圖11.3-2研究物體的動(dòng)能在同樣的水平面上，木塊被撞得越遠(yuǎn)，闡明鋼球?qū)δ緣K做的功就越多。木塊被撞的遠(yuǎn)近反映了鋼球動(dòng)能的大小。甲

乙實(shí)驗(yàn)表明，鋼球從高處滾下，高度越高，鋼球運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)速度越

快,木塊被撞得越

遠(yuǎn)

。所以，質(zhì)量相

同時(shí)，鋼球的速度越大，動(dòng)能越

大

O1.讓同一個(gè)鋼球分別從不同的高度由靜止開(kāi)始滾下，鋼球運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)的快慢一樣嗎?哪次木塊被撞得遠(yuǎn)?丙丁實(shí)驗(yàn)表明，速度相同時(shí)，質(zhì)量越大的鋼球?qū)⒛緣K撞得越遠(yuǎn)。所以，鋼球的速度相同時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能越

大

。2.讓質(zhì)量不同的鋼球從同一高度由靜止開(kāi)始滾下。哪個(gè)鋼球把木塊撞得遠(yuǎn)?大量實(shí)驗(yàn)表明：質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)的速度越大，它的動(dòng)能越大；運(yùn)

動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大它的動(dòng)能也越大。

想想議議某段道路的標(biāo)志牌顯示：小型客車最高行駛速度不得超過(guò)100km/h;

大

型客車、載貨汽車最高行駛速度不得

超過(guò)80km/h

(圖11.3-3)。圖11.3-3交通標(biāo)志牌

想想議議請(qǐng)你用物理知識(shí)解釋，為什么要對(duì)機(jī)

動(dòng)車的最高行駛速度進(jìn)行限制?為什么

在同樣的道路上，對(duì)不同車型會(huì)設(shè)定不

一樣的最高行駛速度?動(dòng)能大小的決定因素是物體的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)的速度。圖11.3-3交通標(biāo)志牌

想想議議質(zhì)量越大，速度越大，物體的動(dòng)能就越大。當(dāng)機(jī)動(dòng)車的質(zhì)量相等時(shí)，機(jī)動(dòng)車的速度越大，動(dòng)能越大，越不容易剎住車，所以要對(duì)機(jī)動(dòng)車的速度加以限制，以免發(fā)生交通事故。當(dāng)機(jī)動(dòng)車的速度相等時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能也越大，所以大型客車、載貨汽車的限制速度比小型客車的小。車型不同，車的質(zhì)量往往也不同。如果車的行駛速度相同，質(zhì)量大的車，動(dòng)能大，行駛時(shí)危險(xiǎn)性就大。因此，在同樣的道路上，交通管理部門會(huì)對(duì)不同車型設(shè)定

不同的最高行駛速度。圖11.3-3交通標(biāo)志牌勢(shì)

能打樁機(jī)在工作時(shí)(圖11.3-4),把重錘高高舉起，重錘落下就可以把樁打入地下，重錘對(duì)樁做了功。這闡明高處的重錘具有能量。在地球表面附近，物體由

于受到重力并處在一定高度時(shí)所具有的

能，叫作重力勢(shì)能。圖11.3-4舉高的重錘具有重力勢(shì)能例如，如果想讓水力發(fā)電站發(fā)出更多的電，就要想辦法儲(chǔ)存更多的水，將水位提得更高，盡量增大水的重力勢(shì)能。圖11.3-4舉高的重錘具有重力勢(shì)能物體的質(zhì)量越大，位置越高，它的重力勢(shì)能就越大。我國(guó)的烏東德水電站的攔河拱壩高270m

(圖11.3-5)。水電站滿負(fù)荷發(fā)電

時(shí)，一天的發(fā)電量就可以滿足30萬(wàn)人

1年的生活用電。我國(guó)葛洲壩水電站

的攔河壩高70m

。

有人說(shuō)，前者水的

重力勢(shì)能比后者的大。能夠這樣簡(jiǎn)單

地得出結(jié)論嗎?為什么?圖11.3-5烏東德水電站的攔河拱壩

想想議議

想想議議◆

物體被舉高度

一

定，

質(zhì)

量越大，

重力勢(shì)能越

大；◆

物體質(zhì)量

一

定，被舉得越高，重

力勢(shì)能越

大。圖11.3-5烏東德水電站的攔河拱壩發(fā)生形變的物體在恢復(fù)原狀時(shí)可以做功，

因此也具有能量。圖11.3-7

拉彎的弓具有彈性勢(shì)能圖11.3-6發(fā)生形變的網(wǎng)球拍具有彈性勢(shì)能例如，發(fā)生形變的網(wǎng)球拍能將網(wǎng)球彈出，具有能量(圖11.3-6);拉彎的弓能將箭射出，具有能量(圖11.3-7);圖11.3-7

拉彎的弓具有彈性勢(shì)能圖11.3-6發(fā)生形變的網(wǎng)球拍具有彈性勢(shì)能被壓彎的跳板能將運(yùn)動(dòng)員彈起，具有能量……物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能叫作彈性勢(shì)能。射箭時(shí)弓的形變?cè)酱螅涞迷竭h(yuǎn)。物體的彈性形變?cè)酱?，?/p>

具有的彈性勢(shì)能就越大。重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能是常見(jiàn)的兩種勢(shì)

能

(potentialenergy)。練習(xí)與應(yīng)用一①除了課本中所列舉的能對(duì)外做功的物體，請(qǐng)你各舉一個(gè)具有動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的實(shí)例。動(dòng)能的實(shí)例：運(yùn)動(dòng)的汽車、游動(dòng)的鯨魚、奔跑的老虎等。重力勢(shì)能的實(shí)例：站在樹(shù)枝上的小鳥(niǎo)、山上的石頭等。彈性勢(shì)能的實(shí)例：拉開(kāi)的彈弓、伸長(zhǎng)的橡皮筋、彎曲的鋼尺等。②

請(qǐng)你判斷下列物體具有哪種形式的能量：(1)在水平公路上行駛的汽車；在水平公路上行駛的汽車具有動(dòng)能。(2)懸掛在天花板上的吊燈；懸掛的吊燈受重力且具有一定高度，具有重力勢(shì)能。(3)在空中飛行的飛機(jī)；在空中飛行的飛機(jī)，有高度而具有重力勢(shì)能，因運(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能。(4)被拉開(kāi)的彈弓。被拉開(kāi)的彈弓發(fā)生了彈性形變，具有彈性勢(shì)能。③

輕軌列車有時(shí)在水平地面上的軌道行駛，有時(shí)在高架軌道上行駛，有時(shí)還要?？吭诟呒苘壍赖恼九_(tái)上。在上述三種情況

下，輕軌列車分別具有什么形式的能量?水平行駛的輕軌列車具有動(dòng)能；在高架軌道上行駛的輕軌列車具有重力勢(shì)能和動(dòng)能；?？吭诟呒苘壍郎系妮p軌列車具有重力勢(shì)能。④

在“研究物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，讓質(zhì)量不同的鋼球從同一高度由靜止開(kāi)始滾下的目的是什么?你是通過(guò)觀察什么現(xiàn)象來(lái)比較鋼球動(dòng)能大小的?讓不同的鋼球從同一高度由靜止開(kāi)始滾下的目的：使小球到達(dá)底部時(shí)的速度相等；比較鋼球動(dòng)能大小的方法：觀察木塊被撞擊距離的遠(yuǎn)近。⑤

請(qǐng)你從能量的角度解釋，為什么騎自行車時(shí)速度不能太大?因?yàn)樵谫|(zhì)量不變的情況下，速度越大，動(dòng)能越大，發(fā)生意外時(shí)造成的傷害越大，故騎自行車的速度不能太大。能夠?qū)ν庾龉Φ奈矬w就具有能量能量單位：焦耳(J)物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能動(dòng)能影響因素：質(zhì)量、速度物體由于受到重力并處在一定高度時(shí)所具有的能影響因素：質(zhì)量、高度勢(shì)能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能影響因素：彈性形變程度重力勢(shì)能彈性勢(shì)能動(dòng)能和勢(shì)能1.下列關(guān)于物體具有能量的敘述，不正確的是(

D)A.拉彎的弓能把箭射得很遠(yuǎn)，拉彎的弓具有能量B.高空墜物會(huì)砸傷人，高空的物體具有能量C.臺(tái)風(fēng)把大樹(shù)連根拔起，臺(tái)風(fēng)具有能量D.激流能將石頭沖走，激流沒(méi)有能量，石頭具有能量2.

