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文檔簡介

1 說 明 本書是依據(jù)國家教育部全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)和江蘇科技出版社義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書 物理九年級上冊而編寫的,供九年級第一學(xué)期使用。 本書旨在幫助同學(xué)們進(jìn)一步理解和掌握課本內(nèi)容,全面把握課本的學(xué)習(xí)體系,提高思維能力,掌握科學(xué)有效的學(xué)習(xí)方法。 “學(xué)習(xí)要求”結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)的學(xué)習(xí)提出具體的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度的學(xué)習(xí)要求。 “學(xué)習(xí)指導(dǎo)”對本節(jié)教材重點、難點的把握,學(xué)習(xí)方法方法的指導(dǎo)。 “典型范例”著重分析典型問題的解題思路、精析問題中的思考方法,幫助同學(xué)們 理解所學(xué)知識,學(xué)會科學(xué)地思考和解決問題的方法。并通過點評使同學(xué)們達(dá)到舉一反三的目的。 “活動與探究”提供一些活動案例讓同學(xué)們在課余時間進(jìn)行探究。既豐富同學(xué)們的課外生活、鞏固了所學(xué)物理知識,又幫助同學(xué)們形成合作探究的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。 “思考與練習(xí)”編入了三個維度的基本試題,便于同學(xué)們達(dá)到課標(biāo)的基本要求。同時還有適量的拓展和提高,以利于同學(xué)們創(chuàng)新意識和開放思維的形成。 “相關(guān)鏈接”提供的是一些物理史科、趣味物理、思考性問題等閱讀性短文,力求淺顯具體、生動有趣,旨在擴(kuò)大知識面,激發(fā)同學(xué)們科學(xué)探索的欲望。 本書聘請有 豐富教學(xué)實踐經(jīng)驗的一線優(yōu)秀教師和教研人員負(fù)責(zé)編寫和統(tǒng)稿,本書編委會審稿、定稿。 由于時間倉促、水平有限,書中定有疏漏和不當(dāng)之處,敬請廣大讀者在使用本書過程中多提寶貴意見,以便進(jìn)一步修正,使之日臻完善。 本書編寫組 2 第十一章、簡單機(jī)械和功 一、杠桿 學(xué)習(xí)要求 1.知道什么是杠桿,能從常見的工具中 認(rèn)出杠桿。 2.通過觀察和實驗了解杠桿的結(jié)構(gòu),熟悉有關(guān)杠桿的名稱:支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂。 3.理解力臂的概念,會畫杠桿的動力臂和阻力臂。 4.經(jīng)歷探究 杠桿平衡條件的 過程, 理解杠桿平衡的條件,并能用它分析解決簡單的有關(guān)杠桿平衡的問題。 5.知道杠桿的種類以及各種杠桿的特點。 6.知道杠桿在實際生活中的應(yīng)用。 7.通過了解杠桿的應(yīng)用,進(jìn)一步認(rèn)識物理學(xué)是有用的,提高學(xué)習(xí)物理的興趣。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 1力臂的概念。力臂是本節(jié)的難點。對力臂的理解,注意以下幾點: ( 1)力臂是指支點到力(動力或阻力)作 用線的距離,而不是從支點到力的作用點的距離。 ( 2)當(dāng)作用在杠桿上的力的方向改變時,其力臂的大小一般也將發(fā)生改變。 ( 3)力臂不一定在杠桿上,如圖所示 ( 4)若力的作用線過支點,則它的力臂為零。 ( 5)畫力臂三步驟:找支點、畫出力的作用線、作支點到力的作用線的垂線(有時需要將力的作用線進(jìn)行正向或反向延長)。 2經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的過程是本節(jié)學(xué)習(xí)的重點,探究的過程中要注意以下幾點: ( 1)設(shè)計實驗方案選取實驗工具寫出實驗步驟設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格等 ( 2)調(diào)節(jié)杠桿水平平衡時,依照“ 右高右旋,左高左旋”的方法,即杠桿右邊高則螺母向右移,杠桿左邊高則向左移,直至杠桿水平平衡。注意杠桿水平平衡一旦調(diào)好,不得隨意再旋轉(zhuǎn)平衡螺母,否則會影響實驗結(jié)果。 ( 3)實驗中,每次改變動力、阻力、動力臂、阻力臂后都要使杠桿保持水平平衡,這樣動力臂和阻力臂都可以直接讀出。動力臂和阻力臂的長度單位不一定要用米,只要兩個力臂的長度單位統(tǒng)一就可以了。 3根據(jù)已學(xué)過的杠桿知識,注意觀察生活中各種形狀的杠桿,如指甲剪、釣魚竿、剪刀、筷子、天平、獨輪車等。并能按照動力臂與阻力臂長短的關(guān)系分析和判斷是省力杠桿、費F2 L2 L1 F1 O 3 力杠桿 還是等臂杠桿。根據(jù)杠桿平衡條件,生活中使用時要注意兩點:( 1)要省力就要多移動距離;( 2)要省距離就要費力,省力又省距離的杠桿是沒有的。 