2019-2020学年八年级物理下册 第9章 机械和功单元总结（解析版）（新版）北师大版

第9章机械和功单元总结一、杠杆1.杠杆：在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒，这根硬棒就叫杠杆。（1）“硬棒”泛指有一定长度的，在外力作用下不变形的物体。（2）杠杆可以是直的，也可以是任何形状的。2.杠杆的五要素（1）支点：杠杆绕着转动的固定点，用字母“o”表示。它可能在棒的某一端，也可能在棒的中间，在杠杆转动时，支点是相对固定；（2）动力：使杠杆转动的力叫动力，用“f1”表示；（3）阻力：阻碍杠杆转动的力叫阻力，用“f2”表示；（4）动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离，用“”表示；（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离，用“”表示。注意：无论动力还是阻力，都是作用在杠杆上的力，但这两个力的作用效果正好相反。一般情况下，把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力，而把阻碍杠杆按照需要方向转动的力叫阻力。力臂是点到线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线通过支点的，其力臂为零，对杠杆的转动不起作用。3.杠杆示意图的画法：（1）根据题意先确定支点o；（2）确定动力和阻力并用虚线将其作用线延长；（3）从支点向力的作用线画垂线，并用l1和l2分别表示动力臂和阻力臂；第一步：先确定支点，即杠杆绕着某点转动，用字母“o”表示。第二步：确定动力和阻力。人的愿望是将石头翘起，则人应向下用力，画出此力即为动力用“f1”表示。这个力f1作用效果是使杠杆逆时针转动。而阻力的作用效果恰好与动力作用效果相反，在阻力的作用下杠杆应朝着顺时针方向转动，则阻力是石头施加给杠杆的，方向向下,用“f2”表示。第三步：画出动力臂和阻力臂，将力的作用线正向或反向延长，由支点向力的作用线作垂线，并标明相应的“l1”“l2”， “l1”“l2”分别表示动力臂和阻力臂。4.杠杆的平衡条件（1）杠杆的平衡：当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。（2）杠杆的平衡条件实验1）首先调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。当杠杆在水平位置平衡时，这样就可以由杠杆上的刻度直接读出力臂实物大小了。由此，只有杠杆在水平位置平衡时，我们才能够直接从杠杆上读出动力臂和阻力臂的大小，因此本实验要求杠杆在水平位置平衡。2）在实验过程中绝不能再调节螺母。因为实验过程中再调节平衡螺母，就会破坏原有的平衡。（3）杠杆的平衡条件：动力动力臂=阻力阻力臂，或f1l1=f2l2。5.杠杆的应用（1）省力杠杆：动力臂l1阻力臂l2，则平衡时f1f2，这种杠杆使用时可省力（即用较小的动力就可以克服较大的阻力），但却费了距离（即动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离，并且比不使用杠杆，力直接作用在物体上移动的距离大）。（2）费力杠杆：动力臂l1阻力臂l2，则平衡时f1f2，这种杠杆叫做费力杠杆。使用费力杠杆时虽然费了力（动力大于阻力），但却省距离（可使动力作用点比阻力作用点少移动距离）。（3）等臂杠杆：动力臂l1=阻力臂l2，则平衡时f1=f2，这种杠杆叫做等臂杠杆。使用这种杠杆既不省力，也不费力，即不省距离也不费距离。既省力又省距离的杠杆时不存在的。二、滑轮1.滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。2.定滑轮（1）定义：工作时，中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。（2）实质：是个等臂杠杆。轴心o点固定不动为支点，其动力臂和阻力臂都等于圆的半径r，根据杠杆的平衡条件可知，因为重物匀速上升时不省力。（3）特点：不省力，但可改变力的方向。所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力能得到一个与该力方向不同的力（图中得到使重物g上升的力）。（4）动力移动的距离与重物移动的距离相等。