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文檔簡介
1、第四章 機(jī)械與功一、簡單機(jī)械(一)杠桿1. 定義:在力的作用下繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的硬棒 理想的杠桿是不存在的,在生活中所說的杠桿都是理想模型(模型法)2. 杠桿的五個(gè)要素:支點(diǎn),動力,動力臂,阻力,阻力臂 支點(diǎn):固定點(diǎn)O 動力:使杠桿轉(zhuǎn)動的力F1 阻力:阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力F2 動力臂:從支點(diǎn)到動力作用線的距離l1 阻力臂:從支點(diǎn)到阻力作用線的距離l2 另外一些概念:力臂:支點(diǎn)到力的作用線的垂直距離 動力與阻力的方向不一定相反,動力和阻力使杠桿轉(zhuǎn)動的方向相反3. 作圖: 找支點(diǎn);判斷力的作用點(diǎn)和方向;作出力的作用線;從支點(diǎn)作力的作用線的垂線,垂線用虛線表示;用大括號括出力臂,并標(biāo)出相應(yīng)的字母。 注意:在
2、作力時(shí)若杠桿平衡,則應(yīng)使動力、阻力讓杠桿的轉(zhuǎn)動效果相反4. 探究杠桿的平衡條件杠桿平衡是指杠桿保持靜止或繞支點(diǎn)勻速轉(zhuǎn)動實(shí)驗(yàn)器材:支架、帶刻度的杠桿、彈簧夾(或細(xì)線)、鉤碼、彈簧測力計(jì)步驟:(1)把杠桿的中心安裝在支架上(作用:消除杠桿自身重力的影響),調(diào)節(jié)兩端的平衡螺母(平衡螺母的作用是調(diào)節(jié)杠桿自身的平衡),使杠桿在水平位置平衡(作用:便于在杠桿上直接讀出力臂的值)(2)在杠桿兩端掛鉤碼,改變鉤碼的個(gè)數(shù)或位置,使杠桿在水平位置平衡,記錄動力、阻力、動力臂、阻力臂的值結(jié)論:杠桿平衡的條件是F1L1=F2L2當(dāng)用始終豎直向上的力將木棒一端從水平位置提到豎直位置時(shí),力始終不變當(dāng)用始終與木棒垂直的力將
3、木棒一端從水平位置提到豎直位置時(shí),力不斷變小5. 三類杠桿省力杠桿:動力臂大于阻力臂,省力但費(fèi)距離實(shí)例:鐵皮剪刀、鍘刀、起子、羊角斧頭、鉗子、開瓶器等費(fèi)力杠桿:動力臂小于阻力臂,省距離但費(fèi)力實(shí)例:筷子、鑷子、掃帚、理發(fā)剪刀、魚竿等等臂杠桿:動力臂等于阻力臂,既不省距離也不省力實(shí)例:托盤天平、普通剪刀、蹺蹺板等常用實(shí)驗(yàn)題結(jié)論:ü 使用動力臂大于阻力臂的杠桿時(shí),可以省力ü 當(dāng)杠桿平衡,阻力、阻力臂不變時(shí),動力臂越大,動力越小ü 當(dāng)杠桿受到的兩個(gè)力使杠桿的轉(zhuǎn)動方向相反時(shí),杠桿可以平衡;當(dāng)杠桿受到的兩個(gè)力使杠桿的轉(zhuǎn)動方向相同時(shí),杠桿不可能平衡ü 當(dāng)杠桿水平平衡,
4、阻力、阻力臂、動力的作用點(diǎn)不變時(shí),動力與豎直方向的夾角越大,動力越大(二)滑輪1. 定義:周邊有槽,能繞固定點(diǎn)(軸)轉(zhuǎn)動的小輪 分為定滑輪和動滑輪2. 定滑輪:使用時(shí),軸固定不動的輪 實(shí)質(zhì)是等臂杠桿使用定滑輪能改變力的方向,不能省力使用定滑輪時(shí)拉力大小與拉力方向無關(guān)使用定滑輪時(shí)拉力大小與滑輪自身重力無關(guān)常用實(shí)驗(yàn)題結(jié)論:ü 使用定滑輪勻速提升重物時(shí),可以改變施力的方向,但不能省力ü 使用定滑輪勻速提升同一重物時(shí),拉力大小與拉力的方向無關(guān)3. 動滑輪:使用時(shí),滑輪和物體一起上升的滑輪實(shí)質(zhì)上是動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿可以省一半力,但要費(fèi)一倍距離 計(jì)滑輪重力時(shí),動滑輪重力越大,
