1、专题06 机械能和简单机械学习目标：1. 了解机械能的定义2. 了解常见的简单机械3. 了解有用功和机械效率考点整理一、机械能1、物体由于运动而具有的能叫动能，它是由物体的 质量 和 速度 共同决定的。2、物体由于被举高而具有的能叫重力势能，它是由物体的 质量 和 高度 共同决定的。3、物体由于发生弹性形变而具有的能叫弹性势能，它是由物体的 弹性形变程度 同决定的。4、动能可以转化为 势能 ，势能可以转化为 动能 。在这个过程中，如果没有摩擦力，则 机械能 总量保持不变。二、简单机械1. 杠杆是指一根 硬棒 ，在 力的作用 下，能够绕着一个固定的支点 转动。 2.杠杆的五要索是指：(1)杠杆转
2、动时绕着的固定点叫支点；(2)使杠杆转动 的力叫动力；（3) 阻碍杠杆转动 的力叫阻力。(4)从 支点到力的作用线 的距离叫动力臂；（5)从 支点到阻力作用线 的距离叫阻力臂。3.研究杠杆的平衡条件：(1)杠杆平衡是指杠杆处于 静止 的状态或者 匀速转动 的状态。(2)实验前，应调节杠杆两端的 平衡螺母 ，使杠杆在 水平位置 平衡。这样做的目的是 方便从杠杆上两处力臂 。(3)结论:杠杆的平衡条件(或杠杆原理)是 F L=FL 。4.根据使用杠杆时的用力情况，我们可以把杠杆分为 省力 杠杆、 费力 杠杆及等臂 杠杆。平常所使用的工具中，理发师用的剪刀属于 费力 杠杆，剪断钢筋用的钳子属于 省力
3、 杠杆，而在实验室中用来测量物体质量的天平则属于 等臂 杠杆。5、定滑轮实质是一个 等臂 杠杆。使用定滑轮不能 省力 ，但可以改变 力的方向 ，动滑轮实质是一个 动力臂是阻力臂的2倍的 杠杆，使用动滑轮可以 省力 ，但不能改变 力的方向 。6、滑轮组不但可以 省力 ，而且可以改变力的 方向 。7、使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几段绳子来承担，提起重物所用的力就是总重的 几分之一 。8.利用机械的时候，对人们有用的功叫 有用功 ，人们不需要又不得不做的功叫 额外功 ，有用功与额外功的总和 叫总功； 有用功与总功的比值叫做机械效率。9.利用机械做功时，因为总是要做额外功，所以总功 大于 有用功
4、，机械效率 小于 1。（填“大于”“小于”或“等于”）。10.提高滑轮组的机械效率的有效办法主要有:减小 动滑轮重 和 摩擦 ，因为通过这两种方法都可以减小 额外功 。即时练习1如图所示，用滑轮组拉动重为70牛的物体A，用10秒的时间使物体A在水平方向匀速移动5米，所用拉力F为20牛，地面对物体A的摩擦力为30牛。以下说法不正确的是（） A绳子自由端移动的距离是10米B克服摩擦力做的有用功是150焦C滑轮组的机械效率为75%D拉力F做功的功率为10瓦【答案】D【解答】A、根据图示可知，n=2，绳子自由端移动的距离为s=2s物=25m=10m；故A正确；B、地面对物体的摩擦力f=30N，克服摩擦
5、力做的有用功Wf=fs物=30N5m=150J；故B正确；C、拉力F做的功W=Fs=20N10m=200J，滑轮组的机械效率；故C正确；D、拉力F做功的功率P=；故D错误；故答案为：D。2如图所示，在调节平衡后的杠杆两侧，分别挂上相同规格的钩码，杠杆处于平衡状态。如果两侧各去掉一个钩码，下列说法正确的是（）A左端下沉 B右端下沉C仍然平衡 D无法判断【答案】B【解答】设每个钩码的重力为G，每个小格的长度为L，根据杠杆平衡条件，若两侧各去掉一个钩码，则：左边=G3L；右边=2G2L；右边乘积大于左边乘积，所以右端下沉。3小金将一个小球第一次竖直上抛，第二次斜向上抛，若两次抛出的动能相等（不计空气
