第九章机械与人

1.从题型上看，本章知识涉及的主要题型有选择、填空、作图、实验探究、计算等.2.从命题形式上看：作图题常考的知识点是力臂,滑轮和滑轮组的绕线方式;计算题常考的知识点是功,功率和机械效率的计算.实验探究涉及的主要实验是：（1）探究杠杆的平衡条件；（2）探究滑轮组的机械效率；（3）探究影响动能和重力势能的因素.3.从命题趋势分析，本章知识的重要命题点是（1）画杠杆的示意图、区分杠杆类型及平衡条件的应用；（2）定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点及在生活中的应用；（3）实验探究杠杆的平衡条件、滑轮组的机械效率、动能和势能的影响因素；（4）结合简单机械考查功、功率和机械效率的计算.1.复习杠杆类题目的关键是确定好力臂.有了力臂,便可利用杠杆平衡条件求力,判定平衡,确定杠杆类型.2.复习滑轮类题目的关键是掌握各种滑轮的特点.滑轮组的组装关键是确定绳子的固定端,要按照“奇动偶定”的关系进行分析.3.复习机械效率问题的关键是要正确区分总功和有用功.还要根据简单机械的知识,把握好F与G,s与h的定量关系.4.复习能的转化时,首先把各种形式能的概念进行对照,确定好能的开始形式和结束形式,就可确定能的转化.5.复习微观结构和宇宙时，应注重对其中的科学研究方法的讲解，如猜想、建立和检验物理模型、数学、观察等物理学中常用的科学方法，又如在探究分子动理论时，包含的通过可以直接感知的现象推测不可直接感知的事物的间接研究方法.杠杆力臂的画法（1）确定支点是解决杠杆类问题的关键，确定支点的方法：试想让杠杆转动，由此确认杠杆绕着转动的固定点即支点；（2）动力和阻力使杠杆转动的方向相反.【典例1】（2011·遵义中考）如图所示，是拉杆式旅行箱的示意图，使用时它相当于一个杠杆，支点为O点，箱内质量分布均匀，拉杆质量不计.请在图中画出阻力F2的示意图以及F2的力臂L2，并画出抬起拉杆时的最小力F1的示意图.【解析】本题考查力臂的画法及最大力臂的判断.抬起拉杆时，行李对杆的压力为阻力F2，方向竖直向下，作用点在旅行箱的中心.从支点O向力F2的作用线作垂线段，垂线段长即为阻力臂.人作用在杆末端的力为动力，动力臂越长，动力越小.当动力臂为杆长时，动力臂为最大值，故最小动力F1的方向垂直于杆且斜向上.答案：杠杆的平衡条件及其应用1.平衡状态：是指杠杆在动力和阻力的作用下，处于静止状态或匀速转动状态.杠杆缓慢转动时，我们认为它也是平衡的，可以利用杠杆的平衡条件解决有关问题.2.表达式：F1l1=F2l2或.3.利用杠杆平衡条件分析问题的一般步骤1221FFll求解最小的动力，即最省力，应使动力臂最大，做法是（1）动力作用点要选在杠杆上距支点最远处；（2）连接动力作用点和支点（用虚线）；（3）以动力作用点为垂足，作动力作用点与支点连线的垂线，则此垂线即为动力的作用线；（4）根据动力和阻力使杠杆转动的方向相反，确定动力的方向.【典例2】（2010·上海中考）如图所示，杆秤秤砣的质量为0.1kg，杆秤的质量忽略不计.若杆秤水平静止时，被测物和秤砣到秤纽的距离分别为0.05m、0.2m，则被测物的质量为_____kg.若秤砣有缺损时，则杆秤所示的质量值______被测物的真实质量值（选填“小于”、“等于”或“大于”）.【解析】杆秤在使用时相当于一个杠杆，其支点在秤纽处，设被测物体、秤砣对杆秤的作用力分别为动力F1、阻力F2，则F1=m1g,F2=m2g；杆秤水平静止时，动力臂l1=0.05m、阻力臂l2=0.2m.根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2得m1g×l1=m2g×l2，所以.秤砣有缺损时，m2偏小，杆秤水平平衡时仍有m1g×l1=m2g×l2′成立，在m1、l1一定时，造成l2′＞l2，此时秤砣悬线的示数比被测物体质量的真实值大.答案:0.4大于21210.2mm=m=0.1kg=0.4kg0.05mll滑轮组的组装和计算1.