八年级物理下册教案第十二章 简单机械

第十二章 第1节 杠 简单机械杆

导入一:

展示图片:一个人正在用一个巨大的杠杆撬动地球.

提问:这幅图的内容是什么?能联想到什么? 观察,交流感想,并踊跃回答,说出自己的看法.

阿基米德的名言显示了科学家基于科学理论的宏大气魄,也使我们接触到杠杆这个词.

会心地接受,体会到“一人之力可以撬动地球,使用杠杆似乎是可以省力的”,急于了解有关杠杆的科学理论.

[设计意图] 创设情景活跃课堂气氛,引入课题.

导入二:

下图的漫画是小兔和小猴分萝卜吃的情景,小兔认为自己胜利了,而小猴却认为小兔中计了.

你认为小猴和小兔谁分到的萝卜重?

导入三:

趣味游戏激发悬念

1.主持游戏:老师这里有一些钉子要拔出来,哪位同学愿意帮老师? 学生参与游戏.

2.老师这里可以提供一些工具,让同学试着去撬起来,然后告诉同学你的感受.这是为什么呢? 用螺丝刀撬,用羊角锤撬,其他学生观看后重复. [设计意图] 从活动引入,调动课堂气氛,引发学生学习兴趣,培养学生学习的积极性.

一、杠杆

生活中有很多帮助人们工作的工具,实质上都是杠杆. 同学们能举出自己所知道的有关杠杆的实例吗?

出示钉有钉子的木板、未启封的饮料、羊角锤、起子等器材,让学生选择工具起出钉子、打开饮料.

同学们课前也准备了不少相关的工具,请拿出来操作一下,互相讨论一下你的感受,说一说我们在使用这些工具时,有什么共同特点?

举出实例或拿出自己事先准备的实物,踊跃地上讲台操作,其余学生进行观察并讨论.

观察与思考后回答:工具在转动,可以省力,有一个固定点,工具没有变形.

这些工具在工作过程中,都像杠杆在撬动重石一样(投影片),可以绕一个固定点转动,本身没有变形. 观察投影片,对照自己使用工具的情形,确认这些特点的存在. [设计意图] 联系实际生活中的实例进行学习,再现生活情景,激发学习兴趣.

阿基米德要的那个支点,是指图中的哪个点?为什么这个点如此重要? 明白“支点”对构成杠杆的重要性. [设计意图] 锻炼分析实际问题的能力.

杠杆:能绕固定点转动的硬棒. 画出用杠杆撬动重物的示意图.

观察黑板上教师所画示意图,在笔记本上画图,标出杠杆的五要素.

着重从数学角度确定力臂的定义,回答:“点”“线”“距”观察、思考后举手回答. 杠杆五要素: 1.支点O. 2.动力F1. 3.阻力F2. 4.动力臂L1.

的含义. 5.阻力臂L2.

点拨:力臂可简称为“点线距” [知识拓展] 力的作用线:通过力的作用点沿力的方向所引的直线,叫做力的作用线,无论是动力还

是阻力,作用在杠杆上的这两种力,其作用效果正好相反,一般情况下,把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力,而把阻碍杠杆按照需要的方向转动的力叫做阻力.

力臂是支点到力的作用线的垂直距离,而不是支点到力的作用点的距离,力的作用线通过支点的,其力臂为零,对杠杆的转动不起作用.

[过渡语] 动力、动力臂、阻力、阻力臂之间有什么关系呢? 二、杠杆的平衡条件

思路一

(1)提出问题:杠杆满足什么条件才能水平?

(2)猜想与假设:让学生充分猜想,同时用橡皮、小刀、直尺、硬币等物示意给学生看,什么叫杠杆的平衡.

学生猜想如下:

①F1+L1=F2+L2,②1=2,③F1-L1=F2-L2,④F1×L1=F2×L2.

𝐹𝐹𝐿1𝐿2

教师带领学生分析以上猜想,甄别那些明显错误的猜想,如①F1+L1=F2+L2,③F1-L1=F2-L2,力和力臂单位不一样是不能加减的.

将学生分成两部分分别探究②1=2,④F1×L1=F2×L2.

𝐹𝐹𝐿1𝐿2

(3)制订计划与设计实验

设计实验方案:(引导学生讨论,实验装置中力的大小、力臂的大小最好能随时知道.实验探究前,应让学生充分讨论他们的探究方案.)

实验目的:探究杠杆的平衡条件. 实验器材:杠杆、铁架台、钩码. 实验步骤:

①把杠杆的中点支在铁架台上,调节杠杆两端的平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡.

※为什么要求杠杆静止时,在水平位置呢?(因为这样力臂的数值在杠杆上就能直接读出或量出.) ※ 调节杠杆平衡的方法:左沉右旋,右沉左旋.

②在杠杆两边挂适当钩码,并移动钩码位置,使杠杆在水平位置再次平衡,计算两力的大小,并读出两力臂的值,将力和力臂的数值填入表中.(重复3次)

(4)进行实验与收集证据.

实验次数 F1/N L1/cm F2/N L2/cm 1 2 3 分析判断:在分析判断过程中有可能出现F1+L1=F2+L2的结论,要求学生认真分析数据,找到出错

的原因,为以后的学习打下坚实的基础.

