资源简介

简单机械、功与机械效率
教学三维目标：
知识目标：
1、清楚不同滑轮的作用及滑轮组的省力情况
2、能准确判断支点、力臂及杠杆所属的种类
3、理解做功的概念，掌握有用功、总功及效率的计算
能力目标：
1、通过复习杠杆和滑轮组以及机械效率等知点，让学生更加熟练运用物理知识来解决生活中的问题。
情感与价值目标：
在相互讨论与复习过程中，形成对杠杆和滑轮组以及机械效率的一些基础知识的认识，并能加以辨别和运用来解释一些简单的现象。
重点:
1、 杠杆与滑轮组的作图，
2、 有用功与总功的计算，以及机械效率的几种计算方法。
难点:
1、滑轮组在竖直方向和水平方向上机械效率的计算方法以及区别。
教具: 三角板，直尺
课时安排：
3个课时，1节知识点回顾，2节习题讲解
教学过程:
知识回顾：
一、杠杆及其分类
1、能绕某点转动的硬杆称为杠杆，这个绕着转动的点称为支点，支点到力作用线的距离称为力臂。
2、分为省力杠杆、费力杠杆及等臂杠杆
动力小于阻力的杠杆 为 省力杠杆（动力臂>阻力臂） 省力费距离
动力大于阻力的杠杆 为 费力杠杆（动力臂<阻力臂） 费力省距离
动力等于阻力的杠杆 为 等臂杠杆（动力臂=阻力臂），既不省力也不费力
二、滑轮和作用及滑轮组
1、滑轮的作用：定滑轮：改变力的方向，不改变力的大小
动滑轮：改变力的大小，不改变力的方向
2、滑轮组：用定滑轮和动滑轮组合起来既能改变力的大小又能改变力的方向的机械。
省力情况：动滑轮上的绳子条数为n，则省n倍力，即F=f/n，其中f为阻力（包括物重、滑轮重、摩擦等），所以若不计滑轮重和摩擦，则有F=G/n
费距离情况：省了n倍力就要费n倍距离，即s=nh
3、做功及效率的计算
做功：W=FS，其中若F与S垂直则力F不做功
效率的计算：（1）有用功（对目的物所做的功）：W有=Gh
（2）总功（力F所做的功）：W总=FS（其中：s=nh）
（3）效率η= W有/ W总
功的原理：
内容：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：使用任何机械都不省功。
说明：
①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。
②功的原理告诉我们：使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省
力又省距离的机械是没有的。
4、功率：做功的快慢；P=W/t= Fv
定义：单位时间里完成的功
物理意义：表示做功快慢的物理量。
单位：主单位 W 常用单位 kW mW
三、机械效率：
１、有用功：定义：对人们有用的功。
　　　公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总
斜面：W有用= Gh
2、额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功
公式：W额= W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）
斜面：W额=f L
3、总功： 定义：有用功加额外功或动力所做的功
公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η
斜面：W总= fL+Gh=FL
4、机械效率：① 定义：有用功跟总功的比值。
② 公式：
斜 面：
定滑轮：
动滑轮：
滑轮组
③ 有用功总小于总功，所以机械效率总小于1 。通常用 百分数 表示。某滑轮机械效率为60%表 示有用功占总功的60% 。
④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。
四、机械能
(一)、动能和势能
1、能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
理解：①能量表示物体做功本领大小的物理量；能量可以用能够做功的多少来衡量。
②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如：山上静止的石头具有能量，但它没有做功。也不一定要做功。
2、知识结构：
3、探究决定动能大小的因素：
①　猜想：动能大小与物体质量和速度有关；
2 实验研究：研究对象：小钢球 方法：控制变量；
③分析归纳：保持钢球质量不变时结论：运动物体质量相同时；速度越大动能越大；
保持钢球速度不变时结论：运动物体速度相同时；质量越大动能越大；
