲升降机的电动机做的总功____________（选填“多”、“少”或“相同”），你的判断依据是________________________________．

4．小静测量滑轮组的机械效率，使用图4－2－8所示的装置，图中钩码重2N，竖直向上拉弹簧测力计使钩码匀速从图甲上升到图乙的位置，上升过程中弹簧测力计的指针一直指在图丙所示的刻度

（1）请将实验表格填写完整

钩码重G（N）

弹簧测力计的示数F（N）

钩码上升高度h（m）

弹簧测力计移动距离s（m）

有用功

W有（J）

总功

W总（J）

机械效率

η

（2）小静想进一步探究滑轮组的机械效率是否与滑轮组中细绳的绕法有关．根据探究目的，请你在图4－2－9中选取你需要的滑轮组与图4-2-8的滑轮组对比，并完成达到实验目的的绕线．

钩码重G（N）

弹簧测力计的示数F（N）

钩码上升高度h（m）

弹簧测力计移动距离s（m）

有用功

W有（J）

总功

W总（J）

机械效率

η

4

1.5

0.1

0.3

0.4

0.54

88%

6

2.2

0.1

0.3

0.6

0.66

91%

（3）小静利用图4－2－8研究提高滑轮组的机械效率的方法，实验数据如下表，

由实验数据可知：

__________________________________.

5．小荣设计了“测定斜面机械效率”的实验，装置如图4－2－10

（1）要测量斜面的机械效率，除了长木板和小车（如图所示）外，还需要的主要测量工具是____________和____________．

（2）在实验过程中，应沿斜面向上拉动小车，使其做______________运动．

（3）根据题中提供的信息，在实验记录表格中完成相关内容

实验

次数

斜面

倾角

斜面

材料

小车重

G/N

斜面高

度h/m

沿斜面

拉力F/N

斜面长

s/m

有用功

W有/J

总功

W总/J

机械效率η

1

30°

玻璃

7

0.5

4.9

1

3.5

4.9

71.4%

2

30°

木板

7

0.5

6.0

1

3.5

3

30°

毛巾

7

0.5

6.5

1

3.5

6.5

53.8%

4

20°

木板

7

0.34

4.9

1

2.38

4.9

48.6%

5

15°

毛巾

7

0.26

5.1

1

1.82

5.1

35.7%

（4）分析表格的信息，推断斜面的机械效率可能跟什么因素有关?

（只须写出两种）依据是什么?

，.

，.

（5）斜面在我们生活中的应用有______________________________（只写出一条即可）．

6．用如图4－2－11的滑轮组将重为500N的物体，在2s内匀速提升6m，已知拉力F的大小为200N，求：

（1）请用笔画线代替绳子在图4－2－11所示的滑轮组上画出最省力的绕线方式．

（2）滑轮组提升重物时所做的有用功；

（3）拉力做的有用功的功率；

（4）滑轮组的机械效率．

7．如图4－2－12（滑轮组的绕绳未画出），人以600N的力向下拉动绕在滑轮组的绳子一端10秒，使绳端向下移动了1.5m，重物上升0.5m，已知滑轮组的机械效率为70%（g＝10N/kg）．

（1）人的拉力的功率多大？

（2）被吊起的重物质量多大？

（3）按题意画出滑轮组的绕绳．

8．斜面长15m的电动传送机把质量30kg的货物送至8m的高处（如图4－2－13）．若货物在这过程中的s－t图象如图4－2－13（g＝10N/kg），求：

图4-2-13

图4-2-13

（1）货物在0至5s的运动情况如何?

（2）传送带运转时，传送带上货物的速度是多大?

（3）在此过程中，传送机对货物做的有用功是多少?

（4）在此过程中，传送机付出的额外功是1600J，则它的机械效率是多少？

第三节机械能

【学习思路】本节通过足球在凹凸不平的草地上滚动的过程，对影响动能、势能大小因素以及机械能的转化进行复习。

【教学过程】

如图4-3-1，足球以初速度v沿着凹凸不平的草地从a运动到d，

（1）由a到b的过程，

小球的动能，（填“变大”“变小”“不变”）

你的判断依据是___________________________

重力势能（填“变大”“变小”“不变”）

你的判断依据是___________________________，

机械能（填“变大”“变小”“不变”）

你的判断依据是___________________________；

转化。

（2）对比b、d两点，

小球在b点的机械能d点的机械能。

（填“大于”“小于”“等于”）

你的判断依据是___________________________；

其中小球在b点的重力势能d点的重力势能；（填“大于”“小于”“等于”）

你的判断依据是___________________________；

小球在b点的动能d点的动能；（填“大于”“小于”“等于”）

你的判断依据是___________________________；

（3）足球能否运动到e点，你的依据？

（4）什么情况下，足球能否运动到e点？

归纳：

【学习评价】

1．2003年10月16日，“神舟五号”载人飞船成功返航，实现了中国人几千年的“飞天”梦.当飞船减速着陆时，“航天英雄”杨利伟的（　　）.请写出正确选项的判断依据：

______________________

A．动能增加，重力势能减少，机械能不变B．动能减少，重力势能减少，机械能减小

C．动能减少，重力势能不变，机械能减小D．动能不变，重力势能增加，机械能增加

2．甲站在0.5m/s匀速上行的自动扶梯上，乙站在0.7m/s匀速下行的自动扶梯上．甲、乙两人质量相等，甲上行中动能__________（选填“增加”、“不变”或“减少”），判断依据是__________________，甲的重力势能（选填“增加”、“不变”或“减少”）．某时刻他们的位置如图4－3－2所示，该时刻甲的重力势能______乙的重力势能，判断依据是____________________，甲的机械能______乙的机械能．（选填“大于”、“等于”或“小于”），判断依据是____________________________.

3．如图4－3－3所示，将木块放在压缩了的弹簧旁，释放弹簧，木块沿水平地面向右运动，离开弹簧后，木块运动一段距离后停下来．下列说法中正确的是（　　）（请将错误选项进行修改）

A．木块运动时，木块所受的重力对木块做了功

　　____________________________________________；

B．弹簧的弹性势能转化为木块的动能

　　____________________________________________；

C．木块的动能转化为弹簧的弹性势能

____________________________________________；

D．木块最终停止运动是由于失去弹簧的弹力作用

　　____________________________________________．

4．如图4－3－4所示的网球掉到地上会跳起，但是越跳越低．试回答问题：

（1）网球从高处下落、触地变形、恢复形状反弹的三个连续过程中，能量分别是怎么转化的？

（2）从能量转化角度分析网球为什么会越跳越低？

图4-3-5

A

B

C

D

5．把篮球抛向空中，忽略空气阻力，图4－3－5中哪一个图象能正确反映球离手后至落回地面前机械能（E）与篮球离地高度（h）的关系（　　）

6．下表是两个物体在不同速度下运动的动能

实验次数

物体质量（kg）

运动速度（m/s）

动能（J）

1

60

10

3000

2

60

20

12000

3

120

10

6000

4

120

20

24000

（1）分析表格的信息，推断动能大小可能跟什么因素有关?

依据是什么?

.

.

（2）在影响动能大小的因素中，哪个因素对动能影响更大？

依据是什么？

7．小明猜想物体的重力势能可能与两个因素有关：

A.物体的高度；B.物体的质量。

（1）他把橡皮泥平铺在水平面上，让同一小球从不同高度自由下落（如图4－3－6所示），记录结果如右表。

分析表格的信息，可推断的实验结论：

；

（2）小明还想对另一个因素进行验证，请帮其设计一个实验方案（简要写出实验步骤）

。