(5)讨论、交流、合作.

你的实验结论与你的假设一致吗?你的结论是什么? (6)得出结论:杠杆的平衡条件是:

动力×动力臂=阻力×阻力臂 (F1×L1=F2×L2) [知识拓展] 正确理解杠杆的平衡条件:

(1)研究杠杆平衡条件的实验是杠杆在水平位置平衡进行的,但是在实际生产和生活中,这样的平衡是不多的,在很多情况下,杠杆是倾斜静止的,这是因为杠杆受到了几个力作用而平衡,所以说杠杆不论处于怎样的静止,都可以理解成平衡状态.

(2)从动力×动力臂=阻力×阻力臂,可知,力和力臂的大小成反比,即力臂越长,力就越小.

(3)利用杠杆平衡条件进行计算时,单位要统一,动力和阻力的单位要统一,动力臂和阻力臂的单位要统一.

思考二

请同学们利用手边的直尺、铅笔、橡皮等文具,做一个杠杆水平平衡实验.

我们可以用大物体平衡小物体,那么,在杠杆平衡时,动力、动力臂、阻力、阻力臂之间存在着怎样的关系?

学生猜想:

(1)动力×动力臂=阻力×阻力臂. (2)动力+动力臂=阻力+阻力臂. (3)

动力

阻力

=.

动力臂阻力臂

[设计意图] 创设情景,学生参与游戏活跃课堂气氛,通过亲自体验,可以加深记忆,在激起兴趣的同

时还可以降低后面设计实验的难度.

将学生猜想写在黑板上,并鼓励有创意和科学思维的猜想. 发放学生分组实验器材.

请同学们利用老师刚才所发的实验器材,设计一个实验,对杠杆的平衡条件进行探究. 在学生进行初步设计后,组织交流设计思想,通过交流讨论,使学生明白: (1)实验中动力和阻力是人为规定的.

(2)“怎样确定力臂”是这个实验的难点,可以在实验中使杠杆水平平衡,直接数出杆上的格子数就是力臂的大小.

(3)设计一个好的表格对探究活动能否成功很重要.

请同学们针对所要测量的内容,参照教材P77所示“实验”,设计好实验步骤和记录表格,然后动手进行实验.

测量次数 1 2 3 4 5 6 F1/N l1/cm F2/N l2/cm 熟悉并清点器材,学生设计实验,确定需测量的物理量、测量工具和测量方法.通过交流回答:

(1)动力和阻力的大小可以用钩码的重力和个数确定,或者用弹簧测力计测出. (2)力臂大小可以通过数格子数确定.

(3)使杠杆水平静止是平衡,但在其他位置处于静止状态也是平衡. 让完成情况较好的实验组报告实验结论,组织学生对实验结果进行分析. 综合学生的讨论结果,对板书中学生的猜想进行评价,得出正确结论. 杠杆平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂或F1L1=F2L2.

[过渡语] 在生活中,我们经常使用杠杆,是不是使用杠杆都能省力呢? 三、生活中的杠杆

(1)探究活动:

准备好一个书包、一根1.5米长的杆,请一位同学体验撬书包的方式和感觉.

体验撬书包的感觉:书包离肩很近,感觉轻松;书包离肩很远,感到吃力.发现杠杆在不同的情况下既可以省力,又可以费力.

[设计意图] 切身体验,加深影响,让学生进一步体会到物理是有用的.

(2)将杠杆按其动力臂与阻力臂的相对长度分类,并对不同类型的杠杆的特点及功能做总结.

平衡时杠杆 分类 力臂 力 关系 的比较 省力 特点 举例 应用 L1>L2 F1F2 力距 不省力筷子 等臂 托盘 L1=L2 杠杆 F1=F2 不 天平 费距离 理解杠杆分类原理,结合实际记忆不同杠杆的特点及应用.

分类总结,便于记忆.

既省力又省距离的杠杆是不存在的.

[设计意图] [知识拓展] 判定杠杆的种类,主要通过比较动力臂和阻力臂的大小进行判断,因此对于较复杂的杠杆,最好在图上找到支点、动力、阻力,然后画出动力臂和阻力臂进行比较,对一些不容易判断力臂大小的我们也可以根据杠杆是省距离还是费距离的角度来分析,省距离的(如:用筷子吃饭)费力,费距离的(如:羊角锤)省力.

1.定义:一根硬棒,在力的作用下绕着固定点O转动,这根硬棒就是杠杆. 2.五要素:

(1)支点:杠杆绕着转动的点. (2)动力:使杠杆转动的力. (3)阻力:阻碍杠杆转动的力.

(4)动力臂:从支点到动力作用线的距离. (5)阻力臂:从支点到阻力作用线的距离. 3.力臂画法: (1)找支点O. (2)画力的作用线.

(3)画力臂(过支点作力的作用线的垂线). (4)标力臂.

4.探究杠杆平衡的实验:

(1)杠杆平衡是指:杠杆静止或匀速转动.

(2)实验前:应调节杠杆两端的螺母,使杠杆在水平位置平衡. 目的:可以方便地从杠杆上读出力臂.

