初中物理新北师大版八年级下册第九章 机械和功教案（2025春）

第九章机械和功本章是在前面学习过力学的基础上，研究杠杆、滑轮等简单机械，并进一步研究简单机械的机械效率.通过本章学习，我们应该对力学知识获得进一步理解：能从常见工具和器械中识别出杠杆和滑轮，知道杠杆、滑轮的特点和应用，会使用简单机械改变力的大小和方向，能正确计算简单机械的机械效率.知道功、功率的概念及计算方法.本章可以分为两个部分，第一部分是第一、二、五、六节，学习杠杆、滑轮和其他一些简单机械.第二部分是第四、五节，学习分析并计算功和功率.本章共分六节：1.第一节“杠杆”，本节讲述了杠杆的概念和分类，要求学生能从生活中的简单机械中识别出杠杆；本节有一个重要的实验“探究杠杆的平衡条件”，在教学中不仅要使学生通过探究活动得到结论性、规律性的知识，而且要通过探究活动掌握初步的科学探究方法.其中重点要学习设计实验表格，学习收集数据并用图象处理实验数据的方法，学习控制变量法，学习怎样提出科学的猜想.最后引导学生初步了解轮轴的工作原理.2.第二节“滑轮”，本节讲述了定滑轮、动滑轮的概念、特点和实质，并进一步学习了滑轮组的特点和组装，本节也有一个重要的实验探究“比较定滑轮和动滑轮的特点”，这个实验探究让学生边思考边操作，自己摸索，学会安装滑轮，总结出两种滑轮的特点.3.第三节“功”，本节让学生理解做功的两个必要因素，掌握功大小的计算，让学生初步了解力对物体做功可以改变物体的能量.4.第四节“比较做功的快慢”，首先通过熟悉的实例引导学生感受到做功的快慢问题，再用速度的方法类比得到功率的概念，结合速度的公式、单位，讲述功率的公式和单位，再通过例题帮助学生掌握功率的计算.5..第五节“探究使用机械是否省功”，本节是在学习了功、功率的计算的基础上，引导学生理解有用功、额外功和总功的概念并掌握机械效率的计算，知道实际提高机械效率的方法.最后引导学生初步了解斜面和螺旋的工作原理.6.第六节“跨学科实践：制作简易升降机”，让学生了解我国机械发展的历史，利用身边的器材设计并制作升降机，利用升级机提升重物，测量升降机工作时的机械效率.【教学目标】1.认识杠杆、识别杠杆的类型，理解杠杆的平衡条件.2.认识定滑轮、动滑轮，并能通过组装滑轮组改变力的大小和方向，解决简单的实际问题.3.让学生知道功的概念、做功的两个必要因素，理解功的计算公式；4.通过实例结合已学的物理规律理解功率的定义，由定义得出公式，能用功率的计算公式进行简单地计算；5.理解有用功、额外功、总功和机械效率的概念，理解额外功产生的原因，知道机械效率η<1，会正确进行有关机械效率的计算.6.利用身边的器材，设计并制作升降机.利用自制升降机提升重物，测量升降机工作时的机械效率.【教学重点】1.杠杆的平衡条件、作图和计算，滑轮及其应用.2.做功的两个必要因素，功和功率的概念及计算.3.有用功、额外功、总功和机械效率的概念和相关计算、提高机械效率的方法.【教学难点】1.运用杠杆平衡条件进行计算.2.滑轮组的组装和相关计算.3.测斜面和滑轮组、杠杆等机械效率的方法.4.功、功率、速度的综合计算和运用.22 第一节杠杆第1课时杠杆的初步认识及平衡条件【教学目标】1.认识杠杆，了解关于杠杆的五要素（支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂）.2.理解杠杆的平衡条件，并会进行相关计算.3.通过观察和实验，了解杠杆的结构，具有一定的观察能力、分析和概括能力.4.经历探究杠杆平衡条件的过程，学习分析实验现象，寻找数据间的规律，从中归纳出实验结论的一般方法.5.关心生活、生产中杠杆的应用.【教学重点】杠杆的平衡条件，杠杆的作图与计算.【教学难点】力臂的概念及画法，变形杠杆的分析.【教具准备】多媒体课件.【教学过程】一、巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的[课后作业]，加强学生对知识的巩固.二、新课引入教师播放视频：关于撬棒、开瓶器、跷跷板、镊子、剪刀等物品在生产、生活中工作的情景.然后引导学生观察，并提出问题：在生产、生活中，这些工具起到了什么作用？它们有什么共同特点？学生观看，思考、讨论，回答：它们都是硬棒，这些硬棒在受力的时候，都能绕着一个固定的点转动.教师鼓励学生的回答，并引出杠杆的概念.板书：一根硬棒，在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒就叫做杠杆.师：下面我们就一起来认识并探究杠杆.三、进行新课杠杆的特点师：在我们生活中用到杠杆的地方很多，请同学们思考：（1）为什么杠杆必须是根“硬棒”？（2）杠杆必须是“直棒”吗？生1：如果杠杆不“硬”，在力的作用下它将很容易发生形变，不能工作，因此杠杆必须是硬棒.生2：杠杆定义中的硬棒指的是“不易变形”的物体，所以杠杆不一定是直棒，其形状可异.[教师总结]一根硬棒能成为杠杆必须满足两个条件：一是要有力的作用，二是能绕固定点转动，缺少任何一个条件都不能成为杠杆，杠杆可以是直的也可以是弯曲的，还可以是某个机械组合的一部分.板书：人们把利用直杆或曲杆，在力的作用下绕杆上一固定点转动的简单机械叫作杠杆师：为了进一步了解杠杆，我们先来熟悉几个与杠杆有关的名词（教师用多媒体展示课件“杠杆的五要素、杠杆力臂的作法”，并进行讲解）杠杆的五要素、杠杆力臂的作法（多媒体课件）1.杠杆的五要素：（如下图）杠杆的五要素支点：杠杆绕着转动的固定点，常用O表示动力：使杠杆绕支点转动的力，常用F1表示.阻力：阻碍杠杆转动的力，常用F2表示.动力臂：从支点到动力作用线的距离，常用L1表示.阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，常用L2表示.对杠杆五要素的理解2.力臂的作法：22 力臂是支点到力的作用线的距离，即支点到力的作用线的垂线段的长.作力臂的一般方法为：（1）找出支点并用O标出来；（2）通过力的作用点画出力的作用线（一般用虚线）；（3）过支点O向力的作用线作垂线，用符号标出垂足；（4）用花括号或两端带箭头的线段标出支点到垂足的距离，写上相应的符号（L1或L2），即为该力的力臂.例题1(用多媒体展示)２０２４年６月２日至３日,嫦娥六号完成了人类首次月球背面采样.如图甲,嫦娥六号的机械臂正绕Ｏ点转动,将采集的月球样品送往贮存装置.请在图乙简图中画出样品对机械臂上Ａ点的作用力Ｆ的力臂Ｌ.答案：如图所示.杠杆的平衡条件教师播放课件：使用杠杆搬动巨大石块的情景.请大家观看，同时提出问题：为什么借助杠杆可以完成呢？学生思考、讨论，回答：杠杆可以省力.师同学们回答正确，很棒！但到底满足什么规律呢？好，下面我们来探究杠杆的平衡满足什么条件.教师引入杠杆平衡的概念：板书：杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动，称为杠杆平衡.教师请一位同学演示用不同的方式推门的效果：①在门把手附近用力推门；②在门轴附近用力推门；③在同一位置沿不同的方向推门.并要求这位同学说出感受.教师引导学生提出猜想：推门时需要的动力可能与动力臂的长短有关，动力臂越长，需要的动力可能越小.探究杠杆的平衡条件教师引导学生进行实验“探究杠杆的平衡条件”：（1）小组讨论提出问题，作出猜想；（2）讨论并设计合理的实验方案；（3）进行实验，收集数据；（4）对数据进行分析，得出结论；（5）讨论实验中出现的问题.设计表格（供参考）师：当杠杆在动力和阻力的作用下静止时，我们就说杠杆平衡了.在我们这个实验中第一步应该把杠杆在水平位置上调平，为什么这样做，请同学们思考一下（解释原因）.请同学们观察一下，如何才能达到这一目的呢？生：调平原因：为了保持杠杆初始处于平衡状态，测量力臂方便.我们可以通过调节平衡螺母使杠杆平衡.师那么在做实验的过程中能否再去调节杠杆的平衡呢？