曲型范例 例 1 關(guān)于力臂 ,下列說法 k 正確的是( ) A從動力作用點到支點的距離叫做動力臂 B力臂就是杠桿的長度 C從支點到阻力作用線的距離叫做阻力臂 D力臂一定在杠桿上 精析: 力臂是從支點到力的作用線的距離,簡單地說,就是“點到線”的距離,而不是“點 ” 到“點”的距離。力臂不一定是杠桿的長度,也不一定在杠桿上。 如圖所示。(圖刪去 ) 全解: 應(yīng)選( c) 點評: 力臂是從支點到力的作用線的距離。如圖( a)、( b)所示,雖然力的作用點 A相同,但力的方向不同,畫出力臂也不同。 例 2 張華和爸爸在公園玩蹺蹺板,張華重 250N,爸爸重 750N。當(dāng)爸爸離蹺蹺板的轉(zhuǎn)軸 0.5m時,張華應(yīng)該坐在哪里才能使蹺蹺板平衡? 精析: 利用杠桿平衡條件解題,首先要弄清動力、動力臂、阻力、阻力臂。本題中阻力為爸爸對杠桿的力 F2=750N,阻力臂為 L2=0.5m,動力為張華對杠桿的力 F1=250N,動力臂即為張華離轉(zhuǎn)軸的距離。 全解:根據(jù) 杠桿平衡條件 F1L1=F2L2,得 L1=12FFL2=NN250750 0.5m=1.5m 答:張華應(yīng)該坐在離轉(zhuǎn)軸 1.5m處。 活動與探究 取一根粗細(xì)均勻的鐵絲,在它的中點用線懸掛起來,鐵絲恰好平衡。如把其右半段對折起來,那么它是否還能保持原來的平衡狀態(tài)呢?為什么?動手做一做這個實驗。 思考與練習(xí) 一、填空題 1.我們在日常使用的工具中很多是利用杠桿知識制成的,我們分析杠桿時,首先要找到杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點叫 ,然后分析杠桿的受力情況,即使杠桿轉(zhuǎn)動的力叫 ,阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力叫 。 L F A O L F A O 4 第 4 題圖 2.杠桿有三類 ,既省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。在撬棒、天平、鍘刀、扳手、酒瓶起子、理發(fā)剪刀、釣魚桿等常見杠桿中,屬于省力杠桿的有 ,屬于費力杠桿的有 ,屬于等臂杠桿的有 。 3一把桿秤自重不計,提紐到秤鉤的距離是 4, 秤砣重為 4.9N,用這樣的桿秤來稱量質(zhì)量為 2的物體 , 秤砣離提紐 時,秤桿平衡。 4.杠桿的應(yīng)用非常廣泛,工具車上的起重臂就是一個 費力杠桿使用它的具體好處是 。 二、選擇題 5下圖是一些日常生活中所使用的工具,其中屬于省力杠桿的是 ( ) 6一根桿秤,如果秤砣被磨損掉一部分,用它稱得的質(zhì)量將比被稱物體的實際質(zhì)量( ) A偏大 B偏小 C相等 D無法判定 7園藝師傅使用如圖所示的剪刀修剪樹枝時,常把樹枝盡量往剪刀軸 O 靠近,這樣做的目的是為了 ( ) A增大阻力臂,減小動力移動的距離 B減小動力臂,減小動力移動的距離 C增大動力臂,省力 D減小阻力臂,省力 8 .人體的運動系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜,但最基本的運動形式是,骨骼在肌肉提供的動力作用下繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動 . 如圖所示是手端起茶杯的情景,其前臂骨骼相當(dāng)于杠桿,肱二頭肌收縮提供動力 . 由圖可以看出,這是一個( ) A費力、省距離的杠桿 B省力、費距離的杠桿 C既費力,也費距離的杠桿 D既省力,也省距離的杠桿 9.一均勻杠桿 A處掛 2個鉤碼, B處掛 1個鉤碼,杠桿恰好平衡 .若鉤碼的質(zhì)量均為 50g,在 A、 B兩處再各加一個鉤碼,那么:( ) A杠桿仍平衡 B杠桿的左邊向下傾 C杠桿的右邊向下傾 D無法確定杠桿是否平衡 三、作圖、實驗題 10如圖所示,使用羊角錘拔釘子,動力作用在錘柄上 A 點 . 請作出拔釘子時所用最小動力F 的示意圖 . (注意:請在圖上保留為確保作圖準(zhǔn)確所畫的輔助線 .) 第 7 題圖 第 9 題圖 第 8 題圖 5 11.在“研究杠桿平衡條件”的實驗中 , 在如圖所示的實驗裝置中: ( 1)實驗前沒有掛鉤 碼時,發(fā)現(xiàn)杠桿左端下傾,應(yīng)將杠桿右端螺母向 _(選填“左”或“右” )邊旋一些,使杠桿在水平位置平衡。 ( 2)實驗時只有 8 個相同的鉤碼,杠桿上每格等距,當(dāng)在 A 點掛 4 個鉤碼時,則怎樣掛鉤碼可以使杠桿在水平位置平衡? (請設(shè)計兩種方案 ) ._ ; _ 。 ( 3)在實驗中,王亮同學(xué)猜想:杠桿平衡的條件可能是:動力動力臂阻力阻力臂。馬欣同學(xué)猜想:杠桿平衡的條件可能 是:動力動力臂阻力阻力臂。他們共同通過實驗,獲得了一組數(shù)據(jù)。如下表。 動力 F1/N 動力臂 L1/ 阻力 F2/N 阻力臂 L2/ 3 6 6 3 根據(jù)上表數(shù)據(jù),他們都認(rèn)為自己的猜想是對的、對方是錯誤的,那么你認(rèn)為他們實驗的驗證方法存在什么問題? 三、計算、論述題 12如圖所示,一根輕質(zhì)木桿 A 端細(xì)線下所掛 50N 的重物靜止在水平地面上。 當(dāng)在 B點加豎直向下的力 F=30N 作用時,木桿恰能在水平位置處于平衡狀態(tài),此時細(xì)線豎直。已知 OA=15cm, OB=5cm, 則重物對水平地面的壓力為多少? 相關(guān)鏈接 能把地球舉起來嗎? 傳說,阿基米德發(fā)現(xiàn)了杠桿原理后,曾產(chǎn)生過撬動地球的假想。