(阜新中考)在探尋“物體的動(dòng)能跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，如圖甲、乙、丙所示，將A、B、C

三個(gè)鋼球先后從同一裝置高度分別為

h?

、h?

、h?

的位置由靜止開(kāi)始滾下(mA=mB<mc,h?=h?>h?),水平面上同一位置的木塊被撞出一段距離后停下。請(qǐng)回答以下問(wèn)題：(1)該實(shí)驗(yàn)探尋的是

鋼

球(選填“木塊”或“鋼球”)的動(dòng)能。(2)實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察木塊被鋼球撞出

距離

的長(zhǎng)短，來(lái)判斷鋼球

動(dòng)能的大小，這種研究問(wèn)題的方法叫

轉(zhuǎn)換法

。(3)比較

甲、乙

兩圖進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可以探尋鋼球動(dòng)能大小與速度有關(guān)。(4)比較

甲、丙兩圖進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，可以探尋鋼球動(dòng)能大小與質(zhì)量有關(guān)。此尋過(guò)程中兩球剛好運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)的速度相等

(選填“相等”或“不相等”)。(5)由此實(shí)驗(yàn)聯(lián)想到某段道路限速牌上標(biāo)明“100”和“80”字樣

，

大客車

(選填“大客車”或“小轎車”)的限速應(yīng)該是

80

km/h。3.

(河南三門峽期末)在探尋“重力勢(shì)能的大小與哪些因素”有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，重物A、B、C

的質(zhì)量關(guān)系為

m?=mB≤<mc,

木樁相同。

木和重物位置如圖甲所示。重物靜止釋放后，木樁被打擊陷入沙中的情形如圖乙所示，重物

B、C將木樁打入沙中的深度相同。丙乙甲甲

乙丙(1)重物自由下落打擊木樁，通過(guò)觀察木樁陷入沙中的深度判斷重物

(選填“重物”或“木樁”)的重力勢(shì)能大小。甲

乙丙(2)比較A

、B

兩個(gè)重物將木樁打入沙中的深度，可判斷重力勢(shì)能的大小和重物下落高度的關(guān)系，得出的結(jié)論是

物體的質(zhì)量一定時(shí)，高度越高，物體的重力勢(shì)能就越大

OA.禁止高空拋物B.大貨車限載限速C.機(jī)翼上部總是凸起下部平滑(3)如圖丙所示的現(xiàn)象或應(yīng)用與本實(shí)驗(yàn)結(jié)論有關(guān)的是

A

●丙(4)重物

B

、C

的重力勢(shì)能的大小關(guān)系是：

EB

三

(選填“>”“<”或“=”)Ec甲

乙8060丙4.

(2024

·大慶中考)神舟十八號(hào)是中國(guó)載人航天工程第十八艘載人飛船，于2024年4月25日，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。中

國(guó)國(guó)旗隨神舟十八號(hào)載人飛船搭載進(jìn)人中國(guó)空間站，由神舟十八號(hào)航天員乘組與神舟十七號(hào)航天員乘組進(jìn)行了太空傳遞和在軌呈現(xiàn)。在飛船加速上升的過(guò)程中，若不考慮其質(zhì)量的變化，下列剖析正確的是(

C

)A.重力勢(shì)能增加，動(dòng)能不變

B.重力勢(shì)能減少，動(dòng)能增加C.重力勢(shì)能增加，動(dòng)能增加

D.重力勢(shì)能不變，動(dòng)能不變教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于善于激勵(lì)喚醒和鼓舞。第11章功和機(jī)械能11.4機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化能夠?qū)ν庾龉Φ奈矬w就具有能量能量單位：焦耳(J)物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能動(dòng)能影響因素：質(zhì)量、速度物體由于受到重力并處在一定高度時(shí)所具有的能影響因素：質(zhì)量、高度勢(shì)能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能影響因素：彈性形變程度重力勢(shì)能彈性勢(shì)能動(dòng)能和勢(shì)能同學(xué)們有體驗(yàn)過(guò)這些項(xiàng)目嗎?嘗試說(shuō)一下，在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能是怎樣變化的。鐵鎖拉到你的鼻子附近，穩(wěn)定后松手，鐵鎖向前擺去(圖11.4-1)你認(rèn)

為鐵鎖擺回時(shí)會(huì)打到你的鼻子嗎?問(wèn)

題-把一個(gè)鐵鎖用繩子懸掛起來(lái)，將圖11.4-1擺動(dòng)的鐵鎖大小不斷變化，到達(dá)左側(cè)最高點(diǎn)后，鐵鎖又向你運(yùn)動(dòng)，接近你的鼻子之后，又會(huì)離你而去，循環(huán)往復(fù)。在這個(gè)過(guò)程中，鐵鎖的運(yùn)動(dòng)快慢在變化，闡明動(dòng)能在發(fā)生變化。同時(shí)，鐵鎖的高度

也在變化，明鐵鎖的重力勢(shì)能也在發(fā)松手后，鐵鎖離你而去，且速度的圖11.4-1擺動(dòng)的鐵鎖生變化。但鐵鎖并不會(huì)碰到你的鼻子，這是什么原因呢?機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化在物理學(xué)中，把動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能統(tǒng)稱為機(jī)械能(mechanical

energy)。機(jī)械能動(dòng)能重力勢(shì)能

勢(shì)能彈性勢(shì)能例如，飛行中的飛機(jī)為它在運(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能，又因?yàn)樗幱诟呖斩哂兄亓?shì)能，把這兩種能量加在一起，就可以得

到它的總機(jī)械能。一個(gè)蘋果從高處下落，高度變小了，它的重力勢(shì)能變小了；另外，蘋果的速度越來(lái)越大，闡明蘋果的動(dòng)能變大了。這明，蘋果的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了它的動(dòng)能。彎弓射箭時(shí)，弓的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化成了箭的動(dòng)能；蹦床運(yùn)動(dòng)員從高處落下(圖11.4-2),在與蹦床床面將要接觸時(shí)，具有一定的動(dòng)能，與蹦床床面接觸后，床面發(fā)生彈性形變，運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成蹦床的彈性勢(shì)能。也就是說(shuō)，

動(dòng)

能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化。圖11.4-2蹦床運(yùn)動(dòng)

想想做做1.觀察滾擺的運(yùn)動(dòng)(圖11.4-3甲),討論滾擺在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能

和勢(shì)能是如何轉(zhuǎn)化的。在圖11.4-3甲中，滾擺下降時(shí)，它的重力勢(shì)能越來(lái)越小，動(dòng)能越來(lái)越大，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。滾擺上升時(shí)，它的動(dòng)能越來(lái)越小，重力勢(shì)能越來(lái)越大，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。甲滾擺的運(yùn)動(dòng)

想想做做2.如圖11.4-3乙所示，剖析小球在擺動(dòng)過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能的

相互轉(zhuǎn)化。在圖11.4-3乙中，小球從A點(diǎn)下落到B點(diǎn)，重力勢(shì)能逐漸轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，到最低點(diǎn)B時(shí)動(dòng)能最大，之后又從B點(diǎn)上升到C點(diǎn)，動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能。

