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1、九年级自然科学认识简单机械浙江版【本讲教育信息】一. 教学内容： 认识简单机械教学目标： 1. 了解杠杆的历史及发展过程；认识机械的使用对社会发展的作用。 2. 知道杠杆是一种简单机械，能找出杠杆的五要素：支点、阻力、阻力臂、动力、动力臂。 3. 理解杠杆的平衡条件，知道杠杆省力或费力的原因，知道杠杆使用过程中的能量转化过程。 4. 了解定滑轮、动滑轮的工作原理，知道定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆，了解滑轮组及其工作原理。 5. 理解机械效率，知道有用功、无用功和总功的区别，学习测量简单机械的机械效率。二. 重点、难点： 杠杆、杠杆的平衡条件教学过程：一. 杠杆的定义 1. 基本特征： 在力的
2、作用下会转动； 在转动时，杠杆有一个点是不动的。 2. 定义：一根硬棒，在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。分析：“硬棒”指在力作用下不易发生形变，可以是直的也可是弯的，形状也可是各种各样，可以是方的、圆的等。 3. 五要素：支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。 （1）支点：杠杆绕着转动的固定点（常用O表示）。 （2）动力：使杠杆转动的力（用F1表示）。 （3）阻力：阻碍杠杆转动的力（用F2表示）。 （4）动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离（用l1表示）。 （5）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离（用l2表示）。 强调“力臂”是支点到力的作用线的距离，即垂线段的长度。 4.
3、画法： （1）确定杠杆支点和力作用线； （2）用直尺或三角板作支点到力作用线垂直距离； （3）标明力臂。 动力和阻力可以在支点两侧，也可在支点同侧，当力与杠杆某部分重合时，力臂才恰好是杠杆本身一段长度。 5. 人体杠杆。手臂、脚部和头部进行有关杠杆的分析 6. 杆的历史及发展过程 古代历史上使用的各类杠杆：舂、桔槔在建造大型的建筑工程时，也很广泛地运用了杠杆，譬如中国的长城、古埃及的金字塔而到了现代，杠杆的使用已变得越来越广泛，深入到了生产和生活的各个角落二. 杠杆平衡：杠杆处于静止状态或匀速直线转动状态 杠杆的平衡条件：动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积，即动力动力臂阻力阻力臂。 若用
4、符号表示可写成：三杠杆的类型： （1）省力杠杆：，省力、但多移动距离。如拔钉子用的羊角锤、剪铁皮用的剪子等。 （2）费力杠杆：，费力、但可以少移动距离（省距离），如钓鱼竿、镊子等。 （3）等臂杠杆：，既不省力也不费力，又不多移动距离，如天平、定滑轮等。 怎样使用杠杆最省力 根据杠杆的平衡条件：可以看出：当作用在杠杆上的阻力F2和阻力臂l2一定时，动力臂l1越长，使杠杆平衡所用动力F1越小，也就是说当动力臂最长时用的动力就最小。 为了使动力臂最长，施加的动力必须具备两个条件： （1）动力的作用点在杠杆上距支点最远处；（2）动力方向应垂直于支点和动力作用点的连线。如图a和图b所示时作用在杠杆上的动
5、力是最小的。图a图b四. 滑轮： 1. 定滑轮的特点： （1）滑轮位置固定不动 （2）相当于是一个等臂杠杆（作图进行分析） （3）不能省力 （4）可以改变力的方向 2. 动滑轮特点： （1）滑轮随钩码一起向上运动 （2）相当于一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆（作图分析） （3）可以省一半的力（不计摩擦和滑轮重） （4）不能改变力的方向，并且动力移动距离2倍于物体上升距离 3. 滑轮组： 使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几段绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一。 特点：结合演示实验，说明使用滑轮组虽然省了力，但是却费了距离。动滑轮由几根绳子吊着，拉力移动的距离就是重物移动距离的几倍。 4.
