中考物理 基礎(chǔ)知識(shí)手冊(cè) 第十二章 簡(jiǎn)單機(jī)械.doc

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第十二章簡(jiǎn)單機(jī)械 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 高頻考點(diǎn)透析 序號(hào) 考點(diǎn) 考頻 1 杠桿的五要素 ★★ 2 杠桿的平衡條件及應(yīng)用 ★★★ 3 杠桿的分類(lèi) ★★★ 4 定滑輪和動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)和作用 ★★ 5 滑輪組的特點(diǎn)和組裝 ★★ 6 輪軸和斜面的工作原理 ★ 7 機(jī)械效率及其計(jì)算 ★★★ 8 測(cè)滑輪組機(jī)械效率的方法 ★★★ 第一講簡(jiǎn)單機(jī)械 知識(shí)能力解讀 知能解讀：(一)杠桿 在力的作用下，能夠繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒(可以是彎曲的)就是杠桿，這個(gè)固定點(diǎn)叫支點(diǎn)。 知能解讀：(二)杠桿的五要素 杠桿的五要素指支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂(如圖)。 1．杠桿可以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)O叫做支點(diǎn)； 2．使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力F1叫做動(dòng)力； 3．阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力F2叫做阻力； 4．從支點(diǎn)O到動(dòng)力F1作用線的距離l1叫做動(dòng)力臂； 5．從支點(diǎn)O到阻力F2作用線的距離l2叫做阻力臂。 知能解讀：(三)力臂 從支點(diǎn)到力的作用線的距離叫力臂。分為動(dòng)力臂和阻力臂。 注意：不要把從動(dòng)力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離作為動(dòng)力臂，或把從阻力作用點(diǎn)到支點(diǎn)的距離作為阻力臂。 知能解讀：(四)杠桿力臂的畫(huà)法—一找點(diǎn)、二畫(huà)線、三作垂線段 1．首先在杠桿的示意圖上，確定支點(diǎn)O。 2．畫(huà)好動(dòng)力作用線及阻力作用線，畫(huà)的時(shí)候要用虛線將力的作用線延長(zhǎng)。 3．從支點(diǎn)O向力的作用線引垂線，畫(huà)出垂足，則從支點(diǎn)到垂足的距離就是力臂，力臂用虛線(或?qū)嵕€)表示并用大括號(hào)標(biāo)明，在旁邊標(biāo)上字母或，分別表示動(dòng)力臂或阻力臂。 注意：力臂有時(shí)在杠桿上，有時(shí)不在杠桿上。如果力的作用線恰好通過(guò)支點(diǎn)，則力臂為零。若杠桿的作用點(diǎn)不變，但動(dòng)力或阻力的方向改變，則動(dòng)力臂或阻力臂一般改變。 知能解讀：(五)杠桿的平衡條件 1．杠桿平衡：杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)都叫做杠桿平衡，注意：我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)是在杠桿水平位置平衡進(jìn)行的，但在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，這樣的平衡不多，在許多情況下，杠桿傾斜靜止這是因?yàn)楦軛U受到平衡力作用。所以說(shuō)杠桿不論處于怎樣的靜止，都可以理解成平衡狀態(tài)。 2．杠桿平衡條件的表達(dá)式：動(dòng)力動(dòng)力臂=阻力阻力臂，即。 3．公式表示為：，即 4．