沪科版物理八下 期末总复习 第四课时 机械与人（教案）
展开期末总复习
第四课时 机械与人
教学过程
一、核心知识梳理
1.杠杆
杠杆 | 定义 | 在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒 |
五要素 | 支点：杠杆绕着转动的点；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。 | |
力臂的作法 | 一定点（支点），二画线（力的作用线），三作垂线段（从支点向力的作用线作垂线段。）注意：力臂是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。 | |
杠杆的平衡 条件 | 杠杆的平衡条件 杠杆平衡：杠杆在动力和阻力作用下处于静止状态或绕支点匀速转动。 调平方法：“左沉右调，右沉左调”。 使杠杆在水平位置平衡的目的：一是消除杠杆自身的重力对实验的影响；二是便于从杠杆上直接读取力臂。 杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂。 F1l1=F2l2 注意：计算时F1和F2的单位相同，l1和l2的单位也相同。 | |
生活中的杠杆 | 等臂杠杆：动力臂等于阻力臂，动力等于阻力。 省力杠杆：动力臂大于阻力臂，动力小于阻力。 费力杠杆：动力臂小于阻力臂，动力大于阻力。 | |
2.滑轮
定滑轮和动滑轮 |
| |||||||||||||||||||
滑轮组 | 滑轮组 |
| ||||||||||||||||||
规律 | 用滑轮组提起重物时，动滑轮上有几段绳子承担物重，提起物体的力就是物重的几分之一 | |||||||||||||||||||
分离法 | 确定承担物重的绳子段数
n=2 n=3 n=3 n=4 n=4 n=5 | |||||||||||||||||||
3.功与功率
功 | 概念 | 力和物体在力的方向上移动距离的乘积 |
做功的必要因素 | 作用在物体上的力； 物体在力的方向上移动一段距离 | |
三种不做功的特例 | 有力无距离（劳而无功）； 有距离无力（不劳无功）； 力和距离垂直（垂直无功） | |
计算公式 | （注意：同时性、同向性、同体性） | |
功率 | 定义 | 一段时间内做的功与做功所用的这段时间的比 |
计算公式 |
4.机械效率
机械效率 | 定义 | 有用功和总功的比值叫做机械效率 |
计算 公式 | ||
影响 因素 | ①提升物体的重力；②机械自身的重力、绳重及摩擦 | |
提高机械效率的方法 | 增加物重，减小机械自重，减小机械部件间的摩擦力等 | |
实验 探究 | 测量滑轮组的机械效率 实验装置
实验原理：η= 测量仪器：弹簧测力计和刻度尺 确定的滑轮组，绳端移动的距离s和物体上升的高度h满足关系式s=nh，则 η= 注意：（1）要竖直向上缓慢匀速拉动弹簧测力计，使钩码升高，并读出弹簧测力计的示数。 （2）实验中改变钩码的数量，重复实验，是为了探究滑轮组的机械效率与物重是否有关。 （3）换用不同的滑轮组，是为了改变动滑轮的个数，探究滑轮组的机械效率与动滑轮重力是否有关。 结论：同一滑轮组的机械效率不是固定不变的，与被提升的物重有关，物重越大，机械效率越高；机械效率还和滑轮组本身有关，动滑轮越重，摩擦越大，机械效率越低。 |
5.机械能
动能 | 概念 | 物体由于运动具有的能，一切运动的物体都具有动能 |
实验探究 | 动能的大小跟哪些因素有关 实验装置图 实验方法 控制变量法 转换法：通过木块被推动的距离的大小表示小钢球动能的大小 实验过程 控制小钢球的质量相等，改变小钢球在斜面上的高度不同，小钢球到达斜面底部的速度不同，此处运用了控制变量法。 控制小钢球在斜面上的高度相同，小钢球到达斜面底部的速度就相同，改变小钢球的质量。 结论：物体动能的大小跟速度、质量有关，质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能也越大。 | |
重力势能 | 概念 | 物体由于高度位置所具有的能 |
影响因素 | 物体的质量越大，所处位置越高，它具有的重力势能就越大 | |
弹性势能 | 概念 | 物体因弹性形变而具有的能 |
影响因素 | 在材料相同时，弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大 | |