6、 机械效率： 必需要做的这部分功叫做有用功；虽然不需要，但又不得不做的那部分功叫额外功或无用功；两者的总和叫总功。 W总W有用W额外 总功（人提供的能量）一方面转化为有用功（物体增加的势能）； 另一方面转化为额外功（机械增加的势能或摩擦产生的热能） 机械效率：有用功跟总功的比值，用表示。越大，机械工作时能量的利用率越高。 在使用机械时，总是尽可能减小额外功以提高机械效率。 实际使用机械时，机械效率总小于1。 斜面也是一种简单机械。使用斜面可以更省力。【典型例题】 例1. 如图1（a）所示的杠杆重；不计，O为支点，AO0.2m，当在A点悬吊一重6N的物体，绳子的拉力F3N时，杠杆在水平位置平衡，
7、在图中画出力臂l2，力臂l2为_m。图1 如图1（b），画出杠杆OAB示意图，找到支点O，BC为力的作用线，画出力臂l2。 根据杠杆的平衡条件：GOAFl2 代入数值：6N0.2m3Nl2 l220.2 m0.4m 答案：力臂l2如图（b），l2为0.4m 例2. 如图2（a）是一个均匀直杠杆，O为支点，在A点挂一重10N的物体，则在B点用20N的力，可以使杠杆处于水平平衡状态。问： （1）若在C点仍用20N向下的力，杠杆能否平衡?（图中每个格距离相等） （2）若在C点用20N的力，方向不限，讨论杠杆是否可能平衡? 精析：F的力臂大小直接关系到杠杆能否平衡。 解：（1）力F作用于B点时，杠杆平
8、衡： GAOFOB 当力F作用于C点时：GAO10NAO=10N2OB图2 FOC20 N2OB FOCGAO 杠杆不能平衡，C端下沉。 （2）根据上面的讨论，若C点用力为20N，但方向不限的话，我们可以采取减小力臂的方法，使杠杆重新平衡。如图（b）。 当F斜着用力时，力臂减小为l2。 若此时F20N，l2OB，则杠杆可以再次平衡。 答案：不能平衡，可能平衡 例3. 下图中可视为费力杠杆的是（如图3）（ ）ABCD图3 精析：起重机，l1l2，FlF2为费力杠杆。其他：手推车、瓶启子、撬杠均是l1l2，为省力杠杆。 答案：A 例4. 在图4（a）中，画出使用滑轮组提升重物时，绳子最省力的绕法。
9、图4 如图4（b），绳子的绕法为最省力，则应从定滑轮开始绕起，最后承担物重的绳子根数为4根。 如何求滑轮组绳子上的拉力? （1）使用滑轮组竖直提起重物 第一种情况，在忽略动滑轮重和摩擦及绳重等额外阻力时，绳子自由端拉力：F。如图4（b），n4，F 第二种情况，不计摩擦和绳重，但考虑动滑轮重。拉力：F如图4（b），若物体重500N，动滑轮重100N，则拉力：F150N。 第三种情况，又要考虑动滑轮重，又要计摩擦等额外阻力，则应从机械效率去考虑求出拉力。 公式推导： 拉力：F，如图4（b），若物体重500N，滑轮组机械效率为70%，s4h，则拉力： F178.6N （2）使用滑轮组平拉重物图5 如
10、图5，用滑轮组匀速拉动物体A，这时拉力F大小和重量无直接关系。 在不计滑轮重，滑轮摩擦等额外阻力时，拉力：F，其中f表示A与地面的摩擦力。n表示与动滑轮连接的绳子根数。设：A重120N，A与地面摩擦力为30N，则拉力：F10N。 例5. 用动滑轮将400N的货物以0.5m/s的速度匀速提高了2m，绳端的作用力是250N，则有用功的功率是_W。 精析：题目给了力、距离和速度等多个数据。考查学生面对多个量，能否正确地挑选出题目所需要的数值。 解：有用功率的概念：P有Gv其中G为物体重，v为物体上升速度。 P有Gv400N0.5m/s200W 扩展：如果求总功率，则有： P总Fv v为拉力F提升速度
11、。 在此题中，一个动滑轮：s2h，所以v2v1m/s P总Fv250N1m/s250W 通过P有和P总，还可以求出这个动滑轮的机械效率。 答案：200W 例6. 一根轻质杠杆可绕O点转动，在杠杆的中点挂一重物G，在杆的另一端施加一个方向始终保持水平的力F，如图6（a）所示，力F使杆从所示位置慢慢抬起到水平位置的过程中，力F和它的力臂LF、重力G和它的力臂LG的变化情况是（ ） A. F增大，LF减小B. F减小，LF增大 C. G不变，LG减小D. G不变，LG增大图6 精析：以O为支点，杠杆慢慢抬起过程中，重力大小为G，始终不变，重力的力臂为LG，从图中看出，LG增大了。拉力大小为F，从图中