乙小球從A點(diǎn)擺動(dòng)到C

點(diǎn)大量研究結(jié)果表明，如果只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，盡

管動(dòng)能、勢(shì)能的大小會(huì)變化，

但動(dòng)能和勢(shì)能的總和不變，或

者說(shuō)，機(jī)械能是守恒的。節(jié)前“問(wèn)題”欄目中，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鐵鎖的動(dòng)能和重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，但它們的總和不變(忽略空氣阻力)。所以，鐵鎖在擺回時(shí)，不會(huì)打到鼻子。圖11.4-1擺動(dòng)的鐵鎖水能和風(fēng)能的利用地球上，海水朝夕漲落，江河日夜奔騰；有時(shí)微風(fēng)拂面，有時(shí)狂風(fēng)勁吹。從能量的角度看，自然界的流水和風(fēng)都是具有

大量機(jī)械能的天然資源。我們的祖先很早就開(kāi)始利用水能和風(fēng)能了。讓水流沖擊水輪轉(zhuǎn)動(dòng)，用來(lái)汲水、磨粉；靠風(fēng)力鼓起帆來(lái)推動(dòng)船航行。到19世紀(jì)人類開(kāi)始利用水能發(fā)電。人們修筑攔河壩來(lái)提高上游的水位，在壩底安裝水輪機(jī)。將發(fā)電機(jī)裝在水輪機(jī)的上面，并把它們的軸連接在一起，由水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電(圖11.4-4)。一定量的水，上、下水位差越大水的重力勢(shì)能越大，能發(fā)出的電就越多。風(fēng)能也可以用來(lái)發(fā)電，風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)車，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

在風(fēng)力資源豐富的地區(qū)，可

以同時(shí)安裝幾十臺(tái)到幾百臺(tái)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)，

組成“風(fēng)車田”,聯(lián)網(wǎng)供電。在生產(chǎn)生活中，人們用電的情況時(shí)常會(huì)發(fā)生變化。有時(shí)電力系統(tǒng)發(fā)出的電無(wú)法得到使用，電網(wǎng)又沒(méi)辦法儲(chǔ)存，既造成大

量的浪費(fèi)，又影響供電系統(tǒng)的安全。如圖11.4-5所示，抽水蓄能電站建有上、下兩座水庫(kù)，兩座水庫(kù)互通，水流雙向運(yùn)行。抽水蓄能電站科學(xué)世界抽水蓄能電站利用電力負(fù)荷低谷時(shí)的電能抽水至上水庫(kù)，在電力負(fù)荷高峰期再放水至下水庫(kù)，進(jìn)行發(fā)電。這樣的抽水蓄能電站可以提高電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力，具有調(diào)峰、填谷、儲(chǔ)能等功能，能提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，為實(shí)

現(xiàn)新能源安全可靠替代傳統(tǒng)能源、推動(dòng)綠色低碳發(fā)展提供條件。

因此，抽水蓄能電站也被稱為“超級(jí)充電寶”。當(dāng)前，我國(guó)抽水蓄能電站技術(shù)已處于世界先進(jìn)水平。截至2022年年底，已建的抽水蓄能電站總裝機(jī)容量為4579萬(wàn)千瓦，居世界首位。練習(xí)與應(yīng)用一①

某同學(xué)蕩秋千時(shí)，在他從高處擺向低處的過(guò)程中，其動(dòng)能和重力勢(shì)能是如何變化的?在他從低處擺向高處的過(guò)程中，其

動(dòng)能和重力勢(shì)能是如何變化的?從高處擺向低處：動(dòng)能增大，重力勢(shì)能減小；從低處擺向高處：動(dòng)能減小，重力勢(shì)能增大。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)了各個(gè)不同的位置，如圖11.4-6所示。請(qǐng)剖析運(yùn)動(dòng)員在這個(gè)過(guò)程中各階段的能量轉(zhuǎn)化情況(不考慮摩擦和

助滑A空氣阻力)。A

到B:

重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；B

到C:

動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能；C

到D:

重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；因不考慮摩擦和空氣陽(yáng)力，整個(gè)過(guò)程中，機(jī)械能保持不變。②

跳臺(tái)滑雪運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員從助滑開(kāi)始，直到下落至著陸坡的③

怎樣向地板拋乒乓球，才能使它彈跳到高于原來(lái)拋球的位置?闡明這種拋法的理由。用力向下拋出乒乓球，使球拋出時(shí)具有一定的動(dòng)能，根據(jù)機(jī)械能守恒，球彈跳到最高點(diǎn)時(shí)的重力勢(shì)能等于球拋出時(shí)的動(dòng)能與重力勢(shì)能之和，這樣就能使球彈跳到高于原來(lái)拋球的位

置

。④

在一個(gè)罐子的蓋和底各開(kāi)兩個(gè)小洞。將小鐵塊用細(xì)繩綁在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋兩端穿過(guò)小洞用竹簽固定(圖11.4-7)。做好后將它從不太陡的斜面滾下。觀察有什么出人

意料的現(xiàn)象。怎樣解釋看到的現(xiàn)象?罐子滾下斜面后會(huì)再沿斜面向上滾動(dòng)。開(kāi)始時(shí)，罐子和鐵塊在重力作用下都將沿斜面向下運(yùn)動(dòng)。

圖11.4-7向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，罐子滾動(dòng)，鐵塊沿斜面向下做直線運(yùn)動(dòng)且相對(duì)罐子靜止。由于罐子和橡皮筋捆綁在一起，在罐子和鐵塊的共同作用下，橡皮筋會(huì)被卷緊，它的彈性勢(shì)能持續(xù)增加。當(dāng)橡皮筋卷緊到一定程度時(shí)，整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)速度將會(huì)減小。當(dāng)罐子和鐵塊的動(dòng)能和重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為橡皮筋的彈性勢(shì)能后，整個(gè)裝置的速度減為零，此后，橡皮筋要恢復(fù)原狀，其彈性勢(shì)能會(huì)轉(zhuǎn)化為罐子和鐵塊的動(dòng)能和重力勢(shì)能，所以罐子會(huì)再沿斜面向上滾動(dòng)。動(dòng)能機(jī)械能重力勢(shì)能彈性勢(shì)能如果只有動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，機(jī)械能的總和不變水能和風(fēng)能的利用機(jī)械能及

其轉(zhuǎn)

化機(jī)械能守恒轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化勢(shì)能1.

(牡丹江中考)如圖所示的情景中，屬于動(dòng)能轉(zhuǎn)化

為重力勢(shì)能的是(

D

)C.漁網(wǎng)散開(kāi)落下

D.滑板車滑上坡頂A.熱氣球勻速下降B.拉弓射箭2.

(2024

·成都中考)2023年7月28日，第31屆世界大學(xué)生夏季運(yùn)

動(dòng)會(huì)在成都隆重開(kāi)幕。如圖所示是我國(guó)運(yùn)動(dòng)健兒在跳高比賽中

的場(chǎng)景。關(guān)于跳高運(yùn)動(dòng)員的能量，下列結(jié)論正確的是(

C)A.

助跑過(guò)程中，動(dòng)能保持不變B.助跑過(guò)程中，機(jī)械能總量保持不變C.起跳后的上升過(guò)程中，重力勢(shì)能增大D.越過(guò)橫桿后的下降過(guò)程中，動(dòng)能保持不變3.