动能和势能的相互转化 | 单摆和滚摆（不考虑空气阻力） A→B，重力势能转化为动能，B→C，动能转化为重力势能。 上升时，动能转化为重力势能，下降时，重力势能转化为动能。 人从最高点下落的过程中，人的重力势能转化为人的动能。人接触蹦床后，人的机械能转化为蹦床的弹性势能。当人从最低点开始向上反弹时，蹦床的弹性势能转化为人的机械能。人离开蹦床继续上升的过程中，人的动能转化为人的重力势能。 | |
二、高频考点归纳
考点一 杠杆及平衡条件
例1 （ •百色）在探究“杠杆平衡的条件”实验中，所用的实验器材有：杠杆（每小格均等长）、铁架台、刻度尺、细线和若干个重为1N的钩码。
（1）为了便于测量力臂要将如图甲所示杠杆调节在水平位置平衡，应将平衡螺母适当往 （选填“左”或“右”）调。
（2）杠杆调节好后，进行了三次实验，实验情景如图乙、丙、丁所示，以两边钩码的重力分别为动力F1和阻力F2，对应的力臂为L1和L2，由此可得杠杆的平衡条件为： 。实验中进行多次实验的目的是 （选填“A”或“B”）。
A.取平均值减小误差
B.使实验结论具有普遍性
（3）将如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，则杠杆 （选填“保持平衡”“左端下沉”或“右端下沉”）。
（4）如图1所示，用细绳竖直向上拉，使杠杆在水平位置平衡，则拉力F为 N；保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力F大小将 （选填“变大”“不变”或“变小”）。
图1 图2
（5）在生活、生产中经常应用到杠杆的平衡条件，例如用天平测量物体的质量。某次用天平测量物体质量时，如图2所示，则物体的质量为 g。
解析：（1）由图甲知，右端偏高，为使杠杆在水平位置平衡，需要将平衡螺母向右调节。
（2）分析上述数据，可得出杠杆的平衡条件是：F1L1=F2L2（或动力×动力臂=阻力×阻力臂）；本题为探究性实验，实验中多次实验，是为了得出普遍性结论，避免偶然性，故选B。
（3）如图丁所示杠杆两边的钩码各撤掉1个，左端：2G×4L=8GL，右端：G×6L=6GL，左端大于右端，故左端下沉。
（4）设杠杆每个格的长度为L，每个钩码的重力为G=1N，根据杠杆的平衡条件：F1L1=F2L2，2G•2L=F•4L，解得F=G=1N，保持杠杆平衡，将细绳转到虚线位置时，拉力F向左倾斜时，此时F的力臂变短，根据杠杆的平衡条件，F变大。
（5）被测物体的质量为50g+20g+2g=72g。
答案：（1）右 （2）F1L1=F2L2 （动力×动力臂=阻力×阻力臂） B
（3）左端下沉 （4）1 变大 （5）72
考点二 功和功率的计算
例2 （ •日照）如图，为迎宾路高架桥的部分路段示意图，水平路面AB=200m、斜坡BC=120m、坡高CD=6m。搭载乘客后总重为G=1.5×105N的公交车，轮胎与水平路面总接触面积为0.4m2。当它以恒定功率P1匀速通过AB段时，用时t1=20s；以恒定功率P2匀速通过BC段时，用时t2=16s。公交车在AB段和BC段行驶时受到的阻力始终是车总重的0.01倍。请完成下列问题：
（1）求出公交车静止在水平地面时对地面的压强，以及通过BC段时的速度。
（2）公交车通过AB段时，牵引力的功率P1是多少瓦特？
（3）公交车通过BC段时，牵引力的大小为多少牛顿？
解：（1）公交车静止在水平地面时对地面的压力F＝G＝1.5×105N，已知轮胎与水平路面总接触面积S＝0.4m2。
公交车静止在水平地面时对地面的压强：
；
BC段时的速度。
（2）AB段时的速度；
公交车在AB段行驶时受到的阻力f＝0.01G＝0.01×1.5×105N＝1.5×103N，
因为匀速行驶，所以牵引力F1＝f＝1.5×103N，
则牵引力F1的功率：
（3）由题知，公交车在AB段和BC段行驶时受到的阻力相等，
公交车通过BC段时，克服阻力做的额外功：
W额外＝f＝1.5×103N×120m＝1.8×105J；
克服重力做的有用功：
W有用＝G＝1.5×105N×6m＝9×105J；
公交车通过BC段时牵引力做的功：
WBC＝W有用+W额外＝9×105J+1.8×105J＝1.08×106J。
由W＝Fs可得，
牵引力F === 9×103N。
考点三 机械效率的测量及计算
例3 小雨用滑轮组提升重物。每个滑轮等重，不计绳重、摩擦和液体的阻力。请画出与解题过程相应的受力分析示意图。
（1）物体A的质量为50kg，求物体A的重力是多少？
（2）如图甲所示，小雨对绳子自由端的拉力为150N时，地面对物体A的支持力是100N。为了提起物体A，他增加了滑轮个数，组装了如图乙所示的滑轮组，并利用它将物体A在空气中匀速提升了2m，求小雨做的功是多少？