生：不能.师：为了统一标准，我们把支点右边的钩码当动力，支点左边的钩码当阻力.在这三次实验中同学们可任意的取三次值，让杠杆达到平衡.每四人一组，每组出一名同学负责随时记录数据.好，现在请同学们参照教材P104的实验步骤开始做实验.师：同学们能否找出一个规律来？生：动力×动力臂=阻力×阻力臂师对，这就是我们这一节课要研究的杠杆平衡条件.板书：杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂.用字母表示，这个公式可以写成：F1L1=F2L2[教师总结]这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理，这个关系式也可以写成下面的形式：F1/F2=L2/L1.也就是说，当阻力和阻力臂一定时，所用的动力与动力臂成反比.即动力臂越大，所用的力就越小，这也就可以解释为什么我们可以用较小的力产生较大的力了.例题2在探究杠杆平衡条件的实验中:22 (1)将装置放在水平桌面上,静止时如图甲.为了使杠杆在水平位置平衡,应将平衡螺母向（选填“左”或“右”)调节.(2)实验中,在杠杆两侧挂上不同数量的钩码,第1、2次杠杆平衡时的数据已填入下表,图乙是第3次杠杆平衡时的情景,此次杠杆右侧的阻力和阻力臂的数据①为，②为.(３)分析实验数据，可归纳出杠杆的平衡条件:.实验中多次改变钩码的个数和位置的目的是.答案：(１)右(２)１０.１５(３)F1L1=F2L2使实验结论更具有普遍性[教师结束语]通过这节课的学习，我们共同学习了杠杆的相关知识.我们也了解了杠杆的特点、好处，最重要的是我们探究了杠杆的平衡条件，还能够根据杠杆的平衡条件进行分析、判断和简单计算，解决实际生产、生活中的一些问题.好，谢谢大家！[课后作业]完成本课时对应练习.【教学后记】第2课时杠杆的分类和综合运用【教学目标】1.能根据一定的标准对杠杆的使用、特点以及作用效果等进行分类.2.知道生活中杠杆的一些应用，进一步巩固学习杠杆的相关知识.3.能从常见的工具和机器中识别杠杆的种类，了解杠杆的应用.4.关心生活生产及自然现象中杠杆的使用，乐于在周围生活中发现和分析各种杠杆，培养利用杠杆方便自己工作的意识.【教学重点】杠杆的分类与识别.【教学难点】能正确地在周围生活中发现和分析各种杠杆.【教具准备】多媒体课件.【教学过程】一、巩固复习教师引导学生复习上一课时内容，并讲解学生所做的[课后作业]（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.二、新课引入教师播放古代中国人修建万里长城（如图甲）、古埃及人修建金字塔（如图乙）的画面，播放现代机械表、点焊机器人的画面.教师引导学生思考：中国人修建万里长城、古埃及人建金字塔时都利用了杠杆，这些杠杆有什么特点，又有什么作用呢？学生积极讨论并发言：我猜它们可以省力.师:大家先不要着急，等我们学完这节课后，你就知道了.三、进行新课杠杆的分类1.杠杆的分类教师实物演示：①用开瓶器开瓶盖；②用指甲钳剪指甲；③用羊角锤拔钉子；④用镊子夹砝码；⑤用筷子夹东西.教师用22 多媒体展示其各自对应杠杆的示意图，引导学生对它们进行分类，并分析它们的动力臂与阻力臂的大小关系、动力和阻力的大小关系.学生思考、讨论、交流，得出结论.教师出示天平，引导学生分析得出天平的横梁属于杠杆，并画出天平杠杆的示意图.教师提出问题：为什么当天平横梁平衡时m物=m码？学生讨论、交流得出结论：是因为天平杠杆的特点是l左=l右（等臂）.由杠杆平衡条件F左×l左=F右×l右知：G物=G码.（让学生进一步理解天平的工作原理）[教师总结]天平是生活中常见的第三类杠杆——等臂杠杆，它的特点是：不省力也不省距离，l1=l2.注意：生活中的其他质量工具虽然有的利用了杠杆原理，但却不是等臂杠杆，如杆秤和台秤，若把秤砣的重力作为动力，则它的横梁是一个省力杠杆.秤砣本身的质量一定小于砣面上标出的质量.2.杠杆类型的判断方法(1)根据力臂的大小关系判断:对于较复杂的杠杆,找出其五要素,然后比较力臂的大小关系.若动力臂大于阻力臂,则为省力杠杆,反之为费力杠杆.(2)从使用目的和效果进行判断:一般阻力很大时,使用省力杠杆,如撬石块、剪铁皮等;为了使用方便要求省距离的,用的则是费力杠杆,如钓鱼竿、筷子等.例题1某学校劳动教育课堂上，四位同学利用杠杆原理使用劳动工具的场景如图所示.其中属于使用费力杠杆的是()3.杠杆的综合运用(１)进行简单的计算①已知Ｆ１、Ｌ１、Ｆ２、Ｌ２这４个量中的３个，便可求出第４个量.②若已知两个力的比值和一个力臂，则可计算出另一个力臂；若已知两个力臂的比值和一个力，则可计算出另一个力.(２)杠杆平衡及转动的判断①当Ｆ１Ｌ１＝Ｆ２Ｌ２时，杠杆平衡，静止或匀速转动.②当Ｆ１Ｌ１>Ｆ２Ｌ２时，杠杆沿Ｆ１的方向加速转动.③当Ｆ１Ｌ１<Ｆ２Ｌ２时，杠杆沿Ｆ２的方向加速转动.教师引导学生回忆杠杆平衡条件的计算公式，并可通过适当的例题让学生理解杠杆的综合运用，并做一些巩固提升的练习题.例题2(用多媒体展示)人体内也存在杠杆.当人踮脚时是靠腓肠肌收缩，骨骼和腓肠肌状况如图所示，若某人重为500N且AO=2BO，则双脚同时踮起时，两只脚的腓肠肌的作用力是N.解析：本题考查人体结构中的杠杆，人踮脚时，重力位于力与支点O之间，小腿的腓肠肌是提起人体重的力，足的大部分形成杠杆，跖趾关节起支点的作用.本题的杠杆可简化为下图所示.由于人是双脚同时踮起，则每只脚需要承担250N的重力，由于AO=2BO，由杠杆平衡条件可得，.答案：125例题3(用多媒体展示)（易错题）如图所示，人的体重为600N，人用扁担所挑物重100N.不计杠杆重.CO=BO，则人肩头所受压力为N，人对地面的压力为N.解析：要求人肩头所受的压力，即求人的肩头对扁担的支持力N，将扁担看作一根杠杆，以C点作为支点（注意：要分析人的肩头对扁担的支持力时，必须以C点作为支点，而不能以O点作为支点，若要求人对C点的作用力时，则应以O点为支点，分析不同的力时，选择的支点是不同的），以人的肩头对扁担的支持力N作为动力F1，重100N的物体的重力作为阻力F2，由CO=BO可得CO∶CB=1∶2，由杠杆平衡条件知F1/F2=N/G=l2/l1=CB/CO=2/1，则N=2G=200N，值得注意的是，要求人对地面的压力时，不能误以为此时的压力为200+600=800N，而应将人和物作为一个整体，地面受到人和物对它的压力，即N′=G人+G物=600N+100N=700N.（本题是一个难度稍大的综合题，它考查了力的平衡、杠杆平衡等相关知识，教师讲解时速度要放慢，帮助学生理解）答案：200700轮轴师现实生活中我们除了应用定滑轮和动滑轮，还使用了其他简单机械，请同学们说说生活中你还见过哪些简单机械.生：扳手、水龙头等.22 教师提示：汽车使用方向盘改变方向、开门时使用门把手将门打开便是利用了轮轴这种简单机械.下面我们就一起来探究轮轴这种简单机械吧.师同学们通过阅读教材P106《科学窗》及图9.1-8、9.1-9中实例，归纳它们的共同特征，总结出轮轴的概念.生1：由一个轴和一个大轮组成，并能绕共同的轴线转动的简单机械叫轮轴.生2：轮轴上中间靠近转动轴线半径较小的是轴，离轴线较远半径较大的是轮.生3：动力一般是作用在轮上，阻力作用在轴上，因此，轮轴是省力机械.教师引导学生分析：轮轴也相当于一个杠杆.（如图）轮和轴的中心O点是支点，作用在轮上的力F1是动力，作用在轴上的力F2为阻力，轮半径为R，轴半径为r，由杠杆平衡条件可知F1R=F2r，R＞r，F1＜F2，所以轮轴省力.板书：轮轴：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成.大轮叫轮，小轮叫轴.实质是一个可以连续转动的杠杆，使用轮轴可以省力.注意：轮轴使用时，当轮半径是轴半径的n倍时，在不计摩擦情况下，作用在轮上的力的大小为作用在轴上的力的大小的n分之一.