利用杠桿平衡條件來(lái)分析和計(jì)算有關(guān)問(wèn)題，一般遵循以下步驟： (1)確定杠桿支點(diǎn)的位置；(2)分清杠桿受到的動(dòng)力和阻力，明確其大小和方向，并盡可能地作出力的示意圖；(3)確定每個(gè)力的力臂；(4)根據(jù)杠桿平衡條件列出關(guān)系式并分析求解。 知能解讀：(六)杠桿的分類(lèi) 杠桿類(lèi)型 省力杠桿 費(fèi)力杠桿 等臂杠桿 示意圖 力臂的大小關(guān)系 動(dòng)力和阻力的大小關(guān)系 動(dòng)力與阻力作用點(diǎn)移動(dòng)距離的大小關(guān)系 動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離大于阻力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離 動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離小于阻力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離 動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離等于阻力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離 特點(diǎn) 省力但費(fèi)距離 費(fèi)力但省距離 既不省力也不省距離 應(yīng)用 汽車(chē)的剎車(chē)板、瓶起子、釘撬、羊角錘、鍘刀等 縫紉機(jī)的腳踏板、釣魚(yú)竿等 天平 知能解讀：(七)滑輪 滑輪是一個(gè)周邊有槽并可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子，滑輪通常分為動(dòng)滑輪和定滑輪兩種。 1．定滑輪：定滑輪的軸固定不動(dòng)，使用定滑輪不省力，但是能改變力的方向。定滑輪實(shí)質(zhì)是個(gè)等臂杠桿，動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離等于重物移動(dòng)的距離(如圖)。 2．動(dòng)滑輪：滑輪的軸和重物一起移動(dòng)的滑輪。 動(dòng)力作用在繩上，阻力作用在軸上時(shí)，動(dòng)滑輪實(shí)質(zhì)是個(gè)動(dòng)力臂為阻力臂2倍的省力杠桿，此時(shí)使用動(dòng)滑輪能省一半力，但不能改變力的方向，動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離是重物移動(dòng)距離的2倍(如圖)。 (八)滑輪組 1．滑輪組：動(dòng)滑輪和定滑輪組合在一起叫“滑輪組”，如圖所示。 2．滑輪組的特點(diǎn)：因?yàn)閯?dòng)滑輪能夠省力，定滑輪能改變力的方向，若將幾個(gè)動(dòng)滑輪和定滑輪搭配組成滑輪組，既可以改變力的大小，又能改變力的方向?；喗M用、段繩子吊著物體，提起物體所用的力就是總重的，即。 3．推導(dǎo)公式：，。 注意：(1)關(guān)于滑輪組有兩個(gè)重要關(guān)系：若滑輪組用n段繩子吊著物體，拉力為F，物重為G，動(dòng)滑輪的重力為G動(dòng)，動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離為s，重物上升的高度為h，則有：,。 (2)繩子段數(shù)n確定的方法：先要分清哪些是定滑輪，哪些是動(dòng)滑輪，再在定滑輪和動(dòng)滑輪之間畫(huà)一條虛線，將滑輪組的繞線“割斷”，那么“割斷”的線有幾段吊著動(dòng)滑輪和重物，重物就由幾段繩子共同承擔(dān)。 (3)組裝滑輪組的方法：組裝滑輪組時(shí)，要會(huì)確定繩頭固定端，一般情況下，若n為奇數(shù)，固足端位于動(dòng)滑輪的框架上，若n為偶數(shù)，固定端位于定滑輪的框架上，可用“奇動(dòng)偶定”四個(gè)字幫助記憶。穿繞繩子時(shí)，從固定端出發(fā)，由里向外，逐個(gè)繞過(guò)滑輪，每個(gè)滑輪上只能穿繞一次繩子，不能交又、重復(fù)，最后檢查一下是否像一根繩子一樣通順。 