④得出结论：物体动能与质量和速度有关；速度越大动能越大，质量越大动能也越大。
例1：.在水平路面上，某人用300牛的水平拉力,拉着重1200牛的车30秒内前进了10 米。在这一过程中人对车做功的功率是 ( ) A.40瓦 B.100瓦 C.400瓦 D.3000瓦
解：W=FS=300N10m=3000J P=w/t=3000J/30s=100w 选B
例2、如右上图示用一滑轮组拉着重8×104牛的汽车沿水平方向匀速移动，汽车所受阻力为车重的0.03倍，此滑轮组的机械效率为80％，求:
(1)拉力F为多少牛 80%=0.03GS/F3S 得F=1000N
(2)若汽车移动的速度为0.2米/秒，1分钟内拉力做了多少焦的功
W=FS=F×n(vt)=1000×3×(0.2m/s×60s)=3.6×104J
[学法指导]： 把握力臂的概念；区别用用功及总功
理解省力则费距离
[应用练习]
一、填空题
1．小明将放在水平桌面上重为3 N的物理课本，水平匀速拉动0.5 m，所用的水平拉力为1 N，则课本重力做功__0__J，水平拉力做功__0.5__J。
2．如图所示，用弹簧测力计水平匀速拉动重为5 N的木块，使它沿水平方向在10 s内移动了1 m，则在这个过程中木块受到的摩擦力是__1.8__N，水平拉力的功率是__0.18__W。
3 “旅游节”前夕，公共自行车出现在扬州城道路旁，极大地方便了市民生活。小常租借了一辆自行车，在10 s内行驶了40 m，骑车时受到的平均阻力是20 N。这段时间内，他克服阻力做的功为800J，平均功率为__80__W。
4．如图甲所示，木块放在水平面上，用弹簧测力计沿水平方向拉木块使其做直线运动，两次拉动木块得到的s－t图象分别是图乙中的图线①、②，两次对应的弹簧测力计示数分别为F1、F2，两次拉力的功率分别为P1、P2，则F1__＝__F2，P1__>__P2。(均选填“<”“＝”或“>”)
5．如图甲所示，水平地面上的物体，受到方向不变的水平推力F的作用，力F的大小与时间t的关系和物体速度v与时间t的关系如图乙所示，则第2 s末前，物体处于__静止__状态，物体在第6 s到第9 s末期间，推力F做功__24__J。
二、选择题
6．在水平地面上，小聪用力将箱子拉走
了，小明用力推箱子，但箱子没有移动，下列关于做
功的分析，正确的是( B )
A．小明用了力，他对箱子做了功
B．小聪用力拉动了箱子，她对箱子做了功
C．小聪在拉箱子的过程中，箱子的重力做了功
D．小明、小聪都没有对箱子做功
7．如图情景中的各个力，没有做功的是( B )
　　)
)　　)
8．在水平地面上，用20 N的水平拉力拉重为50 N的小车，使小车沿水平方向前进了10 m，在此过程中拉力所做的功是( A )
A．200 J B．500 J
C．1000 J D．0 J
9．体重相同的小红和小田从一楼爬到五楼，他们同时出发，小红先到，小田后到，在此过程中( C )
A．小红做功多 B．小田做功多
C．小红的功率大 D．小田的功率大
10．如图所示，用F＝20 N的水平推力推重为40 N的物体沿水平方向做直线运动，若推力F对物体做了40 J的功，则在这一过程中( C )
A．重力做的功一定为40 J
B．物体一定受到20 N的摩擦力
C．物体一定运动了2 m
D．物体一定运动了4 m
11．如图所示，用大小相等的拉力F，分别沿斜面和水平面拉木箱，拉力方向和运动方向始终一致，运动时间tab>tcd，运动距离sab＝scd，比较两种情况下拉力所做的功和功率( B )
A．ab段做功较多
B．ab段与cd段做的功一样多
C．ab段功率较大
D．ab段与cd段的功率一样大
12．如图甲所示，小明用弹簧测力计拉木块，使它先后两次沿水平木板匀速滑动相同的距离，图乙是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图象。下列说法正确的是( C )
A．两次木块运动的速度相同
B．木块第一次受到的摩擦力较大
C．两次拉力对木块做的功一样多
D．两次拉力对木块做功的功率一样大
13．某九年级同学家住5楼。一天，他提着装有30个鸡蛋的塑料袋从1楼走到家里，在此过程中，下列估算不合理的是( D )
A．他提鸡蛋的力做的功约为200 J
B．他提鸡蛋的力做功的功率约为3 W
C．他爬楼做的功约为6×103 J
D．他爬楼做功的功率约为1×103 W
14一定质量的货物在吊车钢索的拉力作用下，竖直向上运动(不考虑空气的阻力和钢索重力)，货物运动的路程(s)－时间(t)图象如图所示，根据图象，下列判断正确的是( A )