对于定滑轮来说，无论朝哪个方向用力，定滑轮都是一个等臂杠杆，所用拉力都等于物体的重力g。（不计绳重和摩擦）3.动滑轮（1）定义：工作时，轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。（2）实质：是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。（3）特点：省一半力，但不能改变力的方向。（4）动力移动的距离是重物移动距离的2倍。对于动滑轮来说：1）动滑轮在移动的过程中，支点也在不停地移动；2）动滑轮省一半力的条件是：动滑轮与重物一起匀速移动，动力f1的方向与并排绳子平行，不计动滑轮重、绳重和摩擦。4.滑轮组（1）定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。（2）特点：可以省力，也可以改变力的方向。使用滑轮组时，有几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即（条件：不计动滑轮、绳重和摩擦）。注意：如果不忽略动滑轮的重量则：。（3）动力移动的距离s和重物移动的距离h的关系是：使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子吊着物体，提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍，即s=nh。（n表示承担物重绳子的段数）5.斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。6.当斜面高度h一定时，斜面l越长，越省力（即f越小）；当斜面长l相同时，斜面高h越小，越省力（即f越小）；当斜面l越长，斜面高h越小时，越省力（即f越小）。三、功和功率1.功的定义：一个力作用在物体上，使物体在力的方向上通过一段距离，这个力就对物体做了功。2.功的两个必要条件：有力作用在物体上；物体在力的方向上通过了距离。3.功的公式：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。公式：。4.功的单位：国际单位制中，功的单位是：焦耳，符号是j，1j= 1nm 。5.功的公式的应用：分清哪个力对物体做功，计算时f就是这个力；公式中s一定是在力的方向上通过的距离，强调对应；功的单位“焦”（牛米 = 焦），不是力和力臂的乘积（牛米，力臂单位不能写成“焦”）。6.功率定义：单位时间里完成的功；或说成：单位时间内力作做的功。7.功率的物理意义：功率是表示力做功快慢的物理量；即单位时间内完成的功。8.公式：。9.功率单位：在国际单位制中，功率单位是瓦特，符号是w。常用单位还有千瓦（kw）、马力。换算关系：。10.功率公式的解释：（1）物体在拉力f的作用下，以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动，则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积，即。（2）利用该公式时要注意：拉力f必须是恒力，且物体运动的速度应不变；v的单位必须用m/s，这样算出的功率单位才是w；速度v跟拉力f必须对应，即v必须是受到拉力的物体在拉力的方向上移动的速度。四、机械效率.有用功：对机械、活动有用的功。公式：w有用gh（提升重物）=w总w额=w总；斜面：w有用= gh。2.额外功：并非需要但又不得不做的功。公式：w额= w总w有用=g动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）；斜面： w额=fl。3.总功：有用功加额外功或动力所做的功。公式： w总=w有用w额=fs= w有用；斜面：w总= fl+gh=fl。4.机械效率：有用功跟总功的比值。机械效率计算公式：。5.滑轮组的机械效率（不计滑轮重以及摩擦时）（1）滑轮组（竖直方向提升物体）：（g为物重，h为物体提升高度，f为拉力，s为绳子自由端走的距离）。（2）滑轮组（水平方向拉动物体）：（f为摩擦力，l为物体移动距离，f为拉力，s为绳子自由端走的距离）。6.斜面的机械效率：(h为斜面高，s为斜面长，g为物重，f为沿斜面对物体的拉力)。知识要点一：杠杆杠杆属于主要知识点，同时也是中考中经常考试的内容。在本节中，主要知识点有杠杆的五要素、杠杆平衡条件、杠杆的示意图和杠杆的应用。