知能解讀：(九)定滑輪、動(dòng)滑輪、滑輪組的對(duì)比(不計(jì)動(dòng)滑輪重和摩擦) 定滑輪 動(dòng)滑輪 滑輪組 圖形特點(diǎn)(設(shè)提升的物重為G,上升的高度為h ) 力臂的關(guān)系 —— 動(dòng)力和阻力的大小關(guān)系 （n為承擔(dān)物重的繩子段數(shù)） 動(dòng)力的方向 改變 不改變 可能改變，也可能不改變 繩端移動(dòng)的距離 實(shí)質(zhì) 等臂杠桿 省力杠桿 —— 注意： 在確定承擔(dān)重物的繩子段數(shù)n時(shí)，首先分清哪個(gè)是定滑輪，哪個(gè)是動(dòng)滑輪；其次在定滑輪和動(dòng)滑輪之間畫(huà)一條虛線，將它們隔離出來(lái)，數(shù)一數(shù)繞在動(dòng)滑輪上繩子的段數(shù)即為承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n，則拉力。 知能解讀：(十)輪軸 1．輪軸：由輪和軸組成的，能繞共同的軸線旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單機(jī)械叫做輪軸。 2．輪軸的實(shí)質(zhì)：輪軸相當(dāng)于一 個(gè)杠桿，輪和軸的中心O是支點(diǎn)，作用在輪上的力是動(dòng)力F1，作用在軸上的力是阻力F2，輪半徑OA就是杠桿的動(dòng)力臂l1，軸半徑OB就是杠桿的阻力臂l2(如圖)。 3．輪軸的特點(diǎn)：因?yàn)檩啺霃酱笥谳S半徑，即杠桿的動(dòng)力臂大于阻力臂，所以作用在輪上的動(dòng)力F1總小于作用在軸上的阻力F2。使用輪軸可省力，可以改變動(dòng)力的方同，但是動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離大于用輪軸提升的重物所通過(guò)的距離，即費(fèi)距離。 4．生活和生產(chǎn)中常見(jiàn)的輪軸：螺絲刀、汽車(chē)方向盤(pán)、轆護(hù)、石磨、自行車(chē)把等。 知能解讀：(十一)斜面 斜面是簡(jiǎn)單機(jī)械的一種，可用于克服垂直提升重物的困難。將物體提升到一定高度時(shí)，力的作用距離和力的大小都取決于傾角。如物體與斜面間摩擦力很小，則可達(dá)到很高的效率。 用F表示力，L表示斜面長(zhǎng)，h表示斜面高，物重為G。不計(jì)阻力時(shí)，則有FL=Gh。斜面傾角越小，斜面越長(zhǎng)，則越省力，但越費(fèi)距離。 日常生活中常見(jiàn)的斜面，如盤(pán)山公路、螺絲釘上的螺紋等。 解題方法技巧 方法技巧：(一)怎樣畫(huà)力臂 首先確定杠桿的支點(diǎn)，再確定力的作用線，然后使用直角三角板畫(huà)出從支點(diǎn)到力的作用線的垂線，垂足要落在力的作用線上，指明哪條線段是力臂，并用字母、標(biāo)注(如圖) 方法技巧：(二)怎樣利用杠桿的平衡條件判斷動(dòng)力的大小變化 解答時(shí)一定要以杠桿平衡條件為依據(jù)，先明確題目中兩個(gè)力和它們力臂的大小，再看力和力臂如何變化，由此得出結(jié)論。 方法技巧：(三)關(guān)于杠桿分類(lèi)問(wèn)題 判斷省力、費(fèi)力杠桿的方法：根據(jù)杠桿平衡條件，要判斷一杠桿是否省力，關(guān)鍵在于判斷動(dòng)力臂和阻力臂的長(zhǎng)短關(guān)系，所以首先應(yīng)找準(zhǔn)支點(diǎn)，并明確動(dòng)力和阻力，然后過(guò)支點(diǎn)作動(dòng)力臂和阻力臂，最后再根據(jù)動(dòng)力臂和阻力臂的長(zhǎng)短關(guān)系判斷是省力杠桿還是費(fèi)力杠桿。動(dòng)力臂比阻力臂長(zhǎng)的杠桿省力，動(dòng)力臂比阻力臂短的杠桿費(fèi)力。 方法技巧：(四)怎樣判斷滑輪和滑輪組的省力情況 首先要弄清楚是定滑輪、動(dòng)滑輪還是滑輪組，然后根據(jù)它們省力情況的判斷方法進(jìn)行判斷。