组装滑轮组时，首先确定承担物重的绳子段数n，有两种方法（1）已知物重G和动力F，则.若比值不为整数，在取值时应采用“进一法”取成整数.（2）已知绳子自由端移动的距离s和重物移动的距离h，则.2.根据承担物重的绳子段数n的奇偶性确定绳子固定端的位置：若n为奇数，则绳子的固定端在动滑轮上；若n为偶数，则绳子的固定端在定滑轮上，可简记为“奇动偶定”.snhGnF（1）绕绳时，先固定绳子的固定端，然后按照从动滑轮到定滑轮（或从定滑轮到动滑轮）、从小轮到大轮、从内到外的顺序绕绳；（2）用笔画线表示绳子时，注意所画的线要直，并且要与滑轮的边缘相切；（3）若要求最省力，则承担物重的绳子段数应最多；若要求比较方便地提升重物，绳子的自由端要向下拉.【典例3】（2010·常州中考）如图所示，站在地面上的小华借助滑轮组匀速提升重物，请画出最省力的绕线方法.【解析】组装滑轮组时，承担物重的绳子段数越多越省力.由题图知，小华加在绳自由端的拉力方向应该向下.当绳子的固定端在定滑轮上时，只能使用一个定滑轮，有2段绳子承担物重；当绳子的固定端在动滑轮上时，有3段绳子承担物重，且绳子的自由端向下拉，符合要求.答案:如图所示功、功率和机械效率的比较计算功率和机械效率时都要用到功的计算，运用W=Fs时应注意以下几点（1）公式中F、s一定要对应，即s必须是在力的方向上通过的距离.（2）在计算机械效率时，一般来说，W有=Gh，W总=Fs.【典例4】（2011·河南中考）用如图所示的滑轮组提起重1000N的货物，所用拉力是400N，绳的自由端被拉下2m.关于这个滑轮组工作的下列说法中，正确的是()A.总功是2000JB.额外功是100JC.有用功是400JD.机械效率是62.5%【解析】选D.由题图可知：吊着动滑轮和物体的绳子段数n=4,所以物体上升的高度,所以W总=Fs=400N×2m=800J,W有=Gh=1000N×0.5m=500J,W额=W总-W有=800J-500J=300J,×100%=62.5%,故选D.s2mh0.5mn4W500J100%W800J有总功、功率和机械效率的计算1.准确判断有用功与总功（1）用滑轮组提升物体或在粗糙平面上拉动物体时,拉绳子自由端的力F所做的功为总功,一般用W总=Fs表示,而克服重力或水平面的摩擦力所做的功为有用功,一般用W有=Gh或W有=f·s′表示.（2）沿斜面推动物体时推力F是利用斜面升高物体,推力F做的功为总功,一般用W总=Fl表示.重物在竖直方向上升高了h,所以W有=Gh.2.滑轮组机械效率的计算（1）如果用机械提升重物竖直向上运动,则W有=Gh,W总=Fs,s=nh,代入机械效率公式得.（2）如果滑轮组不是用来提升物体,而是拉着物体水平运动,则不能用上式计算机械效率,应该用s=ns′,=×100%,f为物体受到的摩擦阻力.3.当物体在力F的作用下，以速度v做匀速直线运动时.GhGh100%100%FsnFhG100%nFfs100%FsfnFWFsPFvtt（1）机械效率与功率无直接关系，其一发生变化时，另一个不一定改变；（2）机械效率与利用机械时所做有用功或总功的多少无关，它表示有用功占总功的百分比；（3）机械效率与机械是否省力无关.【典例5】（2011·铜仁中考）小华和他的兴趣小组利用如图所示的滑轮组进行实验，人以600N的力向下拉绕在滑轮组上的绳子的一端，10秒钟绳子下端移动了1.5m，重物上升0.5m，已知该滑轮组的效率为70％（g取10N/kg）.（1）画出小华兴趣小组所用滑轮组的绕线情况.（2）人的拉力做功的功率是多少？（3）被吊起重物的质量是多少？【解析】（1）由题意可知，向下拉绳子时，承担动滑轮及重物的绳子股数：.绕线情况如图所示.1.5mn30.5m（2）人的拉力F=600N，绳子下端移动距离s=1.5m，时间t=10s，则人的拉力做功的功率为（3）重物上升的高度h=0.5m，机械效率η=70％机械效率所以G=1260N重物的质量答案：（1）见解析图（2）90W（3）126kgWFs600N1.5mP90Wtt10sWGhG0.5m100100%100%70%WFs600N1.5m有总％G1260Nm126kgg10N/kg机械能的转化1.