2022年浙教版九年级科学上册《第三章 能量的转化与守恒》知识点讲义
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1、第1讲:能量及其形式,机械能1、 能量及其形式能量及能量的形式通过斜面实验认识能量实验装置过程和现象小球一旦从斜而滚下,它将会继续滚上另一个斜面,如果没有 摩擦力,不管斜面乙、丙比斜面甲陡些还是缓些,小球总是会滚到斜面乙上的B处或斜面丙上的C处 ,而B处或 C处离桌面的高度与小球出发点以处的高度相同解释将小球提高到A处时,就给予了小球一种与升高高度相联系的能量能量的形式: 2、 动能及其影响因素动能及其决定因素动能:物体由于运动而具有的能叫做动能(一切运动的物体都具有动能)动能的决定因素:速度和质量影响动能大小的因素实验探究影响动能大小的因素实验现象: (1) 由甲乙两图可知,同一钢球从不同的
2、高度滚下,钢球碰撞木块时的速度不同, 高度越高,钢球滚下时速度越大,木块被推得越远,说明物体动能大小与物 体的速度有关; (2) 由乙丙两图可知,不同钢球从同一高度滚下,钢球碰撞木块时的速度相同 质量大的钢球将木块推得远,说明物体动能的大小与物体的质量有关实验结论:物体的动能大小与质量和运动速度有关 (1) 质量相同的物体,运动速度越大,它的动能越大; (2)运动速度相同的物体,质量越大,它的动能越大判断动能的变化质量不变,速度越大,动能越大速度不变,质量越大,动能越大3、 重力势能及其影响因素重力势能及其决定因素 重力势能:物体由于被举高而具有的能叫重力势能决定因素:高度和质量影响重力势能大
3、小的因素实验探究重力势能的大小影响因素(1) 由甲乙两图可知,同一重物从不同的高度由静止放下,高度大的把小桌子 砸入的深度大,说明质量相等时,高度大的重物重力势能大; (2) 由乙丙两图可知,不同的重物从同一高度由静止放下,质量大的把小桌子 砸入的深度大,说明高度相等时,质量大的重力势能大实验结论:物体的重力势能大小与质量和高度有关 (1) 质量相同的物体,高度越大,它的重力势能越大; (2)高度相同的物体,质量越大,它的重力势能越大判断重力势能变化质量不变,高度越大,重力势能越大高度不变,质量越大,重力势能越大弹性势能弹性势能:物体由于发生弹性形变而具有的能,叫做弹性势能 影响弹性势能大小的
4、因素: 弹性形变的程度,物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大4、 机械能机械能的概念机械能:动能和势能的总和统称为机械能 关于机械能的理解:动能和势能都属于机械能,一个物体可以只有动能, 也可以只有势能,还可以同时具有动能和势能机械能的变化机械能守恒1 机械能守恒:当只有动能和势能相互转化时,机械能的总和不变,或者说机 械能是守恒的 “守恒”的含义为保持不变,即物体动能和势能相互转化过程中,任何位置的机械能(动能+势能)相等2 判断机械能守恒的方法: (1) 一是只有重力做功的情况下,机械能守恒;若在动能和势能转化过程中 受到摩擦力以及其它力作用时,机械能会转化为其它形式的能,机械能减小
5、,或者其它形式的能转化为机械能,使机械能增加; (2) 二是在动能和势能转化过程中通过机械能等于动能和势能的和来判断机械能是否改变机械能不守恒的情况:(1) 火箭加速升空:动能增大,势能增大,所以机械能增大。另外也可以从外力分析:因为(推力)做功,机械能增大。 (2) 电梯匀速升降:动能不变,势能发生改变,所以机械能由势能变化决定,电梯上升,机械能增加,电梯下降,机械能减少。(3) 摆球越摆越慢:由于受到空气阻力,部分机械能转化为内能,导致机械能减少。 (4) 弹球越弹越低:球在反弹过程中与地面摩擦,产生热量,机械能有损耗,越弹越低。 (5) 洒水车洒水,洒水车洒水过程之中,质量减少,导致动能
6、和势能同时减少,机械能减少。(类似的如飞机空中加油) 动能和重力势能的转化动能和势能可以相互转化 (1) 单摆(滑轨) :荡秋千是同学们非常喜欢的体育活动,秋千从高处荡向低处时,速度 越来越大,从地处荡向高度时,速度越来越小 方向高度重力势能速度动能能的转化AO降低减小变大增大重力势能动能OC升高增大变小减小动能重力势能CO降低 减小变大增大重力势能动能OA升高增大变小减小动能重力势能 (2) 滚摆:将滚摆挂起来,捻动滚摆,使悬线缠绕在轴上,当滚摆上升到最高点后,放开手,滚摆会上升和下降 方向高度重力势能速度动能能的转化下降降低减小变大增大重力势能动能上升升高增大变小减小动能重力势能(3) 卫