(3)结论:杠杆平衡的条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,公式:F1L1=F2L2. 5.杠杆的分类及应用:

(1)等臂杠杆:F1=F2,L1=L2,不省力也不省距离.例:托盘天平. (2)省力杠杆:F1L2,省力费距离.例:羊角锤、开瓶器. (3)费力杠杆:F1>F2,L11.如图所示,一位母亲推着婴儿车行走,当前轮遇到障碍物时,母亲向下按扶把,若把婴儿车视为杠杆,这时杠杆的支点是 ;当后轮遇到障碍物时,母亲向上抬起扶把,这时婴儿车可视为 (填“省力”或“费力”)杠杆.

解析:当前轮遇到障碍物向下按扶把时,婴儿车绕后轮转动,所以后轮是支点;当后轮遇到障碍物向上抬起扶把时,婴儿车绕前轮转动,所以前轮是支点,这时动力臂大于阻力臂,是省力杠杆.

【答案】 后轮 省力

2.如图,这款图钉来自一位初中生的创意,翘起部分为我们预留出施力空间,图钉作为杠杆,其支点是

( )

A.A点 C.C点 B.B点 D.O点

解析:这个装置的目的是能把图钉拔出来,该图钉的工作过程是这样的:用力向上撬图钉的A点,图钉绕着C点顺时针转动,使图钉被拔出.由此可知作用在A点使图钉顺时针转动的力是动力;作用在B点,阻碍图钉被拔出的力是阻力;C点是支点.故选C.

3.下列机械或工具的使用,属于费力杠杆的是

( )

解析:羊角锤目的是拔出钉在木头中的钉子,通过费距离,省力,达到徒手不能达到的效果,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;筷子是通过费力,节省距离,夹到距离身体较远的食物,动力臂小于阻力臂,是费力杠杆;通过起瓶器开启瓶塞是通过费距离达到省力的目的,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;独轮车动力臂大于阻力臂,以省力搬动更多的重物,所以是省力杠杆.故选B.

4.如图所示,一根木棒AB在O点被悬挂起来,AO=OC,在A,C两点分别挂有两个和三个相同的钩码,木棒处于水平平衡.如在木棒的A,C两点各增加一个同样的钩码,则木棒

( )

A.绕O点顺时针方向转动 B.绕O点逆时针方向转动 C.仍保持平衡

D.平衡被破坏,转动方向不确定

解析:由于木棒原来处于平衡状态,因OA=OC,在木棒的A,C两点各增加一个同样的钩码时,两边的力和力臂的乘积仍相等,木棒仍平衡.故选C.

5.如图,一块厚度、密度均匀的长方形水泥板放在水平地面上,用一竖直向上的力,欲使其一端抬离

地面.则 ( )

A.F甲>F乙,因为甲方法的动力臂长 B.F甲F乙,因为乙方法的阻力臂短 D.F甲=F乙,因为动力臂都是阻力臂的2倍

解析:两次抬起水泥板时的情况如图所示:在上述两种情况下,动力克服的都是水泥板的重力,对于形状规则质地均匀的物体,其重心都在其几何中心上,所以阻力臂都等于动力臂的二分之一.根据杠杆的平

𝐺𝐿

阻

衡条件F=

𝐿

动

=G.所以前后两次所用的力相同.故选D. 12

一、教材作业

【必做题】

教材第80页动手动脑学物理的1,2,3,4题.

第2节 滑 轮

导入一:

极具险绝奇观的天门山盘山公路——“通天大道”是天门山的一大景观,通天大道态势险绝,荡气回肠,两侧绝壁千仞,空谷幽深,它全长不到11公里,海拔却从200米急剧提升至1200米,多达九十九弯,弯弯紧连,似玉带环绕,层层迭起,宛若飞龙盘旋,直通天际,使人惊奇,堪称天下第一公路奇观.

盘山公路为什么要修得“曲曲折折”?

导入二:

展示照片,提出问题.

展示滑轮组图,请学生观察图片中这种机械的结构. 仔细观察,回答问题.

滑轮:边缘有凹槽,能绕轴转动的小轮.

展示教科书中旗杆和起重机的图片,提问:下面两个滑轮在使用上有什么不同呢?

看图,思考并回答:

国旗上升时,旗杆顶端的滑轮不随物体一起移动. 货物上升时,电动机下面的滑轮随物体一起移动. [设计意图] 通过生活中的实例,让学生分析,拉近物理与生活的关系,反映出物理是有用的.

导入三:

师:每个星期一的早晨我们全校的师生都要举行庄严的升旗仪式,走上升旗台,当一名光荣的“升旗手”是我们每一位同学梦寐以求的愿望.大家想不想做升旗手?让我们做一回模拟“升旗手”吧.

你的实验桌上有铁架台、钩码、棉线,我们用铁架台代替旗杆,用钩码代替国旗,用棉线代替绳子,用升旗的方法把钩码升起来,能办到吗?

学生动手实验,教师巡回指导. [设计意图] 创设教学情景,让学生快速进入滑轮知识学习.

观看了大家的“升旗”,发现有的小组直接向上拉绳子,把钩码位置升高;有的小组是把绳子绕过铁架台顶端的横杆,通过向下拉绳子把钩码位置升高.他们谁是合格的“升旗手”?