(2023

·北京中考)如圖所示，人們修筑攔河壩來(lái)提高上游的水

位，在壩底安裝水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。上游一定量的水，經(jīng)

水輪機(jī)流到下游的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是(

D)A.水的機(jī)械能不變B.水的重力勢(shì)能增大，動(dòng)能減小C.水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能D.上游水位越高，能夠發(fā)出的電能越多復(fù)習(xí)與提高①

請(qǐng)判斷下列事例中人是否對(duì)物體做功，并闡明理由。(1)踢出去的足球在草地上滾動(dòng)。不做功，原因是人對(duì)足球沒(méi)有力的作用。(2)水平拉著行李箱在平路上行走。做功，原因是有力作用在行李箱上，且行李箱在力的方向上移動(dòng)了距離。(3)推桌子未推動(dòng)。不做功，原因是桌子沒(méi)有在推力的方向上移動(dòng)距離。(4)將杠鈴從地面舉起。做

功，原因是人對(duì)杠鈴向上施力，杠鈴在力的方向上移動(dòng)了距離。如圖11-1所示，小孩用40N

的力水平推著大人和冰車前進(jìn)10m

后松手，

冰車又滑行了2m

后停下。小孩對(duì)大人和冰車做了多少功?小孩對(duì)大人和冰車做的功為：

W=Fs=40N×10m=400

J。圖11-1③

在2022年世界舉重錦標(biāo)賽中，我國(guó)選手以171kg

的抓舉成績(jī)獲得金牌。如果該選手在整個(gè)抓舉過(guò)程中，平均用1710N的力抓起杠鈴，使杠鈴升高1.0m,

隨后站起，又使杠鈴繼續(xù)升高0.8m,那么該選手在抓舉過(guò)程中對(duì)杠鈴做了多少功?舉重選手對(duì)杠鈴做的功：W=F(h?+h?)=1710N×(1.0m+0.8m)=3078J.④

某同學(xué)住在11樓，他在1樓乘電梯回家。電梯運(yùn)行20s

直接到達(dá)11樓。假設(shè)電梯勻速運(yùn)行，每層樓高3m,該同學(xué)重600N,在搭乘電梯的過(guò)程中，電梯對(duì)他做功的功率是多少?同學(xué)搭乘電梯做的功：W=Gh=600N×10×3m=18000

J,做功的功率為：甲圖11-2⑤

在居民小區(qū)我們?？吹揭恍?biāo)志，如圖11-2所示。這些標(biāo)志的含義是什么?試著從能量的角度闡明設(shè)置這些標(biāo)志的物理題圖甲：限速5km/h,

如果速度越大，則汽車的動(dòng)能就越大，遇到緊急情況時(shí)，汽車越不容易停下來(lái)。題圖乙：拒絕高空拋物，在高空的物體，具有很大的重力勢(shì)能，落

下來(lái)時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，很容易傷到行人。甲圖11-2⑥

物體的質(zhì)量和速度都能影響物體的動(dòng)能。一頭質(zhì)量為300kg的黃牛以1m/s的速度行走時(shí)，它的動(dòng)能為150J;另一頭質(zhì)量為400kg的黃牛以同樣的速度行走時(shí)，它的動(dòng)能為200J。一顆質(zhì)量為10g的步槍子彈從槍口射出時(shí)的速度為860m/s,動(dòng)能為3698J;飛行一段距離后速度變?yōu)?30m/s,

動(dòng)

能

變

為1985J。請(qǐng)你根據(jù)以上數(shù)據(jù)，想一想，質(zhì)量與速度相比，哪個(gè)因素對(duì)物體的動(dòng)能影響更大?并闡明猜想的根據(jù)。速度對(duì)動(dòng)能影響較大。理由：黃牛的質(zhì)量是子彈的30000倍，但速度較小，此時(shí)動(dòng)能并不大，且質(zhì)量變化時(shí)，動(dòng)能變化不大；飛行的子彈質(zhì)量很小，但速度很大，約是行走黃牛的860倍，動(dòng)能卻大很

多，子彈速度下降后，動(dòng)能變化較大，⑦

撐竿跳高一般要經(jīng)歷持竿助跑、撐竿起跳、越桿下落三個(gè)階段。說(shuō)說(shuō)在上述過(guò)程中動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)化情況。持竿助跑，是為了獲得更大的動(dòng)能；撐竺起跳時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能；撐竺恢復(fù)時(shí)，彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；運(yùn)動(dòng)員上升時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能；越桿下落時(shí)，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。⑧利用鋼珠、橡皮泥等物品可以定性探尋重力勢(shì)能與高度的關(guān)系。動(dòng)手做一做，寫出實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)論。將鋼珠放在不同的高度，正下方放上橡皮泥，看落下時(shí)砸在橡皮泥的凹陷程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鋼珠越高，橡皮泥凹陷得越深，闡明同一物體高度越高，重力勢(shì)能越大。教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于善于激勵(lì)喚醒和鼓舞。第12章簡(jiǎn)單機(jī)械10012.1杠桿功、功率、能量、動(dòng)能、勢(shì)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、機(jī)械能機(jī)械能守恒定律W=FsP=P=FP研究物體的動(dòng)能跟明些固素有關(guān)、探究物體的重力勢(shì)能跟哪些素有關(guān)比值定義法、控制變量法、轉(zhuǎn)換法、圖像法八個(gè)概念一個(gè)定律三個(gè)公式兩個(gè)實(shí)驗(yàn)四種方法功和機(jī)械能你知道人力拋石機(jī)的原理嗎?其中有什么物理奧秘呢?

問(wèn)

題

-

·觀察圖12.1-1中的蹺蹺板、羊角錘和開(kāi)瓶器等機(jī)械，你認(rèn)為這些機(jī)械有什么共同的特點(diǎn)呢?圖12.1-1各種杠桿乙用羊角錘拔釘子丙開(kāi)瓶器甲

蹺蹺板杠桿可以看到，這些機(jī)械工作時(shí)都會(huì)繞著一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。一根硬棒，在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這根硬棒就是一

個(gè)杠桿(lever)

。

杠桿是最簡(jiǎn)單的

機(jī)械之一。在知曉杠桿的作用之前，我們參照?qǐng)D12.1-2中的撬棒先熟悉幾個(gè)名詞。支點(diǎn)：杠桿可以繞其轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)(O點(diǎn));動(dòng)力：使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力(F?);阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力(F?)

;動(dòng)力臂：從支點(diǎn)

O

到動(dòng)力

F?作用線的距離(l?);阻力臂：從支點(diǎn)

O

到阻力F?作用線的距離(l?

)。支

點(diǎn)阻力有阻力阻力與杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反

。動(dòng)力與杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同

。動(dòng)力動(dòng)力臂杠桿的平衡條件當(dāng)杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止時(shí)，我們就說(shuō)杠桿平衡了。在杠桿的使用中，杠桿的平衡狀態(tài)是一種常見(jiàn)而且重要的狀態(tài)。杠桿在滿

足什么條件時(shí)才會(huì)平衡?圖12.1-2撬棒

演

示探尋杠桿的平衡條件實(shí)驗(yàn)思路探尋杠桿的平衡條件，就是要找到影響杠桿平衡的各種因素并確定它們之間的關(guān)系。容易想到：杠桿支點(diǎn)兩側(cè)所受的動(dòng)力、阻力，以及動(dòng)力臂、阻力臂都會(huì)影響杠桿的平衡，所以應(yīng)該找出這四個(gè)量之間的關(guān)系。我們可以先保持杠桿一側(cè)的兩個(gè)量不變，如左側(cè)的阻力和阻力臂，改變另一側(cè)的兩個(gè)量，即右側(cè)的動(dòng)力和動(dòng)力臂。然后再保

持右側(cè)的動(dòng)力和動(dòng)力臂不變，改變左側(cè)的阻力和阻力臂。綜合剖

析后找出動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂這四個(gè)量之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)過(guò)程調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿保持水平并靜止，達(dá)到平衡狀態(tài)。1.如圖12.1-3所示，給杠桿兩側(cè)掛上不同數(shù)量的

鉤碼，移動(dòng)鉤碼的位置，

使杠桿重新在水平位置平

衡這時(shí)杠桿兩側(cè)受到的作

用力的大小等于各自鉤碼

所受的重力的大小。F?圖12.1-3探尋杠桿的平衡條件15

105015

202

.把右側(cè)鉤碼對(duì)杠桿施的力記為動(dòng)力F?

,左

側(cè)

鉤

碼

對(duì)杠桿施的力記為阻力

F?

;

測(cè)出杠桿平衡時(shí)的動(dòng)力臂

l?

和阻力臂

l?;把F?

、F?、l?、l?的數(shù)據(jù)填入下表。F?圖12.1-3探尋杠桿的平衡條件15

105015

204.保持動(dòng)力F?

