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简单机械龙文教育LONGWENEDUCATIONl2l2F1F2OBA能量转化和守恒一、能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，而在此过程中总能量保持不变．这叫做能量守恒定律几种能量转化形式：胶片感光——光能转化为化学能激光切割金属——光能转化为内能刹车——机械能转化为内能光合作用——光能转化为化学能后面的球将前面的求撞走——后面的球的一部分动能转移到前面球上热传递——内能从一个物体转移到另一个物体上二、功功是能量转化的量度，一个力做多少功就有多少能量发生了转化或转移．1．做功的两个必要因素：（1）作用在物体上的力（2）物体在力的方向上通过的距离2．公式：W=F∙SF为物体受到的力，单位为牛顿，NS为物体在力的方向上通过的距离，单位为米，mW为力F作的功，单位为焦耳，J3．判断力是否对物体做功的方法根据做功的两个必要因素，以下三种情况下力没有做功：（1）物体没有受到力的作用如：物体在光滑的水平面上做匀速直线运动，水平方向上不受外力，所以没有力做功（2）物体受到力的作用，但没有通过一段距离如：用手推车但没有推动，车受到力但没有移动，所以推力不做功（3）物体受到力且通过一段距离，但物体移动的距离和力的方向垂直。如：用手提着瓶子前进移动距离，手对瓶子的拉力与前进的距离方向垂直，该力也不做功三、功率1．表示做功快慢的物理量，大小等于力F在单位时间内做的功，即：P=𝑊𝑇P的单位为瓦特，W2．比较功率大小的方法（1）当做的总功大小相等时，所用时间越少，功率越大（2）当所用时间相等时，做的总功越多，功率越大（3）当做的总功和时间都不相等时，则通过计算比较功率大小3．计算功率的公式：P=F∙V由P=𝑊𝑇，W=F∙S，S=V∙T可以推导得到：P=𝑊𝑇=F∙S𝑇=F∙V∙T𝑇=F∙V由此公式可知：当P恒定不变时，V越大，F越小；V越小，F越大所以司机在上坡时通过换低档位减速来增大牵引力．简单机械简单机械总是和力和做功的问题联系在一起，初中阶段主要研究的简单机械有杠杆，滑轮，滑轮组，转轴和斜面．一、杠杆1．定义：在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒（刚体）叫做杠杆．2．杠杆的七要素：支点：杠杆绕着转动的点动力作用点：动力的作用点（重心，浮心）阻力作用点：阻力的作用点动力：使杠杆转动的力𝐹1阻力：阻碍杠杆转动的力𝐹2动力臂：支点到动力作用线的距离𝑙1阻力臂：支点到阻力作用线的距离𝑙2如图所示：3．画力臂的方法（1）确定支点（2）画力的作用线（虚线）（3）过支点画力的作用线的垂线（标上垂足），即为力臂4．动力和阻力的作用效果其中一个力使杠杆绕支点顺时针转动，另一个力使杠杆绕支点逆时针转动．二、杠杆的平衡条件1．平衡状态：静止或匀速转动2．杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂（正力矩=反力矩）𝐹1∙𝑙1=𝐹2∙𝑙2，𝐹1𝐹2=𝑙2𝑙1意义：动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之几3．探究𝐹1𝑙1=𝐹2𝑙2时注意的问题：（1）实验前要先调整杠杆两端的平衡螺母，是杠杆在水平位置平衡（2）在实验时，不能移动平衡螺母（3）在加减或移动钩码时，要是杠杆在水平位置平衡（4）实验不能只凭一组数据得到的结论，必须在多次实验的基础上进行分析三、杠杆的应用1．省力杠杆特点：动力臂大于阻力臂（𝑙1𝑙2），省力费距离实例：钳子、撬棍、刹车踏板、铡刀、瓶盖起子龙文教育LONGWENEDUCATIONFGRRF2RRGGFOrRGFFGhL2．费力杠杆特点：动力臂小于阻力臂（𝑙1𝑙2），费力省距离实例：镊子、钓鱼竿、缝纫机踏板、人的前臂、理发剪子、摄影机摇杆等．3．等臂杠杆特点：动力臂等于阻力臂（𝑙1=𝑙2），不省力也不费力实例：天平四、滑轮1．定义和构造：周边有小槽，能绕轴转动的小轮，叫做滑轮．构造：框，转轴，带槽的小轮2．