（3）小雨用图乙所示的滑轮组，将另一密度为l.5×l03kg/m3的物体B从某液体中匀速向上拉至空气中，拉力F随时间t变化的图象如图丙所示。已知F2与F1之差为50N，在空气中提升B时滑轮组的机械效率为75%。求液体密度是多少？
解：（1）物体A的重力：G＝mg＝50kg×10N/kg＝500N。
（2）如图甲，由题意可知，小雨没有把物体A提起来，
对A进行受力分析如图1，由力的平衡条件可得G＝F拉+F支，
图1 图2
滑轮组对A的拉力：F拉＝G﹣F支＝500N﹣100N＝400N，
根据力的作用是相互的，A对滑轮组的拉力等于滑轮组对A的拉力，
由图甲可知，n＝3，对甲滑轮组的动滑轮进行受力分析，如图2所示，
由力的平衡条件可得3F＝F拉+G动，
所以动滑轮的重力：G动＝3F﹣F拉＝3×150N﹣400N＝50N，
为了提起物体A，他增加了滑轮个数，组装了如图乙所示的滑轮组，对乙图的动滑轮和A物体进行受力分析，如图3所示。
图3 图4
此时绳端的拉力F′＝（G+2G动）=×（500N+2×50N）＝150N，
由图乙可知，n′＝4，
绳子移动的距离：s＝4h＝4×2m＝8m，
小雨做的功：W＝F′s＝150N×8m＝1200J。
（3）不计绳重、摩擦，在空气中提升B时滑轮组的机械效率：
，
代入数据可得：解得GB＝300N；
已知B的密度，由可得，B的体积：
；
在空气中，绳端的拉力：F2＝（GB+2G动）=（300N+2×50N）＝100N，
已知F2﹣F1＝50N，则在水中绳端的拉力：F1＝F2﹣50N＝100N﹣50N＝50N，
B物体浸没在水中时，以B物体和2个动滑轮为研究对象，其受力情况如图4，由力的平衡条件可得4F1+F浮B＝GB+2G动，则B在水中受到的浮力：
F浮B＝GB+2G动﹣4F1＝300N+2×50N﹣4×50N＝200N；由F浮B＝ρ液gV可得，液体的密度：=1×103kg/m3。
考点四 机械能
例4 （ •娄底）如图1是探究“物体的动能大小与哪些因素有关”的实验装置图，其中，，。
图1 图2
（1）实验中，探究的动能是指 （填序号）。
A．小球在斜面上的动能 B．小球撞击木块时的动能
C．小球撞击木块后的动能 D．木块被小球撞击的动能
（2）使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，是为了研究动能大小与 的关系。
（3）在做了探究“物体动能大小与哪些因素有关”的实验后，有些同学对“质量不同的小球从同一光滑斜面同一高度由静止开始滚下，刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑，小明设计了如图2所示的实验：让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若C球相对于A球 （选填“运动”或“静止”），就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。
（4）完成实验后，同学们还联想到以前学习牛顿第一定律时，也用到了斜面：让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，在三个不同的表面上能滑行的距离不同（如下表），小车在这三个表面上滑行的过程中克服摩擦力做功 （选填“相等”或“不相等”）。
表面 | 毛巾 | 棉布 | 木板 |
摩擦力 | 最大 | 较大 | 最小 |
小车运动距离 | 最近 | 较远 | 最远 |
解析：（1）据题意可知，实验中探究小球动能，即小球撞击木块时的动能的大小，选B。（2）实验表明动能的大小与物体的速度和质量有关；使质量相同的小球从斜面上不同高度处自由滚下，则小球到达水平面时的速度不同，所以，这是为了研究动能大小与物体速度的关系。（3）让质量不同的小球A、C同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下，观察和比较两球相对运动情况，若任一时刻两球的速度大小相等，即以任何一个小球为参照物，另一个小球都是静止的，则C球相对于A球静止，就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。（4）让同一小车从同一高度由静止下滑，根据决定重力势能大小的因素可知，最初小车的重力势能相同，下滑到水平面时的动能也相同，在不同的材料表面上运动时，最终停下来后，动能全部转化为内能，克服摩擦力做了多少功就有多少动能转化为内能，所以，在三个表面克服摩擦力做功相等。
答案：（1）B （2）速度 （3）静止 （4）相等
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