,

和動(dòng)力臂么不變，改變阻力

F?,

相應(yīng)調(diào)節(jié)阻力臂

l?的大小，再做幾次實(shí)驗(yàn)，把數(shù)據(jù)填入下表。3.保持阻力

F?和阻力臂

l?,不變，改變動(dòng)力F?,

相應(yīng)調(diào)節(jié)動(dòng)力臂

l?的大小，再做幾次實(shí)驗(yàn)，把數(shù)據(jù)填入下表。圖12.1-3探尋杠桿的平衡條件15

10015

20次數(shù)動(dòng)力F?/N動(dòng)力臂l?/m阻力F?/N阻力臂l?/m1234567實(shí)驗(yàn)結(jié)論剖析表中的數(shù)據(jù)，找出它們之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，要使杠桿平衡，需要滿足以下條件：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂或?qū)憺镕?L?=F?l?這個(gè)平衡條件就是阿基米德發(fā)現(xiàn)的杠桿原理。

想想議議

在上面的實(shí)驗(yàn)中，我們研究了動(dòng)力和阻力位于支點(diǎn)兩側(cè)的情況。仔細(xì)觀察圖12.1-4所示的杠桿，它與上面實(shí)驗(yàn)中研究的杠桿有什么不同?

圖12.1-4一種杠桿FA

例

題動(dòng)物園內(nèi)，

一位物理老師利用一個(gè)小小的彈簧測(cè)力計(jì)，就測(cè)出了一

頭大象的質(zhì)量(圖12.1-5甲)。測(cè)量時(shí)

用一根長(zhǎng)度為12m

的槽鋼作為杠桿。甲如圖12.1-5乙所示，吊鉤固定于槽鋼的中點(diǎn)0。當(dāng)槽鋼水平靜止時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F?為200N。測(cè)得l?

為

6m,l?為

4cm。

若不計(jì)鐵籠的質(zhì)量請(qǐng)估算大象的質(zhì)量。g取

10N/g。解

人通過(guò)彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)杠桿的拉力為動(dòng)力F?=200N,

動(dòng)力臂

l?=6m;不計(jì)鐵籠的質(zhì)量，則大象對(duì)杠桿的拉力為阻力F?,

它等于大象所受的重力G,

阻力臂l?=4

cm=0.04m。大象的質(zhì)量

kg=3t大象的質(zhì)量是3t。根據(jù)杠桿的平衡條件F?L?=F?

l?,

有

想想議議

用杠桿和彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一個(gè)很重物體(大象)的質(zhì)量時(shí)，應(yīng)使彈簧測(cè)力計(jì)拉力的力臂遠(yuǎn)大于被測(cè)物體(大象)對(duì)杠桿拉力的

力臂。如果用杠桿和彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一個(gè)很輕物體的質(zhì)量時(shí)，又應(yīng)該怎么辦?例如，稱量物體的天平、撬石頭的撬棒、劃船用的船槳

….仔細(xì)觀察這些杠桿，看看它們各自的動(dòng)力臂和阻力臂有什么關(guān)系。我們身邊有很多杠桿。生活中的杠桿等臂杠桿天平的動(dòng)力臂與阻力臂相等，是一種等臂杠桿。省力杠桿利用圖12.1-2中的撬棒，只要用很小的力，就能撬動(dòng)很重的石頭。它的動(dòng)力臂比阻力臂長(zhǎng)這類杠桿是省力杠桿。這類杠桿雖然省力，但是動(dòng)力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離比阻力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離大，省了力，卻費(fèi)了距離。圖12.1-2撬棒費(fèi)力杠桿注意觀察圖12.1-6中賽艇的船槳，它也是一種杠桿。人坐在船上觀察，劃船時(shí)船槳的軸是不動(dòng)的，所以，軸的位置是支點(diǎn)。圖12.1-6賽艇的船槳是杠桿手加在槳上的動(dòng)力比水對(duì)槳的阻力大，但是手只要移動(dòng)較小的距離，就

能使槳在水中移動(dòng)較大的距離。這類杠桿的特點(diǎn)是，杠桿的動(dòng)力臂比阻力臂短，動(dòng)力比阻力大，所以這類杠桿

是費(fèi)力杠桿。這類杠桿動(dòng)力作用點(diǎn)移

動(dòng)的距離比阻力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離小

雖然費(fèi)力，但省了距離。圖12.1-6賽艇的船槳是杠桿在古代，我國(guó)人民就善于在生產(chǎn)生活中利用各種各樣的杠桿。桔槔(圖12.1-7)是古代的取水工具。人們?cè)诰呚Q一根立木，或就地利用樹(shù)權(quán)，架上一根橫木，橫木的一端綁上大石塊，另一端系繩和水桶。

圖12.1-7桔棉我國(guó)古代的杠桿科學(xué)世界不取水時(shí)，石頭位置較低；當(dāng)要取水時(shí)，人借助體重向下用力將橫木系水桶的一端往下拉，另一端大石塊的位置則上升。當(dāng)水桶裝滿水后，就讓另一端的大石塊下降，通過(guò)杠桿的作用將水桶提高。因此，使用這種提水工具時(shí)可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。圖12.1-7桔槔踏碓(圖12.1-8)是古代的春米工具，由杵臼演變而來(lái)，也應(yīng)用了杠桿原理。

用柱子架起一根木杠，木杠的一端裝

一塊大石頭，用腳連續(xù)踩踏木杠的另

一端，石頭就連續(xù)起落，去掉石臼中

稻谷的皮。圖12.1-8踏碓在踏碓的基礎(chǔ)上，人們又發(fā)明了利用水力的水碓(圖12.1-9),水碓的原動(dòng)

輪是一個(gè)大型臥式水輪，輪的軸上裝有

一排互相錯(cuò)開(kāi)的撥板，用以撥動(dòng)碓桿，

碓桿的一端裝有碓頭，水輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就使幾個(gè)碓頭相繼春米。它不僅用于糧食

加工，還用于春碎香料、陶土等。圖12.1-9水碓我國(guó)古代還有許多杠桿的應(yīng)用明代的科技著作《天工開(kāi)物》中就記載了許多利用杠桿的器具，有興趣的同學(xué)可以進(jìn)一步

研

究

。練習(xí)與應(yīng)用一①

有很多物品都可以看作杠桿，比如鑷子、訂書機(jī)等。請(qǐng)觀察家里的生活用品，說(shuō)出另外兩種可以看作杠桿的物品。剪刀、筷子、酒起子等。②在圖12.1-10中分別畫出鉗子、自行車手閘這兩個(gè)杠桿(圖中深色部分)工作時(shí)的支點(diǎn)、動(dòng)力和動(dòng)力臂、阻力和阻力臂。如果用鉗子剪銅線時(shí)覺(jué)得有些費(fèi)勁你可以怎樣操作?簡(jiǎn)述其中的物理原理。圖12.1-10甲如圖甲、乙所示；手離把柄遠(yuǎn)一點(diǎn)，此時(shí)動(dòng)力臂變大，更容易剪斷銅絲。甲如圖12.1-11所示，在探尋杠桿的平衡條件時(shí)，如果掛鉤碼前杠桿沒(méi)有水平靜止，你應(yīng)該怎樣調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母?20

15

10向右調(diào)節(jié)左端或右端的螺母。圖12.1-11④圖12.1-12為指甲剪的示意圖，其中有省力杠桿，也有費(fèi)力杠桿。哪個(gè)部分

是省力杠桿，哪個(gè)部分是費(fèi)力杠桿?如圖所示，指甲剪有三個(gè)杠桿，分別為

CBA

、DBO

和

FEO,其中

CBA

是省力杠桿，DBO

和

FEO

是費(fèi)力杠桿。圖12.1-12⑤

搬運(yùn)磚塊的獨(dú)輪車，車體和磚塊所受的總重力G

為1000N,獨(dú)輪車的有關(guān)

尺寸如圖12.1-13所示。抬起獨(dú)輪車時(shí)，人手向上的力F

應(yīng)是多少?支點(diǎn)在車輪的軸心上，阻力就是車體和磚頭的總重力1000N

,所

以

阻力臂

l?=0.3

m;圖12.1-13定義

在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒五要素

支點(diǎn)、動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂平衡條件>L?,F?<F?,

省力費(fèi)跑離L?

