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江苏省启东中学初中部中考物理专题复习：简单机械、功和能
考点聚焦
这专题内容涉及的物理概念比较多．在中考时，有下列一些知识点经常考查到． (1)杠杆的平衡条件，杠杆的应用 (2)滑轮
(3)功、功率的概念 (4)机械效率的概念 (5)功的原理 (6)机械能 本专题常用的公式有：
杠杆的平衡条件：F1l1＝F2l2 滑轮组的拉力：F＝
1(G物＋G动滑轮)(竖直向上提物体，不计摩擦和绳重) nW P＝F·v t 功的计算公式：W＝Fs 功率的计算公式： P＝
机械效率：??W有，W总＝W有＋W额
W总一、简单机械
1．有关杠杆概念
物理学上定义的杠杆是一根在力作用下能绕固定点转动的硬棒。所谓硬棒，就是要求在使用时棒不会变形，至于棒的形状则并非一定要求是直的，比如滑轮、轮轴等都可看作是杠杆。
在生产劳动和日常生活中，常接触到杠杆，如买菜使用的杆秤，实验室使用的天平。常用的剪刀、镊子、羊角锤等实际都是杠杆的变形。
杠杆研究的是力对物体的转动问题。力对物体的转动效果和作用力有关，还同时和力臂有关。正确理解力臂的概念，是学好杠杆的关键。 (1)理解“力臂”概念：
动力臂l1：支点到动力作用线的距离． 阻力臂l2：支点到阻力作用线的距离． (2)画力臂的步骤如下：
①在杠杆的示意图上，确定支点O，将力的作用线用虚线延长。
②从支点O向力的作用线作垂线，画出垂足，则支点到垂足的距离就是力臂。 ③支点到垂足用大括号勾出，并用字母L标明。 (3)使用杠杆的平衡条件分析解决问题时，应注意：
①动力和阻力都是指杠杆受到的力，而不是杠杆对别的物体所施加的力。 ②动力和阻力都是相对的。一般来说动力是使杠杆绕支点转动的力。阻力是阻碍杠杆绕支点转动的力。如用撬棒撬石头时，手对撬棒施加的力称之为动力；石头作用在撬捧上的力，阻碍杠杆转动的力称之为阻力，但有时不易区分哪个是动力，哪个是阻力，如使用天平称质量时，被称物体和砝码作用在天平盘上的力，哪个是动力，哪个是阻力呢？可设某一个力(如：顺时针方向转动)为动力，则另一个力(使杠杆逆时针转动)即为阻力。
③解题时，首先要从研究对象中找出相当于杠杆的那部分，确定出支点、动力作用点，阻力作用点，找出动力臂、阻力臂、画出示意图。然后根据杠杆的平衡条件列出方
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程，求出未知量。
2．实际生活中杠杆的分析
杠杆平衡条件为：F1l1＝F2l2，按照力臂的不同，可将杠杆分为： (1)当l1＞l2时，F1＜F2，为省力杠杆，如：撬杠、瓶启子、手推车． (2)当l1＜l2时，Fl＞F2，为费力杠杆，如：铁锨．
(3)当l1＝l2时，Fl＝F2．杠杆既不省力，也不费力．如：天平、定滑轮，称为等臂杠杆． 3．变形杠杆及其作用(不计动滑轮重、绳重及摩擦)
定滑轮 动滑轮 滑轮组 力臂关系 动力情况 动力方向 绳端移动距离 实质 l1=l2 F=G 改变 S=h 等臂杠杆 l1=2l2 F?G 2F?G n不改变 S=2h 省力杠杆 有可能改变，有可能不改变 S=nh(n是吊着物体的绳子段数) 4、怎样判断滑轮组的用力情况？
使用滑轮组提重物时，若忽略滑轮和轴之间的摩擦以及绳重， 则重物和动滑轮由几段绳子承担，提起重物的力就等于总 (G?G轮)重量的几分之一，即F=物。因此判断用力情况的关 n键是弄清几段绳子承担动滑轮和重物的总重。
用“隔离法”，把重物和动滑轮从滑轮组中“隔离”出来， 就很容易弄清直接与动滑轮连接的绳子的根数n，在图1甲中 我们用虚线把重物和动滑轮从滑轮组隔离，以重物和动滑轮为 研究对象，有四根绳子承担动滑轮及重物，所以用力F=FFG总4。 。 G甲G乙图1 同理，分析图1乙可知，提起重物及动滑轮的力F=G总5新世纪教育网 www.xsjjyw.com 精品资料 版权所有@新世纪教育网
从上面还可以看出，同一个滑轮组，绳子的绕法不同，省力的情况也不同，绳端固定在动滑轮上比固定在定滑轮上更省力。
5．功的概念
(1)功的两个必要因素
功和日常生活中常常讲的“工作”很相似，但两者并不相同。“工作”的含义比较广泛，它是指用体力劳动或脑力劳动来完成的任何一种活动，物理学中功的含义要狭窄得多，但是比较严格。如：车陷进泥坑中时，人用力推车尽管出了力，但只要车未被推动，就不能说人做功。