对“杠杆”考查主要有以下几个方面：（1）杠杆应用类：判断属于省力杠杆还是费力杠杆；（2）杠杆平衡条件类：利用杠杆平衡条件分析、解答实际问题；（3）作图类：以画出力臂较多，考查学生对力臂概念的理解；（4）计算类：根据杠杆平衡条件进行简单计算，主要应用公式。杠杆在考试中出现的概率很高，主要题型以选择题为主，填空题、作图题和计算题也有出现，但出现概率较选择题要低。选择题以判断杠杆类型、杠杆应用和杠杆平衡条件居多；填空题以考查杠杆基本概念居多；作图题一般情况下和其他作图题结合，一般考查杠杆七要素居多。（2019达州）轻质杠杆oabc能够绕o点转动，已知oabc20cm，ab30cm，在b点用细线悬挂重为100n的物体g，为了使杠杆在如图所示的位置平衡，请在杠杆上作出所施加最小动力的图示（不要求写出计算过程）。【解析】根据杠杆的平衡条件，要使力最小，则动力臂应最长，即连接oc为最长的力臂，力的方向与oc垂直且向上，根据勾股定理和全等三角形定理可得，动力臂oc50cm，故根据杠杆平衡条件可得：f1ocgoa，代入数值可得：f150cm100n20cm，解得f140n，选取标度为20n，过c点作出最小动力，使线段长度为标度的2倍，如图所示：一、（2017德州）如图所示的四种情景中，使用的工具属于费力杠杆的是（）。a食品夹b裁纸刀c托盘天平d瓶盖起子【答案】a。【解析】根据杠杆的动力臂与阻力臂之间的关系，可将杠杆分为省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆；阻力臂大于动力臂的杠杆属于费力杠杆。a：食品夹在使用时，阻力臂大于动力臂，属于费力杠杆；故a正确。b：裁纸刀在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆；故b错误。c：天平在使用时，动力臂等于阻力臂，故属于等臂杠杆；故c错误。d：瓶盖起子在使用时，动力臂大于阻力臂，属于省力杠杆；故d错误。二、（2019天津）如图是用撬棒撬石头的情景，下图中关于该撬棒使用时的杠杆示意图正确的是（）。a. b. c. d. 【答案】a。【解析】知道动力的方向，根据动力和阻力使杠杆转动的效果相反可确定阻力的方向；力臂是从支点向力的作用线作垂线。考查学生对力臂的画法掌握情况，明确力臂的定义是作图的关键，难度不大。用撬棒撬石头时，动力为人对撬棒施加的竖直向下的作用力f1，从支点o向动力f1的作用线作垂线段，即为动力臂l1；阻力是石头对撬棒的作用力f2，方向竖直向下，反向延长f2，从支点o向阻力f2的作用线作垂线段，即为阻力臂l2；故a正确，bcd错误。故选a。知识要点二：滑轮滑轮是重点内容，是杠杆的另一种形式，在本章中占据重要位置。本节中，难点较多，尤其涉及到有关计算、作图等知识点，多数考生感到头疼，有的感觉无从下手，所以较好地理解本节重点、难点和常考方向，对学习和复习具有非常重要地意义。本节主要知识点有定滑轮及其特点、动滑轮及其特点、滑轮组有关问题、滑轮组特点以及滑轮组的绕线方式、做功大小及其计算等。对“滑轮”考查主要有以下几个方面：（1）定滑轮及其特点：力与距离的关系；（2）动滑轮杠及其特点：力与距离的关系，做功特点；（3）滑轮组及其特点：力的关系及特点，距离的关系及特点，做功的计算；（4）作图类：作图类主要涉及绕线（很少出现）；（5）计算类：根据定滑轮和动滑轮的特点，分析滑轮组的特点及其有关计算。滑轮在考试中出现的概率很高，一般情况下属于必考内容。考题主要题型以选择题、填空题和计算题（功的计算）为主，作图题也有出现，但出现概率较低。选择题、填空题以判断力、距离和功的计算居多。考题难度属于中等，个别的有的考题难度较高。另一方面，斜面也会出现在考题中。斜面可以省力，但距离会增加。在复习时需要注意斜面的特点及应用。（2019岳阳）如图，动滑轮实质上是一个_（填“省力”或“费力”）杠杆，用60n的拉力将沙桶从地面提到9m高的楼上，拉力做的功是_j。【解析】（1）动滑轮实质上是一个动力臂等于2倍阻力臂的杠杆，动力臂大于阻力臂为省力杠杆；（2）使用动滑轮，n=2，拉力端移动距离s=2h，利用w=fs求拉力做的功。【解答】（1）动滑轮实质上是一个动力臂等于2倍阻力臂的省力杠杆；（2）使用动滑轮，n=2，拉力端移动距离s=2h=29m=18m，拉力做的功： w=fs=60n18m=1080j。故答案为：省力；1080。一、（2019泸州）用如图所示的滑轮组匀速竖直提升物体，不计一切摩擦和绳重。下列判断正确的是（）。a.该滑轮组绳自由端拉力f的大小一定等于所提物体重力的三分之一；b.用该滑轮组提升不同的物体，物体越重，其机械效率越大；c.