<l?,F?>F?,

費(fèi)力省距高1=L2,F=F?,

不省力不費(fèi)力分類

費(fèi)力杠桿等臂杠桿杠桿1.

關(guān)于杠桿的五個(gè)要素，下列說(shuō)法中正確的是(

D

)A.

力臂一定在杠桿上B.作用在杠桿上的動(dòng)力、阻力的方向一定相反C.力臂是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離D.力的作用線通過(guò)支點(diǎn)時(shí)其力臂為零2.

(2024

·

寧夏中考)如圖所示是使用螺絲刀撬圖釘?shù)氖疽鈭D，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出動(dòng)力

F?

的力臂

l?。3.在“探尋杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中：(1)如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)前杠桿左端下沉，則應(yīng)將平衡螺母向右

(選填“左”或“右”)調(diào)節(jié)，直到杠桿在水平位置平衡。(2如圖乙所示，杠桿上刻度均勻，在A點(diǎn)掛3個(gè)鉤碼，要使杠桿在水平位置平衡，應(yīng)在

B

點(diǎn)掛

4

個(gè)相同的鉤碼；當(dāng)杠桿平衡后，將A

、B兩點(diǎn)下方同時(shí)增加一個(gè)相同的鉤碼，則杠桿將

左端下沉

(選填“左端下沉”“右端下沉”或“仍保持靜止不動(dòng)”)。(3)如圖丙所示，若不在B

點(diǎn)掛鉤碼，改用彈簧測(cè)力計(jì)在

C

點(diǎn)豎直向上拉杠桿，

使杠桿在水平位置平衡；當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)

從圖丙位置轉(zhuǎn)到圖丁位置時(shí)，其示數(shù)會(huì)

變大

(選填“變大”“不變”或“變

小”),原因是

阻力和阻力臂不變，動(dòng)力臂變小，動(dòng)力變大

O教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于善于激勵(lì)喚醒和鼓舞。第12章簡(jiǎn)單機(jī)械10012.2跨學(xué)科實(shí)踐：制

作簡(jiǎn)易桿秤項(xiàng)目提出天平可以稱量物體的質(zhì)量。不知道你想過(guò)沒(méi)有，要使用天平稱量質(zhì)量較大的物體

(比如100kg的物體),是不是很不方便?“秤砣雖小壓千斤”,我們的祖先很!早就

用桿秤解決了這樣的問(wèn)題。研習(xí)了杠桿平

衡條件的知識(shí)，你也能制作一個(gè)簡(jiǎn)易桿秤。項(xiàng)目剖析桿秤由帶有秤星的秤桿、秤砣(砝碼)、秤盤、提紐等組成(圖12.2-1)。稱量時(shí)將被稱物體放在秤盤中移動(dòng)系秤砣的掛繩使秤桿平衡，根

據(jù)掛繩所處的位置就可以讀出被稱

物體的質(zhì)量。秤桿秤砣圖12.2-1桿秤提紐秤盤要制作桿秤，我們需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。例如應(yīng)該選擇什么材料?提紐和秤盤的位置如何確定?如何確定桿秤的零刻度線位置及各刻度線?……項(xiàng)目實(shí)施請(qǐng)你發(fā)揮自己的聰明才智，認(rèn)真思索前面提出的問(wèn)題，并利用身邊常見(jiàn)的材料，制訂具體的制作方案。圖12.2-2是某同學(xué)制作的桿秤，下面是他的制作過(guò)程，供參考。圖12.2-2自制桿秤1.在筷子的一端刻一個(gè)槽A,在距離槽A稍近處再刻一個(gè)槽B

。把小盆掛在槽A處作為秤盤，

在槽B

處系一根細(xì)線作為提紐。材料：一根長(zhǎng)度約為40cm

的木制筷子，

一個(gè)小盆，

一個(gè)20g鉤碼，一個(gè)100g碼，細(xì)線若干，

一把刻度尺，一支記號(hào)筆等。圖12.2-2自制桿秤2.用細(xì)線系一個(gè)20g

的鉤碼，作為秤砣。調(diào)節(jié)秤砣的位置使秤桿平衡，這時(shí)細(xì)線在秤桿上的位置為秤的定盤星0,用記號(hào)筆標(biāo)記此位置。圖12.2-2自制桿秤3.在秤盤中放100g砝碼，手提提紐，并調(diào)節(jié)秤砣的位置使秤桿平衡。此時(shí)，標(biāo)記秤砣細(xì)線在秤桿上的位置

C,

并記為100g。在定盤星O

到

C

之間均地畫上49

條刻度線，每一格就表示2g。圖12.2-2自制桿秤呈現(xiàn)溝通用制作好的桿秤稱量一些物體的質(zhì)量，再與用天平稱量的結(jié)果進(jìn)行比較。比一比誰(shuí)制作的桿秤稱量最準(zhǔn)確。想一想，怎樣提高稱量的精度?你能改變提紐的位置和秤砣的質(zhì)量，制作

一個(gè)可以稱量更大質(zhì)量的桿秤嗎?試試看。教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于善于激勵(lì)喚醒和鼓舞。第12章簡(jiǎn)單機(jī)械10012.3滑輪定義

在力的作用下能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒五要素

支點(diǎn)、動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂平衡條件>L?,F?<F?,

省力費(fèi)跑離L?

<l?,F?>F?,

費(fèi)力省距高1=L2,F=F?,

不省力不費(fèi)力分類

費(fèi)力杠桿等臂杠桿杠桿問(wèn)

題-有時(shí)我們會(huì)看到工人站在地面上，利用滑輪將重物提高到樓上

(圖12.3-1)。這樣使用滑輪有什么

好處?會(huì)省力嗎?圖12.3-1滑輪的利用除了杠桿，滑輪

(pulley)

也是一種常用的簡(jiǎn)單機(jī)械，它的主要部分是一個(gè)能繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)、周邊有槽的輪子。凹槽甲輪

軸定滑輪和動(dòng)滑輪高高的旗桿矗立在操場(chǎng)上。旗手緩緩向下拉繩子旗子就會(huì)徐徐上升。這是因?yàn)槠鞐U頂部有一個(gè)滑輪(圖12.3-2),它的軸固定不動(dòng)，

這種滑輪叫作定滑輪。圖12.3-2旗桿頂部的定滑輪定滑輪：軸不隨輪動(dòng)。實(shí)質(zhì)：等臂杠桿。結(jié)論：使用定滑輪不省力，不省距離；但

可以改變力的方向。定滑輪的本質(zhì)電動(dòng)起重機(jī)中有一種滑輪(圖12.3-3),它的軸可以隨被吊物體一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電

動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并收繩子時(shí)，物體和滑輪就被

提起，這種滑輪叫作動(dòng)滑輪。圖12.3-3電動(dòng)起重機(jī)的動(dòng)滑輪動(dòng)滑輪：軸隨輪動(dòng)。實(shí)質(zhì)：動(dòng)力臂是阻力臂兩倍的杠桿。結(jié)論：使用動(dòng)滑輪可以省力；但費(fèi)距離，

且不改變力的方向。動(dòng)滑輪的本質(zhì)請(qǐng)你說(shuō)出一些在生產(chǎn)生活中使用定滑輪和動(dòng)滑輪的實(shí)例。項(xiàng)目定滑輪動(dòng)滑輪拉力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相反與物體運(yùn)動(dòng)方向相同拉力移動(dòng)距離等于物體移動(dòng)距離是物體移動(dòng)距離的2倍省力情況不省力省一半力改變力的方向情況能改變力的方向不能改變力的方向?qū)嵸|(zhì)等臂杠桿省力杠桿定滑輪和動(dòng)滑輪的比較下面讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)。

演

示研究定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)參考圖12.3-4,分別安裝定滑輪(圖12.3-4乙)和動(dòng)滑輪(圖12.3-4丙)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)拉力的大小和方向，以及彈簧測(cè)力計(jì)和鉤碼移動(dòng)的距離。