思考:把绳子绕过铁架台顶端的横杆,来模拟升旗,这个“横杆”起什么作用? 引导学生分析:横杆起着改变用力方向的作用.

模拟升旗时,绳子要在横杆上滑动,这样会产生摩擦力.拉动时会费力,怎样改进才能减小摩擦呢?(让横杆表面光滑些,用滚动代替滑动).

与减小摩擦知识联系,起到温故知新的作用.同时又能让学生更好地理解滑轮的结构.

用滚动代替滑动就是要在轴上套一个轮子,它是什么样子呢?(教师出示滑轮)看!这就是套在轴上的轮子,我们叫它滑轮.在你们实验桌的抽屉里都有两个滑轮,现在你们把它们拿出来,仔细观察滑轮的结构,试着画出滑轮的结构简图.

[设计意图] 学生画出滑轮结构简图.为进一步研究滑轮做好铺垫.

一、定滑轮和动滑轮

思路一

利用桌上的实验器材,通过滑轮来提升钩码,看谁的办法又快又多?一会向大家展示你的设计并画出示意图.

学生进行实验.有了“升旗”的经验,很容易组装成定滑轮;有的同学还能够组装出动滑轮,甚至滑轮组,老师有意识地找出设计使用定滑轮和动滑轮的同学,让他们展示设计的成果.

[设计意图] 创设任务情景,让学生创造性地完成任务,能培养学生的学习兴趣,培养创新能力.

针对图,请学生观察,看两种方法提升钩码时有哪些不同?在比较轴是否移动的基础上总结出定滑轮

和动滑轮的定义.

学生讨论并回答:一个滑轮的轴固定不动,另一个滑轮的轴随着上升.用力方向不同.

思考:我们知道力有三要素,就是力的大小、方向和作用点.定滑轮能改变力的方向,是否能改变力的大小?动滑轮不能改变用力的方向,能否改变力的大小?下面通过实验进行探究.

请同学们结合实验,思考以下问题: 1.使用定滑轮的好处是什么? 2.使用定滑轮可以省力吗?

3.使用定滑轮可以省动力作用点移动的距离吗?

学生进行探究定滑轮特点的实验.根据实验现象和数据分析思考.

[设计意图] 培养学生科学探究的能力.

总结:使用定滑轮不省力,不省距离,但可以改变力的方向. [知识拓展] (1)在不考虑定滑轮轴间摩擦和绳重等因素时,被提升物体的重力与绳的自由端的拉

力大小是相等的,所以使用定滑轮不省力.

(2)在不考虑悬绳伸缩等因素时,重物被提升的高度与拉力作用点移动的距离是相等的,所以使用定滑轮不省距离,如图甲所示.

(3)所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力(图乙中F1方向向下)能得到一个与该力方向不同的力(图乙中得到使重物G上升的力).

请同学们结合实验,思考以下问题: 1.使用动滑轮能改变动力的方向吗? 2.使用动滑轮可以省力吗?

3.使用动滑轮可以省动力作用点移动的距离吗?

学生进行探究动滑轮特点的实验.根据实验现象和数据分析思考. 总结:使用动滑轮可以省力,但费距离,且不改变力的方向. 利用课件,引导学生分析定滑轮和动滑轮的实质.

(1)回忆杠杆的五个要素,找出定滑轮支点,确定其动力臂和阻力臂的大小关系. 请学生根据以上分析,解释为什么斜着拉动重物时,拉力的大小不变. 引导学生分析思考得出结论.

得出结论:定滑轮实质是一个等臂的杠杆.

(2)找出动滑轮的支点,强调这是一个瞬时支点,拉力的方向一定要竖直向上,确定其动力臂和阻力臂,并比较其大小关系.

(动力臂是阻力臂的2倍)

请学生进一步分析,解释为什么斜着拉动重物时,拉力的大小会变大(动力臂变小). [设计意图] 这样学生可以理解用弹簧秤通过动滑轮来拉钩码,读取弹簧秤的示数时,跨过动滑轮

的两条绳要竖直、平行.

引导学生分析思考得出结论.

得出结论:动滑轮实质是一种能省力的杠杆. [知识拓展] 12

(1)在不考虑动滑轮自身重力、绳重、绳与轴间摩擦等因素时,提升动滑轮的动

力是被提升物重的,所以使用动滑轮能省一半力.

(2)在不考虑绳伸缩等因素时,被提升的物体每上升h,绳的自由端要上升2h,所以说使用动滑轮要费

一倍距离(如图所示).

定滑轮可以改变力的方向,但不能省力.动滑轮可以省力,但不能改变力的方向.能否 [过渡语] 得到这样一种机械,它既可以省力,又可以改变力的方向呢? 思路二

给出定滑轮的定义:

我们把不随物体一起移动的滑轮,叫做定滑轮. 学生:结合刚才的图片尝试理解这一概念. 演示实验

教师演示定滑轮实验,将数据填入表中.

物体物重 移 物体移动 拉力 拉力 拉力移动 G/N 动方距离h/m F/N 方向 距离s/m 向 观察实验,分析数据.

请同学们结合实验,思考以下问题: 1.使用定滑轮的好处是什么? 2.使用定滑轮可以省力吗?