他在給敘拉古國國王希羅的信中寫道:“只要給我一個支點和立足點,我就能移動地球。”國王看信之后立即召見了阿基米德,并說:“當(dāng)著眾神起誓,你真的能移動地球嗎?”阿基米德不慌不忙地用撬石頭的例子作比喻,向國王講了杠桿的原理,然后坦率地回答說:“不,我只是根據(jù)原理作了這樣的假想。事實上,我也站不到地球以外的什么地方去,也找不到這樣長和堅固的杠桿,也找不到擱杠桿的支點。”國 王弄懂了這個道理,很高興。 第 11 題圖 O A 第 10 題圖 O B A F 第 12 題圖 6 二、滑輪 學(xué)習(xí)要求 1.通過觀察和實驗,了解滑輪的結(jié)構(gòu),能區(qū)別定滑輪和動滑輪 2.理解滑輪的工作原理,會用這一原理對有關(guān)問題進(jìn)行簡單的計算 3.經(jīng)歷實驗探究過程 ,了解使用定滑輪和動滑輪的特點:定滑輪不省力,但能改變力的方向;動滑輪省力,但不能改變力的方向 4.能識別生活和生產(chǎn)中常見的滑輪 5.了解滑輪組的特點:既可以省力又可以改變力的方向。學(xué)會組裝簡單的滑輪組,體驗設(shè)計制作的樂趣。 6.了解輪軸的工作原理和斜面可以省力的原因 7.通過了解簡單機(jī)械的應(yīng)用,初步認(rèn)識科學(xué)技術(shù)對人 類社會發(fā)展的作用 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 1通過對定滑輪和動滑輪的杠桿變形分析,理解定滑輪不省力而動滑輪省一半力的結(jié)論。 如圖 (a)所示是一個定滑輪的杠桿變形示意圖。假定在某一瞬間滑輪靜止不動,定滑輪的軸心為支點(支點不動),動力、阻力作用點分別在繩子與輪相切的圓周邊緣。顯然,動力臂、阻力臂都等于圓的半徑,根據(jù)杠桿平衡條件,故 F=G,即不省力。 如圖 (b)所示是一個動滑輪的杠桿變形示意圖。假定在某一瞬間滑輪也靜止不動。支點在一邊繩子與輪相切的位置,支點上下移動,而動力作用點在繩子與輪相切的另一邊 ,阻力的作用點在軸心。顯然動力臂為阻力臂的兩倍,故依據(jù)杠桿平衡條件 F=1/2G,即省一半力。 2 使用滑輪組要注意幾個問題 ( 1)區(qū)分“最方便”和“最省力”的含義?!胺奖恪笔侵溉苏驹诘厣嫌昧ο蛳吕K子,既省力又方便;而“最省力”是指盡量多地增加動滑輪上相連的繩子的股數(shù)。 ( 2)滑輪組一般是省力的,省力的多少是由吊起(或承擔(dān))動滑輪的繩子股數(shù)決定的。 ( 3) 設(shè)拉力移動距離為 s,拉力移動的速度為 v,重物上升的高度為 h,重物上升的速度為 v 物 ,則存在以下關(guān)系 s=nh,v=nv 物 , n為動滑輪上繩子的股數(shù)。 ( 4)滑輪組繩子的繞 法是各種各樣的,其繞法也是本節(jié)的一個重點。由關(guān)系式 F=n1G,當(dāng)(b) (a) F G B A F G O A 7 n 為奇數(shù)時,繩子在動滑輪上打結(jié)開始繞;當(dāng) n 為偶數(shù)時,繩子在定滑輪上打結(jié)開始繞,也就是按“奇動偶定”的方法繞繩子。 (如下圖所示 ) 曲型范例 例 1 圖中給出兩組滑輪組( a)、( b),若它們分別提起同一重物,請畫出其中最省力的一組滑輪組的繞繩方法 .(不計滑輪重、繩重及摩擦 ) 精析: “省力”就是在動滑輪個數(shù)相同時,盡量采用繩子與動滑輪相連股數(shù)較多的方法;或在動滑 輪個數(shù)不同時選用動滑輪多的一組,因此,應(yīng)選用( b) 組滑輪組。 全解: 如圖( c) 所示 點評: 本題考查了兩個知識點,一是滑輪組的省力多少是由繞過動滑輪的繩子的股數(shù)決定的;二是裝配滑輪組。 例 2 用如圖所示滑輪組勻速拉動重 1000N 的物體 A,所用拉力 F=100N。繩子自由端移動速度為 0.2m/s.求物體與地面之間的摩擦力 f和 2秒內(nèi)物體移動的距離。(不計滑輪重和輪和軸之間的摩擦) 精析: 繩子自由端移動的距離 s 與物體移動的距離 s的關(guān)系為 s=n s,繩子自由端移動的速度 v也等于物體移動速度 v的 n倍,即 v=nv。 全解:設(shè) n是動滑輪上繩子的股數(shù), f為物體與水平平面之間的摩擦阻力。 通過動滑輪有 4 根繩子 通過動滑輪有 5 根繩子 (a) (b) ( c) 8 本題中, n=2,由 F=n1f得 f=nF=2 100N=200N 物體移動的速度 v =nv=2 /2.0 sm=0.1m/s 2s內(nèi)物體移動的距離 S =v t=0.1m/s 2s=0.2m. 點評: 繩子自由端移動的距離、速度與物體移動的距離、速度是同學(xué)們?nèi)菀谆煜膯栴},應(yīng)特別注意。 活動與探究 設(shè)計一個升降裝置 將 重物從樓下搬到樓上是很辛苦的。有一個同學(xué)學(xué)習(xí)了滑輪的知識后,運用所學(xué)知識,利用滑輪設(shè)計了一個升降裝置,在爸爸的幫助下把它安裝在家里的陽臺上,通過它把物體吊上樓來。如果讓你來設(shè)計,你能畫出示意圖嗎?試試看。 思考與練習(xí) 一、填空題 1滑輪在使用時,根據(jù)軸的位置是否移動,分為定滑輪和動滑輪兩種。定滑輪實際上就是 杠桿,所以使用定滑輪不能 ,但可以改變 。動滑輪實際上就是 杠桿 ,所以使用動滑輪可以 ,但不能改變 。如果 將定滑輪和動滑輪組合起來使用,就可以既省力又方便。 二、選擇題 2.學(xué)校國旗的旗桿頂上有一個滑輪,升旗時往下拉動繩子,國旗就會上升。下列對這個滑輪的說法中正確的是( ) A.這是一個動滑輪,可省力 B.