7、星的近地点和远地点: 方向高度势能速度动能能的转化远地点近地点降低减小变大增大重力势能动能近地点远地点升高增大变小减小动能重力势能(4)抛球,弹球: 方向高度势能速度动能能的转化上抛降低减小变大增大重力势能动能下落升高增大变小减小动能重力势能注意:斜抛过程中最高点速度最小,但仍然有水平速度,故动能不减为0.弹簧,蹦床和蹦极问题弹簧推物问题:(1)桌面光滑型:(P点为弹簧自由长度点)MP:小球受弹力,向右加速,弹性势能动能,P点速度最快,动能最大。PN:小球受弹力,向右减速,动能弹性势能,N点速度为0,动能为零,弹性势能最大。(2)桌面粗糙型:(P点为弹力与摩擦力平衡点,在自由点偏右)MP:小球
8、受弹力,向右加速,弹性势能动能和内能,P点速度最快,动能最大。PN:小球受弹力,向右减速,动能弹性势能和内能,N点速度为0,动能为零,弹性势能最大(但比之前的弹性势能小,因为摩擦损耗)。在周期性的往复运动中,MP和PN的长度会越来越短,机械能总量减少 蹦极问题 蹦极和蹦床问题的核心在于受力分析,分析力和运动的关系及能量的转化。过程分析:OA:自由落体,只受重力,人向下加速,同时重力势能变小,动能变大,重力势能转化为动能AB:受弹力()和重力,弹力从O开始变大,开始弹力小于重力,合力方向向下,人继续往下加速,此时人的机械能转化为绳子的弹性势能。B:受到的重力和弹力相等,合力为0,之前人一直加速,
9、之后人开始减速,所以在B点速度达到最大。BC:受弹力()和重力,但是弹力大于重力,合力向上,开始减速。C:最低点,速度为0,动能为0,此时绳子的弹性势能最大,故弹性势能最大。 第2讲:能量转化的量度1、 功功的定义功:一个物体受到力的作用,如果在力的方向上移动了一段距离,这个力就对物体做了功 作用在物体上的力F做功的两个必要因素 物体在力的方向上移动的距离s不做功的三种情况 甲:用力搬石头但没搬动乙:保龄球离开手后继续滚动的过程中,手对保龄球不做功丙:竖直向上有力拎滑板,但滑板只在水平方向上有移动距离有力无距有距无力力距垂直比较做功的大小做功或者比较做功大小只看力F的大小和在力的方向上移动的距
10、离, 与速度大小无关,与其他的力也无关1、 某个力做功多少其它力无关 2、力做功的多少与时间无关 3、力相同时,比较力方向上运动的距离 4、运动距离相同时,比较力的大小 1、 沿着光滑斜面下滑或竖直下落,重力做功相等。 功的简单计算在物理学中,我们用符号“W”表示“功”,功的计算公式为 W=Fs, 即“功=力距离”(1) 功的国际单位为“焦耳”,简称“焦”,用符号“J”表示1J=1N1m; (2) 公式中的距离s必须为力F所在方向上移动的距离 做功的形式:变形公式的运用2、 功率功率的定义物体单位时间内所做的功,叫做功率功率反映的是做功的快慢 功和功率的辨析功率公式 在物理学中,我们用符号“P
11、”表示“功率”,功率的计算公式为 (1) 单位:物理单位为“瓦特”,简称“瓦”用符号“W”(2) 单位换算:1kW = 1 103W(3) 物理意义:某小轿车功率为66kW,它表示:小轿车每秒钟做66000J的功功率的公式变形与简单计算计算功率除了用和,此外还可以通过它的变形公式来求力,或通过来求速度。求速度:求牵引力或阻力公式变形与计算:功和功率的图像分析 功率的比较 相同时间举起相同杠铃 自由落体,AB=BC 相同速度上滑(斜面光滑) 自由落体,t1=t2功和功率的综合计算功,功率,功的比值问题赋值法。匀速爬杆,上楼,上电梯等克服重力做功注意:爬楼梯问题中,爬上三层楼实际上只是上升了两层楼
12、的间隔。沿光滑斜面上升,下降 水平匀速拉物体物块出水入水枪管对子弹做功气体推力枪管长度计算平均功率(跳绳,引体向上,爬楼梯功率)注意:(t为完成一次运动的平均周期时间,包含了间隙的时间) (爬楼梯功率计算中,t为爬楼梯的总时间)第3讲:简单机械1、 杠杆杠杆的定义及五要素(1) 定义:在力的作用下能绕固定点转动的硬棒,叫做杠杆; (2) 对“ 硬棒 ”的理解 :“硬棒”不一定是棒,而是泛指有一定长度,能在外力作用下不发生弯曲、伸缩等形变的物体;杠杆可以是直的,也可以是弯曲的。 杠杆的五要素 支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂 注意:同一个杠杆,在不同转动情况下,支点位置可能不同补充:对杠杆自身重