甲

丙圖12.3-4研究定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)通過(guò)剖析滑輪拉起重物的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究下面幾個(gè)問(wèn)題。1.使用定滑輪、動(dòng)滑輪是否省力(或費(fèi)力)?2.使用定滑輪、動(dòng)滑輪是否省距離(或需要移動(dòng)更大的距離)?3.什么情況下使用定滑輪，什么情況下使用動(dòng)滑輪?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：使用定滑輪不省力，但可以改變力的方向；使用動(dòng)滑輪可以省力，但不能改變力的方向

而且費(fèi)距離。圖12.3-4研究定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)滑輪組如果既需要改變力的方向，又需要省力，單獨(dú)使用定滑輪或動(dòng)滑輪都無(wú)法滿足我們的需要。在實(shí)際應(yīng)用中，人們常常把定滑輪和動(dòng)滑輪組合在一起，構(gòu)成滑輪組。利用滑輪組不

僅可以改變力的方向，還可以改變力的大小，用較小的力提高較重的物體。圖12.3-5定滑輪和動(dòng)滑輪可以組成滑輪組圖12.3-5是由一個(gè)動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成的滑輪組。圖12.3-5甲中的重物

由三段繩子通過(guò)動(dòng)滑輪吊著，每段繩子

都要承擔(dān)物重。輪組提起重物時(shí)，動(dòng)滑輪上有幾段繩子承擔(dān)物重，提起重物的力就是物重

的幾分之一。用這個(gè)滑輪組提起重物時(shí)，如果忽略動(dòng)滑輪的自重、繩重及摩擦，只要的力就可以提起重物。用滑用物重1

3想一想，如果用圖12.3-5乙的方式提起重物，需要用多大的力?輪軸

輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)門把手，就可以把門鎖打開(kāi)；司機(jī)用不大的力轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，在軸上就能產(chǎn)生較大的力使汽車轉(zhuǎn)彎。

門把手、方向盤等屬于又一類簡(jiǎn)單機(jī)械

輪軸。它們由

具有共同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的大輪和小輪組成。通常把大輪叫作輪，小輪叫作軸。輪軸和斜面科學(xué)世界圖12.3-6是一些輪軸的實(shí)例，請(qǐng)你指出它們的“輪”和“軸”。圖12.3-6各種輪軸斜面人們往卡車上裝載較重的貨物時(shí)，常常會(huì)在車尾斜搭一塊木

板，將貨物沿著木板往上推(圖12.3-7),這樣比直接向上抬起貨物

省力很多。這塊傾斜的木板就是斜

面。斜面是與水平面成一定角度的

平面，也是一種簡(jiǎn)單機(jī)械。圖12.3-7斜面的利用同樣的高度斜面的傾角越小，斜面就越長(zhǎng)，也就越省力。高山的盤

山坡道、物料運(yùn)輸機(jī)中的斜面?zhèn)魉?/p>

帶等，都是斜面的應(yīng)用。你能舉出一些在生產(chǎn)生活中利用斜面的例子嗎?圖12.3-7斜面的利用

練習(xí)與應(yīng)用一①

一個(gè)物體重1000N,如果用一個(gè)定滑輪提起它，需要用多大

的力?如果用一個(gè)動(dòng)滑輪提起它，不計(jì)摩擦、滑輪的自重和

繩重，又要用多大的力?不計(jì)摩擦及滑輪的自重和繩重，使用定滑輪時(shí)，

F?=G=1000N,使用動(dòng)滑輪時(shí)，

=500N。②

在建筑工地上，工人師傅有時(shí)需要站在地面上通過(guò)滑輪組提高重物，

請(qǐng)?jiān)趫D12.3-8甲中畫出繩子的繞法。

工人師傅有時(shí)需要站在樓頂通過(guò)滑輪組高重物請(qǐng)?jiān)趫D12.3-8乙中畫出繩子的繞法。哪種情況下更省力?圖12.3-8甲如圖所示：圖乙更省力。F甲

乙③

利用如圖12.3-8所示的滑輪組提起一個(gè)重600N

的物體，不計(jì)摩擦、滑輪的自重和

繩重，各需要多大的力?如果要把物體提

高

1m,

繩子的自由端各要移動(dòng)多少米?甲圖：由2段繩子承擔(dān)物體重，繩子自由端移動(dòng)距離s甲

=

2S物=2×1m=2m。則繩子自由端的拉力甲乙圖：由3段繩子承擔(dān)物體重，則繩子自由端的拉力繩子自由端移動(dòng)距離S

甲

=

3S物

=

3

×

1

m=3m。甲④

仔細(xì)觀察自行車，看看它上面有幾種簡(jiǎn)單機(jī)械，分別闡明它們各起到了什么作用。自行車的剎車閘、車把、腳踏板與輪盤等都是簡(jiǎn)單機(jī)械。其中，剎車閘是省力杠桿，可以起到省力的作用；車把、腳踏板與輪盤都是輪軸，也是省力機(jī)械。不省力，可以改變力的方向，實(shí)質(zhì)是等臂杠桿可以省力，但不能改變力的方向，實(shí)質(zhì)是動(dòng)力臂是阻力臂兩倍的

省力杠桿既能省力，又能改變力的方向定滑輪動(dòng)滑輪滑輪組其他簡(jiǎn)單機(jī)械

輪；軸、斜面滑輪1.如圖所示，勾速提高一物體，圖

甲

(選填“甲”或“乙”)中的滑輪可以看做等臂杠桿；如圖丙所示，通過(guò)滑輪勻速高同一個(gè)重物時(shí)，向三個(gè)方向拉動(dòng)的力分別為F?

、F?

、F?則這三個(gè)力的大小關(guān)系是

F?

<F?

<F?丙2.如圖所示，每個(gè)滑輪的重力相等，不計(jì)繩重和摩擦，

G?=60N,G?=38

N,甲、乙兩種情況下繩子在相等拉力

F作用下靜止。則每個(gè)動(dòng)滑輪的重力為(

B

)A.3NC.11NB.6ND.22N甲3.

(2023

·

金昌中考)如圖所示，小亮用滑輪組將裝修材料運(yùn)到樓

上，請(qǐng)用筆畫線幫他組裝最省力

的滑輪組。4.

(甘肅中考)如圖所示，現(xiàn)在很多地方設(shè)有輪椅專用通道，為殘疾人通行提供方便。它實(shí)際上就是簡(jiǎn)單機(jī)械中的

斜面(選填“杠桿”“滑輪”或“斜面”);屬于

省力

(選填“省力”“費(fèi)力”或“省功”)機(jī)械。教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于善于激勵(lì)喚醒和鼓舞。第12章簡(jiǎn)單機(jī)械12.4機(jī)械效不省力，可以改變力的方向，實(shí)質(zhì)是等臂杠桿可以省力，但不能改變力的方向，實(shí)質(zhì)是動(dòng)力臂是阻力臂兩倍的

省力杠桿既能省力，又能改變力的方向定滑輪動(dòng)滑輪滑輪組其他簡(jiǎn)單機(jī)械

輪；軸、斜面滑輪我國(guó)許多地方原來(lái)都沒(méi)有自來(lái)水，人們?yōu)榱耸秤盟?，要從井中打水。如圖所示，在這個(gè)從井中提水上來(lái)的過(guò)

程中，人對(duì)哪些物體做了功?這些功

都是人們希望做的嗎?對(duì)誰(shuí)做的功才

是有用的呢?