這是一個定滑輪,可省力 C.這是一個動滑輪,可改變力的方向 D.這是一個定滑輪,可改變力的方向 3.用滑輪組勻速提升重物,當(dāng)繩子的自由端被拉下 2m時,物體升高了 0.5m,被提 升的重物的質(zhì)量為 20kg。若不計動滑輪重和摩擦阻力,則拉繩子的力應(yīng)為( ) A 40N B 49N C 98N D 5N 4.如圖所示的裝置中,物體 B 和動滑輪總重 10N,且恰好勻速下降。則 A 物體受到的摩擦力的方向和大小為 ( ) A水平向右 5N B水平向右 10N C水平向左 10N D水平向左 5N B A 第 4 題圖 9 F 三、作圖題 5.如圖有一動滑輪提升重物,要求在圖中標(biāo)明支點 O,畫出 F1 F2的力臂 L1 L2。 6.如圖 5 所示,每個滑輪 (不分大?。┲貫?5N,要提升的重物重為 120N,用來串繞滑輪組的繩子能承受的最大拉力是 30N。請畫出能安全提升重物的滑輪組的繞法。 三、計算、論述題 7.如圖所示,物體 A以 1m/s的速度勻速運動,已知 F=100N,不計滑輪與繩子之間的摩擦,求:( 1)物體 A受到地面的阻力;( 2)在 5s內(nèi),繩子的自由端移動的距離。 8.某人利用如圖所示的滑輪組,用 200N的拉力在 20s內(nèi)將重為 G=480N的物體勻速提高 h=2m,若不計摩擦和繩重,求:( 1)繩子的自由端移動的速度和動滑輪重; ( 2)若再增加 150N的重物,要使物體勻速上升,作用在繩子的自由端的拉力為多大。 相關(guān)鏈接 滑輪在生活和生產(chǎn)中有很多應(yīng)用,例如,旗桿上的滑輪,起重機(jī)上的滑輪,以及利用滑輪移動收音機(jī)的指針以指示電臺的頻率位置等。 工廠里有一種特殊結(jié)構(gòu)的滑輪,叫做差動滑輪(俗稱神仙葫蘆),它由兩個直徑相差不多的定滑輪和一個動滑輪組成,其示意圖如圖所示。有了它,只需一個人就可以緩緩吊起或移動很重的物體。你能分析一下其中的道理嗎? F2 F1 第 5 題圖 G 第 6 題圖 第 7 題圖 第 8 題圖 10 三、功 學(xué)習(xí)要求 1.理解功的概念,經(jīng)歷實驗探究體驗做功 的過程,理解做功的兩個必要條件,并能正確判斷某個力是否做功。 2.知道功的公式,會對有關(guān)功的問題進(jìn)行簡單的計算。 3.知道功的單位“焦耳( J)”,并能在計算中正確應(yīng)用。 4.通過觀察、討論和實驗了解功的物理意義。 5.通過對實例的分析,體驗并能知道做功是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程。知道使用任何機(jī)械都不能省功。 6.了解科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的歷史,進(jìn)一步增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)的興趣,逐步形成獻(xiàn)身科學(xué)的意識。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 1做功的兩個必要因素。 物理學(xué)中的“做功”與日常生活中的“做工”是不同的,物理學(xué)中的做功必須要滿足兩個必要條件:一是作用在物體上的力,二是物體在力的方向上通過一段距離。只有滿足這兩個條件,我們才說力對物體做了功。因此有三種情況物理學(xué)中是不承認(rèn)做功的:( 1)物體雖然受力,但未通過距離。例如人用力推墻壁,由于墻壁未移動,所以人未做功。( 2)物體雖然移動了一段距離,但無外力作用。例如冰塊在光滑的水平冰面上勻速滑動,雖然冰塊在水平方向移動了一段距離,但水平方向上并無作用力,因此不做功。( 3)力的方向與物體運動的方向垂直。例如人提水桶在水平方向上移動一段距離,由于人對水桶的作用力是豎直向上的,因而這個力也不做功。 2功的大小。 功的大小等于力跟物體在該力方向上通過的距離的乘積。力對物體做功的多少只與這兩個因素有關(guān),與物體的運動狀態(tài)(如豎直方向還是水平方向,勻速運動還是加速運動等)、物體的質(zhì)量、支持面是否光滑無關(guān)。 3功的單位是焦耳( J), 1J 表示 1N 的力使物體在這個力的方向上移動 1m 所做的功。焦耳是一個比較小的單位,將兩個雞蛋勻速舉高 1m做的功大約為 1J 曲型范例 例 1.下列四種情境中,人對物體做功的是 A提著水桶在水平地面上勻速前進(jìn) B舉著杠鈴原地不動 C用力搬石頭但沒有搬動 D推著小車前進(jìn) 精析: 判斷一 個力對物體是否做功,必須同時滿足兩個必要的因素,一是作用在物體上的力;二是物體在力的方向上通過的距離。 11 全解: A 選項中提水桶施力的方向是豎直向上,水桶的移動的方向為水平方向,雖然水桶受力了,也移動了距離,但是沒有在力的方向上移動一段距離,所以沒有對水桶做功。B選項對杠鈴施力了,但沒有移動距離,所以沒有對杠鈴做功。 C選項中對石頭施力了,但沒有移動距離,所以沒有對石頭做功。 D 選項推小車向前施力,且小車在向前的方向上移動一段距離,所以對小車做了功。答案為 D。 點評: 通過對這個問題的解析,學(xué)生能進(jìn)一步理解做功的兩個 必要因素。 例 2 一列火車以 20m/s 的速度在平直的軌道上勻速行駛,整列火車受的阻力是 9104N,問這列火車行駛 1min火車做了多少功? 精析: 解此題時,首先注意火車做勻速直線運動,因此火車的牽引力和阻力是一對平衡力,則 F=f,另外距離可以利用 S=vt來求,最后可用公式 W=Fs求出火車在這段距離中所做的功。 