物理学中的功，有两个必要因素：①作用在物体上的力；②在力的方向上移动一段距离，如：人拎包不动或在水平路面上行走时，虽有力但没有力方向上的移动距离，故拎包的力不做功。
注意：做功过程中始终要求有力作用于物体上，如：踢出去的足球在平地上滚动时，踢球的力已失去，所以滚动过程中踢球的力没有对球做功。所以有力作用不一定做功，而有功则一定受力作用。
(2) 功的计算
功的大小等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。写成公式即为：W＝FS
式中F表示作用在物体上的力,单位用N；S表示物体在F的方向上通过的距离,单位用m；W表示功，单位即为J。1J＝1N·m.。
在用公式W＝FS计算功时，必须注意F与S的同方向性，即S必须是物体在F的方向上通过的距离，或F是在S方向上施加的作用力。
6．功率
(1)单位时间里完成的功，叫功率。
(2)功率是表示物体做功快慢的物理量，功率大的物体做功快，功率小的物体做功慢.。
(3)功率的计算公式：p?w t式中w为功，单位用J；t为做功所用时间，单位用s；p即为功率，单位用。1w＝1J/s。 除w以外,kw也是常用的功率单位. 7． 机械效率
(1)有用功:利用机械工作时,对人们有用的功叫有用功。
机械工作时，确定好哪一部分是有用功，这是解答这类问题的关键；而确定有用功的方法，则是根据机械工作时的目的来判断。具体在判断时，可以设想一下：如果不用机械，而直接用手来完成任务需要做的功，其大小就等于有用功。
例如,用滑轮组、斜面或杠杆等各种机械装置竖直提升重物时,我们工作的目的是要使重物升高.假如我们不用任何机械而直接用手来将重物匀速提升,则需要做的功是：W＝FS＝Gh.
在这一工作过程中的有用功其大小就等于Gh,即W有＝Gh. (2)额外功
使用机械工作时，并非需要但又不得不做的功叫额外功。 不同的机械需要做额外功的原因一般是不相同的。
例如：使用斜面工作时需要做额外功的原因是物体和斜面之间的摩擦；使用杠杆工作时需要做额外功的主要原因是杠杆自身重和摩擦；使用滑轮组工作时需要做额外功的主要原因
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是动滑轮的重和轮与轴之间的摩擦等。因此，使用实际机械工作时，往往不得不做额外功。
(3)总功
使用机械工作时，有用功与额外功之和叫总功。总功是工作过程中，人们对机械实际总共做的功：W总＝W有＋W额.
(4)机械效率
有用功与总功的比值,叫机械效率。其公式为：??W有
W总由于有用功总小于总功,因此机械效率总小于1. 机械效率是比值,没有单位,用百分数表示。
机械效率具有“可变性”：
W有①??W有?可知，如果该机械的额外功(W额.)一定，有用功(W有)越大，机械
W总W有?W额外效率越(η)大。例如被提升的重物重力增大时，滑轮组的机械效率将会随之提高。
W有②??W有?可知，当该机械的有用功(W有)一定，额外功(W额)越小，机械效
W总W有?W额外率越(η)大。例如用滑轮组提升重物时，如果减小机械的自重，加润滑油以减小摩擦，都可以使滑轮组的机械效率提高。
可见，同一机械在不同情况下工作时，其机械效率往往会改变。 (5)功率和机械效率的区别 物理量 功率(P) 机械效率(η) 定义 单位时间力完成的功 公式 物理意义 表示做功的快慢 表示机械做功的作用效率 P?W t有用功跟总功的比值 ??W有W总 8．机械能
(1)动能：物体由于运动而具有的能叫动能。 动能的大小与物体的质量、速度有关：物体的质量越大，速度越大，它的动能越大，因此，比较两个物体的动能大小时，就要紧紧抓住质量、速度这两个因素来进行比较. 例如两个物体质量相同时，则速度较大的物体具有的动能较大；如果两个物体的速度相同，则质量较大的物体具有的动能较大。
如果一个物体的质量比另一个物体的质量大，但它的速度却比另一个物体的速度小，要比较它们动能的大小，就要看它们能够做多少功来决定.
例如有两个钢球，一个质量较大，而另一个速度较大，则可让它们分别推着同一个木块在同一个水平桌面上运动，.能把木块推动较远的钢球做的功较多，则它所具有的功能就较大。
(2)势能：分为重力势能和弹性势能．
重力势能：被举高的物体具有的能，叫做重力势能。
物体的重力势能的大小与物体的质量、高度有关：物体的质量越大，被举得越高，它下落时能做的功就越多，表明它的重力势能越大.因此，比较两物体重力势能大小时，应紧紧抓住质量和物体所处高度这两个因素来分析、比较。