简单机械功和机械能中考复习指导

简单机械、功和机械能中考复习指导江苏缪启忠一、考点透视杠杆定义及杠杆五要素；画动力臂和阻力臂；杠杆的分类及应用；根据杠杆的平衡条件计算动力或阻力的大小；根据做功的两个必要因素判断力是否对物体做了功；会用功的公式计算功的大小；功率的含义；用功率的公式计算功率的大小；有用功、额外功、总功的含义；机械效率的概念；测量、计算和比较滑轮组的机械效率；动能、重力势能、弹性势能、机械能的概念；影响动能、重力势能、弹性势能大小的因素；动能和势能之间的相互转化。

（一）杠杆1. 定义：在力的作用下能绕固定点转动的硬棒。

2. 杠杆五要素：支点O 、动力1F 、阻力2F 、动力臂1L 、阻力臂2L 。

强调：（1）支点只有一个，必须画在杠杆上。

（2）力臂是一个点到一条直线的距离。

画力臂的方法及步骤：先根据实际情况标出杠杆的支点，再通过力的作用点沿力的方向画力的作用线（可以向两端适当延长），最后通过支点向力的作用线作垂线，垂足落在力的作用线上，从支点到力的作用线的这段垂直距离即为该力的力臂。

切记，力臂不是在力的作用线上而是垂直力的作用线。

（3）若力的作用线通过支点，则其力臂为零，该力对杠杆无转动效果。

3. 杠杆平衡条件又叫杠杆原理，内容是：动力×动力臂=阻力×阻力臂，或写作2211L F L F =。

强调：研究杠杆平衡条件时，在不挂重物的情况下，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡，其目的是为了使杠杆本身的重力作用线通过支点，这样可以避免杠杆本身重力对实验的影响。

同时可以直接从杠杆上读出或量出力臂。

4.强调：既省力又省距离的杠杆是没有的。

（二）滑轮和滑轮组1. 定滑轮的实质是等臂杠杆，定滑轮不省力但能够改变力的方向。

2. 动滑轮实质是动力臂等于阻力臂两倍的杠杆，动滑轮能省力一半力但不能改变力的方向。

3. 滑轮组既省力又能改变力的方向。

在不计摩擦和绳重的情况下，绳子自由端的拉力nG G F 动物+=，其中n 表示承担动滑轮和重物的绳子的段数。

强调：（1）绳子段数n 的判定方法：在定滑轮和动滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开（或遮住定滑轮），数出所有绕在动滑轮上的绳子的段数即为n 值。

（2）使用滑轮组时，绳子自由端移动的距离s 等于绳子段数n 与物体实际移动距离h 的乘积，即s=nh 。

（3）滑轮组的绕绳方法：当n 为奇数时，绳子固定端拴在动滑轮挂钩上；当n 为偶数时，绳子固定端拴在定滑轮上。

（三）功（1）力学里所说的功包括两个必要因素：一是作用在物体上的力；二是物体在力的方向上通过的距离。

（2）力学里规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。

公式：W=F ·s 。

（3）功的单位：焦耳，1J=1N ·m 。

强调：不做功的三种情况a. 物体受力，但物体没有在力的方向上通过距离。

此情况叫“劳而无功”。

b. 物体移动了一段距离，但在此运动方向上没有受到力的作用（如物体因惯性而运动）。

此情况叫“不劳无功”。

c. 物体既受到力，又通过一段距离，但两者方向互相垂直（如起重机吊起货物在空中沿水平方向移动）。

此情况叫“垂直无功”。

（四）功的原理内容：使用机械时人们所做的功都不会少于直接用手所做的功，即：使用任何机械都不省功。

强调：（1）功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。

（2）使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力，或者可以省距离，也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。

（五）机械效率1. 有用功：对人们有用的功。

2. 额外功：并非我们需要但又不得不做的功。

3. 总功：有用功加额外功或动力对机械所做的功。

4. 机械效率：（1）定义：有用功跟总功的比值。

（2）公式：总有用W W =η。

强调：（1）机械效率是表示机械对总功利用率高低的物理量。

若机械效率越大，表示该机械对总功的利用率越高，即机械做的有用功占它所做的总功的比例越大，或者说额外功占总功的比例越小，也说明该机械的性能越好。

（2）机械效率总小于1。

因在使用机械时，不可避免0W >额。

所以由额有总W W W +=可知总有W W <，即η<1。

（3）计算机械效率的各种变形式。

杠杆：11221122L F L F h F h F ==η 斜面：FlGh =η 定滑轮：F GFh Gh Fs Gh ===η 动滑轮：F2Gh 2F Gh Fs Gh =⋅==η 滑轮组：A. 在竖直方向上提升物体，nF G Fnh Gh Fs Gh W W ====总有η（对于滑轮组：hsn =，s 为动力移动的距离，h 为物体提升的高度）。

