力和机械
四、杠杆
l1 O l2 1、 定义：在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。 2、 五要素——组成杠杆示意图。
F1 F2 ①支点：杠杆绕着转动的点。用字母O 表示。
②动力：使杠杆转动的力。用字母 F1 表示。 ③阻力：阻碍杠杆转动的力。用字母 F2 表示。
说明：动力、阻力都是杠杆的受力，所以作用点在杠杆上。
动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆的转动的方向相反 ④动力臂：从支点到动力作用线的距离。用字母l1表示。 ⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离。用字母l2表示。 画力臂方法：一找支点、二画线、三连距离、四标签 ⑴ 找支点O；⑵ 画力的作用线（虚线）；⑶ 画力臂（虚线，过支点垂直力的作用线作垂线）；⑷ 标力臂（大括号）。 3、 研究杠杆的平衡条件：
①杠杆平衡是指：杠杆静止或匀速转动。
②实验前：应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在水平位置平衡。目的：可以方便的从杠杆上量出力臂。
③结论：杠杆的平衡条件（或杠杆原理）是：
动力×动力臂＝阻力×阻力臂。写成公式F1l1=F2l2 也可写成：F1 / F2=l2 / l1 4、应用： 名称 省力 杠杆 结 构特 征 动力臂 大于 阻力臂 特 点 省力、 费距离 应用举例 撬棒、铡刀、羊角锤、钢丝钳、 动力臂 费力、 缝纫机踏板、起重臂 小于 省距离 理发剪刀、钓鱼杆 阻力臂 等臂 动力臂等于阻不省力 天平，定滑轮 杠杆 力臂 不费力 说明：应根据实际来选择杠杆，当需要较大的力才能解决问题时，应选择省力杠杆，当为了使用方便，省距离时，应选费力杠杆。 费力 杠杆 五、滑轮
F1
lll lF2 F2 F1
1、定滑轮：
①定义：中间的轴固定不动的滑轮。 ②实质：定滑轮的实质是：等臂杠杆
③特点：使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。 ④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦）F=G
绳子自由端移动距离SF(或速度vF) = 重物移动 的距离SG(或速度vG) 2、动滑轮：
①定义：和重物一起移动的滑轮。（可上下移动， 也可左右移动）
②实质：动滑轮的实质是：动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。 ③特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。 ④理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F=1/2G
只忽略轮轴间的摩擦则拉力F= 1/2 (G物+G动)绳子自由端移动距离是重物移动的距离的2倍 3、滑轮组
①定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。
②特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向
③理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F=1/2G。
只忽略轮轴间的摩擦，则拉力F=1/2 (G物+G动) 绳子自由端移动距离是重物移动的
距离的2倍
④组装滑轮组方法：首先根据公式n=(G物+G动) / F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。
功和机械能
一、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．不做功的三种情况：有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。
巩固：☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人不做功。（原因是足球靠惯性飞出）。 3．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=FS。 4．功的单位：焦耳，1J=1N·m。把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0．5J。 5．应用功的公式注意：①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。 二、功的原理
1．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。 2．说明：（请注意理想情况功的原理可以如何表述？） ①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。
②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。 一
③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。
④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）。 3．应用：斜面
①理想斜面：斜面光滑；
②理想斜面遵从功的原理；
③理想斜面公式：FL=Gh，其中：F：沿斜面方向的推力；L：斜面长；G：物重；h：斜面高度。
如果斜面与物体间的摩擦为f，则：FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。 三、机械效率
1．有用功：定义：对人们有用的功。
公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总 斜面：W有用=Gh
2．额外功：定义：并非我们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：定义：有用功加额外功或动力所做的功
4．单位：主单位W；常用单位kW mW 马力。 换算：1kW=103W 1mW=106 W 1马力=735W。
某小轿车功率66kW，它表示：小轿车1s内做功66000J。 5．机械效率和功率的区别：
功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。 五、机械能 （一）动能和势能
1．能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能。
理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。
②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”。如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。
2．知识结构：
3．探究决定动能大小的因素：
①猜想：动能大小与物体质量和速度有关。
实验研究：研究对象：小钢球 方法：控制变量。
·如何判断动能大小：看小钢球能推动木块做功的多少。
·如何控制速度不变：使钢球从同一高度滚下，则到达斜面底端时速度大小相同。
·如何改变钢球速度：使钢球从不同高度滚下。
③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大。
保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；
④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。
物体 质量速度v/动能m/kg （m．s-1） E/J 牛 约600 约0．5 约75 中学约50 约6 约900 生 练习：☆上表中给出了一头牛漫步行走和一名中学生百米赛跑时的一些数据：分析数据，可以看出对物体动能大小影响较大的是速度。你判断的依据：人的质量约为牛的1/12，而速度约为牛的12倍，此时动能为牛的12倍，说明速度对动能影响大。
4．机械能：动能和势能统称为机械能。
理解：①有动能的物体具有机械能；②有势能的物体具有机械能；③同时具有
动能和势能的物体具有机械能。 （二）动能和势能的转化
1．知识结构：
2．动能和重力势能间的转化规律：
①质量一定的物体，如果加速下降，则动能增大，重力势能减小，重力势能转化为动能。
②质量一定的物体，如果减速上升，则动能减小，重力势能增大，动能转化为重力势能。
3．动能与弹性势能间的转化规律：
①如果一个物体的动能减小，而另一个物体的弹性势能增大，则动能转化为弹性势能。
②如果一个物体的动能增大，而另一个物体的弹性势能减小，则弹性势能转化为动能。
4．动能与势能转化问题的分析：
⑴首先分析决定动能大小的因素，决定重力势能（或弹性势能）大小的因素──看动能和重力势能（或弹性势能）如何变化。
⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大──如果除重力和弹力外没有其他外力做功（即：没有其他形式能量补充或没有能量损失），则动能势能转化过程中机械能不变。
⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失──机械能守恒；“斜面上匀速下滑”表示有能量损失──机械能不守恒。 （三）水能和风能的利用
1．知识结构：
2．水电站的工作原理：利用高处的水落下时把重力势能转化为动能，水的一部分动能转移到水轮机，利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。 练习：☆水电站修筑拦河大坝的目的是什么？大坝为什么要设计成上窄下宽？