13、力的理解 (1) 不计重力:一般 “ 轻质杠杆”,即为忽略杠杆的自重; (2) 重力过支点:因为过支点的力既不是动力也不是阻力,所以可以无视; (3) 重力不过支点:当杠杆的重力不过支点时,一般是阻力 , 这时我们的目的就是 克服杠杆的自重来转动杠杆; (4) 对于形状规则、密度均匀的杠杆,重心在杠杆的中心位置注意:对力臂的理解:力臂是支点到力的作用线的距离,不是支点到力的作用点的距离,它是点到线的距离而不是点到点的距离; 力臂有时在杠杆上,有时不在杠杆上,如果力的作用线恰好通过支点, 则力臂为零力臂的画法 分为 “找点” “画线” “作垂线段” 三步1 根据题意先确定支点O; 2 确定动力和
14、阻力,并用虚线将其作用线延长; 3 从支点向力的作用线画垂线,并用L1和L2分别表示动力臂和阻力臂 例: 探究杠杆的平衡条件杠杆平衡状态:杠杆静止不动或匀速转动都叫做杠杆平衡杠杆平衡的条件 (1) 平衡条件:动力动力臂=阻力阻力臂; (2) 公式表示:; (3)应用:知三求一 实验探究杠杆的平衡条件 实验步骤: 实验前:调节杠杆的平衡螺母使其在水平位置上平衡(1)杠杆实验为什么要使杠杆在水平位置平衡?消除自身重力对实验的影响 (2)平衡螺母的调节方法类似于天平:“左偏右调”,“右偏左调” (3)在实验开始之后还可以调节平衡螺母吗?不能 实验过程:(1) 给调节好的杠杆两侧挂上不同数量的钩码,使
15、杠杆重新在水平位置平衡(便于读出力臂), 这时杠杆两侧受到的作用力等于各自悬挂钩码的重力; (2) 设杠杆左侧受力为动力 F1,动力臂为 L1, 杠杆右侧受力为阻力 F2,动力臂为 L2,将每次实验的数据记录在表格中。 实验细节:若将弹簧测力计的拉力作为使杠杆平衡的动力,则弹簧测力计应: (1) 最好与施加阻力的钩码作用在杠杆的同一侧; (2) 竖直拉弹簧测力计区分省力杠杆,等臂杠杆和费力杠杆省力杠杆费力杠杆等臂杠杆常见的杠杆分析: 组合杠杆:指甲钳 脚踩式垃圾桶FED为省力杠杆,E为支点DCB为费力杠杆,C为支点杠杆的单状态计算利用杠杆的平衡条件进行计算的基本步骤: 计算物体 M 的重力 G
16、 l 代入杠杆平衡条件:(知三求一) 当把轮子作为支点,计算人作用在推车上的力 F 根据杠杆平衡条件,列等式:(知三求一) 根据杠杆平衡条件:最小力问题杠杆平衡条件: 要实现最小动力,就是要找最大动力臂,最大动力臂就一般是连接支点与杠杆最远处,然后垂直于动力臂做出动力 杠杆的动态平衡(1) 若 F始终与杆垂直 ,则 F( ) (2)若 F始终沿水平方向,则F( ) (3) 若 F始终沿竖直方向,则F ( ) (4) 若F从往转动,则F( ) (5) 同时减小阻力臂和动力臂的平衡问题 同时向里移动1格( ) 同时向外移动1格( )(6) 同时减少或增加动力和阻力的平衡问题 同增1个砝码( ) 同
17、减1个砝码( )2、 滑轮滑轮的定义及分类滑轮:是一种周边有槽,可以绕中心轴转动的轮子 在工作时,根据滑轮是否移动,将滑轮分为定滑轮和动滑轮 定滑轮和动滑轮特点1 定滑轮 (1) 定义:中间的轴固定不动的滑轮; (2) 定滑轮的实质是:等臂杠杆;(3) 使用定滑轮不能省力也不能省距离,但可以改变力的方向. 种类图示表达式定滑轮 2、动滑轮(1) 定义:在使用过程中,轴随物体一起运动的滑轮 (2) 实质:相当于动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆(3) 特点:使用动滑轮能省力,但费距离,不能改变力的方向(4) 绳子自由端的拉力 不计动滑轮重、绳重和滑轮轴摩擦: 计动滑轮重,不计绳重和滑轮轴摩擦: 注意:
18、动滑轮斜向上拉,动力臂会变短,省力效果会变差。 种类图示表达式动滑轮(常规) 动滑轮(非常规) 滑轮的绕线方式滑轮组:在实际应用中,人们常常把定滑轮和动滑轮组合在一起构成滑轮组 (1)滑轮组特点 (a) 一定省力,但是费距离。 (b) 绳子自由端从动滑轮出来,则是最省力的情况。 (c) 绳子自由端从定滑轮出来,则是改变力的方向的情况。 (2) 常规滑轮组的构成和绕线 (a) 可能情况一:定滑轮和动滑轮个数相等,绕线方式有两种 (b) 可能情况二:定滑轮和动滑轮个数相差 1 个,绕线方式唯一,绳子固定端连在个数少的滑轮上,绳子的自由端连在个数多的滑轮上。(3)绳子自由端确定方法:(a) 自由端与
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