在判断物体具有什么形式的机械能及不同形式的机械能是如何转化时，关键要分析物体的速度、高度及形变程度如何变化.2.动能、势能的转化物体的动能和势能在相互转化过程中，如果机械能没有与其他形式的能之间发生转化，即只有动能和势能的转化，机械能的总和保持不变.若考虑摩擦阻力等，机械能的总量就会变小，这是机械能转化成其他形式的能了.【典例6】（2011·广州中考）跳远运动的几个阶段如图所示，则运动员()A．助跑阶段机械能不变B．起跳时机械能为零C．经过最高点时动能最大D．经过最高点时重力势能最大【解析】选D.助跑阶段运动员质量不变，速度增大，动能增大，故机械能增大，A错；起跳时，运动员有速度，故运动员有动能，因此机械能不为零，B错；在起跳过程中，运动员的动能转化为重力势能，动能减小，重力势能增大，经过最高点时，高度最高，重力势能最大，动能最小，C错，D正确.一、实验探究：探究杠杆的平衡条件1.实验前怎样调节杠杆在水平位置平衡?提示：通过调节杠杆两端的平衡螺母来调节杠杆的平衡.杠杆的哪端比较高，就要把平衡螺母向哪端调节.2.实验前为什么要调节杠杆在水平位置平衡？提示：（1）可以使杠杆的重心落在支点处，避免杠杆的重力对平衡产生影响；（2）为了便于直接从杠杆上测出力臂的大小.3.实验时为什么要做多次实验、收集多组数据？提示：只根据一组实验数据分析得出的结论具有偶然性，为了得到普遍性结论，使结论更具有说服力，应测量多组数据进行分析总结.（1）两边钩码对杠杆的作用力分别是动力和阻力，可以人为规定，大小等于钩码的重力.（2）若一边的钩码用弹簧测力计代替，斜向下拉测力计，仍让杠杆在水平位置平衡，则钩码重力与力臂的乘积小于弹簧测力计的拉力与支点到拉力作用点距离的乘积，因为此时支点到拉力作用点的距离不是拉力的力臂.【典例1】（2011·兰州中考）在探究“杠杆平衡条件”的实验中：（1）某同学将杠杆悬挂起来，发现杠杆的右端低，左端高,他应该将杠杆两端的平衡螺母向______调节，使杠杆在______位置平衡.（2）在杠杆两端挂钩码，不断改变动力或动力臂的大小，调节阻力或阻力臂的大小，使杠杆在原来的位置重新平衡，记录数据如表:根据表中的数据你得出杠杆的平衡条件是：___________.（3）根据第2次实验数据有同学得出杠杆的平衡条件是：动力+动力臂=阻力+阻力臂.他得出此错误结论的原因是：_____________________________.【解析】（1）杠杆的右端低，左端高，要把平衡螺母向左调，使杠杆在水平位置平衡.（2）通过计算表格中的数据，可得动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1L1=F2L2.答案：（1）左水平（2）F1L1=F2L2（动力×动力臂=阻力×阻力臂）（3）将不同的物理量进行了加法运算二、实验探究：滑轮的特点1.在探究定滑轮、动滑轮特点的过程中，拉动的速度和方向应该怎样？提示：（1）都应该匀速拉动；（2）定滑轮竖直向下或倾斜拉动都可以，动滑轮一定要竖直向上拉动.2.在探究定滑轮特点的过程中，发现拉力F总是大于物体的重力，原因是什么？提示：在理想情况下，使用定滑轮时F=G，但在实际情况下，由于摩擦的存在，拉力F总是大于物体的重力.3.在探究动滑轮特点的过程中，发现拉力F总是大于物体重力的二分之一，原因是什么？提示：一是摩擦的存在，二是动滑轮自身受到重力.4.在探究定滑轮、动滑轮特点的过程中，需要测量哪些物理量？目的是什么？提示：需要用弹簧测力计测量钩码重力和加在绳自由端的拉力，目的是为了比较这两个力的大小，看使用定滑轮、动滑轮能否省力.理论分析是研究物理规律的一种重要方法.定滑轮、动滑轮可看做是杠杆的变形，定滑轮以轮的圆心为支点，动滑轮以绳固定端与轮的切点处为支点，杠杆示意图如图.【典例2】如图是