师轮轴在生活中的应用也有很多，你发现周围还有哪些物体是轮轴？生1：用螺丝刀拧螺丝时，手抓的木柄较粗的部分是轮，金属杆部分较细的是轴，因此螺丝刀拧螺丝是轮轴.生2：拖拉机或汽车用人工发动时使用的摇把也是一个轮轴.生3：电视中见过以前农村常用的辘轳也是轮轴.生4：卷扬机的摇杆也是轮轴.例题4如图所示，自行车的脚踏和牙盘构成一个轮轴，而轮轴实质上是利用杠杆原理工作的.经测量，脚踏到轴心的距离Ｒ＝２５ｃｍ，带动链条的牙盘半径ｒ＝１５ｃｍ.若脚踩脚踏所用的力Ｆ＝１５Ｎ，则链条所产生的拉力为Ｎ.[解析]由ＦＲ＝Ｆ′ｒ得１５Ｎ×２５ｃｍ＝Ｆ′×１５ｃｍ，解得链条所产生的拉力Ｆ′＝２５Ｎ.答案：25[教师结束语]通过本节的学习，我们了解了杠杆可以分成三种：①省力杠杆（L1>L2，F1<F2，可以省力，但费距离）、②费力杠杆（L1<L2，F1>F2,不能省力，但省距离）、③等臂杠杆（L1=L2，F1=F2，既不省力，也不省距离），我们也熟悉了生活中一些常见的杠杆，并对它进行了分析，了解了它们的广泛应用，最后我们还学习了杠杆的综合运用，并做了相关练习，解决了实际生产、生活中的一些问题.好，谢谢大家！[课后作业]完成本课时对应练习.【教学后记】第二节滑轮【教学目标】1.知道定滑轮、动滑轮，并能识别它们.2.理解定滑轮、动滑轮的特点与实质，并能用它们来解决简单的问题.22 3.经历探究定滑轮、动滑轮工作特点的过程，进一步掌握用观察、对比来研究问题的方法.4.知道滑轮组的结构、特点和应用，会根据要求使用和组装滑轮组.5.经历组装滑轮组的过程，学会按要求组装滑轮组.【教学重点】1.探究定滑轮、动滑轮的特点和应用.2.探究滑轮组的特点，会按要求组装.【教学难点】会按要求组装滑轮，并画出它的绕线，掌握定滑轮和动滑轮的实质.【教具准备】多媒体课件、定滑轮、动滑轮、钩码、细绳.多媒体课件、定滑轮、动滑轮、钩码、细绳、弹簧测力计、扳手、水龙头、长木板等.【教学课时】1.5课时【教学过程】一、巩固复习教师引导学生复习上一课时内容，并讲解学生所做的[课后作业]，加强学生对知识的巩固.二、新课引入师同学们，我们在前面学习了杠杆，知道了杠杆的分类和特点.现实生活中我们还应用了其他简单机械.如我们每周一升国旗，升旗手用力向下拉绳子，我们会看到国旗缓缓上升；工人在动滑轮的帮助下，居然用50N的力提起重95N的物体，你知道这些是应用了什么吗？生思考、讨论.教师对学生的回答先不急于解答.师你们知道定滑轮和动滑轮有什么特点吗？它们是如何工作的呢？我们学习了本课知识后，你就会明白了.三、进行新课滑轮的种类师：在我们的生活中，出来杠杆之外，还有一种常见的简单机械，它通常由绳索或链条绕过具有转动轴的圆轮构成.你们知到它叫什么吗？生：滑轮.师：生活中，你通常会在什么样的场合见到滑轮？生：工地上.（1）滑轮及其结构:由绳索或链条绕过具有转动轴的圆轮构成的简单机械叫作滑轮.滑轮的结构如图甲所示.（2）滑轮的种类师：滑轮有哪些种类？生：定滑轮和动滑轮.①定滑轮:使用时轴固定不动的滑轮叫作动滑轮.如图乙中旗杆顶部的滑轮即为定滑轮.②动滑轮:使用时轴跟物体一起运动的滑轮叫作动滑轮.如图丙中提升重物所使用了滑轮为动滑轮.(3)滑轮组师：多媒体展示滑轮组的图片.同学们，这是什么滑轮？生：定滑轮和动滑轮的组合.板书：定滑轮与动滑轮的组合装置叫作滑轮组.如图所示.师：上面两个滑轮组都是由一个定滑轮和一个动滑轮组成的，生活中的滑轮组可以由多个定滑轮和多个动滑轮组成.滑轮的工作特点师好，请大家先看教材P110图9.2-2，并提出问题：为什么升国旗时人向下拉绳子，国旗却向上升？为什么大人能将桶吊到二楼？生思考、发表看法.1.探究不同滑轮的工作特点教师展示一架定滑轮、动滑轮装置，并利用它们分别提起钩码，对滑轮的构造简单介绍.引导学生注意观察它们在工作过程中有什么不同？生：定滑轮工作时，轴不动，轮转动；动滑轮工作时，轴随着物体一起上或下运动.22 师回答正确.好，下面请大家分组探究定滑轮、动滑轮的特点.学生分组进行实验探究（可参照教材P111），记录实验数据.教师参与实验指导，这样便于降低学生实验难度.设计表格（供参考）师：定滑轮在使用过程中有什么特点？生：使用定滑轮提升钩码时，拉力的大小与钩码受到的重力相等，拉力方向与钩码被提升的方向相反，拉力作用点移动的距离与钩码被提升的高度相等.师：动滑轮在使用过程中有什么特点？生：使用动滑轮提升钩码时，拉力近似等于钩码所受重力的一半，拉力方向与钩码被提升的方向相同，拉力作用点移动的距离是钩码被提升高度的２倍.板书：①使用定滑轮不省力，也不省距离，但可以改变用力的方向.②使用动滑轮可以省力，但不能改变用力的方向，而且“费距离”.师请同学结合刚才探究的结论，联系实际事例，说说在什么情况下使用定滑轮？什么情况下使用动滑轮？学生回答：①需要改变用力的方向时，使用定滑轮，如站在地面上升旗的装置.②需要省力，用较小的力提起较重的物体时，使用动滑轮，如建筑工地上吊起建筑材料的装置.例题1（用多媒体展示）一辆汽车不小心陷进了泥潭中，按如图所示的甲、乙两种方法安装滑轮，均可将汽车从泥潭中拉出.如果汽车的动力比阻力小800N，则甲图中人拉动汽车的拉力至少为_____N，乙图中人拉动汽车的拉力至少为_____N，其中比较省力的是_____图.（绳与滑轮间的摩擦不计）解析：图甲是定滑轮，图乙是动滑轮.由于定滑轮不省力，动滑轮省力.根据题目的已知条件，必须给汽车提供至少800N的拉力，因此，如果利用甲图，则人必须至少施加800N的力才能把汽车拖出泥潭.如果使用乙图，人只需提供400N的拉力即可拖出汽车.由此可见，乙图更省力.答案：800400乙教师引导学生思考：定滑轮可以任意改变力的方向；那么动滑轮是否能在任何时候都可以省一半的力？学生猜想：这是肯定的，因为动滑轮是动力臂为阻力臂2倍的杠杆.教师出示以下例题，帮助学生纠正错误观点.例题2(用多媒体展示)如图所示，某同学用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体.不计摩擦，则该同学所用拉力F的可能值是（）A.20NB.25NC.30ND.35N解析：利用动滑轮提升物体时能省一半的力是有条件的，那就是自由端拉力的方向应与阻力方向相反，且在一条直线上，从图示装置看，力F的大小要大于动滑轮与重物总重的一半，答案为D.答案：D定滑轮和动滑轮的实质定滑轮和动滑轮的比较２.滑轮组的工作特点师我们知道使用定滑轮可以改变力的方向，使用动滑轮可以省力，那能否把二者的优点都利用起来，组合在一起构成一个新机械呢？生讨论、交流.师请同学们按你们的设想，将刚才的一个定滑轮、一个动滑轮组合起来，看哪一组做的又好又快，并且进行实验，来验证是否既省力，又可以改变力的方向.学生分组实验进行探究，教师巡视指导.学生完成实验，交流实验结论.师像这样把定滑轮和动滑轮组合在一起就是滑轮组，当用滑轮22 组提升重物时拉力与物重之间有何关系？请大家分组进行实验探究，找出其关系.教师参与实验指导，并在黑板上画出甲、乙两组不同的滑轮组，并演示组装，然后请一名学生上台用甲、乙两个滑轮组将同一个钩码提起来.要求学生注意观察、记录弹簧测力计的示数，并说说甲、乙两个滑轮组中动滑轮的绕线方法有何不同.师两次示数不同的原因是什么？学生观察、讨论后回答：承担钩码的绳子段数不同.师你能数出有几段绳子吊着钩码吗？学生观察、讨论后进行回答：甲有2段，乙有3段.教师进一步引导学生总结数绳子段数的方法：数绕在动滑轮上和固定在动滑轮上的绳子段数.有几段绳子吊着物体，拉力就是钩码重的几分之一.但是在实际情况中动滑轮的重力不能忽略，所以在实验中得出的拉力并不是钩码重的几分之一，而是稍大于这个值.教师在黑板上画出股数分别是2、3、4、5的滑轮组的绕法图，如图所示，让学生数数是几段绳子吊着物体，判断滑轮组的省力情况.