用该滑轮组分别提升水面下和水面上的同一物体，其机械效率相等；d.其他条件不变，仅将滑轮组中的动滑轮重力变大，其机械效率变大【答案】b。【解析】（1）由图知，n=3，不计一切摩擦和绳重，拉力f=（g+g轮）；（2）不计一切摩擦和绳重，用该滑轮组提升不同的物体，=；（3）用该滑轮组分别提升水面下和水面上的同一物体，好像滑轮组提升的物体重力不同，其机械效率不相等；（4）若只将滑轮组中的动滑轮重力变大，将同一物体提升相同的高度（其他条件相同），有用功相同、额外功增大、总功增大，有用功与总功的比值减小。本题考查了使用滑轮组时拉力、机械效率的计算，注意利用好条件：不计一切摩擦和绳重。a、由图知，n=3，不计一切摩擦和绳重，拉力f=（g+g轮）g，所以拉力f的大小大于所提物体重力的三分之一，故a错误；b、不计一切摩擦和绳重，用该滑轮组提升不同的物体，则=，可见提升的物体越重，其机械效率越大，故b正确；c、用该滑轮组分别提升水面下和水面上的同一物体，由于物体在水中受到浮力，就好比用滑轮组提升的物体重力变小，所以其机械效率不相等，故c错误；d、仅将滑轮组中的动滑轮重力变大，将同一物体提升相同的高度（其他条件相同），有用功相同，由w额=g动h可知额外功增大，则总功增大，有用功与总功的比值减小，机械效率减小，故d错误。故选b。二、（2017益阳）如图所示，用完全相同的四个滑轮和两根相同的细绳组成甲、乙两个滑轮组，在各自的自由端施加大小分别为f1和f2的拉力，将相同的重物缓慢提升相同的高度（不计绳重和一切摩擦）。下列说法正确的是（）。a拉力f1小于拉力f2；b甲、乙两滑轮组的机械效率相同；c甲、乙两滑轮组中的动滑轮都是费力机械；d甲、乙两滑轮组中绳子自由端移动的距离相等【答案】b。【解析】不计绳重及摩擦，因为拉力，n1=2，n2=3，所以绳端的拉力为：，所以，故a正确。因为滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，所以利用滑轮组做的有用功相同，额外功相同，总功相同；因为，所以机械效率相同，故b正确。使用动滑轮能够省力，动滑轮为省力杠杆，故c错误。因为绳子自由端移动的距离s=nh，n1=2，n2=3，提升物体的高度h相同，所以s1=2h，s2=3h，则s1s2，故d错误；故应选b。三、（2017烟台）往车上装重物时，常常用长木板搭个斜面，把重物沿斜面推上去，如图所示，工人用3m长的斜面，把120kg的重物提高1m，假设斜面很光滑，则需要施加的推力为，若实际用力为500n，斜面的机械效率为，重物受到的摩擦力为。（g取10n/kg）【解析】（1）人做的有用功是将物体沿斜面推上小车，即将物体升高了h，故有用功为人克服重力做功，利用功的原理由w=mgh=fs，可求得施加的推力；（2）利用已求得的有用功和总功，由机械效率公式可求得斜面的机械效率；（3）人做的额外功就是因为人要克服摩擦力做功，则可先求得摩擦力的功再由功的公式求得摩擦力。（1）斜面很光滑，故利用功的原理得，人做的有用功等于用斜面所做的功：w有=gh=mgh=120kg10n/kg1m=1200j；fs=mgh=1200j，解得：；（2）人所做的总功：w总=fs=500n3m=1500j，斜面的机械效率：；（3）w总=w有+w额，即：fs=gh+fs，所以；【答案】（1）人做有用功为1200j；（2）斜面的机械效率为80%；（3）摩擦力为100n。知识要点三：功与功率功是初中物理重点内容，也是中考试卷中分值高、考查形式多样、问题变化较多的内容，所以做好本部分的专题复习尤为重要。从近几年的中考试题来看，对于“功”主要考查学生对概念的理解和掌握程度，主要内容有：功概念的认识以及简单计算，能解释生活中做功例子等。功在考试中出现概率较高，主要题型以填空题、选择题和计算题为主，常见题型是选择题和计算型填空题，均属于基础题型，试题难度以中等为主；难度较高主要集中判断物体（力）做功，通过对功的计算考查学生对功的理解程度。对于“功率”主要考查学生对功率概念的理解和掌握程度，主要内容有：功率概念的认识以及简单计算，能进行功率的计算并利用功率解释生活中例子等。功率在考试中出现概率较高并经常与功的概念结合出现。考题主要题型以填空题、选择题和计算题为主，常见题型是选择题和计算型填空题，均属于基础题型，试题难度以中等为主；难度较高主要集中在判断物体（力）做功功率并与效率结合在一起的题目，通过对功率的计算考查学生对功率概念的理解程度。