3.使用定滑轮可以省动力作用点移动的距离吗? 学生讨论后回答: 1.能改变动力的方向. 2.不能省力.

3.不能省动力作用点移动的距离.

总结:使用定滑轮不省力,不省距离,但可以改变力的方向. [设计意图] 让学生通过实验现象和数据,思考和总结定滑轮的特点.

讲授:给出动滑轮的定义:

我们把随着物体一起移动的滑轮,叫做动滑轮. 演示实验

教师演示动滑轮实验,将数据填入表中.

物体物重 移 物体移动 拉力 拉力 拉力移动 G/N 动方距离h/m F/N 方向 距离s/m 向 请同学们结合实验,思考以下问题:

1.使用动滑轮能改变动力的方向吗? 2.使用动滑轮可以省力吗?

3.使用动滑轮可以省动力作用点移动的距离吗? 学生讨论后回答: 1.不能改变动力的方向. 2.可以省力.

3.费动力作用点移动的距离.

总结:使用动滑轮可以省力,但费距离,且不改变力的方向. [设计意图] 让学生通过实验现象和数据,思考和总结定滑轮的特点.

二、滑轮组

学生思考

归纳学生的发言:把定滑轮和动滑轮组装在一起,应该就可以了. 定义:我们把定滑轮与动滑轮的组合,叫做滑轮组. 提问:

它在工作时,有什么特点呢?同学们可以结合前面所学习的知识,猜测一下. 组织学生进行实验:

我们通过实验验证一下你的猜测是否正确.

大胆猜测.

提问:一个定滑轮和一个动滑轮,有哪些绕线的方法?可以画出绕线的示意图. [设计意图] 画图更形象,学生易于接受.

这两种绕线方法有什么不同?请从以下几个方面进行思考. (1)绳子的起点. (2)拉力的方向. (3)拉力的大小. (4)移动的距离.

讨论:如何确定承担物重的绳子的股数?

经过讨论得出:

使用滑轮组时,用几段绳子吊着动滑轮和物体,则提起物体的力就是动滑轮重和物重的几分之每段绳子中的力都相等.

总结:

1.把定滑轮和动滑轮的组合装置称为 .它既可以 ,还可

以 .

且一,2.滑轮组的特点:

(1)绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h之间的关系s= (2)绳子自由端移动的速度v与物体上升的速度v物之间的关系v= h. v物.

(3)不计滑轮重、绳重和摩擦时,作用在绳子自由端的拉力F与物体的重力G的关系F= G.

[设计意图] [知识拓展] 及时总结,便于学生掌握知识.

(1)在不考虑动滑轮重、绳重、摩擦等因素时,使用滑轮组提起重物所用的力就

1𝑛是物重的n分之一,即F=G物.(n表示承担物重的绳子的段数)

(2)如果只是不考虑绳重及摩擦,而动滑轮的重不能忽略不计时,提起重物所用的力就是物重与动滑轮重之和的n分之一,即F=(G物+G动).

1𝑛

1.如图所示,工人用动滑轮将重400 N的木箱匀速向上提升,不计摩擦和滑轮重,在此过程中,工人用

的拉力为 N.

12

12

解析:本题考查动滑轮的使用特点.因为不计摩擦和滑轮重,所以F=G=×400 N=200 N. 【答案】 200

2.如图所示,健身员向下摆动脚踝使细绳拉着物体缓慢提升时,图中的滑轮是 ( )

A.定滑轮,可省力 B.动滑轮,可省力

C.定滑轮,可以改变力的方向 D.动滑轮,可以改变力的方向

解析:本题考查定滑轮和动滑轮的工作特点.由题图知,图中用的是定滑轮,可以改变力的方向,但不省力,故选C.

3.小李的质量为50 kg,可以举起80 kg的杠铃;小胖的质量为70 kg,可以举起60 kg的杠铃.他们两人通过如图所示的装置来比赛,双方都竭尽全力,看谁能把对方拉起来.比赛结果应是

( )

A.小李把小胖拉起

B.小胖把小李拉起 C.两个都拉不起 D.两个都拉起

解析:人拉绳子施加的拉力与人举起杠铃施加的举力是不相同的.定滑轮是一个等臂杠杆,不省力也不费距离,但可以改变力的方向;小李和小胖虽然他们能举起的杠铃重力不一样,但向下拉动定滑轮上的绳子与他们的胳膊的施力无关,对绳子的拉力最大能达到自身的重力的大小,由于装置是定滑轮,只改变力的方向,不能省力,所以绳子上的作用力最大等于小李的重力,小于小胖的重力,即小胖把小李拉起.故选B.

4.工人们为了搬运一个笨重的机器进入厂房,他们设计了如图所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的横截面).其中最省力的方案是 ( )

解析:滚动摩擦力比滑动摩擦力小,定滑轮不省力,动滑轮省一半的力.分析四个选项,A图在地面上滑动,B图利用了定滑轮和滚动摩擦,C图既利用了动滑轮,又利用了滚动摩擦,D图利用了滚动摩擦.故C图最省力,故选C.

5.物理实验要遵循实事求是的原则.小雯同学在“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验中,完成了如图所示的实验并记录了数据.