A．2 s时钢索的拉力大小等于8 s时钢索的拉力大小
B．货物竖直向上运动时，4 s时的速度小于10 s时的速度
C．0～6 s内钢索拉力做的功小于6 ～12 s内钢索拉力做的功
D．货物在0～12 s内的竖直向上运动过程中，钢索拉力的功率保持不变
三、计算题
15．小华参加体育中考的跳绳考试时，她在1 min内连续跳了150次，获得跳绳项目的满分。已知小华的质量为45 kg，每只鞋底与地面的接触面积为150 cm2，跳起时重心升高的平均高度为4 cm，g取10N/kg，求：
(1)小华站在操场上等待时对地面的压强；
(2)小华跳一次所做的功；
(3)小华跳绳时的平均功率。
解：(1)小华站立时对地面的压力F＝G＝mg＝45 kg×10 N/kg＝450 N，小华站立时对地面的压强：p＝＝＝1.5×104 Pa
(2)小华跳一次所做的功W1＝Fs＝Gh＝450 N×0.04 m＝18 J
(3)小华跳150次所做的功W＝nW1＝150×18 J＝2700 J，小华跳绳时的平均功率P＝＝＝45 W
16．山东省第23届运动会山地自行车比赛项目将在济宁市万紫千红度假村举行，运动员李伟参加了小组选拔赛。如图所示的山地自行车为比赛用车，其相关数据见下表：
车架材料 碳纤维
车架材料体积/cm3 2500
车架质量/kg 4.5
整车质量/kg 10
单轮接触面积/cm2 4
　
(1)求碳纤维车架的密度；
(2)估算比赛中的山地自行车对地面的压强；
(3)李伟在某路段匀速骑行6 km，耗时10 min，若该路段阻力为总重力的0.02倍，求他的骑行功率。
解：(1)碳纤维车架的密度ρ＝＝＝1.8×103 kg/m3
(2)估算李伟的质量约为70 kg，则车对地面压力为F＝G＝mg＝(10 kg＋70 kg)×10 N/kg＝800N；对地面压强为p＝＝＝1×106 Pa
课堂小结：
与学生一起归纳本节复习内容，
板书设计:
一、杠杆及其分类
二、滑轮和作用及滑轮组
1、滑轮的作用：定滑轮：改变力的方向，不改变力的大小
动滑轮：改变力的大小，不改变力的方向
2、滑轮组：用定滑轮和动滑轮组合起来既能改变力的大小又能改变力的方向。
3、功的原理：
4、功率：做功的快慢；P=W/t= Fv 单位：主单位 W 常用单位 kW mW
定义：单位时间里完成的功 物理意义：表示做功快慢的物理量。
三、机械效率：
１、有用功：公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总 斜面：W有用= Gh
2、额外功：公式：W额= W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）
斜面：W额=f L
3、总功： 公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η 斜面：W总= fL+Gh=FL
4、机械效率：① 公式：
斜 面：
定滑轮：
动滑轮：
滑轮组
③ 提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。
四、机械能
(一)、动能和势能
1、能量：一个物体能够做功，我们就说这个物体具有能
2、知识结构：
η
W有用
W总
=
η
Gh
FL
=
η
Gh
FS
=
Gh
Fh
=
G
F
=
η
Gh
FS
=
Gh
F2h
=
G
2F
=
η
Gh
FS
=
Gh
Fnh
=
G
nF
=
机
械
能
势能
重力
势能
定义：物体由于被举高而具有的能量。
决定其大小的因素：
物体质量越大、举得越高，势能就越大
弹性
势能
定义：发生形变的物体具有的能量。
决定其大小的因素：
物体弹性形变越大、弹性势能就越大
动能
定义：物体由于运动而具有的能量
决定其大小的因素：
物体速度越大、质量越大，动能就越大
η
W有用
W总
=
η
Gh
FL
=
η
Gh
FS
=
Gh
Fh
=
G
F
=
η
Gh
FS
=
Gh
F2h
=
G
2F
=
η
Gh
FS
=
Gh
Fnh
=
G
nF
=
机
械
能
势能
重力
势能
定义：物体由于被举高而具有的能量。
决定其大小的因素：
物体质量越大、举得越高，势能就越大
弹性
势能
定义：发生形变的物体具有的能量。
决定其大小的因素：
物体弹性形变越大、弹性势能就越大
动能
定义：物体由于运动而具有的能量
决定其大小的因素：
物体速度越大、质量越大，动能就越大

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