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第十一章简单机械和功

11.1杠杆

一.学习目标:

通过合作探究,知道杠杆以及杠杆平衡条件和杠杆平衡条件的应用。

二.学习流程

活动一:

由图11—1,自己先做做看,思考并回答:

1.你是怎样拔出图钉的?

2.有哪些不同的方法?

3.哪一种方法更方便、省力?

活动二:

通过观察图11—2开瓶扳手、衣服夹子使用时的特点,指出用上述方法时,有什么共同之处?

什么叫杠杆?

通过上述实验强调杠杆可以是________,也可以是________。

结合实际举例:

生活中哪些地方应用了杠杆?

____________________。

活动三:

结合图11—3,1.介绍有关杠杆的名词:

支点:

________(O)。

动力:

________(F1)。

阻力:

__________(F2)。

动力臂:

________________(l1)阻力臂:

________________(l2)

2.力的作用线:

就是_______________________

3.力臂的画法:

(1)、________

(2)、_________(3)、__________

活动四:

画出下图所示杠杆力F1和F2的力臂。

活动五:

探究杠杆的平衡条件:

结合图11—4,

1.⑴什么是杠杆的平衡状态:

________________

⑵调节杠杆在水平位置平衡的方法:

________________________

⑶为什么要在水平位置平衡?

____________________________

(4)多次测量的目的:

________________________

活动六:

1.分三种情况探究杠杆的平衡情况,并将结果记入表格中:

(教师课堂演示)

测量次数

F1/N

l1/cm

F2/N

l2/cm

1

2

3

2.⑴钩码和弹簧测力计的位置保持不变,改变钩码的数量,观察弹簧测力计的示数如何变化?

_________________________________________________

⑵钩码的数量和位置保持不变,改变弹簧测力计的位置,观察弹簧测力计的示数如何变化?

_________________________________________________

⑶钩码数量和弹簧测力计的位置保持不变,改变钩码的位置,观察弹簧测力计的示数如何变化?

_____________________________________________

3.分析表中的数据,得出结论:

________________________________。

4.“只要给我支点,就可以撬动地球”的不可能实现的原因__________________。

活动七:

结合课本P4杠杆的应用和分类1.省力杠杆:

____________________________

2.费力杠杆:

________________________3.等臂杠杆:

______________________________

对课本P5的常见器具进行杠杆分类:

__________分类原则:

_____________________

活动八:

生活·物理·社会1.生活中的剪刀:

裁缝用的剪刀的刀刃比家用的剪刀要_______;

理发师用的剪刀手柄_______________;

剪铁皮剪刀的动力臂比___________;

园艺师使用了哪些剪刀?

各有什么特点?

2.当人举哑铃和托铁球时,人的手臂可以看成是一个什么杠杆?

活动九:

1.课本例题估算大象的质量,写出已知、求、解、答。

2.完成课后练习1、2

杠杆检测

1.若作用在杠杆上的动力是40N,动力臂是阻力臂的3倍,那么杠杆平衡时,阻力的大小为___________N.

2.下图所示的简单机械,在使用中属于费力杠杆的是:

()

 

3.下列说法中正确的是()

A.杠杆都是直的硬棒B.力臂是力的作用点到支点的距离

C.力臂是支点到力的作用线的距离D.杠杆的动力臂总是大于阻力臂

4.如图所示,杠杆AOB的A端挂重为G。

的物体,B端挂重为G的物体,杠杆平衡时AO处于水平位置,若AO=BO,杠杆自重不计,则GA和GB的大小关系是:

()

A.GA>GB

B.GA=GB

C.GA

D.无法比较

5.如图所示的杠杆中,动力的力臂用L表示,图中所画力臂正确的是()

 

6.如图所示,一均匀杠杆A处挂2个钩码,B处挂1个钩码,杠杆恰好平衡,若钩码质量均为50g,在A.B两处再各加一个钩码,那么:

()

A.杠杆仍平衡  B.杠杆左边向下倾

C.杠杆右边向下倾D.无法确定杠杆是否平衡

7.如图所示,O为杠杆AC的支点,在B处挂一小球,AO=OB=BC,为使杠杆在水平位置平衡,画出施加在杠杆上最小动力F1的力臂L1:

,并标出F1的方向。

 

8.在一直径是100cm,质量是40kg的均匀圆柱体放在水平地面上,靠在10cm的台阶边,如图所示,为使它滚上台阶,那么在圆柱体边缘的哪一点,沿什么方向施力时,才能使用力最小?

在图上画出此力,并求出此力的大小。

9.在“探究杠杆平衡条件”的实验中

(1)把杠杆挂在支架上,实验前没有挂钩码时,发现杠杆右端下倾,可将右端螺母向_____边旋转,使杠杆在水平位置平衡(填“左”或“右”)。

(2)实验中共有6个钩码,杠杆上每格距离相等,调节好杠杆后,在杠杆左边离支点2格处挂了3个钩码,为使杠杆在水平位置平衡,请你在杠杆右边挂上钩码(用一种方法).你的方法是______。

(3)实验中改变支点两侧的钩码位置和个数,用同样的方法一般要做三次,得到三组数据并进行分析.这样做的目的是________。

11.2滑轮

一:

学习目标:

通过合作探究,知道滑轮以及两种滑轮的特点及使用。

二:

学习流程

活动一:

结合图11—14如何把木料运到楼上?