12、看出，拉力的力臂LF变小了。 解：设杆OB与水平线夹角为，如图6（b）。列出杠杆平衡方程： FlFGlG FOB sinGcos FGcot 杠杆抬起过程中，减小，cot增大，F增大 答案：A、D【模拟试题】（答题时间：45分钟）一. 选择题 1. 在轻质杠杆两端A、B各挂有体积相同的铜块和铝块（），支点O在如图所示的位置时，杠杆在水平位置保持平衡。在下列情况下，杠杆仍然在水平位置保持平衡的是（ ） A. 在铜块和铝块上各加一块质量相等的物体 B. 将铜块和铝块同时浸没在水中 C. 将铜块和铝块各切去体积相同的一小部分 D. 将铜块和铝块同时向支点移动一小段相同的距离 2. 下列工具中，属于费
13、力杠杆的是（ ） A. 食品夹B. 撬棒C. 瓶盖子D. 定滑轮 3. 希望中学要安装升旗杆，下列简单机械中，适合安装在旗杆顶端的是（ ） A. 杠杆B. 动滑轮C. 定滑轮D. 斜面 4. 一根轻质杠杆，在左右两端分别挂有200牛和300牛的重物时，杠杆恰好平衡。若将两边物重同时减少50牛，则杠杆（ ） A. 左端下沉B. 右端下沉C. 仍然平衡D. 无法确定 5. 关于滑轮，下列说法错误的是（ ） A. 使用定滑轮不省力，但是能改变动力的方向 B. 使用动滑轮能省一半力，还能改变动力的方向 C. 定滑轮实质是个等臂杠杆 D. 动滑轮实质是个动力臂为阻力臂两倍的杠杆 6. 如图所示，杠杆上分
14、别放着质量不相等的两个球，杠杆在水平位置平衡，如果两球以相同速度同时匀速向支点移动，则杠杆（ ） A. 仍能平衡B. 不能平衡，大球那端下沉 C. 不能平衡，小球那端下沉D. 无法判断 7. 各式各样的剪刀都是一对杠杆。要剪开较硬的物体，使用哪种剪刀最合适（ ） 8. 如图所示杠杆中属于费力杠杆的是（ ） 9. 如图所示，以下简单机械中属于费力杠杆的是（ ） 10. 以下工具：钢丝钳；镊子；扳手；扫帚；钓鱼杆；瓶盖起子。在正确使用情况下属于省力杠杆的是（ ） A. B. C. D. 二. 填空题 1. 如图所示，轻质杠杆OA可绕O点转动，OA=0.3米，OB=0.2米A点处挂一个质量为2千克的
15、物体G，B点处加一个竖直向上的力F，杠杆在水平位置平衡，则物体G的重力大小为_牛，力F大小为_牛。 2. 如图，杠杆每小格的长度相等，质量不计，以O点为支点，杠杆的右端挂有重物M，支点左边的A处挂钩码时，杠杆平衡。将重物M浸没在水中，钩码移到B处，杠杆又平衡。则重物与钩码的质量之比为_，重物M的密度是_千克/米3。 3. 钢丝钳是人们日常生活中的一种常用工具，它的钳口刻纹是用增大接触面的_程度的方法来增大摩擦的，用钢丝钳剪断铁丝时，它是_杠杆。（选填“省力”、“费力”、“不省力也不费力”） 4. 如图为手上托着重40牛物体的手臂骨骼与肌肉的生理结构意图，手、手腕、尺骨和桡骨可以看成一支杠杆，重
16、力不计，O为支点（1）在方框中画出此杠杆的动力和阻力的示意图；（2）根据图中标尺估算出肱二头肌此时的收缩力约为_牛。三. 实验题 在研究杠杆平衡条件的实验中，杠杆的位置如图所示，此时应调节杠杆左端的螺母使其向_移动，或者调节杠杆右端的螺母使其向_移动，以使杠杆在水平位置平衡。四. 计算题 一人用如图所示的滑轮组匀速提升物重为200牛的物体，此时人对绳的拉力为120牛，不计绳重和摩擦。求： （1）滑轮组的机械效率。 （2）如果人的体重为600牛，那么他们用此滑轮组所提升物体的物重不能超过多少牛？【试题答案】一. 选择题 1. C2. A3. C4. B5. B6. C 7. B8. D9. B10. A二. 填空题 1. 19.6 29.4 2. 4：5，4103 3. 粗糙，省力 4. （1）如图 （2）320三. 实验题 右 右 四. 计算题 解：（1）Gh/2Fh100%83.3% （2）设动滑轮重，由2FG，得40牛 设提升的最大物重为G，人的体重为G1，此时绳的拉力为F，则FG1，由2FG，得所能提起物体的最大物重G2F1160牛