使用定滑轮时 实验 物重 弹簧测力计的 次数 G/N 示数F1/N 1 2 3 1.00 1.50 2.00 0.6 1.1 1.6 示数F2/N 0.65 0.90 1.15 弹簧测力计的 使用动滑轮时 通过分析数据,她觉得与书中的结论有较大偏差.你一定也做过这样的实验,回想你的实验

经历,回答下列问题:

(1)该实验中出现这样结果的主要原因是什么? (2)请你对小雯的实验方法提出合理的改进意见.

解析:对图乙:①分析:对弹簧测力计进行受力分析:受到方向向上的绳子的拉力(大小等于钩码重)、重力和手向下的拉力.所以在匀速拉动时,弹簧测力计的示数小于物重.

②改进:弹簧测力计的挂钩应该挂在绳子自由端,其读数才是用定滑轮提升物体时绳子自由端的拉力值.

对丙图:①分析:“使用动滑轮能省一半力”是在不考虑动滑轮重力和摩擦的理想情况下才成立的,在实际实验中,动滑轮的重力和摩擦是客观存在的.由表中数据可知,随着物重的增加,测力计的示数变大,但比物重的一半要大,这与“使用动滑轮能省一半的力”的结论偏差较大.其主要原因是没有考虑滑轮的自重.

②改进:可以先测出钩码和动滑轮的总重,然后比较拉力与总重的关系或采用轻质滑轮. 【答案】 (1)由表中数据可看出,使用定滑轮时(乙图),F1≠G,这是由于没有考虑到弹簧测力

12计外壳受到的重力;使用动滑轮时(丙图),F2≠G,是由于没有考虑动滑轮受到的重力. (2)使用定滑轮时

(乙图),将弹簧测力计倒过来使用(或水平拉动弹簧测力计,或实验前先测出弹簧测力计自身的重力);使用动滑轮时(丙图),要先测出钩码和动滑轮的总重,然后比较拉力与总重的关系(或采用轻质滑轮或增加钩码重).

一、定滑轮

1.滑轮的位置固定不变. 2.不省力,可以改变力的方向. 二、动滑轮

1.滑轮的位置跟被拉动的物体一起运动. 2.可以省一半力,但不能改变用力方向. 三、滑轮组

重物由几段绳子承担,匀速提起重物所用的力就是物体所受重力的几分之一;绳端移动的距离就是重物上升距离的几倍.

从上向下绕:拉力为物重的偶数分之一,F=12𝑛

,动滑轮个数为n.

从下向上绕:拉力为物重的奇数分之一,F=

1

2𝑛+1

,动滑轮个数为n.

一、教材作业

【必做题】

教材第84页动手动脑学物理的1,4题. 【选做题】

教材第84页动手动脑学物理的2,3题.

第3节 机械效率

导入一:

小明家最近买了一处新楼房,家在三楼.想把洗手间、厨房装修一下,需把沙子运到三根据需要,选择器械帮助小明家解决这个问题,看看哪个小组选的办法最好?

.请同学们楼

请学生发表自己的见解,提出各种方案.并对各种方案进行讨论,比较优缺点. [设计意图] 创设真实的情景,容易激发学生兴趣,顺利进入教学.

如图所示的三种方法仅供参考:第1种是人直接提着沙子上楼;第2种是把沙子放进桶里,人通过动滑轮把沙子拉上楼;第3种是把沙子放进质量较小的袋子里,人通过动滑轮把沙子拉上楼.

经过讨论明确第一种方法太不方便.第三种方法最好,因为它比第二种方法用的力小.提升相同高度做的功少.

[设计意图] 通过讨论,为下面学习有用功与额外功做好铺垫.

导入二:

创设情境,引入课题

提出问题:直接提升物体做功,与使用机械提升物体做功相同吗? 实验演示:直接提升物体、用滑轮组提升物体.

G/N h/m W直/ J F/N 2 2 0.1 0.1 0.2 0.2 1.0 0.5 s/m W有/J 0.3 0.5 0.3 0.25 结论:使用滑轮组提升物体跟直接提升物体相比较,不省功.

推论:使用任何机械都不省功. 引出新课:机械效率.

一、有用功和额外功

结合用动滑轮提升沙子,请同学们观看提沙子过程的视频.思考: 1.在把沙子从一楼运上三楼的过程中,每种方法中各对哪些物体做了功? 2.无论采取哪种方法都必须做的功是对什么做的功?

3.在几种不同的方法中不愿做但又不得不做的功分别是什么? 学生进一步思考并回答.

板书:一般来说,机械对外所做的功为有用功,机械克服自身部件的重力和摩擦力所做的功为额外功,动力对机械所做的功为总功.

总功等于有用功与额外功之和.

指出:前面实验中,第三种方法最好,因为第三种方法做的额外功最少,总功最少.

讨论:不使用机械直接提升物体做的功,与使用机械提升物体做的功一样吗?(手拉绳做的功与动滑轮对沙子做的功相等吗?)怎样探究这个问题?

1.设计实验方案:用手通过一个弹簧测力计拉一个动滑轮,沿竖直方向匀速缓慢提起重为G的钩码. 2.为了探究上述问题需要测量的物理量是:手对绳的拉力F、手移动的距离s、钩码的重力G、钩码上升的高度h.