全解:由 V=S/t得, S=Vt=20m/s 60s=1200m 根據(jù): W=FS得 W=FS=fs=9 104N 1200m=1.08 108J 點評: 本題不僅訓(xùn)練了功的計算,而且訓(xùn)練了由物體的運動狀態(tài) 來確定物體受力情況的思維過程。 活動與探究 九年級( 10)班位于教學(xué)樓的三樓,若 一位中學(xué)生沿樓梯勻速爬上三樓, 請你估測一下 該學(xué)生在該過程中做功大約為多少。 思考與練習(xí) 一、填空題 1物理學(xué)中的做功包含兩個必要的因素:( 1) ,( 2) 。功的計算公式是 ,國際單位制中功的單位是 。 2九年級( 5)班的同學(xué)學(xué)習(xí)了功的知識后,他們討論對物體做功的多少 。李壯同學(xué)用 10N的水平拉力將重 300N 的箱子沿水平地面移動了 5m,張強(qiáng)同學(xué)將這個箱子勻速舉高 2m ,王明同學(xué)將這個箱子舉起后在空中停留 5s。李壯同學(xué)做功是 J,張強(qiáng)同學(xué)做功是 J,王明將箱子在空中停留 5s 過程中做功 J。 3如圖所示,在拉力 F 作用下,重為 120N 的物體豎 直向上做勻速直線運動,物體上升的速度為 0.4m/s, 則拉力 F 的大小為 N,在 5s 內(nèi)拉力做功 J。 (不計動滑輪的重、繩子的重及各處的摩擦) 二、選擇題 4.如圖所示,用水 平力 F拉著重為 100N的物體在水平地面上向左勻速移動了 5m,物體所受地面的摩擦力大小為 20N,則( ) 第 3 題圖 F G 12 A.重力做的功是 500J B.拉力大小為 100N C.拉力大小為 120N D.拉力做的功為 100J 5以下事例中,重力做功的是( ) A.冰球在 水平 的冰面上滾動 B.皮劃艇在平靜水面快速滑行 C.跳水運動員下落 D.舉重運動員把杠鈴舉起停在空中靜止不動 三、計算、論述 題 6一輛重為 20000N 的汽車在水平的公路上勻速行駛,汽車所受阻力為車重的 0.3 倍,汽車在 1 分鐘內(nèi)行駛 1.5Km,問在 1 分鐘內(nèi)牽引力做功多少焦?汽車受的重力做功多少焦? 相關(guān)鏈接 功的原理及應(yīng)用 使用動滑輪能省力,但不能省功,這個結(jié)論也適用于其他機(jī)械。大量的實驗和理論研究表明: 使用任何機(jī)械都不能省功 ,這個結(jié)論叫 功的原理 。 任何復(fù)雜的機(jī)械都是由簡單機(jī)械組合而成的,因此功的原理對一切機(jī)械都適用。這個結(jié)論在歷史上曾被譽為“機(jī)械的黃金定律”,對機(jī)械的使用和研 制都具有重要的指導(dǎo)意義。下面我們利用功的原理來解釋一下使用斜面為什么省力?如圖所示,物體所受重力為 G,斜面長為 L、高為 h, F 為沿斜面拉物體的力。根據(jù)功的原理,我們知道使用任何機(jī)械都不能省功。如果不計物體與斜面之間的摩擦,用力 F 沿斜面把物體勻速推上去所做的功,應(yīng)該等于直接將物體舉高所做的功。據(jù)此請你推導(dǎo)出 F 的計算公式。 G F h L F 第 4 題圖 13 四、功率 學(xué)習(xí)要求 1.理解功率的概念。了解功率的物理意義。 2.知道功率的公式 FvtWP ,會對有關(guān)功率的問題進(jìn)行簡單的計算。 3.知道功率的單位“瓦特( W)”,并能在計算中正確應(yīng)用。 4.經(jīng)歷探究人體的輸出功率的過程,進(jìn)一步熟悉科學(xué)探究的基本步驟。 5.進(jìn)一步形成樂于探究自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學(xué)道理的習(xí)慣,增強(qiáng)將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會實踐的意識。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 1.功率是表示物體做功快慢的物理量。功率的定義為單位時間內(nèi)完成的功。單位時間內(nèi)完成的功越多,做功就越快,完成相同的功所需的時間就越短。由功率公式可見功率大小是由做功多少與所用的時間共同決定的,做功多,功率不一定大;時間長,功率也不一定小。 2.功率的單位 W是一個 導(dǎo)出單位,是從功率的定義中得出來的。 1W=1J/S,表示在 1S 的時間完成 1J的功。由于“ W”比較小,在實際應(yīng)用中常用 kW 作為功率的單位: 1Kw=1000W。在學(xué)習(xí)中應(yīng)分清功的符號和功率的單位。 3.在使用 P=進(jìn)行計算時, P、 W、 t的單位分別為 w、 J和 S,請注意單位的統(tǒng)一性。 4.根據(jù) W=FS,得到功率 P=tW=tFs=F.ts=Fv的另一種表達(dá)形式,它對解決車、船的速度、功率、牽引力的 問題較為方便。 曲型范例 例 1 下列 關(guān)于功率的說法正確的是( ) A.功率大的機(jī)械比功率小的機(jī)械做功一定多 B. 功率大的機(jī)械比功率小的機(jī)械做功一定少 C.功率大的機(jī)械工作時所用的時間一定少 D.功率大的機(jī)械工作時做功一定快 精析: 功率定義為單位時間內(nèi)完成的功,由所做功的多少和所用的時間決定,它反映了物體做功的快慢。 A、 B、 C中都缺少一個因素,判斷是錯誤的。 全解: 物理學(xué)中用功率表示物體做功的快慢,所以功率大的機(jī)械做功一定快,故選 D。 