5、拉力越大 如左圖,F(xiàn)=(G輪+G物)/2如右圖,F(xiàn)=2G物+G輪使用動滑輪時(shí),拉力方向與豎直方向的夾角越大,拉力越大常用實(shí)驗(yàn)題結(jié)論:ü 使用動滑輪勻速提升重物時(shí),能省一半力,但不能改變施力的方向ü 使用動滑輪勻速提升重物時(shí),拉力提升的距離等于物體提升的距離的2倍ü 使用動滑輪勻速提升同一重物時(shí),動滑輪重力越大,拉力越大ü 使用動滑輪勻速提升同一重物時(shí),拉力方向與豎直方向的夾角越大,拉力越大(以下為擴(kuò)展內(nèi)容)4. 滑輪組:定滑輪與動滑輪合成滑輪組有幾段繩子承擔(dān)動滑輪,拉力就是物體重力的幾分之一5. 輪軸:由輪和軸組成,能繞共同軸線旋轉(zhuǎn)的機(jī)械,叫做輪軸。實(shí)質(zhì)
6、上是繞中心軸轉(zhuǎn)動的杠桿如圖所示,R為輪半徑,r為軸半徑,F(xiàn)1為作用在輪上的力,F(xiàn)2為作用在軸上的力,根據(jù)杠桿的平衡條件有:F1R=F2r (動力×輪半徑=阻力×軸半徑)。日常生活中常見的轆轤、絞盤、石磨、汽車的駕駛盤、扳手、手搖卷揚(yáng)機(jī)、自來水龍頭的扭柄等都是輪軸類機(jī)械二、機(jī)械功1. 斜面:可以省力。在斜面高度一定時(shí),斜面越長越省力 不計(jì)摩擦?xí)r,設(shè)斜面高度為h,斜面長度為l,物體重物為G,則推動物體的力為Gh/l2. 機(jī)械功:當(dāng)一個(gè)力作用在物體上,物體沿這個(gè)力的方向上通過一段距離,我們就說這個(gè)力對物體做了機(jī)械功,簡稱功 W=Fs 單位:焦耳(J)1J=1Nm 為國際單位 做功
7、的兩個(gè)必要因素: (1)作用在物體上的力 (2)物體在力的方向上移動了一段距離 不做功的三種情況: (1)有力沒有距離,如推重物沒有推動 (2)有距離沒有力,如物體靠慣性運(yùn)動 (3)有力也有距離,但力的方向與運(yùn)動的方向垂直。如物體在光滑水平面上作勻速直線運(yùn)動,重力與支持力不做功 注意:只要力與運(yùn)動方向不垂直,這個(gè)力就對物體做了功3. 功率:單位時(shí)間內(nèi)做的功 P=W/t 國際單位:瓦特(W) 常用單位:千瓦(kW),兆瓦(mW)等50瓦的意義:表示物體每秒做50焦耳的功人做功時(shí)的功率一般為30-75瓦運(yùn)動員在短時(shí)間里的功率可達(dá)1500瓦馬長時(shí)間做功的功率一般是300-450瓦(區(qū)別于1馬力,1馬
8、力約等于735瓦)藍(lán)鯨游動的功率可達(dá)350千瓦對于作勻速直線運(yùn)動的物體,P=Fv常用實(shí)驗(yàn)題結(jié)論:ü 物體(拉力)做功相同,時(shí)間越短,做功越快ü 物體(拉力)時(shí)間相同,做功越多,做功越快ü 綜合結(jié)論:物體(拉力)做功與時(shí)間的比值相同,做功快慢相同ü 綜合結(jié)論:物體(拉力)做功與時(shí)間的比值越大,做功越快三、機(jī)械能1. 能:物體能對其他物體做功,我們就說它具有能 物體由于運(yùn)動而具有的能叫動能 物體由于處于某一高度而具有的能叫重力勢能 物體由于發(fā)生彈性勢能而具有的能叫彈性勢能 重力勢能與彈性勢能統(tǒng)稱為勢能 動能和勢能統(tǒng)稱為機(jī)械能2. 影響動能大小的因素:速度與質(zhì)
