簡單機械具有“方便、省力或省距離”等特點，極易聯(lián)系生活實際，它的工作狀態(tài)還會聯(lián)系到力及力的平衡、功和機械能、機械效率等重要知識.功是物理學(xué)中最基本、最重要、與能有密切聯(lián)系的物理量，一切自然現(xiàn)象都與功和能相聯(lián)系.機械能和內(nèi)能這部分內(nèi)容以能量為主線，主要講述了機械能、內(nèi)能的概念及其相互轉(zhuǎn)化，比熱容、熱值的概念及熱量的計算，內(nèi)能的利用和熱機的工作原理.這些知識與我們的生活息息相關(guān)，已廣泛應(yīng)用于工作、生活和學(xué)習(xí)等方面.學(xué)習(xí)這些知識和概念，不僅要求“知道”其物理意義、公式和單位，還要求結(jié)合實例來“理解”.這屬于知識技能考查范圍.

下面結(jié)合一些例題來進行分析，談?wù)劷忸}的思路、策略和方法.

例1一次，檢查員發(fā)現(xiàn)某藥店的一臺天平左右兩臂不相等，于是責(zé)令營業(yè)員停止使用該天平，但這時卻剛好跑進來一顧客，要求購買200g藥品， 營業(yè)員急中生智地對檢查員說:我先在左盤里放藥品，右盤放100g砝碼， 然后再在左盤放100g砝碼，右盤放藥品，這樣一次藥品的質(zhì)量多于100g，一次藥品的質(zhì)量少于100g，兩次扯平了，剛好200g，這樣，誰也不吃虧.你認為營業(yè)員說的是否正確?

分析天平應(yīng)是一等臂杠桿，若兩臂不相等，則所稱量的物體質(zhì)量就不準(zhǔn)確.本題可看成是一道含有兩全過程的計算題，必須通過計算才能知道兩次稱量出的總質(zhì)量是否為200g.

解

方法1先設(shè)左右兩邊力臂之比為l1:l2.再分別計算出兩次稱出的藥品質(zhì)量M1、M2，加起來看是否等于200g.

M1×l1=100g×l2 100g×l1= M2×l2

方法2利用力與力臂成反比得:

100g:M1=M2:100g 得M1×M2=(100g)2，

即M1+M2>200g.

點評解杠桿類題目一般都是根據(jù)其平衡條件列出關(guān)系式，有一個過程列一個方程，再解出結(jié)果.

例2用滑輪組提起質(zhì)量為200g的物體.作用在繩子自由端向上的拉力為0.49N，繩子自由端移動的距離為0.5m，物體升高的距離為0.1m.

(1)求此過程中的有用功、總功和滑輪組的機械效率;

(2)畫出實驗時滑輪組的繞繩方法.

分析(1)有用功等于物重和物體升高距離的乘積;總功等于拉力和繩子自由端移動距離的乘積;機械效率等于有用功和總功的比值.

(2)使用滑輪組時，重物由幾段繩子承擔(dān)，繩子自由端移動的距離就是物體升高距離的幾倍.本題中繩子自由端移動的距離是物體升高的5倍，所以重物由5段繩子承擔(dān).繩子的一端應(yīng)系在下面的動滑輪上，由于重物是由5根繩子承擔(dān)，所以要兩個動滑輪，自由端向上，所以也要兩個定滑輪.

解(1)W有用=G·h

=2N×0.1m=0.2J，

W總=F·s=0.49N×0.5m

=0.245J，

=0.82=82%.

(2)繩子繞法如圖1所示.

點評在畫滑輪組時，動滑輪的個數(shù)由承擔(dān)重物繩子的段數(shù)決定， 段數(shù)為偶數(shù)，固定端就在定滑輪上，動滑輪個數(shù)為段數(shù)的一半; 段數(shù)為奇數(shù)，固定端就在動滑輪上，動滑輪個數(shù)為段數(shù)減1的一半. 動滑輪個數(shù)和固定端定下來之后，再看自由端是向上還是向下，就可確定定滑輪的個數(shù).

例3某同學(xué)自制了一個可以測人體重心位置的裝置，如圖2所示，取一塊與自己等長的木板，一端固定另一端用輕質(zhì)細繩通過一個滑輪懸掛起來(摩擦不計)，在繩子末端的托盤上放一些重物，使木板水平平衡.如果該同學(xué)身高160cm，質(zhì)量40kg，平躺到木板上后在托盤中再加上重137.2N的物體，木板再次水平平衡.

(1)該裝置中滑輪的作用是.

(2)在測人體重心之前，先“在繩子末端的托盤上放一些重物，使木板水平平衡”，這樣做的目的是 .

(3)請通過計算說明該同學(xué)的重心位置.(g取9.8N/kg)

分析本裝置是利用杠桿平衡條件來測重心位置的，將木板看成杠桿，O為支點， 先在繩子末端的托盤上放一些重物，使木板水平平衡，人平躺到木板上后，相當(dāng)于在人的重心處對木板作用一向下的大小等于人重的力，要使杠桿仍平衡，必須通過向托盤中再加重物使繩子的拉力增大.使增加的阻力和阻力臂乘積與動力和動力臂乘積相等.

解(1)改變力的方向;

(2) 使木板水平平衡，排除木板重力對實驗的影響;

(3)該同學(xué)的重心位置離O點(頭頂)距離為l2，

F1l1=F2l2得:

137.2N×160cm=40×9.8N×l2

l2=56cm.

答該同學(xué)的重心位置離O點(頭頂)距離為56cm.

點評在用此裝置測人重心位置時，也可不測人的質(zhì)量.其方法是: 人先頭朝O點平躺到木板上測一次，再腳朝O點平躺到木板上測一次，根據(jù)兩次測出的數(shù)據(jù)分別列出兩個關(guān)系式，解出重心位置.