（让学生体会相同数目的滑轮采用不同的绕线方式，承担重物的绳子段数不同，导致省力多少不同.）教师让学生观察四个不同的绕法图，引导学生找出其中的规律，得出关于绳子绕法的结论：奇动偶定（绳子的固定端在动滑轮上，则为奇数段绳子；绳子的固定端在定滑轮上，则为偶数段绳子），并且进一步总结出绳子自由端拉力移动距离s和物体移动距离h之间的关系：s=nh.教师用多媒体播放课件“滑轮组的组装”，并讲解.滑轮组的组装（多媒体课件）组装滑轮组需要解决三个方面的问题：（1）确定承担物重的绳子段数.由滑轮组的省力情况或，可得承担物重的绳子段数，n应取整数，且要采用进位法.也可以根据绳子自由端移动距离s与物体上升高度h之间的关系确定，即.（2）确定滑轮个数.当承担物重的绳子段数n为偶数时，按照每个动滑轮有2段绳子承担，则动滑轮个数为n/2，定滑轮个数为，即比动滑轮少1个，若要改变力的方向，则需要再加一个定滑轮，这时动滑轮和定滑轮个数相等.当n为奇数时，如不需要改变力的方向，则动滑轮和定滑轮个数相等，均为；若要改变力的方向，则需要再加1个定滑轮，即动滑轮个数为，定滑轮个数为.滑轮组中动滑轮和定滑轮的个数可按“一动配一定，偶数减一定，变向加一定”的方法确定.（3）确定绳子的起点.当承担物重的绳子股数n为偶数时，绳子的起点在定滑轮上；当承担物重的绳子段数n为奇数时，绳子的起点在动滑轮上.即按“奇动偶定”的方法确定.例题3（用多媒体展示）同一物体沿相同水平地面做匀速移动，如图所示，拉力分别为F甲、F乙、F丙，不计滑轮与轻绳间的摩擦，比较它们的大小，则（）A.F甲＜F乙＜F丙B.F甲＞F乙＞F丙C.F甲＞F乙＝F丙D.F甲＝F乙＞F丙解析：甲图为一个定滑轮，因为定滑轮不省力，故拉力大小等于阻力f，即F甲＝f；图乙是动滑轮，省一半的力，故拉力F乙＝1/2f；图丙由一定滑轮和一个动滑轮组成，有三段绳子承担，故拉力F丙＝1/3f.综上所述，符合题意的是B项.答案：B师：滑轮和滑轮组在生产生活中有着广泛的应用.同学们能举例吗？生：起重机和升降机、帆船控制装置、升降晾衣架.师我们通过学习杠杆，知道有的杠杆省力，有的杠杆省距离，定滑轮不省力，动滑轮省一半的力，但要费二倍的距离.大家思考，有没有一种机械既省力，又省距离呢？生思考、交流、讨论：省力的机械就必定费距离，省距离的机械必定费力，没有一种机械既省力又省距离.[教师结束语]大家通过这节课的学习，收获确实不少：我们共同学习了定滑轮、动滑轮的特点，知道了定滑轮不省力，但能改变力的方向；动滑轮省一半的力，但要移动两倍的距离22 .使用滑轮组既可以省力，又可以改变力方向.这节课就学到这.好，谢谢大家！[课后作业]完成本课时对应练习.【教学后记】第三节功【教学目标】1.知道做功的两个必要因素.2.理解功的定义、计算公式和单位，并会用功的计算公式进行简单计算.3.通过思考和讨论，判断在什么情况下力对物体做了功，在什么情况下力没有做功而是“劳而无功”.4.学会从物理现象中归纳简单的物理规律.5.通过观察和实验，了解功的含义，学会用科学探究的方法研究物理问题.6.乐于探索自然现象和物理规律，乐于参与观察、实验、探索活动.7.有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识.8.培养学生的综合学习能力，激发学生的求知欲.【教学重点】理解做功的两个必要因素，会用功的计算公式W=Fs进行简单计算.【教学难点】判断力对物体是否做功，以及当有多个力作用在物体上时，各个力做功的计算.【教具准备】木块、木板、细绳、弹簧测力计、小车、刻度尺、多媒体课件等.【教学课时】1.5课时【教学过程】一、新课引入师生活中的“功”是个多义词，功劳、立功中的“功”有贡献的意思；成功、事半功倍中的“功”有成效的意思；在日常生活中凡是人们从事了脑力和体力劳动，都叫做“功”，那力学中的功又有什么含义呢？接下来让我们看下面的实验.师播放视频“叉车运货”：叉车搬运货物时，把货物从地面提升到一定高度.叉车用力托起货物，使货物在这个力的方向上发生了位置的移动.师要求：请同学们认真观察叉车和货物的运动情况，思考并评价叉车工作的成效.生叉车给货物一个向上的力F（如图），而货物在这个力的作用下，向上移动了一段距离s.师同学们回答正确，叉车向上的托力对货物作出了贡献，有了“成效”，这个成效体现在物体被举高了.（教师同时在黑板上写出：贡献、成效二词）.对于这种情况，物理学中就说叉车托起货物的力做了功，这节课我们就来学习有关功的一些知识.二、进行新课机械功1.做功的两个必要因素师：教材P115图9.3-1分别描述了人们利用撬棒、拖拉机、起重机工作的情景.你能找出它们的工作过程有什多共同特点吗?生：第一，任何一种机械在”作时，都必须对工作对对石头施加力的作用，22 象施加力的作用.例如，起重机的钢丝绳对货物拖拉机对犁施加向前的索施加向上的拉力.第二，机械必须使工作对象沿着力的方向移动一段距离.例如，撬棒必须把石头撬起来拖拉机必须拉着犁前进，起重机必须把货物提高.生：移动的距离必须和力的方向一致，这样才算做了功.师回答正确，真棒！板书：如果对物体施了力，并使物体沿力的方向移动了一段距离，我们就说这个力对物体做了机械功.力和沿力的方向移动的距离是做机械功的两个必要因素.2.判断力是否做了功师请同学看教材P116图9.3-3，判断下哪些力做了功？生：左上图做了功，右上图没做功，左下图没做功，右下图做了功.[教师总结]通过以上的学习，知道了做功不能离开两个必要因素，二者缺一不可，又知道有三种情况下力不做功：即光有力的作用不做功；光有移动距离不做功；有力又有距离但二者方向不是一致的,同样不做功.师同学们请举例说明在你的周围可以发现哪些力做功的例子？比一比，看谁对生活观察得最仔细.学生可以举很多的例子：如起重机吊起重物、火箭升空、马拉车前进等等.（教师对正确的例子予以肯定，对错误的例子引导改正）师接下来请大家看老师这里的几个例题(用多媒体展示)，请你们分析下列示例中力是否做功了.例题1（1）举重运动员在把杠铃举高的过程中是否对杠铃做功.举在高处停留5秒的过程中是否做功？（2）小球在光滑水平地面做匀速直线运动，小球在竖直方向上受什么力的作用？是否做功？在水平方向上是否受力？是否做功？（3）起重机使货物在水平方向上匀速移动一段距离，拉力对货物做功了吗？生思考、回答、交流、讨论.师引导学生根据以上事例分析、总结在什么情况下力不做功（用多媒体展示）.答案:（1）举重运动员在把杠铃举高的过程中对杠铃做了功，但举在空中停留5秒的过程中却没有做功，在空中停留的过程中因为举力方向是竖直向上的，没有移动距离；（2）因为小球尽管在竖直方向上受到重力、支持力的作用，但没有在竖直方向上移动距离,因此在竖直方向上没有做功；而在水平方向上尽管移动了距离，但没有受到力的作用，因此在水平方向上没有做功.所以整个过程中都没有做功.（3）拉力对货物没有做功.因为钢丝绳对货物的拉力的方向是竖直向上的，而货物移动的距离是在水平方向上，二者方向不一致.功的计算1.功的计算公式师请同学们猜想一下，力学中的功的大小可能与哪些因素有关呢？学生积极猜想并发言.教师演示实验：用弹簧测力计水平拉动木块（或小车）在长木板上匀速移动，并提醒学生观察后思考不同情况下做功的大小.第一次：用较小的力F1拉动木块移动一段距离s1(用刻度尺可以量出)；第二次：用较大的力F2拉动木块移动一段距离s1（与第一次距离相等）；第三次：用与第二次相同大小的力F2拉动木块移动较远的距离s2.通过三次实验比较可知：作用在物体上的力越大，使物体移动的距离越大，这个力的成效越显著，说明这个力所做的功越多.板书：功等于作用在物体上的力与物体沿力的方向移动的距离的乘积.22 即：功=力×力的方向上移动的距离.公式：W=Fs.单位:焦耳;符号：J;1J=1N·m.2.功的计算的初步应用教师提问：1J的功有多大？如果同学们从地上拿起一只约50g的鸡蛋，并把它缓缓举过头顶，做功大约1J.