若只计动滑轮的重，则nG G F 动+=，机械效率η还可等于动G G G +，即动G G G+=η。

B. 在水平方向上拉动物体，nFfFnh fh Fs fh W W ===＝总有η（h 为物体移动的距离，s 为拉力移动的距离）。

5. 机械效率的测量： （1）原理：FsGhW W ==总有η （2）应测物理量：钩码重力G 、钩码提升的高度h 、拉力F 、绳的自由端移动的距离s 。

（3）器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外，还需刻度尺、弹簧测力计。

步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高。

目的：保证测力计示数大小不变。

（4）结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：a. 动滑轮越重，个数越多，则额外功相对就多。

b. 提升重物越重，做的有用功相对就多。

c. 若各种摩擦越大，做的额外功就越多。

强调：绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。

（六）功率（1）定义：单位时间里完成的功。

公式：tW P =。

（2）物理意义：表示做功快慢的物理量。

（3）单位：主单位W ，常用单位kW 、mW 。

（4）由W=Fs 得Fv tFs t W P ===。

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。

（七）机械能 1. 能量一个物体能够做功，我们就说它具有能。

一个物体能够做功越多，具有的能量越大。

强调：“能够做功”指物体具有做功的本领；物体不一定正在做功。

2. 动能（1）物体由于运动而具有的能叫动能。

（2）动能的大小跟物体的速度和质量有关，运动物体的速度越大，质量越大，动能越大。

3. 势能 （1）重力势能a. 被举高的物体具有的能叫重力势能。

b. 物体的质量越大，举得越高，重力势能越大。

（2）弹性势能a. 发生弹性形变的物体具有的能，叫弹性势能。

b. 物体弹性形变越大，它具有的弹性势能越大。

4. 机械能： 动能和势能的统称。

二、近两年中考试题特点特点一：注重对基本知识和技能的考查基本概念和规律是初中物理知识的核心内容，在《物理课程标准》中也把“知识与技能”作为课程的首要目标，提出让学生通过基本知识的学习与基本技能的训练，初步了解自然界的基本规律，能逐步客观地认识世界、理解世界。

因此，注重对基本概念和规律的考查一直是中考物理命题的特点。

在考查时并不是单纯地要求学生对这些基本知识死记硬背，机械模仿，而是重在考查学生能否在实际的情景中将所学的知识深化、活化。

例如：洒水车在洒水过程中的机械能变化；踢足球过程中的做功问题等等。

特点二：体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念，加大试题与生活实际的联系中学物理与现实生活、生产的联系非常紧密，在中学阶段特别是初中阶段结合实际现象学习物理知识，不仅可使学生真正体会到物理知识的重要性和实用性，而且能提高学生学习物理的兴趣，引导学生在现实生活中多观察、多思索，提高他们主动运用所学知识解决实际问题的兴趣和能力，也符合物理课程标准中倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念。

例如：扶正被风吹倒的树木问题；搬运大小轻重不同的物件用力的姿势问题；跑步机中的做功问题等等。

特点三：强化实验过程，注重研究方法实验是培养学生观察能力、动手操作能力的重要途径，新课程标准的教学目标中特别强调：实验教学是知识的形成过程与研究方法再现的最好手段。

物理中考试题中，实验题要求学生在熟悉课本实验的原理、器材、方法的基础上，突破框框、更新方法、更新器材，并能进行简单的实验设计，会根据实验数据分析、得出结论。

简单机械、功、功率、机械效率和机械能一直是中考力学的重点知识，其考查题型常常涉及到选择题、填空题、实验探究题、计算题。

统计2006年中考110份各省市物理试卷，发现这部分知识分值平均约占总分值的25%左右。

特别是关于杠杆平衡条件的研究、机械效率实验的探究、功、功率和机械效率的综合计算，在2006年中考试卷中都占有很大的比例。

（一）基础知识的考查例1 （2006宜昌）关于能的概念，下列说法正确的是（）A. 用线悬挂着的物体，它没有做功，它不具有机械能B. 在空中飞行的子弹，因为它能做功，所以它具有机械能C. 甲物体的运动速度比乙物体的大，则甲物体的动能一定比乙物体的大D. 甲物体的高度比乙物体的高度大，则甲物体的势能一定比乙物体的大分析：本题考查学生对机械能、动能、势能的概念的理解。

用线悬挂的物体，由于被举高而具有重力势能；重力势能的大小是由物体的质量和高度共同决定的，被举得越高的物体具有的重力势能不一定大；物体动能的大小是由物体的质量和速度大小共同决定的，速度大的物体动能不一定大。

所以本题应选B。

例2 （2006常州）某人用20N的力将重为15N的球推出去后，球在地面上滚动了10m 后停下来，这个人对球所做的功为（）A. 0JB. 200JC. 150JD. 条件不足，无法计算分析：本题考查了做功的两个必要因素、运用功的计算公式计算力对物体所做的功。

理解功的计算公式中力与物体移动距离的关系是解题的关键。

球的运动可分为两个阶段：其一是球出手前，人对球做了功，因为球在人的推力作用下，通过了一段距离，但这个距离不是10m，题目中也没有交代这个距离为多少，所以无法计算出推力对球做了多少功；其二是球离开人在地面上滚动时，球不再受推力的作用而仅依靠惯性向前运动，人不再对球做功。

所以他对球所做的功无法计算。

所以本题选D。

（二）基本能力的考查例3 （2005南通）跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，他的（ ） A. 动能增大，势能不变 B. 动能不变，势能减小 C. 动能、势能都不变D. 动能减小，势能增大分析：本题考查对动能、势能概念的综合理解，解答本题除了要知道影响动能、势能大小的因素外，还要注意“匀速”这一条件。

切忌不认真审题，错误地认为下落的物体越来越快，动能越来越大。

运动员在匀速下落的过程中，质量、速度均未发生变化，因此，他的动能不变，而运动员在逐渐下降，所以他的重力势能逐渐变小。

所以本题应选B 。