(2019海南)用大小相同的力f，作用在质量不同的物体上，使它们分别在同一水平面上沿力的方向移动相同的距离s（如图所示），f所做的功分别为w1和w2，则（）。a b c d【答案】b。【解析】根据功的计算公式，得，。可见，故应选b。一、（2019邵阳）参加今年邵阳市初中毕业学业考试的王小鹏同学听到考试预备铃响了，考室还在四楼呀!一口气从一楼跑到四楼考室，所用时间为30秒。他上楼过程克服自身重力做功的功率最接近（）。a1.5w b15w c150w d1500w【解析】估测一下自身的体重和三层楼的高度，结合所用时间为30秒，利用功率的公式p可计算。【解答】王小鹏同学的体重约为500n，一层楼高约为3m，从一楼跑到四楼上升了三层楼的高度约9m，所用时间为30s；则克服自己重力做功的功率约为：p=150w。故选c。二、（2017广东）妈妈与小明进行爬山比赛，他们选择的起点、路径和终点都相同，全程设为匀速运动，妈妈的体重是小明的2倍，妈妈所用的时间是小明的3倍，若妈妈克服重力做功为w1、功率为p1，小明克服自身重力做功为w2、功率为p2，则下列关系正确的是（）。aw1:w2=1:1bw1:w2=2:3cp1:p2=1:1dp1:p2=2:3【答案】d。【解析】由题意可知，妈妈的重力与小明的重力之比是：，他们所用时间之比为：；根据功的公式：（h是高度），得到：，；根据功率公式：，得到：，；下面解答此题：，；由此可见正确答案是d。三、（2017益阳）跳伞是一项极具挑战的运动，现在越来越受到人们的喜爱在某次跳伞训练过程中，一体重为500n的运动员从空中悬停的直升机上由静止开始竖直跳下，其速度与时间的关系如图所示，经15s下落210m后，开始做匀速直线运动直至落地，整个过程用时30s，求在这个过程中：（1）运动员下落的平均速度；（2）重力做的功；（3）匀速下降时重力做功的功率。【解析】（1）由题可知，运动员在015s下落的路程为s前=210m，由图象可知，15s后运动员以6m/s的速度做匀速直线运动，则运动员在1530s通过的路程为：s后=vt后=6m/s15s=90m；运动员通过的总路程为：s=s前+s后=210m+90m=300m，总时间为t=30s，则整个过程中运动员下落的平均速度：v=10m/s。（2）运动员下落的高度为：h=s=300m；重力做的功：w=gh=500n300m=1.5105j。（3）匀速下降时，重力做功的功率：p=fv=gv=500n6m/s=3103w。答：（1）运动员下落的平均速度为10m/s；（2）重力做的功为1.5105j；（3）匀速下降时重力做功的功率为3103w。知识要点四：机械效率本章计算题主要集中在机械效率和做功计算，所以机械效率的计算在本单元占据很重要的位置。机械效率和功的计算相结合，是本节计算题的主要特点，常见于选择题、填空题和压轴计算题中，以压轴计算题居多。考试内容主要是滑轮与滑轮组机械效率的计算、斜面机械效率计算和力做功的计算。在中考试题中，无论是哪类题型，有关机械效率计算考查的是考生对机械效率理解能力和应用知识的计算能力；在压轴计算题中，机械效率计算与其他计算相结合，一般分值较高，希望在复习中侧重于这部分，投入时间和精力做好复习。纵观历年中考，对“机械效率”考查主要有以下几个方面：（1）机械效率概念类：考查学生对机械效率概念的理解和掌握程度，在这里需要指出的是：一、任何机械，机械效率都不可能达到100%；二、影响机械效率大小的因素是滑轮自重、摩擦阻力、空气阻力等；（2）机械效率计算类：利用公式进行机械效率计算是本部分的主要内容，掌握机械效率概念和有关计算方法尤为重要，希望在复习中注意这方面的问题。机械效率在中考中出现的概率很高，主要题型有选择题、填空题和计算题，但出现概率较高的是选择题。选择题以机械效率的简单计算为主，主要考查学生对机械效率概念的理解和认识程度；填空题以考查机械效率概念和功的计算为主；计算题一般情况下和其他计算结合作为压轴题出现较多。（2017德州）如图所示的滑轮组中，动滑轮重1n，小强用6n的拉力f通过该滑轮组匀速拉起重10n的物体，物体沿竖直方向上升0.4m。此过程中，额外功和机械效率分别是（）。a0.4j、83.3% b0.8j、91.7% c0.8j、83.3% d0.4j、91.7%【答案】c。【解析】（1）由图知，n=2，拉力端移动距离s=2h=20.4m=0.8m，w总=fs=6n0.8=4.8j，w有用=gh=10n0.4m=4j，w额=w总w有用=4.8j4j=0.8j；（2）滑轮组的机械效率：。一、（2019海南）工人用如图所示的滑轮组，在时间t内，将重为g的货物匀速提升了h