9、量,其中速度的影響比質(zhì)量大 (Ek=1/2mv²) 探究的實(shí)驗(yàn):探究動能與速度的關(guān)系時(shí),用質(zhì)量相同的小球從不同高度的斜面上滾下,看木塊被推動的距離;探究動能與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),用質(zhì)量不同的小球從相同高度的斜面上滾下,看木塊被推動的距離 從相同的高度滾下是為了使小球在到達(dá)平面時(shí)有相同初速度 使用的物理探究方法為轉(zhuǎn)換法和控制變量法常用實(shí)驗(yàn)題結(jié)論:ü 物體的速度一定時(shí),質(zhì)量越大,動能越大ü 物體的質(zhì)量一定時(shí),速度越大,動能越大ü (綜合結(jié)論)物體的質(zhì)量與速度的平方的乘積為定值時(shí),物體的動能相同ü (綜合結(jié)論)物體的質(zhì)量與速度的平方的乘積越大,物體的動能越
10、大3. 影響重力勢能大小的因素:質(zhì)量與高度 (Ep=mgh) 探究的實(shí)驗(yàn):探究重力勢能與質(zhì)量的關(guān)系時(shí),用質(zhì)量不同的物體從相同高度自由落下,看木樁被打進(jìn)地面的深度(或沙坑的凹陷程度);探究重力勢能與高度的關(guān)系時(shí),用質(zhì)量相同的物體從不同高度自由落下,看木樁被打進(jìn)地面的深度(或沙坑的凹陷程度) 使用的物理探究方法為轉(zhuǎn)換法和控制變量法常用實(shí)驗(yàn)題結(jié)論:ü 物體的質(zhì)量一定時(shí),高度越大,重力勢能越大ü 物體的高度一定時(shí),質(zhì)量越大,重力勢能越大ü (綜合結(jié)論)物體的質(zhì)量與高度的乘積為定值時(shí),物體的重力勢能相同ü (綜合結(jié)論)物體的質(zhì)量與高度的乘積越大,物體的重力勢能越大
11、4. 彈性勢能 例如上彈簧的玩具汽車,拉彎的弓都具有彈性勢能5. 物體所具有的動能與勢能可以相互轉(zhuǎn)化(如弓射出去,物體自由落下),在動能與勢能的相互轉(zhuǎn)化下且沒有轉(zhuǎn)化為其他形式的能(如摩擦轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能)時(shí),機(jī)械能守恒6. 能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失,它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其它物體,而能量的總量保持不變。四、機(jī)械功的原理1. 使用機(jī)械時(shí),動力對機(jī)械所做的功等于機(jī)械克服阻力所做的功,即使用任何機(jī)械都不省功2. 應(yīng)用:斜面長為L,高為h,將重為G的物體沿斜面勻速推到頂端,不計(jì)摩擦,拉力為Gh/L 若存在摩擦,拉力為F,則摩擦力f=F-Gh/L第五章
12、熱與能一、溫度 溫標(biāo)1. 溫度:物體的冷熱程度 符號:t(與時(shí)間一樣) 攝氏溫標(biāo)的定標(biāo): 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度規(guī)定為0 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸水的溫度規(guī)定為100 太陽表面溫度6000 通電的燈絲2500 煤氣燈的火焰1500 沸水100 人體37 冰水混合物0 冰凍的食物-20 自然界的最低溫度-273.15(此時(shí)分子的熱運(yùn)動停止,也被稱為絕對零度) 熱力學(xué)溫標(biāo) 這種溫度的單位名稱叫開爾文,簡稱開,符號為K,熱力學(xué)溫度T和攝氏度t的關(guān)系是: T=t+273.15(粗略計(jì)算可用273)K 溫度的國際單位是開爾文(K)2. 液體溫度計(jì) 原理:根據(jù)液體的熱脹冷縮的規(guī)律制成的 (最早的溫度計(jì)為伽