點評: 類比是學(xué)習(xí)物理常用的方法,例 1中我們可以將功率與速度作 類比,物體運動的路程長,運動的速度不一定大;物體運動的速度小,運動的路程不一定短。我們可以用同樣的方法來理解功率。 例 2 暑假中,明明和爸爸到花果山去游玩,同時他們進(jìn)行了爬山比賽,已知明明和爸爸的體重之比為 23,從山底分別沿兩條不同的路線爬上同一山頂所用的時間之比是 34,則明明和爸爸爬山的功率之比為 ( ) 14 A 2: 3 B 1: 2 C 9: 8 D 8: 9 精析:功率 P=tW=tGh,所以21PP=21GG12tt=3234=98全解: 選 D。 點評: 本題中明明和爸爸沿不同路線爬山,路徑不同,但他們在力的方向上(豎直方向上)移動的距離是相同的。 例 3.一輛“奧迪” A4轎車用 3000N的牽引力以 72Km/h的速度在高速公路上行駛,這時轎 車的功率是多少 精析: 根據(jù) P=tW=tFs=F.ts=Fv,已知力 F 和速度 v 就可以求出功率 P。不過要注意各量的單位, 72Km/h 要化成用 m/s作單位。 全解: v=72Km/h=20m/s P=FV=3000N 20m/s=6 104w 點評: 本題能訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)不同的已知條件確定解題思路。 活動與探究 每臺動力機(jī)械都有它的額定功率,也就是正常工作時的功率,常標(biāo)在機(jī)械的銘牌上。下表 中列出了幾種動力機(jī)械,請你至少調(diào)查其中的兩種,把它的型號和額定功率填入表中。 機(jī)械名稱 柴油機(jī) 拖拉機(jī) 汽車 摩托車 洗衣機(jī) 型號 額定功率 思考與練習(xí) 一、填空題 1如圖為某舉重運動員在 0.5s 內(nèi)由支撐到起立將杠鈴舉起過程中拍攝 的兩張照片,杠鈴的質(zhì)量為 100kg,則杠鈴重為 N若這個過 程中運動員將杠鈴舉高約 0.5m,則該運動員在上述過程中對杠鈴做 功的平均功率約 為 W( g 取 10N/kg) 2.某人在水平地面上用 100N的水 平推力推動重 為 500N的物體,使物體以 0 2m s的速度勻速移動了 3m,此人做的功是 J,功率是 W 3.小剛要鋸開厚度 均勻 的木板,每拉一次,據(jù)條移動的距離為 0.3m,所用的力為 180N,連續(xù)拉鋸 50次用了 1min,這個過程中小剛做功為 _ J,功率是 _W 二、選擇題 4李明同學(xué)快速地由一樓跑到三樓的過程中,他的功率與下列哪個值最相近 ( ) A.5W B.50W C.500W D.5000W 5在中考體育測試的跳繩項目中,某同學(xué)取得了每分鐘跳 150次的好成績。假設(shè)他每跳一次所用時間相等,每次跳離地面的平均高度為 6cm。則他跳繩時的功率最接近于: 15 ( ) A 7.5W B 75W C 4500W D 7500W 6.實驗中學(xué)舉行首屆跑樓梯比賽,共有 20 名選手進(jìn)入決賽。若要測量參賽者的功率大小,需測出的物理量是( ) A.登樓所用的時間 B.參賽者的體重,所登樓層的高度 C.參賽者的體重,所登樓層的高度以及登樓所用的時 間 D.參賽者的體重,所登樓層的高度,登樓所用的時間以及參賽者通過的路程 三、計算、論述題 7.起重機(jī)把一個質(zhì)量為 0.5t 的工件在 15s內(nèi)提升了 6m,取 g 10N/kg。求: (1)起重機(jī)對工件所做的功; (2)起重機(jī)提升工件的功率。 8.一塊水田面積為 2400m2 ,要灌平均 0.1m深的水。不計水滲透的損失,求:( 1)所灌水的體積。( 2)所灌水的質(zhì)量。( 3)若這些水是用水泵 (抽水機(jī) )從距水田 2m深的水渠中抽上來的,水泵至少要做多少功?( 4)若水泵的功率為 2. 4kw,抽這些水要用多長時間?( 水 1.0 x103kg/m3,g=10N/kg) 相關(guān)鏈接 瓦特和蒸汽機(jī) 瓦特( 1736 1819)是英國發(fā)明家。一個寒冷的冬天,瓦特和老奶奶圍著火爐取暖的時候,發(fā)現(xiàn)燒開水的茶壺蓋“撲撲”地發(fā)出響聲,于是就留神地觀察起來,想弄清楚是誰在推動壺蓋;一會兒打開看看,一會兒又蓋上看看。當(dāng)他把茶壺嘴堵上時,蒸汽便頂開了壺蓋。他想這一定是蒸汽的力量。瓦特長大后一直記著這件事。 17 歲時瓦特當(dāng)了修理機(jī)械的學(xué)徒。后來他到格拉斯哥大學(xué)負(fù)責(zé)修理教學(xué)儀器,正巧學(xué)校里的一臺蒸汽機(jī)模型壞了。瓦特在修理過程中,發(fā)現(xiàn) 蒸汽機(jī)的大部分熱量都浪費了,他決心改進(jìn)蒸汽機(jī)。經(jīng)過一年的努力,在多次失敗后,他終于造出了新型的蒸汽機(jī),大大地提高了蒸汽機(jī)的效率。后來蒸汽機(jī)被廣泛應(yīng)用在冶金、采礦等行業(yè)。 1807 年美國的福爾頓把蒸汽機(jī)裝在船上發(fā)明了輪船, 1814 年英國的斯蒂芬把蒸汽機(jī)裝在車上發(fā)明了火車。人們?yōu)榱思o(jì)念他,就用“瓦特”來命名功率的單位。 16 五、機(jī)械效率 學(xué)習(xí)要求 1 經(jīng)歷使用動滑輪的實驗探究過程,了解什么是有用功、額外功和總功。理解三者之間的數(shù)量關(guān)系。 2 理解什么是機(jī)械效率。學(xué)會用機(jī)械效率的公式進(jìn)行有關(guān)問題的簡單計算。 3 了解常用機(jī)械的效率,通過討論、分析,了解影響機(jī)械效率的因素。 