教师同时用多媒体展示计算过程：（帮助同学们分析问题，同时示范做计算题的规范）解：鸡蛋的重力G=mg=0.05kg×10N/kg=0.5N，人手对鸡蛋的向上的托力F大小等于重力,F=0.5N，鸡蛋被举起，移动的距离约为s=2m，那么人对鸡蛋做的功为W=Fs=0.5N×2m=1J.例题2师用多媒体展示教材P117页的例题，并组织学生分析、讨论、计算；展示计算过程.【课堂交流、小结与延展】师请同学们自由讨论，说说你还想知道哪些内容?生：老师，我问一下，如果力的方向与物体移动的方向不完全相同，如图所示，怎么求解功的大小呢？师你这个问题提得很好，当力的方向与移动的距离不完全一致，即二者之间有个夹角θ时，如何计算这个力对物体做功的大小？我们知道，力F产生了两种作用效果：一种是水平拉动物体前进，另一种是把物体竖直向上提起（当然，物体没有离开地面是因为在竖直方向上的这个分力小于物体的重力，很明显，在这个力的作用下，物体对地面的压力要比没有这个力时要小些），可看出物体在水平方向的分力的作用下产生了向前移动一段距离的成效，因此，只有水平方向的分力才对物体做功，竖直方向的分力没有做功.所以，水平方向的分力做的功就是这个力所做的功，故这个力对物体所做的功为W=Fs=F1s=.由此可见，这个力对物体所做的功大小在0~Fs之间.顺便指出，如果力的方向与移动距离方向相反，那么这个力对物体起阻碍作用，这个力对物体也做功，是消极功，所以，通常我们说物体克服这个力做功.到此，同学们会发现，力与移动距离的夹角θ不同，做功的大小不同.当夹角θ为90°时，不做功.[教师结束语]大家这节课的收获确实不少，我们共同学习了功的概念，理解了物理学中做功的特定含义，并能进行功的简单计算.请同学们在课后结合身边的实例相互交流和讨论，加深理解做功的含义.好，谢谢！[课后作业]完成本课时对应练习.【教学后记】第四节比较做功的快慢【教学目标】1.知道功率的概念.2.结合实例理解功率的概念,能用功率的计算公式进行简单的计算.3.通过实例结合已学的物理规律理解功率的物理意义和概念.4.学会如何比较功率的大小，掌握功率的计算公式P=和P=Fv.5.了解功率在实际生活中的应用.【教学重点】功、功率和速度的综合计算与运用.【教学难点】理解功率的物理意义.功、功率和速度的区别与联系.【教具准备】磅秤、皮尺、秒表、多媒体课件等.22 【教学课时】1.5课时【教学过程】一、巩固复习教师引导学生复习上一课时所学内容，并讲解学生所做的[课后作业]，加强学生对知识的巩固.二、新课引入师（以讲故事的形式导出）上个周末，我到小明家家访，小明家正在装修新房子，小明非常高兴，帮助爸爸搬材料.看到小明和他爸爸一起搬砖，小明干得非常火热.小明要和他爸爸比赛，楼脚地面放有两堆相同的砖块（40块，每块重约50N），小明一次最多搬起4块，爸爸一次可以搬起8块，结果爸爸用了20分钟，小明用了30分钟才搬完了.同学们想一想，小明和爸爸做功相同吗？谁赢了？为什么呢？生：一样多，爸爸赢了.因为搬一样多的砖块到相同的高度，对砖块做功相同，小明用的时间多，爸爸耗费的时间少，所以，小明做功慢，爸爸做功快.师大家分析很好，由此可见，做功有快慢之分，这正是我们今天要探究的问题，如何描述做功的快慢.三、进行新课比较做功快慢的方法1.功率的定义式和功率大小的比较师：刚才，我们分析了做相同多的功，比较所用的时间的长短，就可以判断做功的快慢，即用的时间越少，做功就越快；再看一种情况，如果20min内小明搬了30块砖到楼上，他爸爸搬了40块砖到楼上，那谁做功快呢？为什么？生：爸爸做功快.因为爸爸做功多，小明做功少.师可见，相同时间，比较做功的多少，可以看出做功的快慢，即相同时间内做功多的，表明做功就快，反之，做功少的做功慢.师那如果这种情况，又如何比较呢？（多媒体展示问题）问题：10min小明搬完20块砖到楼上，6min爸爸搬完18块砖到楼上，谁做功快呢？学生积极发言，有的说小明做功快，有的说爸爸做功快，各抒己见（讨论非常激烈）.师（引导、启发学生）请大家回忆，前面我们学习哪些比较快慢的物理量，如何定义的，有何特点？生：描述运动的快慢用速度表示.用通过的路程与所用的时间的比值来定义速度，比值越大，运动越快，速度越大.师同学们说的正确，我们不妨也采用这种方法，用做的功与所用的时间的比值来定义.因此，描述做功的快慢用功率表示.注意：做功快慢与运动快慢的类比（用多媒体展示）功率1.功率板书：（1）功率是表示物体做功快慢的物理量.（2）定义：把功与完成这些功所用的时间之比叫作功率.（3）定义式：2.功率的单位“瓦”师功率的单位由功的单位和时间的单位组合而成.在国际单位制中，功的单位是焦耳，时间的单位是秒，则功率的单位是焦耳每秒.功率的单位有个专门的名称叫做“瓦特”，简称瓦，用符号W表示，正体书写作为单位；要注意，功作为物理量也是用W表示，但必须是斜体.这一点，书写时要区别.另外，工程技术上，功率的单位还有：千瓦（kW）、兆瓦（MW）,它们之间的换算关系：1kW=103W，1MW=106W师功率1瓦表示的物理意义是物体在1秒钟内完成的功是1焦.同学们，你想了解我们身边的一些运动物体的功率多大吗？请大家阅读教材P121，并说说你的看法.生思考、讨论，并发表看法.教师也可以参与讨论，并举一些大家熟悉的例子，引导学生课后通过上网搜集一些相关资料.3.功率的计算：师下面，我们看看如何计算物体的功率.22 例题1用多媒体展示教材P122例题.例题2(用多媒体展示)在今年的抗旱工作中，某单位帮助一个扶贫村打了一口地下水井，并在地面上修建了一个深2m，能储存30t水的水池.已知水井中的水面距离水池进水口的竖直距离是30m.（g取10N/kg）求：（1）将30t水从井里刚好抽到水池里，抽水机对水做的功.（2）水池装满水后，水对池底的压强.（3）将30t的水从井中抽到水池中需要1h，则这台抽水机的功率不得低于多少瓦？分析：本题是一道综合性较强的题目，不仅涉及了功和功率的计算，还涉及了液体压强的计算，在分析本题时，应从以下三点入手：（1）知道水的质量，利用重力公式求水受到的重力，又知道水提升的高度，再利用功的公式W=Gh求抽水机对水做的功；（2）水池装满水后，知道水深，利用液体压强公式求水对池底的压强；（3）知道抽水机抽水的时间，再利用功率公式求抽水机的功率.解：（1）水的质量：m=30t=30×103kg=3×104kg水受到的重力：G=mg=3×104kg×10N/kg=3×105N抽水机对水做的功：W=Gh=3×105N×30m=9×106J（2）水池中水深h=2m，则水对池底的压强：p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×2m=2×104Pa（3）抽水机抽水的时间t=1h=3600s，则抽水机的功率至少是.师：同学们，我们通过类比方法，由描述运动快慢的物理量——速度，知道了表示做功快慢的物理量——功率，汽车的输出功率与牵引力、速度之间有什么关系？我们一起来探讨下：我们知道功率，而W=Fs，v=s/t，则功率P=Fv，作为汽车来说，最大输出功率P是一定的，因此，Fv=P（定值），可见，牵引力与速度成反比，所以，汽车上坡时因需要的牵引力越来越大，速度越来越小，司机要换挡减速；换句话说，如果需要同等大小的牵引力的条件下，功率大的汽车，上坡速度快些.由公式计算出的功率是一段时间内的平均功率；由公式P=Fv计算功率时，如果v是某时刻的速度，则计算出的功率为某时刻的功率，如果v是一段时间内的平均速度，则计算出的功率为平均功率.当然，在匀速直线运动中，瞬时速度与平均速度相等.总结：（1）当物体的功率一定时，它受到的牵引力越大，速度越小.（2）当物体的牵引力一定时，功率与速度成正比.（3）当物体速度一定时，牵引力越大，它的功率越大.提示:若F和v为定值，则P为定值；若F和v在变化，则P也在变化，所以公式P=Fv反映的是瞬时功率.