判斷時(shí)注意：①拉力作用在繩上時(shí)，使用動(dòng)滑輪才能省一半力；②明確題目中是否要求忽略滑輪重及摩擦；③當(dāng)使用滑輪或滑輪組沿水平面勻速拉動(dòng)物體時(shí)，繩子承擔(dān)的不再是物重，而是物體受到的摩擦力。 方法技巧：(五)滑輪組作圖 要根據(jù)省力要求算出繩子段數(shù)。的計(jì)算方法 有兩種：(1)已知物重G和拉力F時(shí)，用計(jì)算； (2)已知物體通過(guò)距離h和拉力作用點(diǎn)通過(guò)距離s時(shí)，用計(jì)算。一般情況下，如果段數(shù)是偶數(shù)，繩子的固定端在定滑輪上，如果段數(shù)是奇數(shù)，繩子的固定端在動(dòng)滑輪上，然后從繩子的固定端開(kāi)始由里到外讓繩子逐次繞過(guò)每個(gè)滑輪。同時(shí)還要注意題目中是否要求改變力的方向，如果是，那么繩子的最后一段要跨過(guò)最上面的定滑輪，若定滑輪個(gè)數(shù)不能滿足此要求， 則應(yīng)再加一個(gè)定滑輪。 跨越思維誤區(qū) 思維誤區(qū)：不能正確地確定力臂和杠桿的最小動(dòng)力 力臂是從支點(diǎn)到力的作用線的距離，即點(diǎn)到線的距離。 力臂的畫(huà)法可以用下面簡(jiǎn)單的順口溜記?。阂欢c(diǎn)(支點(diǎn))，二畫(huà)線(力的作用線)，從點(diǎn)(支點(diǎn))向線(力的作用線)引垂線，力臂長(zhǎng)同此線段(支點(diǎn)到垂足)。 要使力最小，必須使力臂最長(zhǎng)。力的作用點(diǎn)確定時(shí)，支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的線段長(zhǎng)即最大力臂；力的作用點(diǎn)沒(méi)有確定時(shí)，應(yīng)尋找杠桿上離支點(diǎn)最遠(yuǎn)的那一點(diǎn)，則這一點(diǎn)到支點(diǎn)的距離即最大力臂。 物理思想方法 思想方法：理想模型法 所謂理想模型法就是把要研究的問(wèn)題，在抓住要點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化、抽象，建立理想化的模型，幫助解決問(wèn)題。如本章中學(xué)習(xí)的杠桿、滑輪都是從生活實(shí)際的現(xiàn)象中抽象出的物理模型。 中考考點(diǎn)鏈接 考點(diǎn)鏈接：(一)中考考點(diǎn)解讀 本講考查的重點(diǎn)是杠桿的平衡條件、杠桿的分類(lèi)及力臂作圖?；喖盎喗M省力情況的判斷。一般以選擇題、填空題、作圖題、實(shí)驗(yàn)探究題等形式出現(xiàn)。 考點(diǎn)鏈接：(二)中考典題剖析 1．探究杠桿的平衡條件 2．力及力臂的作圖 3．滑輪組的應(yīng)用 第二講機(jī)械效率 知識(shí)能力解讀 知能解讀：(一)有用功、額外功和總功 1．有用功：在物理學(xué)中，把完成某項(xiàng)任務(wù)時(shí)有實(shí)用價(jià)值的功，叫做有用功，用W有表示。 2．額外功：把其他無(wú)實(shí)用價(jià)值而又不得不做的功，叫做額外功，用W額表示。 3．總功：有用功與額外功之和是總功，用W總表示，W總=W有+W額。 注意： ①有用功是為了達(dá)到目的人們必須做的對(duì)人們有用的功，如要想提水上樓，水重乘以提升高度就是有用功，公式為。 ②額外功的產(chǎn)生主要有兩種原因：a．提升物體時(shí)，克服機(jī)械自重、容器重等所做的功，如用滑輪組提一桶水時(shí)，克服動(dòng)滑輪重和桶重所做的功都是額外功，；b．克服機(jī)械的摩擦所做的功是額外功，如使用滑輪組時(shí)，克服輪與軸之間的摩擦以及繩與輪之間的摩擦所做的功都是額外功。 ③總功是人們?cè)谶_(dá)到一定目的的過(guò)程中，實(shí)際做的功，一般指動(dòng)力F做的功。公式為。 知能解讀：（二）機(jī)械效率 1．機(jī)械效率：有用功跟總功的比值叫做機(jī)械效率。 2．