4 通過對機(jī)械效率的了解,認(rèn)識到做所有的事情都要講究效率。 5 了解使用機(jī)械的歷史過程,認(rèn)識機(jī)械的使用對社會發(fā)展的作用。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 1有用功、額外功、總功。 正確認(rèn)識機(jī)械效率,關(guān)鍵是弄清有用功、額外功和總功的含義。有用功是對人們有用的功,無論采用什么機(jī)械,有用功的數(shù)量是不變的。若使用機(jī)械的目的是提升物體,那么克服物體的重力所做的功就是有用功,即 W 有用 =Gh;若目的是在水平面上平移重物,那么克服物體與水平面間的摩擦力所做的功就是有用功,即 W 有用 =fs。額外功是指由于使用機(jī)械而額外多做的功,機(jī)械的摩擦和機(jī)械的自重往往是產(chǎn)生額外功的原因。 2機(jī)械效率總小于 1。 使用不同的機(jī)械做功,需要做的額外功是各不相同的,額外功在總功中所占的比例越小越好,或者說有用功在總功中所占的比例越大越好。機(jī)械效率是有用功跟總功的比例,即 =W有用 /W 總功 。由于 W 額外 是不可避免的,因此 W 有功 hB、),推動紙盒運動一段距離后靜止。 要研究動能與質(zhì)量的關(guān)系,我們應(yīng)選擇 兩圖來進(jìn)行比較。 第 30 題圖 38 要研究動能與速度的關(guān)系,我們應(yīng)選擇 兩圖來進(jìn)行比較。 ( 3)從圖中可以看出 A、 B、 C三個小球剛 到達(dá)水平面時, 球的動能最大。 五、 計算題 31 一自制家用太陽能熱水器的效率在夏天可達(dá) 50%,從太陽能手冊中查到:在地球表面,晴天時垂直于陽光表面接受到的輻射熱為 1.26103J/( m2s ) ,如果水箱內(nèi)的水大約有40Kg,水箱接受陽光垂 直照射的面積始終為 1.5m2, 問 要使水溫上升 30 需要多長時間? 32 學(xué)習(xí)熱學(xué)知識后,兩位同學(xué)設(shè)計了一個測定液化氣熱值的實驗:取 500g水放入鍋中,用溫度計測得水的初始溫度為 20,讀出液化氣表的示數(shù)為 12.560m3。然后用液化氣給水加熱,當(dāng)溫度計的示數(shù)為 80時,液化氣表的示數(shù)為 12.563m3。 C 水 4.2 103J/( kg),1m3某種氣體燃料完全燃燒時所放出的熱量叫該種氣體燃料的熱值 ( 1)求實驗過程中水吸收的熱量 Q。 ( 2)他們用水吸收的熱量 Q和液化氣表的示數(shù)差 V(即所用液化 氣的體積),根據(jù) q=VQ計算出了液化氣的熱值。請回答這個實驗方案是否可行?并說明理由 。 33 我國是世界上的垃圾 “生產(chǎn) ”大國,垃圾的掩埋處理將占大量的土地,并污染土壤和水源,為各種菌毒、蒼蠅提供了理想的棲生和繁衍場所。據(jù) “全國城市生活垃圾處理及資源利用經(jīng)驗交流大會 ”資料顯示,僅 1997 年,我國城市生活垃圾達(dá) 1.3108t,假設(shè)垃圾的平均密度為 103kg/m3。 ( 1) 若將這些垃圾鋪放在 連云港 (銀川市的城市面積 約 是 1.3107m2),將會形成多厚的垃圾層 ? ( 2) 從 20 世紀(jì) 70 年代起,一些發(fā)達(dá)國家已著手利用垃圾發(fā)電,科學(xué)家預(yù)測,焚燒1t 垃圾,其中的有機(jī)可燃物可產(chǎn)生 1.51010J 的熱量,試計算,若將 1997 年我國城市生活垃圾焚燒用來發(fā)電,與燃燒多少煤炭產(chǎn)生的熱量相同(煤的熱值為 3.0107J/kg) (刪去) 39 階段性自我檢測(一) 一選擇題 1 如 圖所示的簡單機(jī)械,在使用中屬于省力杠桿的是 ( ) 2 如圖所示,小明在玩蹦蹦桿,在小明將蹦蹦桿中彈簧向下壓縮的過程中,小明的重力勢能、彈簧的 彈性 勢 能的變化是 ( ) A 重力勢能減小,彈性勢能增大 B 重 力勢能增大,彈性勢能增大 C 重力勢能減小,彈性勢能減小 D 重力勢能增大,彈性勢能減小 3如圖所示,杠桿 AOB 的 A 端掛重為 GA的物體, B 端掛重 為 GB的物體,杠桿處于平衡狀態(tài), AO=BO,杠桿自身重力不計,則 ( ) A GA=GB B GAGB D無法判斷 4擲出手的鉛球在空中飛行的過程中,對它做功的是 ( ) A 手的推力 B. 重力 C慣性 D沒有力對它做功 5 下列過程中動能轉(zhuǎn)化為勢能的是 ( ) A 鐘表里旋緊的發(fā)條,帶動齒輪轉(zhuǎn)動 B 重錘從高處下落 C 壓縮的彈簧將物體彈射出去 D 向上拋出的石塊的上升過程 6初二物理興趣小組的同 學(xué)學(xué)習(xí)了功率知識后,進(jìn)行了 “比一比誰上樓功率大 ”的比賽其中某同學(xué)從一樓跑到三樓用了 10s,則他上樓過程中的功率大約是 ( ) A 3W B 30W C 300W 3000 W 7如圖所示,在 “研究杠桿平衡條件 ”的實驗中,杠桿上每格的長度都相同,兩邊掛上鉤碼后杠桿平衡,如果把兩邊的鉤碼都同時向里移動一個格,則杠桿 ( ) A仍能平衡 B不能平衡, A 端上升 C不能平衡 , B 端上升 D無法判斷 8 關(guān)于溫度、熱量和內(nèi)能,下列說法中 正確的是 ( ) A 0 的冰 的 內(nèi)能為零 B 物體溫度越高,它所含 的 熱量就越多 第 7 題圖 第 2 題圖 第 3 題圖 40 C 兩個物體的溫度相同,它們之間就不能發(fā)生熱傳遞 D 物體吸收了熱量,物體的溫度一定會升高 9下列事例中,通過熱傳遞使物體內(nèi)能增加的是 ( ) A陽光下鐵板曬得發(fā)燙 B用鋸子鋸木頭,鋸條的溫度升高 C天冷時兩手相互摩擦,手感到暖和 D流星經(jīng)過大氣層時,燃 燒發(fā)光 10下列現(xiàn)象中,利用做功的方法增加物體內(nèi)能的是 ( ) 水蒸氣將鍋蓋頂起 鐵錘猛擊石塊飛出火星 用酒精燈給水加熱 點燃的爆竹騰空而起 11大偉同學(xué)用一個距離手 3m 高的定滑輪拉住重 100N 的物體,從滑輪正下方沿水平方向移動 4m,如圖所示,若不計繩重和摩擦,他至少做多少功 ( ) A 200J B 3000J C 400J D 500J 二 、 填空題 12 熱機(jī)工作時污染環(huán)境主要表現(xiàn)在兩個方面: 和 。 