13、利略溫度計(jì),根據(jù)氣體的熱脹冷縮的規(guī)律制成) 常用的溫度計(jì)一般有水銀溫度計(jì),酒精溫度計(jì),煤油溫度計(jì)水銀與酒精相比,酒精的凝固點(diǎn)較低,沸點(diǎn)較低,故水銀溫度計(jì)用來測量高溫物體,酒精溫度計(jì)用于測量低溫物體 溫度計(jì)的使用 估計(jì)被測物體的溫度,選擇合適的溫度計(jì) 將溫度計(jì)的玻璃泡和被測物體充分接觸 待溫度計(jì)內(nèi)液柱不再變化時(shí)讀數(shù) 讀數(shù)時(shí),溫度計(jì)的玻璃泡不得離開被測物體,視線應(yīng)與溫度計(jì)內(nèi)液面相平 取出溫度計(jì) 體溫計(jì):測體溫用的醫(yī)用溫度計(jì) 體溫計(jì)里裝的液體是水銀 測量范圍是35-42,最小分度值為0.1 玻璃泡與玻璃管之間有一縮口,當(dāng)體溫計(jì)離開人體時(shí),水銀變冷收縮,細(xì)管內(nèi)的水銀不能退回玻璃泡內(nèi),所以它表示的仍然是
14、人體的溫度。3. 熱膨脹 一般來說,物體在溫度升高時(shí)膨脹,溫度降低時(shí)收縮 氣體的熱膨脹 現(xiàn)象:夏天,給自行車打氣,不能打得太足 冬天把自來水筆由室外布到室內(nèi),有時(shí)會有墨水滲出來 液體的熱膨脹現(xiàn)象:溫度計(jì)就是利用液體的熱脹冷縮性質(zhì)制成的燒開水時(shí),水壺不能裝得太滿,不然加熱一段時(shí)間后會有水溢出在相同條件下,不用液體的熱膨脹程度是不同的0-4時(shí),水熱縮冷脹固體的熱膨脹實(shí)驗(yàn)表明,在相同加熱條件下,銅的熱膨脹程度比鐵的熱膨脹程度明顯大量實(shí)驗(yàn)證明:一般物體都具有溫度升高時(shí)膨脹溫度降低時(shí)收縮的性質(zhì)。在相同條件下(原來體積相同,溫度變化相同),氣體的熱膨脹程度最大,固體的熱膨脹程度最小。熱膨脹在受到阻礙時(shí),會
15、產(chǎn)生很大的力(應(yīng)用:先把石頭燒紅,然后澆冷水可以破石)實(shí)例:夏天架設(shè)電線要松些 雙金屬片控制開關(guān)二、分子動理論1. 分子:保持物體原來性質(zhì)不變的最小微粒2. 擴(kuò)散:不同物質(zhì)在互相接觸時(shí),彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象 如:香氣,在下方的二氧化氮與在上方的空氣互相進(jìn)入對方,金條、鉛條放幾年后會互相進(jìn)入3. 分子運(yùn)動的快慢與溫度有關(guān),溫度越高,分子運(yùn)動越劇烈,擴(kuò)散越快 如:一滴紅墨水滴入質(zhì)量相等的熱水和冷水中,熱水變紅得較快 這種分子的運(yùn)動叫熱運(yùn)動4. 分子動理論的基本內(nèi)容(1)物體都是由大量分子組成的,分子間有間隙(其中氣體分子的間隙最大,因此氣體容易被壓縮)(2)一切物體分子都在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(3)分