3.改变钩码的数量,重复上述测量.

4.设计表格,将实验数据填入表中. 次数 1 2 3 手对绳的拉力F/N 手移动的距离s/m 钩码的重力G/N 钩码上升的高度h/m 学生边实验边填表.

进一步理解有用功和额外功,并会测量有用功和总功.

[设计意图] 5.分析实验数据:

(1)手拉绳所做的功与动滑轮拉钩码所做的功是否相等? (2)哪一个做的功多一些?

(3)你认为产生这一现象的原因是什么? 6.结论: (1)不相等;

(2)手拉绳做的功多;

(3)有摩擦,在提起重物时还要提起动滑轮. [知识拓展] 有用功和总功的区别:

有用功是人们为了达到目的,无论采用哪种方法都必须做的功,例如:在提升物体时,无论是使用定滑轮、动滑轮,还是杠杆,对物体竖直向上的拉力与物体在竖直方向上移动的距离的乘积就是有用功,在使用机械做功时,有用功等于机械对物体所做的功,即等于不用机械而直接用手所做的功.一般情况下,人

们做功有两个目的:一是竖直提高物体,二是水平移动物体.若匀速提升物体,有用功等于物重乘以提升高度,即W有=Gh;若使物体在水平面上做匀速直线运动,在已知物体所受水平面的摩擦力的情况下,有用功等于摩擦力乘以物体移动的距离,即W有=fs.为了完成有用功,在使用机械的同时,还要克服机械自身的重(如动滑轮的重)做功,还要克服(由于使用机械而造成的)摩擦(如:绳子与滑轮之间的摩擦;滑轮或杠杆与轴之间的摩擦)做功,这些并非是人们需要,但又不得不做的功是额外功,人们在达到一定目的过程中,实际做的功等于有用功与额外功的总和,这个功叫做总功,W总=W有+W额.

二、机械效率

工作中,我们总是希望额外功越少越好;也就是有用功在总功中所占的比例越大越好.在物理学中,用机械效率表示有用功在总功中所占的比例.

有用功

机械效率=

总功𝑊

.

计算公式:η=

有

𝑊

总

.

三者之间的关系W总=W有+W额.

注意:对于实际机械,因为总是有额外功存在,所以η<1. 组织学生讨论: 1.机械效率有单位吗?

2.为什么机械效率没有大于1的?

3.用小数和百分数来表达机械效率,你认为哪种表达更好? 经过讨论回答:机械效率没有单位, 总小于1,用百分数表示.

[设计意图] 锻炼分析实际问题的能力.通过交流与合作,培养学生团结合作精神.

通过多媒体展示例题:

利用如图所示的滑轮组,在F=80 N的拉力作用下,将一个重为180 N的物体匀速举高1 m,绳重、

摩擦不计.

求:总功、有用功、额外功和滑轮组的机械效率. (1)组织学生分析、讨论、计算. (2)展示学生解题过程. (3)总结、评价.

𝑊

[知识拓展] 机械效率是反映机械性能的物理量,由公式η=

有

𝑊总

可知,有用功占总功的比例越大,机

械效率越高,机械效率的高低与使用机械是否省力或省力的多少没有直接联系,它是由有用功和总功这两个因素共同决定的,当额外功一定时,有用功越大,机械效率越高,所以同一机械在不同情况下使用,其机械效率不一定相同.例如:用同一滑轮组提升重力不同的物体时,机械效率是不同的,提升的重物越重,机械效率越高;提升的重物越轻,机械效率越低.

[过渡语] 如何测量滑轮组的机械效率呢? 三、测量滑轮组的机械效率

思路一

𝑊

有

1.实验原理η=

𝑊

总

=.

𝐺ℎ𝐹𝑠

2.器材:刻度尺、钩码、弹簧测力计、铁架台、甲乙两个滑轮组、长约2 m的细绳. 3.步骤:

①用弹簧测力计测量钩码所受的重力G并填入表格. ②分别记下钩码和弹簧测力计的位置.

③缓慢拉动弹簧测力计,使钩码升高,读出拉力F,用刻度尺测出钩码上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s,将这三个量填入表格.

实验次数 G(N) 1 2 3 4 h(m) W有(J) F(N) s(m) W总(J) η 学生动手实验.

理论联系实际,培养学生将科学知识应用于日常生活和社会实践的意识.

[设计意图] 4.结论:

(1)动滑轮重一定,物重越大,机械效率越高. (2)物重一定,动滑轮越重,机械效率越低. 讨论:如何提高滑轮组的机械效率?

讨论后得出:

提高滑轮组的机械效率的主要方法有:尽可能地增加物重,减小动滑轮重,减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦.

思路二 1.实验原理

𝑊

有

η=𝑊=𝐹𝑠.

总

𝐺ℎ

2.实验器材

弹簧测力计、刻度尺、铁架台、滑轮、细线、钩码. 测量工具是:弹簧测力计、刻度尺. 3.注意事项

竖直向上,缓慢拉动测力计.即:实验时要使钩码匀速上升.

需要测量的量是:物重、绳子自由端的拉力、物体上升的高度、绳子自由端移动的距离. 4.实验探究 (1)实验探究1

保持动滑轮重一定,改变钩码重力.