機(jī)械效率的計(jì)算公式：如果用表示機(jī)械效率（常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示），那么。 注意：機(jī)械效率是有用功與總功之比，它只有大小，沒(méi)有單位。由于有用功總小于總功，所以機(jī)械效率總小于1，通常用百分?jǐn)?shù)表示。 3．機(jī)械效率的意義 (1)機(jī)械效率是標(biāo)志機(jī)械做功性能好壞的物理量，機(jī)械效率越高，這個(gè)機(jī)械的性能越好。 (2)機(jī)械效率的高低并不決定使用機(jī)械是省力還是費(fèi)力，效率高只說(shuō)明有用功在總功中所占的比例大；省力還是費(fèi)力是指做一定的有用功時(shí)，所用動(dòng)力的大小比阻力小還是大。機(jī)械效率高不一定省力。 知能解讀：(三)影響機(jī)械效率高低的因素 1．影響杠桿機(jī)械效率的因素：杠桿自身的重力、杠桿與物體之間的摩擦力，物體的重力。杠桿自身的重力越小、杠桿與物體之間的摩擦力越小、物重越大，機(jī)械效率越高。 2．影響滑輪組機(jī)械效率的因素：動(dòng)滑輪的重力、繩的重力、滑輪與繩間的摩擦力、滑輪與軸間的摩擦力、物體的重力。動(dòng)滑輪和繩的重力越小、滑輪與繩間的摩擦力越小、滑輪與軸間的摩擦力越小、物重越大，機(jī)械效率越高。 3．影響斜面機(jī)械效率的因素：斜面的傾斜程度、斜面的粗糙程度。斜面的傾斜程度越大、斜面越光滑，機(jī)械效率越高。  解題方法技巧 方法技巧：(一)常見(jiàn)的三種簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率的求法 簡(jiǎn)單機(jī)械 有用功 總功 額外功 機(jī)械效率 圖示 杠桿 滑輪組 (或動(dòng)滑輪) (不計(jì)繩重、摩擦) (不計(jì)繩重、摩擦) (為承擔(dān)重物的繩 子段數(shù)) (不計(jì)繩重、摩擦) 斜面 (為摩擦力) 1．杠桿機(jī)械效率的求法 2．滑輪組機(jī)械效率的求法 3．斜面機(jī)械效率的求法 方法技巧：（二）滑輪組水平拉動(dòng)物體時(shí)的機(jī)械效率的計(jì)算方法 如圖所示，若用滑輪組拉著重為G的物體沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則此時(shí)克服物體與水平面間的摩擦力f做的功為有用功，則，總功，此時(shí)的機(jī)械效率。 跨越思維誤區(qū) 思維誤區(qū)：丕理解功、功率和機(jī)械效率的概念，誤認(rèn)為功率越大的機(jī)械，做功就越多，機(jī)械效率就越高，或機(jī)械效率越高的機(jī)械做功就越多 物理思想方法 思想方法：控制變量法在研究滑輪組機(jī)械效率中的應(yīng)用 利用控制變量法研究滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)，在這個(gè)問(wèn)題中可能影響機(jī)械效率的因素有：①物體的質(zhì)量；②物體上升的距離；③不同的滑輪組；④動(dòng)、定滑輪的質(zhì)量等。在研究中可保持重物質(zhì)量、動(dòng)滑輪的質(zhì)量不變，改變提升高度來(lái)研究滑輪組機(jī)械效率與提升高度的關(guān)系；可保持提升高度、動(dòng)滑輪的質(zhì)量相同，改變重物質(zhì)量來(lái)研究滑輪組機(jī)械效率與提升重物質(zhì)量的關(guān)系。 中考考點(diǎn)鏈接 考點(diǎn)鏈接：(一)中考考點(diǎn)解讀 中考的重點(diǎn)是機(jī)械效率的計(jì)算，探究影響機(jī)械效率的因素，分析生活中有關(guān)事例，分清有用功、額外功和總功。難點(diǎn)是利用機(jī)械效率公式計(jì)算有關(guān)綜合性問(wèn)題。出題類(lèi)型多以選擇題、填空題、實(shí)驗(yàn)題、計(jì)算題等形式出現(xiàn)。 考點(diǎn)鏈接：(二)中考典題剖析 1．機(jī)械效率大小的判斷 2．實(shí)驗(yàn)探究影響機(jī)械效率的因素 3．機(jī)械效率的綜合計(jì)算