例题3(用多媒体展示)某汽车在平直公路上做匀速直线运动，已知其水平牵引力大小恒为F，运行速度为v，问：（1）此时汽车牵引力F的功率为多少？（2）如果汽车发动机的实际输出功率是90kW，匀速行驶速度是30m/s，汽车受到的阻力是多少？解：（1）在一段时间t内，汽车行驶的距离s=vt,水平牵引力做功W=Fs=Fvt，牵引力做功的功率P==Fv（2）P=90kW=9×104W，v=30m/s由P=Fv得，F==3×103N因为汽车在水平路上匀速行驶，故牵引力与阻力二力平衡，所以阻力f=F=3×103N.功率的测量实验:测量人爬楼的功率师：几位同学组成小组，测量每位同学提着重物从一楼爬到三楼的过程中对重物所施拉力做功的功率，看谁的功率最大.生：设计方案，与同学交流.师：测量过程中，应测量人上楼的高度ｈ，还是测量楼梯的长度Ｌ？生：上楼的高度h.师：那么，高度怎么测量呢？22 生：可用较长的皮尺先测量一层楼的高度，然后计算上楼的总高度；也可以用米尺先测量一个台阶的高度，再数出所登楼梯的总台阶数，从而计算出上楼的总高度.生分组进行测量，记录数据，完成后进行交流.例题4在学习了功率的知识后，三位同学想比较爬楼时谁的功率大.以下是他们讨论后得出的三套方案，其中可行的是()①用相同的时间爬楼，测量出各自的体重和爬楼的高度，即可比较功率大小；②都爬到楼顶，测量出各自的体重和爬楼用的时间，即可比较功率大小；③爬楼后，测量出各自的体重、爬楼用的时间和爬楼的高度，算出功率进行比较.Ａ.只有③Ｂ.①②Ｃ.①③Ｄ.①②③答案：D[教师结束语]通过这节课的类比方法学习，大家收获确实不少，我们理解了功率的概念，明白了物理学中描述快慢的物理量的定义方法，知道了功率的物理意义.同时还了解了一些常见运动物体的功率，使我们在估测物体功率的大小时有一定的理论依据.好，谢谢大家！[课后作业]完成本课时对应练习.【教学后记】第五节探究使用机械是否省功【教学目标】1.知道W有用,W额外,W总的含义并清楚它们之间的关系.2.会正确进行有用功、总功、机械效率的计算.3.通过观察、分析和讨论，理解额外功产生的原因，知道机械效率η<1.4.理解什么是机械效率，能够设计实验测量斜面、滑轮组、杠杆等简单机械的机械效率，并利用实验探究的数据计算机械效率，知道机械效率总小于1.5.通过实验探究影响机械效率的因素，找出提高机械效率的方法.【教学重点】1.理解机械效率的概念，理解额外功产生的原因.2.并能运用公式进行计算.3.理解如何提高机械效率.【教学难点】1.知道机械效率η＜1，理解有用功、额外功、总功之间的联系和区别.2.探究斜面、杠杆、滑轮等简单机械的机械效率，掌握影响机械效率的因素.【教具准备】沙子、塑料桶、方便袋、细绳、弹簧测力计、滑轮、刻度尺、表面粗糙的长木板、做重物的木块、垫块、弹簧测力计、细线、刻度尺、杠杆、滑轮、多媒体课件等.【教学课时】1.5课时【教学过程】一、巩固复习教师引导学生复习上一节的内容，并讲解学生所做的[课后作业],加强学生对知识的巩固.二、新课引入师：如教材P125图9.5-1所示22 ，工人通过滑轮组、定滑轮和轮轴提升竖井中的重物.工人为什么不直接提起重物，而是将这么多的简单机械进行组合呢?使用会轮组、定滑轮和轮轴这些简单机械的优势是什么？学生发表各自的看法.师同学们说得很好，下面我们就以一个实验来探讨这个问题.三、进行新课使用任何机械都不省功师：人们使用杠杆、轮轴、滑轮等机械是为了达到一定的目的.在使用中，有的机械可以省力，有的机械可以改变作用力的方向或达到“省距离”的效果.那么，使用机械能省功吗?怎样判断使用机械是否省功呢?生：使用机械不能省功.师：怎样判断使用机械是否省功呢?生：可以比较使用机械和不使用机械两种情况下，对同一物体完成同一工作任务的过程中，人所做的功的大小关系.师：请同学们完成教材P125-126的实验“探究使用动滑轮是否省功”.实验:探究使用动滑轮是否省功生：学生分组合作，动手实验，填写实验数据.师由表中记录的数据，可以得到什么结论？生：Ｗ２>Ｗ１，说明将同一物体提升相同的高度，利用机械做的功比不用机械做的功多.[教师总结]这是因为利用动滑轮提升物体时,拉力不但要对物体做功，还要克服动滑轮重、绳重及滑轮上的摩擦做功，所以使用动滑轮并不省功.换用杠杆或轮轴再做实验进行探究，结果是相同的.板书：使用任何机械都不能省功.对“不省功”的理解(1)若忽略机械自重和摩擦使用简单机械所做的功等于人们不用机械而直接做的功;若考虑机械自重和摩擦人对机械做的功大于机械对物体做的功.(2)使用机械可以达到省力或省距离或改变作用力的方向的目的，但任何机械都不能省功.所以,使用简单机械,省力的会费距离,省距离的会费力，既省力又省距离的机械是不存在的.例题1工人师傅把重５００Ｎ的货物用绳子直接匀速提升到２ｍ高的工作台上，动力对货物做的功为Ｊ.若他用如图所示的滑轮组提升此货物到２ｍ高的工作台上，所用拉力为２００Ｎ，动力做的功为Ｊ.两种情况对比，说明使用机械(选填“能”或“不能”)省功.解析：（1）物体上升的高度h=2m拉力对货物做的有用功W有用=Gh=500N×2m=1000J（2）由图知承担物重的绳子股数：n=3，由s=nh=3×2m=6m：拉力做的功：W=Fs=200N×6m=1200J＞1000J；说明使用滑轮组不能省功.答案：10001200不能有用功、额外功和总功教师选取动滑轮、塑料桶、方便袋（重力忽略不计）提起沙子进行实验（可让学生实验）：第一次用塑料桶盛装一定重力的沙子进行实验,如图甲；第二次用塑料袋盛装相同重力的沙子提起相同高度进行实验,如图乙.把记录结果填在设计的表格中.师巡视指导，对动手能力弱的同学给予适当的帮助，师可参与一起实验，并提醒学生在拉动弹簧测力计时要注意匀速竖直向上缓慢拉动，并在拉动过程中读数.用刻度尺测量沙子上升的高度和手移动的距离（这个也可以不测量，动滑轮师请同学们说出你们探究的结果，哪种情况下做功多些？生：（齐声回答）当然用塑料桶装提起时做功多些.师为什么呢？生：塑料桶重些，塑料袋轻些.教师引导学生分析，在提起沙子的过程中，对沙子做功的同时，还要做哪些功呢？生：对塑料桶做功，对滑轮做功，对绳子做功，对滑轮轴间的摩擦力做功……师那我们真正需要的是对什么物体做的功？22 生：当然是对沙子做的功.师对啦，对沙子做的功才是对我们有用的功，我们把这样的功叫做有用功.其他做的功是无用功，称为额外功，这部分无用的功，能不能不做呢？生：当然不能！师为什么？生：因为我们必须依赖塑料桶（或塑料袋）装沙，依赖动滑轮提起.师正确，额外功尽管对我们无用，但却又是不得不做的功，无法回避的功.师那实际我们在利用滑轮提起沙子时，所做的功包含有对沙子做的功，对动滑轮、塑料桶（或塑料袋）、绳子重力做功及轴间摩擦力做功，把这些功之和称为总功.师请同学们说说总功包括哪些功？生：总功包括有用功和额外功.师很对，总功等于有用功和额外功的总和.板书：有用功W有用：在用动滑轮提升重物时，动滑轮对物体所做的功.额外功W额外：提升重物时，不可避免地要对绳子和动滑轮本身做功，还要克服摩擦做功，这部分功叫作额外功.总功W总：有用功与额外功的总和.W总=W有用+W额外机械效率1.机械效率师：同学们在做教材P126图9.5-2的实验时，思考以下问题：（1）两次拉力所做的功一样吗？为什么？（2）使用动滑轮是否真的省力又省功呢？生（1）虽然在两次实验中钩码被提升了相同的高度，但第二次拉力做的功反而更多一些，因为在实验过程中还要克服滑轮重力和摩擦做功.（2）使用动滑轮会省力，但不能省功.机械效率师从上面实验和演示中可以看出，我们总是希望额外功在总功中所占的比例越少越好，即有用功占总功的比例越大越好，这样效率就越高.板书：（1）定义：有用功跟总功的比值叫机械效率.（2）公式表示：（4）机械效率是个比值，没有单位.通常用百分数表示.对机械效率的理解(1)特点:使用任何机械都不可避免地要做额外功,所以有用功总是小于总功,因此机械效率总是小于1.