G/N 1 2 3 1 2 4 h/m 1 1 1 F/N 0.5 0.8 1.5 s/m W有/J W总/J 3 3 3 1 2 4 η 1.5 66.7% 2.4 83.3% 4.5 88.9% 结论:同一个滑轮组,所挂物重不同,机械效率不同,物重越大,机械效率越高.

(2)实验探究2

保持钩码重一定,改变动滑轮重力. G/N 1 2 2 2 h/m 1 1 F/N 0.8 0.9 s/m W有/J W总/J 3 4 2 2 η 2.4 83.3% 3.6 55.6% 结论:不同滑轮组,挂相同物重时,机械效率不一定相同,动滑轮较轻的滑轮组,机械效率高.

介绍斜面机械效率的测定方法,并播放动画做进一步讲解.

1.(2015·广州中考)如图所示,手用F1的力直接将物体B匀速提升h,F1做功为300 J;若借助滑轮组把

B匀速提升相同高度,滑轮组机械效率是30%,则F2做功为 J.

解析:用F1的力直接将物体B匀速提升h,F1做功为300 J,即有用功W有=300 J,滑轮组把B匀速提

𝑊

𝑊

有

有

升相同高度,F2做功是总功, 由η=

𝑊总

得,F2做的功W总=

𝜂=

300J

=1000 J. 30%【答案】 1000

2.(2015·南充中考)如图所示,沿斜面向上拉一个重为4.5 N的物体到斜面顶端,斜面长1.2 m,高0.3 m,拉力做功为2.16 J,则这个斜面的机械效率是 N.

%,物体受到的摩擦力是

𝑊

解析:有用功W有=Gh=4.5 N×0.3 m=1.35 J;总功W总=2.16 J;斜面的效率η=

𝑊

有

𝑊

总

=1.35J

=62.5%;额外功2.16J

W额=W总-W有=2.16 J-1.35 J=0.81 J,因为W额=fs, 所以摩擦力大小f=

【答案】 62.5 0.675

额

𝑠

=0.81J

=0.675 N. 1.2m

3.下列关于机械效率的说法正确的是 ( A.机械效率不可能达到100%

)

B.随着科学技术的发展,机械效率可能会大于100% C.滑轮组的机械效率一定大于动滑轮的机械效率 D.杠杆的机械效率一定大于动滑轮的机械效率

解析:科技无论怎么发展,机械元件之间的摩擦都不能消除,机械效率不可能达到100%,更不会大于100%,所以选项A正确,选项B错误.滑轮组的机械效率、动滑轮的机械效率、杠杆的机械效率高低,跟机械的重、提起物体的重、摩擦、绳重等有关,在这些不能确定的情况下不能确定哪种机械的机械效率更大一些.选项C,D都错误.故选A.

4.如图所示,工人师傅用250 N的力将重400 N的物体匀速提升1 m,在此过程中滑轮组的机械效率

是 ( )

A.80% B.62.5% C.125% D.20%

解析:由题图可知,该滑轮组有2段绳子吊着物体,故s=2h=2×1 m=2 m,F=250 N,所以W总=Fs=250 N×2 m=500 J.已知物体的重力和物体上升的高度G=400 N,h=1 m,则W有=Gh=400 N×1 m=400 J,故

𝑊

有

η=𝑊=500J=80%.故选A.

总

400J

5.某实验小组进行测量滑轮组机械效率的实验,先用弹簧测力计测量钩码的重力G(如图甲),再按图乙所示连接方式组装好滑轮组,并分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置.

(1)图甲中弹簧测力计的示数为 N.

(2)图乙中,为了测量绳子自由端的拉力F,A同学认为应该在弹簧测力计静止时读数,B同学认为应该在缓慢匀速提升时读数,正确的是 (填“A”或“B”)同学的方法.

(3)按照正确的测量方法,测出拉力F与钩码所受重力G的大小关系为F “<”或“=”).

𝐺3

(填“>”

(4)实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置,是为了 .

解析:本题考查滑轮组机械效率的测量.(1)分析图甲可知,弹簧测力计示数为2 N.(2)因为滑轮组工作时的额外功有一部分是摩擦力产生的,且只有拉动时才能产生摩擦力,所以应该在缓慢匀速提升时读数.(3)钩码由3根绳子承担,理论上拉力为钩码重力的三分之一,但因有摩擦力,又要同时拉起滑轮,所以按照正确的测量方法,测出拉力F与钩码所受重力G的大小关系为F大于.(4)实验中要分别记下钩码和弹簧测力计的起始位置,是为了测量钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离.

【答案】 (1)2 (2)B (3)> (4)测量钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离

𝐺3

1.有用功:人们所需要的、不得不做的功. 额外功:人们不需要,但又不得不做的功. 总功:有用功与额外功之和.

𝑊

.有

2机械效率:有用功与总功之比.公式η=

𝑊,没有单位,小于1,常用百分数表示.

总

3.探究:斜面的机械效率.

提出问题、猜想、设计实验方案、进行实验、分析数据、得出结论

教材作业

必做题】

教材第88页动手动脑学物理的1,2,3,4题. 评估.、

一、【