16、子間同時(shí)存在著相互作用的引力和斥力(如果距離大于10倍平衡距離,則分子間相互作用力幾乎不存在,如碎玻璃很難被拼到一起)說明分子間有間隙的:氣體可以被壓縮說明分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動的:香味說明分子之間存在引力的:將表面平整光滑的鉛塊壓在一起可以掛鉤碼而不會分開說明分子之間存在斥力的:液體、固體較難壓縮三、熱量、比熱容1. 熱傳遞 概念:能量從高溫物體傳到低溫物體,或者說從物體的高溫部分傳到低溫部分,這種現(xiàn)象叫做熱傳遞 條件:存在溫度差 方向:高溫物體傳到低溫物體,或物體的高溫部分傳到低溫部分 結(jié)果:直到溫度相同為止(是自發(fā)的能量轉(zhuǎn)移過程) 火柴實(shí)驗(yàn):用凡士林將幾根火柴隔開一段距離固定在金屬棒上
17、,用酒精燈加熱金屬棒的一端,發(fā)現(xiàn)火柴從靠近加熱一端的到遠(yuǎn)離加熱一端的依次掉落(凡士林高溫時(shí)會熔化) 火柴實(shí)驗(yàn)結(jié)論:熱從金屬棒溫度較高的一端沿著金屬棒傳到溫度較低的一端 熱傳遞的三種方式:(1)熱傳導(dǎo) 概念:熱從物體的高溫部分沿著物體傳到低溫的方式 特點(diǎn):熱沿著物體傳遞,物質(zhì)本身沒有移動 不同的物質(zhì)傳導(dǎo)熱的能力不一樣 熱的良導(dǎo)體:善于傳導(dǎo)熱的物質(zhì) 各種金屬都是熱的良導(dǎo)體,最善于傳導(dǎo)熱的是銀,其次是銅和鋁 通常情況下如果材料尺寸相同,溫度差越大,傳熱面越大,熱的傳導(dǎo)就越快 (2)熱對流 概念:靠液體或氣體的流動實(shí)現(xiàn)熱傳遞的方式 發(fā)生對流要滿足兩個(gè)條件:物質(zhì)可以流動(必須是液體或氣體,即流體);加熱
18、須在流體的下方,冷卻須在液體的上方 (3)熱輻射 概念:高溫物體直接向外發(fā)射熱的現(xiàn)象 特性:熱輻射不需中間介質(zhì),可以在真空中傳遞,而且在真空中輻射能的傳遞最有效 影響物體熱輻射和吸收熱的本領(lǐng)的因素: 物體的溫度(溫度越高,熱輻射本領(lǐng)越大) 表面的顏色(黑色物體本領(lǐng)較強(qiáng)) 粗糙程度(表面粗糙的物體本領(lǐng)較強(qiáng)) 表面積大?。ū砻娣e大的物體本領(lǐng)較強(qiáng)) 熱傳遞的實(shí)質(zhì):能量的傳遞2. 熱量 概念:在熱傳遞過程中,物體吸收或放出的熱量 注意:不能說物體“具有”“含有”熱量 熱量反映熱傳遞過程中物體內(nèi)能的變化 單位:焦耳(J) 在熱傳遞過程中,高溫物體放出熱量,低溫物體吸收熱量 物體放出熱量,溫度不一定升高;物體吸收熱量,溫度不一定降低 物體溫度升高時(shí),吸收熱量的多少與物質(zhì)種類、質(zhì)量、升高溫度有關(guān) 實(shí)驗(yàn):探究影響物質(zhì)吸收熱量的因素采用完全相同的酒精燈及兩個(gè)完全相同的玻璃杯的目的是使液體在相同時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相等3. 比熱容 比熱容是物質(zhì)的一種特性,反映物質(zhì)吸收熱的本領(lǐng)的物理量 概念:單位質(zhì)量的某種物質(zhì),溫度升高1時(shí)吸收的熱量 符號:c 單位:焦/(千克) J/(kg) 讀作“焦每千克攝氏度” c水=4.2×103J/(kg) 物理意義:質(zhì)量為1千克的水溫度升高1所吸收的熱量是4.2*103焦 水的比熱是常見物質(zhì)中最大的,所以常用水做冷卻劑,對氣溫有調(diào)節(jié)作用(沿海地
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