(2)可变性:机械效率不是固定不变的,同一机械在不同的做功过程中,机械效率可能发生改变(3)机械效率反映有用功在总功中所占比值的大小,与具体做功多少、是否省力等无关.例题师用多媒体展示教材P127-128的例题.师：组织学生分析、讨论、计算；展示学生解题过程；总结、评价.师请同学思考下面题目.例题（多媒体展示）某实验小组利用如图所示的装置测滑轮组机械效率，记录数据如下表：（1）实验时，应沿竖直方向______拉动弹簧测力计；（2）第2次实验中，拉力做的总功是____J，滑轮组做的有用功是____J，滑轮组的机械效率η=_____（结果保留一位小数）.（3）由记录数据分析，两次机械效率不同的主要原因是______________.解析：在探究滑轮组的机械效率时，用弹簧测力计提升重物时应沿竖直方向匀速地拉动物体上升，拉力做的功为总功，对重物做的功为有用功，滑轮组的机械效率为,所以第二次的总功W总=2.4N×0.3m=0.72J,第二次做的有用功为W有=G物h=6×0.1m=0.6J,机械效率为，通过两次实验比较可得出，滑轮组所提升的钩码重不同，机械效率不同，钩码越重，机械效率越高.答案：（1）匀速（2）0.720.683.3%（3）钩码重不同2.如何提高机械效率师：使用滑轮组提升重物时，影响其机械效率的因素有哪些？22 生用滑轮组提升重物时，影响其机械效率的因素有被提升物体的重力、动滑轮的重力、绳重及摩擦等.师请同学们分析下滑轮组机械效率与物重的定性关系？生：用滑轮组将重物提升相同高度,物重增大,则有用功增多,而克服动滑轮重、绳重做的额外功不变,克服摩擦做的额外功与有用功等比例增加,故滑轮组的机械效率提高,即机械效率随物重的增大而提高.师现代社会是讲求效率的社会,时时、事事、处处都追求高效率,以尽可能少的消耗资源,取得尽可能多的效益.“优胜劣汰”的“优”中，高效率是一个重要内容.从上面探讨分析,我们在使用机械做功时,同样总是希望机械效率能够更高些,那么如何提高机械效率呢?请大家分小组讨论,并整理各自小组的意见.生讨论火热进行中.师集中同学们的讨论意见,并总结.板书：提高机械效率的有效途径:(1)减轻机械自重;(2)减小机械间的摩擦(加润滑油);(3)允许情况下增加物重.机械效率与功率的对比拓展阅读师我们骑自行车上坡时，选择怎样的路线走轻松些.往汽车上搬运较重的货物时，常常看到搬运工人搭上一个长木板，沿木板就可以把货物轻松地推上去，这是为什么？生：走S形路线轻松；斜面可以省力……师同学们说得很好，那这样是否省功呢？生：没有，任何机械都不省功.斜面与螺旋(１)定义:斜面是与水平面成一定角度的平面，也是简单机械的一种.螺旋是斜面的变形.(２)特点:可以省力，但费距离.(３)原理:如右图所示斜面中，若不考虑斜面的摩擦力，用沿斜面向上的拉力将物体从斜面底端匀速拉到斜面顶端，拉力做的功Ｗ＝ＦＬ＝Ｇｈ，则拉力Ｆ＝Ｇｈ/L，可知在斜面高度一定时，斜面越长越省力.(４)应用:盘山公路、螺钉、螺旋式汽车千斤顶等，都利用了斜面省力的原理.师：同学们回忆下杠杆、滑轮和斜面这三种简单机械，总结一下它们的功和机械效率该怎么计算？有什么区别？三种简单机械中三种功的计算三种简单机械中机械效率的计算注意：斜面越陡，机械效率越高，但越费力(动滑轮越多,越省力,但机械效率越低).由此可见，机械效率的大小与省力无直接关系.如果斜面越光滑，摩擦力就越小，这样克服摩擦力所做功就少，有用功占总功的比值就大，机械效率应该越高.（同理，杠杆、滑轮组越轻，轮轴间摩擦小，所做的额外功越小，有用功占总功的比值就大，机械效率应该越高.）[教师结束语]大家这节课的收获确实不少，我们共同学习了有用功、额外功和总功，知道了它们在不同场合下所指的内容.理解了机械效率的含义，并能进行计算.我们知道了机械效率的计算方法.从本质中体会到提高机械效率的有效办法.请同学们多关注身边实例，如吊车、建筑工地上的龙门吊、吊篮等工作情景，结合所学的物理知识进行分析，充分发挥你们的聪明才智设计出更高效率的机械，为社会主义建设服务.好，谢谢大家！完成本课时对应练习.【教学后记】22 第六节跨学科实践：制作简易升降机【教学过程】一、新课引入日常生活中，人们经常利用机械搬运物体.在没有电的时代，我国古代劳动人民利用简单机械制作了升降机，以方便搬运人和物品.教材P131图9.6-1是我国古代用于军事瞭望的集车.请同学们利用简单机械设计并制作一个能搬运物体上万移动的升降机，从中体会简单机械的原理在实际生产生活史的应用.二、进行新课我国机械发展的历史1.了解我国机械发展的历史师：请同学们查阅资料，收集关于我机械发展历史的信息.２.实践活动:调研建筑工地上的工程机械师：在一些建筑工程的现场，我们经常会看到如图9.6-9所示的一些工程机械.你知道它们的用途吗?请以小组为单位，上网查询一下建筑工地或道路施工过程中使用的工程机械，了解它们的名称和用途，以及它们在工作过程中涉及哪些物理知识.调研内容要包括以下几个方面.(1)该工程机械的结构特点与物理原理.(2)除简单机械外，该工程机械在设对中还应用了哪些与物理有关的知识.(3)该工程机械在使用过程中有哪些操作规程，这其中有什么物理道理.(4)关于该工程机械的安全使用，你还有哪些建议.将调查结果形成调研报告，并与向学交流.建筑工地上的工程机械主要包括:用于土方开挖的挖掘机，用于土壤铲削的推土机，用于物料吊装的塔式起重机，用于桩基施工的压桩机，用于混凝土搅拌和输送的混凝土以塔式起重机为例，其涉及的简单机械主要有杠杆和滑轮.吊臂的平衡主要涉及杠杆平衡的知识，吊钩处有动滑轮，与吊臂上的定滑轮组成滑轮组.搅拌机、混凝土搅拌输送车、混凝土泵，用于高空作业的高空作业车.利用简单机械设计和制作升降机1.设计要求:能竖直搬运物体，以０.３ｋｇ的重物作为搬运的目标物体，竖直搬运高度不小于１０ｃｍ.设计时要注意以下几点.(1)升降机搬运物体需要用到轿厢，轿厢可以有个性化的设计.(2)升降机需要有坚直支架，支撑轿厢上下运行.(3)升降机在运送物体的过程中要能省力/县机械效率尽可能高.将你的想法以示意图的方式画出来，与同学交流.结合同学们的分享和评估，进一步完善你的设计方案，并将你设计的升降机制作出来.2.设计升降机３.制作升降机器材选择:木板一块(作底座)、厚纸板若干(制作轿厢)、直杆三根(５０ｃｍ左右，两根作竖直支架，一根作横梁)、细绳一根(２ｍ左右)、滑轮两个、剪裁刀、捆扎绳、胶水注意：提升物体的重力为3N左右,轿厢的重力与之相近,考虑到弹簧测力计的量程0~5N,可选择动滑轮上有三根绳子承担物重.若用一个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组，则绕绳时应从动滑轮出发.为使物体移动的距离不小于10cm,则绳端移动的距离不小于30cm,绳子总长为1~2m较为合适.测量升降机的机械效率1.实验探究:测量升降机的机械效率师：测量升降机的机械效率，需要测出有用功和总功.有用功和总功又该如何测量呢?在动手测量之前，我们需要思考以下问题.(1)在提升过程中，有用功税动分别是哪个力做的功?(2)如何测量物体上升的高度?22 (3)如何测量绳子自由端的拉力和绳子自由端移动的距离?(4)记录数据的表格应该怎祥设计?生：小组讨论，设计实验.生：完成实验，填写实验数据.师：结合上述思考，利用升降机将质量为0.3kg的物体提升不低于10cm在此基础上进行如下比较.(1)比一比，看谁制作的升降机在提升物体的过程中更省力.(2)比一比，看谁制作的升降机完成上述任务的机械效率更高.生：学生互相比较，得出结论：(１)与其他同学制作的升降机的数据相比，发现不同升降机的省力情况不同，机械效率也不相同.通过与用滑轮组制作的升降机相比，发现:①滑轮组的组装方式相同时，轿厢较轻的机械效率较高；②在轿厢及物体总重力大致相同时，使用的动滑轮较多的更省力，但机械效率较低.