13小明用 100N 的力沿豎直方向?qū)⒏軛U的一端拉下 2m 時,杠桿的另一端把 320N 的重物提高了 0 5m,他做的有用功是 J,總功是 J,杠桿的機(jī)械效率是 14有甲、乙、丙三個物體在做不同的運動:甲在空中下落 (不計空氣阻力 ),乙沿斜面勻速下滑,丙在水平面上做曲線運動且速度大小保持不變,那么在這三個物體中,機(jī)械能總 量不變的是 ,動能不變而勢能減少的是 。 15 如圖所示 , 作用在杠桿左端且始終與杠桿垂直的力 F 將杠桿由水平位置 OA 緩慢拉至 OB,則在這個過程 中 F 將 _(選填 “變大 ”、 “變小 ”或 “不變 ”)。 16 如圖所示,某同學(xué)在做俯臥撐運動,可將他視為一個杠桿。他的重心在 A 點,重力為 500N,那么他將身體撐起,雙手對地面的壓力至少 為 _N。若他在 1min 內(nèi)做了 30 個俯臥撐,每次肩部上升的距離均為 0.4m,則他的功率至少為 _W。 17 大量植樹造林,可調(diào)節(jié)氣溫,對改善生態(tài)環(huán)境有重要意義。據(jù)資料介紹,一公頃森林每天吸收的太陽能約為 1.071010J,如果這些能量被面積為一公頃、一定厚度的3.96106kg 干泥土地面吸收,可使地面溫度升高 _ 。 c 干泥土 =0.84103J/(kg ) 三、作圖與實驗 18 用滑輪組拉出陷人泥中的汽車在圖中畫出最省力的繩子繞法 19畫出使杠桿 AB 在 如 圖所示位置靜止時,所用最小力 F 的作用點和方向 第 15 題圖 A F O B 第 16題圖 第 11 題圖 41 20蘭蘭和芳芳運用如圖所示的實驗裝置測定了滑輪組的機(jī)械效率,在全班交流實驗結(jié)果時,老師提出:如果各組所用滑輪和串繞繩子的方式不變,改變其他因素,是否會影響它的機(jī)械效率呢 ?大家積極思考,提出了各種猜想,概括起來有如下幾種: 猜想 l:可能與勻速提升的速度大小有關(guān); 猜想 2:可能與被提升的鉤碼重力有關(guān); 猜想 3:可能與勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重力都有關(guān); 猜想 4:可能與鉤碼被提升的高度有關(guān) 蘭蘭和 芳芳分別根據(jù)各自的猜想進(jìn)行了探究,實驗記錄如下表 蘭蘭的實驗記錄: 物理量 控制因素 鉤碼重 N 繩端拉力 N 機(jī)械效率 大致相同 10 4 2 79 4% 的速度提升 15 6 0 探究結(jié)果 芳芳的實驗記錄: 物理量 控制因素 鉤碼重 N 繩端拉力 N 機(jī)械效率 較小提升速度 10 4 2 79 4% 較大提升速度 10 4 2 79 4% 探究結(jié)果 (1)請幫助 蘭蘭 完成表中的一項計算; (2)請根據(jù)她們的實驗記錄分別在表中寫出探究結(jié)果; (3)歸納她們的實驗探究,你所得的結(jié)論是 _ 四、計算題 21 一園林工人用割草機(jī)進(jìn)行割草。園林工人用 50N 的推力推動重為 100N 的割草機(jī)勻速沿水平方向割草 40m 遠(yuǎn),割完草后,他又將割草機(jī)扛著水平走了 10m,隨后扛著割草機(jī)上了 8m 高的三樓放下,求他對割草機(jī)做了多少功。 22. 假期里,小 芳 和爸爸、媽媽一起參加了一個家庭游戲活動 ?;顒右笫牵杭彝コ蓡T中的任意兩名成員分別站在如圖所示的木板上,恰好使木板水平平衡。 (1)若小 芳 和爸爸的體重分別為 400N 和 800N,小 芳 站在距離中央支點 2m 的一側(cè),爸第 18 題圖 第 19 題圖 第 20 題圖 42 爸應(yīng)站在距離支點多遠(yuǎn)處才能使木板水平平衡 ? (2)若小 芳 和爸爸已經(jīng)成功地站在了木板上,現(xiàn)在他們同時開始勻速相向行走,小 芳 的速度是 0.5m s,爸爸的速度是多大才能使木板水平平衡不被破壞 ? 23 某單缸四沖程汽油機(jī)的 汽 缸活塞面積為 30cm2,一個沖程活塞在 汽 缸中移動的距離是 50mm,滿負(fù)荷工作時做功沖程燃?xì)獾钠骄鶋?強(qiáng)為 9.0lO5Pa,飛輪 lmin轉(zhuǎn)動 1800周,當(dāng)汽油機(jī)滿負(fù)荷工作時 (不計摩擦 ),求: (1)做功沖程中燃?xì)鈱钊钠骄鶋毫Γ?(2)一個做功沖程中燃?xì)鈱钊龅墓Γ?( 3) 汽油機(jī)的功率 24某市溫泉鎮(zhèn)蘊藏著極為豐富的地下熱水,水層距地表約 200 300m,鎮(zhèn)內(nèi)擁有 7 口熱水井,井孔深達(dá) 600m,日涌水總量 為 4000m3,

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