6、阻力），则下列说法正确的是（） A两次小球到达最高点时，动能相等且都为零，机械能不相等B两次小球到达最高点时，动能都不为零，机械能相等C两次小球到达最高点时，高度相等，机械能不相等D两次小球到达最高点时，高度不相等，机械能相等【答案】D【解答】不计空气阻力，那么小球的机械能没有损失，即机械能守恒。竖直上抛时，小球在水平方向速度为零，它只在竖直方向运动。当到达最高点时，动能全部转化为重力势能，即此时的重力势能等于开始时的机械能；斜向上抛时，小球在水平方向的速度保持不变，即到达最高点时，小球的动能不为零。根据械能=动能+重力势能可知，此时它的重力势能肯定小于前者。那么后者的高度肯定小于前者。故D正
7、确，而A、C、D错误。4关于力臂，下列说法正确的是（）。 A力臂一定在杠杆上B从支点到动力作用点的距离叫动力臂C从支点到力的作用线的距离叫力臂D力臂不可能等于零【答案】C【解答】力臂可能在杠杆上，也可能不在杠杆上，故A错误；从杠杆的支点到动力的作用线的距离叫动力臂，故B错误；从杠杆的支点到力的作用线的距离叫力臂，故C正确；当力的作用线通过杠杆的支点时，此时力臂为零，故D错误。5下列说法中正确的是（） A省力的机械不能省功，机械越省力，其机械效率越高B做功越快的机械，虽然它做的功不一定多，但是其机械效率是越高的C做相同的额外功时，有用功越大的机械效率越高D机械效率越低的时候，做功一定是越慢的【答
8、案】C【解答】解：A、使用任何机械都不省功；机械效率是指有用功与总功的比值，机械效率的高低与是否省力没有必然的联系故A错误；BD、做功越快的机械，说明功率大，与机械效率没有必然联系，不能确定机械效率的高低；根据机械效率的高低也不能确定做功的快慢；故BD错误；C、根据= 和W总=W有+W额可知，额外功相同时，有用功越大的机械效率越高，故C正确6两个小孩坐在跷跷板上，恰好在水平位置平衡，此时（）。 A两个小孩的重力一定相等B两个小孩到支点的距离-定相等C两个小孩对跷跷板的压力一定相等D两个小孩的重力和他们各自到支点的距离的乘积一定相等【答案】D【解答】根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知，决定
9、杠杆能否平衡的关键不是力的大小，也不是力臂的大小，而是力和力臂的乘积是否相同。两个小孩在跷跷板上时，他们的重力相当与动力和阻力，他们到支点的距离相当于动力臂和阻力臂。则当两个小孩的重力和他们各自到支点的距离的乘积相等时，恰好在水平位置平衡，故D正确，而A、B、C错误。故选D。7如图杠杆在水平位置处于平衡状态，下列等式能正确表示杠杆平衡条件的是（） AFOC=GOBBFAC=GOBCFOA=GOBDFAD=GAB【答案】A【解答】O为杠杆的支点，AF为动力作用线，因为OC垂直与AF，所以动力F的动力臂是OC；BG为阻力作用线，因为OB垂直与BG，所以阻力臂为OB；根据杠杠的平衡条件得到：FOC=
10、GOB。故选A。8如图所示，甲、乙两个质量相同的小球从相同高度同时开始运动，甲球由静止释放，乙球以一水平初速度抛出。甲球下落过程中经过P、Q两点，乙球下落过程中经过O点，P点与O点位于同一高度。忽略空气阻力，则下列说法错误的是（）A释放瞬间，两球的重力势能相等B甲球先后经过P、Q两点时的机械能桕等C位于P点的甲球与O点的乙球，机械能相等D整个下落过程，甲乙两球动能的增加量相等【答案】B【解答】A.释放瞬间，两球的质量和高度都相等，则二者重力势能相等，故A正确不合题意；B.甲球和乙球在竖直方向上都做自由落体运动，由于二者开始的高度相同，P、Q两点高度相同，因此同时通过两点，故B错误符合题意；C.