[教师总结]滑轮组的机械效率与物重动滑轮重、绳重与摩擦有关用同一滑轮组提升不同重物时,提起的重物越重,滑轮组的机械效率越高:用不同滑轮组提升同一重物时,动滑轮越重，滑轮组的机械效率越低.滑轮组的机械效率与滑轮组的绕绳方法、重物被提升的高度、重物匀速运动的速度等因素无关.2.提高机械效率的方法师：通过实验，大家知道如何提高机械效率吗？生：(１)增大有用功:在机械能承受的范围内尽可能增大有用功，如增大被提升物体受到的重力.(２)减小额外功:改进机械结构，使其更合理、更轻巧；按照技术规程操作，定时保养，及时润滑，使机械始终处于良好的运转状态.【教学后记】整理与复习【教学目标】1.认识杠杆，知道杠杆的的种类及其应用，理解杠杆的平衡条件.2.知道滑轮、轮轴等简单机械的特点，会使用简单机械改变力的大小和方向.3.知道功的概念，能用生活、生产中的实例解释功的含义，知道做功的过程就是能量转化或转移的过程.4.理解什么是功率，会正确进行功、功率、速度的计算.5.理解什么是机械效率，能正确分析简单机械的机械效率，并能进行功、功率、机械效率的综合计算.【教学方法】1.归纳法：通过对本章知识的归纳总结，体会知识内容之间的联系，进而系统复习本章知识.2.引导分析法：通过引导学生对典型事例的分析，帮助学生进一步理解物理概念、规律，锻炼学生分析问题、解决问题的能力.3.讲练结合法：通过典型习题的讲练，帮助学生加深理解知识的内涵，熟悉解题方法与技巧.4.实验探究法：会探究杠杆的平衡条件、会探究不同滑轮的工作特点、会探究使用动滑轮是否省功.5.类比法：用速度类比功率，知道功率与速度的关系.22 【教具准备】多媒体课件【教学课时】1课时【教学过程】一、巩固复习教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的[课后作业]，加强学生对知识的巩固.二、本章总结1.知识结构（用多媒体展示并总结）2.例题讲解（用多媒体展示）杠杆及其平衡条件例题1图甲是小奇用食品夹夹肉饼时的情景,食品夹看作可以绕Ｏ点转动的两个杠杆.其中ＯＡＢ是上方杠杆,图乙是ＯＡＢ的简化图,Ｆ２为作用在点Ｂ的阻力.请在图乙中画出:(１)在Ａ点施加的最小动力Ｆ１及动力臂Ｌ１;(２)阻力臂Ｌ２.解析:动力臂Ｌ１为ＯＡ时,动力臂最大,此时动力Ｆ１最小.过Ａ点作ＯＡ的垂线,即为Ｆ１作用线,Ｆ１的方向应斜向下.过Ｏ点作阻力Ｆ２作用线的垂线段,可得阻力臂Ｌ２.答案:如图所示.例题2小强在探究“杠杆的平衡条件”时：（1）为了便于测量力臂，他先调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆在________位置平衡；（2）下表是小强的实验记录，在这两组数据中，他发现实验序号为________的一组数据是错误的.经检查，结果是测量阻力臂时读错了，阻力臂的实际值应为________m；通过探究，小强得到杠杆的平衡条件是________.答案：（1）水平（2）10.6F1·l1=F2·l2（或动力×动力臂=阻力×阻力臂）例题3如图甲所示，不计重力的杠杆OB可绕O点转动，重为6N的物体P悬挂在杠杆的中点A处，拉力F1与杠杆成30°角，杠杆在水平位置保持平衡.此状态下拉力F1=______N.试作出F1的力臂l1.解析：过支点O向动力F1的作用线（需要延长）作垂线，垂线段即是动力臂l1，由直角三角形的性质，知道l1=OB，又知阻力臂l2=OB，所以动力臂等于阻力臂，根据杠杆的平衡条件F1·l1=F2·l2，有F1=F2=6N.答案：6F1的力臂如图乙所示.滑轮和其他简单机械例题4如图所示，正常使用时属于费力机械的是（）解析：定滑轮是等臂杠杆，不省力也不费力；扳手、自行车的车把均是轮轴，属于省力杠杆；镊子是费力杠杆.答案：C例题5如图所示，图中是一个______滑轮，如果物体在水平面上做匀速直线运动，拉力F为10N，物体受到的摩擦力大小为_____，若F拉滑轮运动的速度是1m/s，则物体A移动的速度是______.解析：选择滑轮作为研究对象，无论装置怎么改，都是受三个力，且三个力都平衡，作用在轴心上的力等于作用在绳上的力的2倍，F=2F1=2F2，如图所示，绳子一端移动速度等于物体移动速度的2倍，即v绳=2v物.答案：动5N2m/s例题6如图所示的滑轮组，每个滑轮重５０Ｎ，用这个滑轮组把质量为４０ｋｇ的重物在２ｓ内匀速提升２ｍ.不计绳重和摩擦，下列说法中不正确的是(ｇ取１０Ｎ/ｋｇ)()Ａ.作用在绳子自由端的拉力Ｆ为１５０ＮＢ.重物上升的速度是１ｍ/ｓＣ.绳子自由端移动的距离为６ｍＤ.绳子自由端移动的速度是２ｍ/ｓ解：A.重物的重G=mg=40kg×10N/kg=400N，由图可知，n=3，不计绳重和摩擦，作用在绳自由端的拉力：F=（G+G动）/n=（400N+50N）/3=150N，故A正确；B.重物的速度：v=h/t=2m/2s=1m/s,故B正确；C.绳子自由端移动的距离：s=nh=3×2m=6m,故C正确；D.22 绳子自由端的速度：v′=s/t=6m/2s=3m/s,故D错误.答案：D功和功率例题7在如图的四种情境中，人对物体做功的是（）A.提着水桶在水平地面上匀速前进B.扛着米袋慢慢爬上楼梯C.用力推汽车，汽车没动D.举着杠铃原地不动解析：人扛着米袋爬上楼梯，米袋在力的作用下，斜向上运动，人克服米袋的重力做了功，A、C、D物体均未在力的方向移动距离，不做功，故选B.答案：B例题8甲、乙两辆输出功率相等的汽车,做匀速直线运动的速度之比ｖ甲∶ｖ乙＝２∶１,则两辆汽车的牵引力之比为,在相等的时间内两辆汽车做的功之比为.解：由P=Wt=Fst=Fv可知，在功率相等时，F与v成反比，因速度之比v甲：v乙=2：1，故两辆汽车的牵引力之比为1：2；根据W=Pt可知，在时间相同时，W与P成正比，故两辆汽车的做功之比为1：1.答案：1：21：1例题9一列质量为1×103t的火车，以180km/h的速度在平直轨道上匀速行驶，整列火车受到的阻力是9×103N.（1）火车的牵引力多大？（2）火车行驶1min时间内，重力做了多少功？机车牵引力做了多少功？牵引力的功率多大？解：（1）火车在平直轨道上匀速行驶F牵=f=9×103N.（2）火车在重力方向上没有移动距离，故WG=0火车在1min时间内行驶的距离：180km/h=50m/s.1min=60ss=vt=50m/s×60s=3×103m.机车牵引力做的功:W牵=F牵s=9×103N×3×103m=2.7×107J.牵引力的功率.知识点4机械效率例题10建筑工地上矗立的塔吊是用电动机来带动滑轮组提升重物的设备.如何提高滑轮组机械效率、节约电能呢?为此同学们进行了“影响滑轮组机械效率因素”的实验探究,用到的装置如图,实验数据记录如下表所示:(１)实验中应沿竖直方向拉动弹簧测力计.(２)分析表中数据可知:第４次实验是用图所示装置来完成的.(３)通过比较１、２两次实验数据可得出:使用同一滑轮组提升相同重物,滑轮组的机械效率与重物上升高度无关.(４)通过比较两次实验数据可得出:同一滑轮组提升的物体越重,滑轮组机械效率越高.(５)通过比较３、４两次实验数据可得出:不同滑轮组提升相同重物,动滑轮越重,机械效率越低.(６)为提高滑轮组机械效率,节约电能,根据以上结论和生活经验,你建议可采取的措施有(填字母).Ａ.减轻动滑轮重Ｂ.增加所提物体重Ｃ.机械加润滑油Ｄ.增加重物上升高度答案:(１)匀速(２)丙(４)１、３(６)ＡＢＣ例题11在一次车辆故障处置过程中,拖车所用装置可简化为如图所示的滑轮组.为了尽快疏通道路,交警指挥拖车只用了３０ｓ就将水平路面上质量为１.５ｔ的故障车匀速拖离了现场.若故障车被拖离的速度是５ｍ/ｓ,绳子自由端的拉力Ｆ是５００Ｎ,地面对故障车的摩擦力为车重的２/２５,ｇ取１０Ｎ/ｋｇ,求:拉力Ｆ在３０ｓ内所做的功.(２)整个装置的机械效率.【教学后记】22