分类及特点：滑轮分定滑轮、动滑轮和滑轮组．（1）定滑轮：使用时，轴固定不动，不能省力，但能改变力的方向，相当于等臂杠杆．（如图甲所示）（2）动滑轮：使用时，滑轮轴随重物一起运动，能省一半的力，但不能改变力的方向．相当于动力臂是阻力臂两倍的省力杠杆．（如图乙所示）（3）滑轮组：由定滑轮和动滑轮组合成的简单机械．使用时，滑轮和重物的总重力由几股绳子承担，每股绳子的受力就为总重力的几分之几．即：𝑮总=𝑮轮+𝑮物，F=𝟏𝒏𝑮总且，重物上升h，绳子的自由端拉动距离为S=nh（如图丙所示）甲乙丙丁戊五、轮轴1．定义和构造：有轮（大轮）和轴（小轮）组成，两者同轴，轮转一圈，轴也转一圈．2．实例：汽车方向盘、门把手、卷扬机3．轮轴平衡条件：𝐹1∙R=𝐹2∙r，𝐹1𝐹2=rR（R为大轮半径，r为轴的半径如图丁所示）轮的半径是轴的半径的几倍，力F就是重物的几分之几六、斜面斜面也是一种简单机械，如不计摩擦力，斜面场L是斜面高h的几倍，匀速把物体沿斜面上推时的推力F就是物重的几分之几，即：F∙L=G∙h，F=G∙h/L（如图戊所示）所有的机械只能省力不能省功，即不能省能量．七、杠杆最小动力的求解由杠杆平衡条件可以知道，在阻力和阻力臂一定的情况下，动力臂越大，动力可以越小，所以问题实际上就是找到最大的动力臂．一般步骤为：1．确定杠杆转动的支点，找到最大动力臂2．根据杠杆的转动情况，确定动力的方向3．列力矩平衡方程求解找最大动力臂一般有两种情况：（1）当力的作用点已知时，最大动力臂就为支点到动力作用点的距离（2）当动力的作用点未知时，则要根据杠杆的几何特征求解，如圆上的最远距离为直径长，直角三角形的斜边大于直角边等八、滑轮组的承重绳子股数n的确定方法和组装方法1．滑轮组承重绳子股数的确定方法（1）确定哪些是定滑轮，哪些是动滑轮（2）在定滑轮和动滑轮之间画一条线，看与定滑轮相连的有几段绳子，则承重的绳子股数n就为几．2．滑轮组的简单组装方法（1）承重绳子股数n是奇数时，绳子一端固定在定滑轮的挂钩上，然后依次穿过各个滑轮．（2）承重绳子股数n是偶数时，绳子一端固定在动滑轮的挂钩上，然后依次穿过各个滑轮．3．计算绳子的最少股数时，如果出现小数，四舍五入都要入不能舍．如需要3．2股，则取4股，不取3股．九、机械效率1．几个概念有用功：对我们有用的功或实际所需要的功叫做有用功额外功：不需要，但不能避免的额外消耗的功叫做额外功总功：有用功和额外功的总和叫做总功．机械功率：有用功和总功的比值叫做某个机械装置的机械功率即：η=𝑊用𝑊总（η希腊字母读音：|eta|、|eit|艾塔）实际使用机械过程中，机械本身受到重力，机件之间，物体和机件龙文教育LONGWENEDUCATION之间摩擦力总是存在，所以额外功总是存在，机械效率总会小于1，即达不到100%．2．滑轮组的机械效率求解用滑轮组匀速提升重物，或拉物体匀速移动一段距离，有用功：为重物的重力势能增加量，即：𝐺物．H（注意不是𝐺总．H）或在平面上克服摩擦力做的功f．s总功：拉绳子的力与绳子末端前进的距离的乘积，即：F．S绳匀速提升重物时，如果摩擦力和绳子的重力不计，则滑轮组的机械效率小于1的原因是动滑轮也存在重力．此时滑轮组的机械效率只与所提升重物的重力和动滑轮重力的比值有关，与绳子的绕法（即承重绳子股数n）无关．𝑊用=𝐺物．H，𝑊总=F．S绳，S绳=n．H，F=𝐺物+𝐺轮𝑛，所以η=𝑊用𝑊总=𝑊用𝑊总=𝐺物．H𝐺物+𝐺轮𝑛．n．H=𝐺物𝐺物+𝐺轮，即η只取决于𝐺物和𝐺轮，与绳子的绕法无关．或者，如果摩擦力和绳子的重力不计，则拉力做的总功就分为两部分：一是重物重力势能增加量𝐺物．H，二是使动滑轮的重力势能增加𝐺轮．H，前者为有用功，后者为额外功，两者之比为𝐺物𝐺轮，所以机械效率为η=𝐺物𝐺轮+𝐺物注意：一般而言，机械效率不是恒定不变的，如滑轮组在提升不同重量的物体时，机械效率不同．除非题目中指出某个机械的机械效率不变．3．斜面的机械效率求解用力沿斜面向上的F匀速将一重物从斜面底端拉到顶端的过程中有用功：为重力的势能增加量，即：G．H总功：为力F与斜面长度L的乘积，即：F．L斜面的机械效率与斜面的粗糙程度（即摩擦因素）有关，与斜面高度和长度比值有关（即斜率）