11、位于P点的甲球与O点的乙球，由于忽略空气阻力，因此机械能没有损失，故C正确不合题意；D.整个下落过程，二者下落的高度相同，则重力势能的减小量相同，那甲乙两球动能的增加量相等，故D正确不合题意。故选B。9如图所示，物块在光滑斜面上由静止开始下滑，依次经过a、b两个点(不计空气阻力)，比较物块在a、b两点的能量，下列说法正确的是（） A物块在a点时动能大B物块在b点时重力势能大C物块在a、b两点的重力势能一样大D物块在a、b两点的机械能一样大【答案】D【解答】斜面是光滑的，即不会有能量损耗，那么物块的机械能守恒，即a、b两点的机械能一样大，故D正确；b的高度小于a的高度，则b的重力势能小于a的重力
12、势能，故B、C错误；根据“机械能=动能+重力势能”可知，a点的重力势能大，则动能小，故A错误。故选D。10下列关于功、功率、机械效率的说法中正确的是（） A做功多的机器机械效率一定高B功率小的机器做功一定少C机械效率高的机器功率一定大D功率大的机器做功一定快【答案】D【解答】A.根据公式可知，机械效率与有用功和总功的比值有关，与做功的多少无关，故A错误；B.根据W=Pt可知，做功的多少与功率和时间有关，因此功率小但时间长的机器做功不一定少，故B错误；C.机械效率表示机器性能的好坏，而功率表示做功的快慢，二者没有任何内在联系，故C错误；D.功率是表示物体做功快慢的物理量，因此功率大的机器做功一定
13、快，故D正确。故选D。11如图所示，质地均匀的圆柱体，重力为G0在推力的作用下，由实线位置匀速转到高为H的台阶虚线所示位置，OA为圆柱体横截面的直径。整个过程中，圆柱体在转动过程中不打滑。在A点施加一个力推动圆柱体，所用力最小的是 （选填“F1”“F2”“F3”）。缓慢推动圆柱体，保持推力始终重直OA，则推力的变化是 。【答案】F2；变小【解答】（1）在圆中，最长的线段就是直径。根据图片可知，当推动圆柱体时，O点为支点，推力F2的方向与直径垂直，此时动力臂等于直径。由于此时动力臂最长，所以最小的力是F2。（2）缓慢推动圆柱体时，圆柱体的重力为阻力。推力始终垂直OA，那么动力臂L1不变，而阻力臂
14、L2逐渐减小，根据杠杆的平衡条件F1L1-F2L2可知，推力逐渐减小。12用细线悬挂的小球从图中所示位置静止释放，若忽略空气阻力，那么小球在最高点的势能 下降至最低点的动能；实际上，小球在摆动过程中,会与空气摩擦产生热，摆幅逐渐减小，最终停下来，那么在摆动过程中由于摩擦而转化的内能 小球在最高点所具有的势能。(填“大于”、“等于”或“小于”)【答案】等于；等于【解答】根据题意，在忽略空气阻力的情况下，机械能守恒，小球从最高点下降至最低点时势能转化为动能，且最高点的势能等于下降至最低点的动能；在有空气阻力的情况下，小球与空气摩擦会有部分机械能转化为内能，由于小球最终在最低处保持静止所以小球没有动
15、能，小球原有的势能全部转化为内能，故填等于。故答案为：等于；等于13蹦床是集艺术性和竞技性于一身的运动，是2023年杭州亚运会的比赛项目之一，也是深受广大青少年喜爱的健身运动。如图为蹦床运动的简化示意图，O点是运动员由静止开始自由落下的起始位置，A 点是蹦床不发生形变时的原位置，B点处运动员受到的重力与蹦床对运动员的弹力相等处，C点是运动员到达的最低点。(整个过程忽略空气阻力) （1）从O点下落到A点的过程中，运动员的机械能 (填“增大”“减小”不变“先增大后减小”或“先减小后增大”)。 （2）从A点下落到C点的过程中，蹦床的弹性势能 (填“增大”“减小”“不变“先增大后减小”或“先减小后增大