問(wèn)

題-利用機(jī)械協(xié)助我們工作，會(huì)給我們帶來(lái)極大的方便。有的機(jī)械可以省力，有的機(jī)械可以省距離。利用滑輪組提高重物，繩端拉力所做的功與滑輪組對(duì)重物所做的功相同嗎?有用功和額外功為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行

演

示研究使用動(dòng)滑輪是否省功1.如圖12.4-1甲所示，用彈簧測(cè)力計(jì)將鉤碼緩慢地提高一定的高度，計(jì)算拉力所做的功。圖12.4-1研究使用動(dòng)滑輪是否省功

甲

乙2.如圖12.4-1乙所示，用彈簧測(cè)力計(jì)并借助一個(gè)動(dòng)滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提高相同的高度，計(jì)算彈簧

測(cè)力計(jì)的拉力所做的功。這兩次拉力所做的功相同嗎?為什么?實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然在兩次實(shí)驗(yàn)中鉤碼被提高了相同的高度，但第二次實(shí)驗(yàn)中拉力做的功要多一些。在第二次實(shí)驗(yàn)中，將鉤碼提高一定的高度是我們的工作目的

，動(dòng)滑輪對(duì)鉤碼的拉力所做的功叫作有用功，用

W有用表

示

。彈簧測(cè)力計(jì)的拉力所做的功，叫作總功，用

W

總

表

示

。用動(dòng)滑輪提高鉤碼時(shí)，我們還不可避免地要克服動(dòng)滑輪本身所受的重力以及摩擦力等因素的影響而多做一些功，這部分功叫作額外功，用

W?

額外表

示

?？偣Φ扔谟杏霉εc額外功之和，即W

總

=

W

有用

額外大量實(shí)驗(yàn)表明，動(dòng)力對(duì)機(jī)械所做的功(總功)總是大于機(jī)械對(duì)外所做的功(有用功)。事實(shí)上，使用任何機(jī)械都不能省功。機(jī)械效率在保證所做有用功一定的情況下，人們總是希望額外功越少越好，即額外功在總功中所占的比例越小越好，也就是有用功在總功中所占的比例越大越好。

有用功總是小于總功，所以機(jī)械效率總是小于1。機(jī)械效率通常用百分?jǐn)?shù)表示。起重機(jī)的機(jī)械效率一般為40%~

5

0

%

,

抽

水機(jī)的機(jī)械效率一般為60%~80%。物理學(xué)中，將有用功跟總功的比值叫作機(jī)械效率。如果用

η表示機(jī)械效率，那么有

例

題起重機(jī)把質(zhì)量為0.5t的重物勻速提高了3m,

而它的電動(dòng)機(jī)所做的功是3.4×104J,

起重機(jī)的機(jī)械效率是多少?g取10N/kg。解

起重機(jī)勻速提高重物所用的力與物體所受的重力大小相等F=G=mg=0.5×103kg×10N/kg=5×103N起重機(jī)提高重物所做的功是有用功W有

用

=Fh=5×103N×3m=1.5×104J起重機(jī)的電動(dòng)機(jī)所做的功是總功W總=3.4×104J因此，起重機(jī)的機(jī)械效率這臺(tái)起重機(jī)的機(jī)械效率為44%。下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率。

演

示測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)思路要想測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率，就要想辦法找出使用滑輪組工作時(shí)的有用功和總功，然后求出二者的比值。本實(shí)驗(yàn)可以測(cè)

量如圖12.4-2所示滑輪組的機(jī)械效率，請(qǐng)根據(jù)此實(shí)驗(yàn)裝置思索：

要想知道有用功和總功，需要測(cè)量哪些量?實(shí)驗(yàn)過(guò)程根據(jù)實(shí)驗(yàn)思路中的剖析，可以像下面這樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量鉤碼所受的

重力G

并填入后面的表格中。2.按照?qǐng)D12.4-2安裝滑輪組，分別

記下鉤碼和繩端(彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤底

部)的位置。圖12.4-2測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率3.緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼升高，讀出拉力F,

用刻度尺測(cè)出鉤碼提高的高度h和繩端移動(dòng)的距離s,將這三個(gè)量填入下表。4.算出有用功

W有用

總功W總

機(jī)械效率η并填入下表。圖12.4-2測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率次數(shù)鉤碼所受的重力G/N提升的高度

h/m有用功

W有用/J拉力F/N繩端移動(dòng)的距離s/m總功W/J機(jī)械效率η123改變鉤碼的數(shù)量，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。

想想議議你在三次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的機(jī)械效率一樣嗎?說(shuō)一說(shuō)影響滑輪組機(jī)械效率的因素有哪些。提高機(jī)械效率可以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的作用，對(duì)節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。提高機(jī)械效率的主要辦法是改進(jìn)結(jié)構(gòu)，使機(jī)械設(shè)備更合理、更輕巧。在使用中按照技術(shù)規(guī)程經(jīng)常保養(yǎng)，使機(jī)械設(shè)備處于良好的狀態(tài)，對(duì)于保持和提高機(jī)械效率也有重要作用。

練習(xí)與應(yīng)用一①用滑輪組勻速提高重物的過(guò)程中，哪個(gè)是有用功?哪些是額有用功是對(duì)物體所做得功；額外功是對(duì)動(dòng)滑輪所做的功、克服繩重和摩擦所做的功。②

一臺(tái)起重機(jī)將重3600N的貨物勻速提高4m,起重機(jī)做的有用功是多少?如果2額外功是9600J,總功是多少?機(jī)械效率是多

少?起重機(jī)所做的額外功是由哪些因素引起的?有用功W

有用=Gh=3600N×4

m=14400J,總功

W

總=

W有用+W額外=14400J+9600J=24000J,機(jī)械效率

起重機(jī)所做的額外功是由動(dòng)滑輪、起重臂和鋼絲繩所受的重力以及摩擦引起的。鉤碼所受的

重力G/N提升的高度h/m拉力F/N繩端移動(dòng)

的距離s/m有用功

W有用/J總功

W/J機(jī)械效率η甲同學(xué)1.00.10.50.30.10.1567%乙同學(xué)3.00.11.20.30.30.3683%③

兩位同學(xué)根據(jù)圖12.4-2分別用自己的器材測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率，下表是他們實(shí)驗(yàn)中的一組數(shù)據(jù)。請(qǐng)將表格中的數(shù)據(jù)補(bǔ)

充完整并闡明機(jī)械效率不同的原因可能是什么。機(jī)械效率不同的原因是物體重力變化了，從數(shù)據(jù)可以看出，同滑輪組，物體越重，則機(jī)械效率越高。④

有沒(méi)有機(jī)械效率為100%的機(jī)械?為什么?舉例闡明，通過(guò)什么途徑可以提高機(jī)械效率。沒(méi)有。因?yàn)槭褂脵C(jī)械做功時(shí)，必然要克服機(jī)械自重、摩擦等做額外功，即有用功定小于總功，機(jī)械效率一定小于100%。使用滑輪組提高重物時(shí)，盡量使用輕質(zhì)材料制成的動(dòng)滑輪和繩子，盡量減小繩和滑輪間的摩擦，增大重物質(zhì)量，這樣可以減

小額外功，增大有用功，提高機(jī)械效率。⑤

用一個(gè)動(dòng)滑輪在5s

內(nèi)將一個(gè)重200N

的物體向上勻速提起3m,

拉力為150N

這個(gè)動(dòng)滑輪的機(jī)械效率是多少?拉力的功66.7%;180

W基本概念

有用功、額外功和總功定義

有用功跟總功的比值提升物體的重力、動(dòng)滑輪的重力、摩擦影響滑輪組機(jī)械效率的因素規(guī)律

機(jī)械效率總小于1機(jī)

械效率計(jì)算公式有用總1.賣茶杯的人，從貨架上拿起茶杯；喝茶的人，從桌面上端

起盛茶水的茶杯。下列關(guān)于兩人克服茶杯重力做功的說(shuō)法中正

確的是(

D

)A.都是有用功B.都是額外功C.對(duì)喝茶的人而言是有用功D.對(duì)賣茶杯的人而言是有用功2.如圖所示，人用100N

的拉力通過(guò)滑輪組將重

為300N

的物體向上提起，繩重和摩擦不計(jì)，在拉

力作用下，物體速上升了1m。

求

：(1)人所做的有用功為

300J_

。(2)人所做的總功為

400J

_。(3)人所做的額外功為

100J

O/F例

)3.

(2023

·連云港中考)