例4如圖3所示，與水平方向分別成60°和30°的兩根細線吊著一根均勻直棒，直棒保持水平.若直棒重為G，求兩細線的拉力.

分析可將直棒看成杠桿，由于直棒是靜止的，其支點可根據(jù)題目需要而定.要求B端細線的拉力，可選A端為支點，動力為B端細線的拉力，阻力為棒AB的重力，作用點在重心處(AB的中點)，畫出并求出它們的力臂(都用棒長L表示)，根據(jù)杠桿平衡列出關(guān)系式，就可解出B端細線的拉力FB.取B點為支點，用同樣的方法可解出A端細線的拉力FA.

態(tài)，都可當(dāng)杠桿來處理.支點可任意定，但為了解題方便，往往將支點定在某一力的作用點上.

例5蘭蘭和芳芳測定好滑輪組機械效率后，在全班交流實驗結(jié)果時，老師提出:如果各組所用滑輪和串繞繩子的方式不變，改變其他因素，是否會影響它的機械效率呢?大家積極思考，提出了各種猜想，概括起來有如下幾種:

猜想l:可能與勻速提升的速度大小有關(guān);

猜想2:可能與被提升的鉤碼重力有關(guān);

猜想3:可能與勻速提升的速度大小和被提升的鉤碼重力都有關(guān);

猜想4:可能與鉤碼被提升的高度有關(guān).

(1)請幫助蘭蘭完成表中的一項計算;

(2)請根據(jù)她們的實驗記錄，分別在表中寫出探究結(jié)果;

(3)歸納她們的實驗探究，你所得的結(jié)論是:.

分析(1)首先設(shè)物體上升的高度為h，根據(jù)蘭蘭的第1組記錄算出承擔(dān)重物繩子的段數(shù)， 再根據(jù)蘭蘭的第2組記錄和繩子的段數(shù)算出第2組中的機械效率.

(2)蘭蘭在實驗中提升物體的速度大致相同，而所掛鉤碼重不同，得出的機械效率也不同，說明猜想2是正確的;芳芳在實驗中，所掛鉤碼重相同， 提升速度不同，得出的機械效率相同， 說明猜想1是錯誤的.

(3)猜想2正確，猜想1錯誤，可知猜想3也是錯誤的.在計算機械效率時，設(shè)出的高度h被消掉，也就是說明機械效率與h無關(guān). 猜想4也是錯誤的.

解(1)由η=W有用/W總得:

η2=15N×h/6N×3h=83.3%.

(2) 速度相同，所掛鉤碼越重， 機械效率越大;機械效率與速度大小無關(guān).

(3)只有猜想2正確.

點評物理中許多科學(xué)探究的問題都受幾個因素共同影響，控制變量法是解決這類問題的最有效的方法.運用“控制變量法”可以使物理量的變化簡化為分別與各個單因素的變化有關(guān)的問題，逐一分析、解決，從而降低物理問題的分析難度.

例6近年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，各種新型汽車不斷投放市場.以下是我國某品牌轎車的測試報告.

(1)汽油的熱值q=3.3×107J/L，燃料完全燃燒放出熱量的公式是Q=qV，式中V表示燃料的體積.請計算該品牌轎車在測試過程中，汽油完全燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為發(fā)動機牽引轎車前進所需能量的效率.(g取10N/kg)

(2)近年來，我國部分省份開始推廣使用乙醇汽油，乙醇汽油是由10%體積的乙醇與90%體積的汽油混合而成，已知乙醇的熱值q=2.4×107J/L，設(shè)混合后總體積不變，請計算乙醇汽油的熱值.

(3)乙醇，俗稱酒精.推廣使用乙醇汽油，有何積極意義?(請寫出一點)

分析 (1)轎車前進100km所需能量就等于克服阻力所做的功，9L汽油完全燃燒放出的熱量Q=qV. 所需能量和熱量之比就是所求的效率.

(2) 0.1L乙醇完全燃燒放出的熱量與0.9L汽油完全燃燒放出的熱量之和就是1L乙醇汽油完全燃燒放出的熱量.可得出乙醇汽油的熱值.

(3)可從環(huán)?；蚬?jié)約能源的角度來說明.

解(1)E=Fs=0.08×9000N×100×103m

=7.2×107J

Q=qV=3.3×107J/L×9L=29.7×107J

η= E/Q×100%=24.2%.

(2)q乙醇汽油=(0.1L×2.4×107J/L+0.9L

×3.3×107J/L)/ 1L=3.21×107J/L.

(3)減少CO2的排放，有利于環(huán)境保護.

點評(1)所謂效率是指有效利用部分占總體的比值. 在計算效率的題目中，要看清題目要求計算的是什么效率，要弄清哪些是有效利用部分，哪些是總體.例如簡單機械的效率則是機械對外做的有用功和機械對外界做的總功的比值;熱機的效率則是轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃扛剂贤耆紵龝r實際放出的熱量的比值;本題所求的效率則是發(fā)動機牽引轎車前進所需能量和汽油完全燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能的比值.

(2)本題熱值和課本中熱值單位有區(qū)別，課本中的單位是J/kg，它表示1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量， 本題熱值指的是體積為1L某種燃料完全燃燒放出的熱量.兩種燃料混合后熱值的計算方法是:取出單位質(zhì)量(或體積)的混合物，分別算出其中各種燃料的質(zhì)量(或體積)，并根據(jù)各自熱值算出它們完全燃燒后放出的總熱量，總熱量的數(shù)值就等于混合物的熱值.在計算混合物的密度、混合物的比熱時都可采用此方法.