16、”，下同)；运动员的动能 。 【答案】（1）不变（2）增大；先增大后减小【解答】（1）在整个过程中忽略空气阻力，则从O点下落到A点的过程中，运动员的机械能没有损失，即机械能保持不变。（2）根据图片可知，从A点下落到C点的过程中，蹦床的形变程度越来越大，则蹦床的弹性势能不断增大。从A到B的过程中，运动员的重力大于弹力，则合力向下，与运动方向一致，做加速运动，那么运动员的动能不断增大。从B到C的过程中，重力小于弹力，则合力向上，与运动方向相反，做减速运动，那么运动员的动能不断减小。因此在从A到C的过程中，运动员的动能先增大后减小。14小明用如图所示滑轮组拉着A、B物体一起匀速前进，绳子自由端在2秒
17、内运动0.3m，若物体B与地面的摩擦力为9N，则他所做的功是 J。A物体匀速向左运动的速度为 。（绳重及绳与滑轮摩擦不计）【答案】0.9；0.05m/s【解答】（1）自由端的拉力；自由端的拉力所做的功为：W=Fs=3N0.3m=0.9J；（2）A物体移动的距离；物体移动的速度为：。15如图装置为某学生在科技创新大赛时发明的可以直接测量液体密度的“密度天平”。其制作过程和原理如下：选择一根长1米的杠杆，调节两边螺母使杠杆在水平位置平衡。在左侧离中点10厘米的A位置用细线固定一个质量为150克、容积为80毫升的容器。右侧用细线悬挂一质量为50克的钩码(细线的质量忽略不计)。测量时往容器中加满待测液
18、体，移动钩码使杠杆在水平位置平衡，在钩码悬挂位置直接读出液体的密度。（1）该”密度天平”的”零刻度”应标在右端离支点O 厘米处。（2）该”密度天平”的量程为多大？（3）若将钩码的质量适当增大，该”密度天平”的量程将 (选填”增大”“减小”或”不变”)。【答案】（1）30（2）解：根据题意，钩码移动至最右端，该”密度天平”达到最大量程由F1L1=F2L2可得(0.15kg+m液)g0.1m=0.05kgg0.5m解得m液=100g液=1.25g/cm（3）增大【解答】（1）根据杠杆平衡定律：F1L1=F2L2；0.15kg10N/kg 10cm=0.05kg10N/kg L2解的：L2=30厘米
19、；（2）解：根据题意，钩码移动至最右端，该”密度天平”达到最大量程由F1L1=F2L2可得(0.15kg+m液)g0.1m=0.05kgg0.5m解得m液=100g液=1.25g/cm；（3） F1L1=F2L2 可知，F2增大，对导致F1也增大，使得筒中的液体的质量增大，最终使得测量的密度增大；故答案为：（1）30（2）液=1.25g/cm（3）增大16某同学在家利用如图所示的器材锻炼引体向上。挂杆MN长100cm，离地高度为230cm，钢管AB、CD长均为88cm，钢管外面套上橡皮，每个橡皮与地面接触面积为5cm，整个装置质量为30kg，该同学的质量为55kg。把装置放在水平面上时，重力会
20、平均分配到AB、CD两根钢管。当该同学双脚离地挂在MN杆上时，双手会对MN杆产生向下的力，力的大小等于该同学的重力大小，作用点等效于P点。某次训练时，P位置离点30cm。（1）与地接触的钢管套上橡皮的目的是 (写出两条)。（2）此时钢管AB对地面产生的压强大小为 。（3）当该同学挂在MN上30秒内做了10个引体向上，假设他每次做引体向上时重心竖直向上移动60cm，计算该同学做引体向上时的功率。(忽略下降时的做功)【答案】（1）增加接触面的粗糙程度，增大摩擦；或增大摩擦；增大受力面积，减小压强；或减小压强（2）1.07106Pa（3）小明受到的重力：Gmg55kg10N/kg550N 重心移动的
21、距离：h=60 cm0.6m小明30秒所做的功：WnGh10550N0.6m3300J小明的功率：PW/t3300J/30s=110W【解答】（1）地接触的钢管套上橡皮的目的是：增加接触面的粗糙程度，增大摩擦；增大受力面积，减小压强；（2）将CD看做支点，人的重力为阻力，阻力臂为PN；地面对AB的支持力为动力，动力臂为MN，根据杠杆的平衡条件得到：GPN=FMN；55kg10N/kg（1m-0.3m）=F1m；解得：F=385N；那么AB对地面的压力为：;那么AB对地面的压强为：。 （3） 小明受到的重力：Gmg55kg10N/kg550N；重心移动的距离：h=60 cm0.6m；小明30秒所
22、做的功：WnGh10550N0.6m3300J；小明的功率：。17 如图甲是“探究杠杆的平衡条件”的实验装置：（1）调节螺母使杠杆在水平位置平衡时，应确保杠杆上 （填“悬挂”或“不悬挂”）钩码（2）如图乙所示杠杆处于平衡状态，若不改变O点右侧钩码的数目和位置，将O点左侧的所有钩码都挂在字母 （3）如图丙所示，要使杠杆在图示位置平衡，请你在杠杆上的A点画出所施加的最小力F的示意图及其力臂L【答案】（1）不悬挂（2）d（3）为使拉力最小，动力臂要最长，拉力F的方向应该垂直杠杆向上，即竖直向上，动力臂为OA最长，如图所示：【解答】解：（1）根据探究杠杆的平衡条件实验操作过程，应先将杠杆调节到水平平衡
23、，此时杠杆上不应悬挂钩码；（2）若每个钩码重G，杠杆上每格长度L，若将O点左侧的所有钩码挂在一起，O点左侧钩码重4G，设挂在左侧n格处杠杆平衡，根据杠杆的平衡条件：4GnL=2G4L，解得：n=2，即应挂在d的下方；（3）为使拉力最小，动力臂要最长，拉力F的方向应该垂直杠杆向上，即竖直向上，动力臂为OA最长，如图所示：18小明和小红分别用图甲和图乙装置探究物体动能大小的影响因素，小明在光滑的水平面右端放置一个木块，将一个绑有铁块的小车从光滑斜面上静止下滑后在水平面上撞击木块又继续向右运动。小红对小明的实验进行了改进，将木块改成一个强力磁铁固定在地面上，将小车上绑的铁块改成磁铁，小车从光滑斜面上
24、静止下滑后在水平面上向右运动且不与强力磁铁碰撞，记录小车距离强力磁铁的最近位置为A点，小车最后停下来的位置为B点。请回答下列问题：（1）小红实验中斜面底端记录为O点，固定磁铁的起始点记录为C点，能够比较合理体现动能变化的距离是 ，该距离越长，说明动能越大。（2）若探究物体质量大小对动能的影响，小红应选择 与乙进行对照实验。（3）请从能量的角度评价小红的实验相对小明实验的优点 。【答案】（1）OA（2）C（3）小车和磁块没有相撞，减少了能量的消耗【解答】（1）小红实验中斜面底端记录为O点，固定磁铁的起始点记录为C点，能够比较合理体现动能变化的距离是OA，该距离越长，说明动能越大。（2）探究物体质量大小对动能的影响时，必须控制小车的速度相同，即在斜面上的高度相同，而改变小车的质量，故选C。（3）从能量的角度评价小红的实验相对小明实验的优点：小车和磁块没有相撞，减少了能量的消耗。