做一做:

选择合适的器材做一个模型,试一试能否实现自己的设想。

活动二:

结合图11—15和图11—16,说一说滑轮的结构____________________.

a.___________这种滑轮称为定滑轮。

b.______________这种滑轮称为动滑轮。

c.举出生活和生产中应用滑轮的实例,并指出分别是哪一种滑轮。

活动三:

探究使用定滑轮的特点:

按课本图11—17所示方式组装定滑轮。

1.在它的左侧挂钩码,右侧竖直向下拉弹簧测力计,观察比较弹簧测力计示数与钩码所受重力的关系?

_______________

2.改变弹簧测力计拉力的方向,再进行观察和比较,得到的情况如何?

________

3.改变钩码的个数,情况又如何?

______________

实验次数

钩码所受的重力F2/N

弹簧测力计的示数F1/N

1

2

3

4.分析表中的数据,你发现使用定滑轮有什么特点?

____________

活动四:

探究使用动滑轮的特点:

按课本图11—18所示方式组装动滑轮。

1.竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使钩码保持平衡态,读出弹簧测力计示数,并思考这个示数与钩码所受重力的关系?

_______________

2.改变钩码的个数,情况如何?

________________

实验次数

钩码所受的重力F2/N

弹簧测力计的示数F1/N

1

2

3

3.分析表中的数据,你发现使用动滑轮有什么特点?

________________________

活动五:

读一读:

定滑轮和动滑轮的实质

1.找出定滑轮支点,确定其动力臂和阻力臂,动力臂和阻力臂的大小关系如何?

______

定滑轮实质是_____________杠杆.

2.找出动滑轮的支点,确定其动力臂和阻力臂,它们的大小关系如何?

___________

动滑轮实质是_____________杠杆.

活动六:

滑轮组结合图11—20。

1.滑轮组的使用特点:

_________________________

2.重物和动滑轮的重力由几段绳子承担,提起重物所用的力就是物重的_________。

3.若考虑动滑轮重,应把“物重”改为“______”,即包括动滑轮重。

活动七:

1.组装:

组装口诀:

单从____,双从______,从_____向外绕。

2.按照要求组装下列滑轮组。

(动滑轮自重不计)

⑴用G/2的力提起重物;⑵用G/3的力提起重物。

活动八:

生活·物理·社会1.轮轴是一种能__________杠杆.

2.门把手、汽车方向盘和扳手是轮轴,你能再举出一些例子吗?

活动九:

课后作业:

1、2、3.

关于第2小题:

结合实际情况,三个同学一组进行实验,比较得出结果。

11.2滑轮检测

1.使用定滑轮_______省力,但是能_________________,给工作带来方便;使用动滑轮能___________,但不能______________,且动力移动的距离是重物升高距离的_____.

2.如图所示,是人用滑轮把货物提到高处的示意图,甲图中的滑轮是__________滑轮(填“定”或“动”),使用__________图中的滑轮能够省力

3.用如图所示滑轮组提起重物,不计动滑轮自重和摩擦,若拉力F为50N,则物重G

为N,若绳子的自由端向上拉0.6m,则重物升高m。

挂重物的钩子A承受的拉力是N.

4.动滑轮和定滑轮组成在一起叫,使用它吊重物时,既能,又可以改变。

若不计动滑轮自重和摩擦,动滑轮被几股绳子承担,所用的力就是。

若吊起动滑轮的绳股数为n,物重为G,则所用的力F可写成公式:

5.关于滑轮,下列说法正确的是()

A.使用定滑轮不能省力,是因为它能改变力的方向

B.使用定滑轮不能省力,是因为它是等臂杠杆

C.使用动滑轮不能改变力的方向,是因为它能省一半的力

D.使用动滑轮能省一半的力,是因为阻力臂是动力臂的2倍

第2题图

6.如右上图,在滑轮组提升物体,当绳子自由端被拉下2m时,物体升高了0.5m,被提升物体的质量是20kg。

若不计动滑轮重力和摩擦阻力,则拉绳子的力应为()

A.40NB.49NC.98ND.5N

7.按图中所给的省力条件,画出各滑轮组绳子穿绕方法。

图中G表示物重,G′表示动滑轮重,F表示人对绳子的拉力。

 

8.用滑轮组提起重物,要求省

的力,且拉力方向向下,请在右上方框内画出滑轮组中滑轮个数最少的滑轮组的绕线圈。

(不计动滑轮重、绳重及摩擦)

 

11.3功

一:

学习目标:

通过合作探究,知道做功的两个必要因素以及功的计算。

二:

学习流程

活动一:

1.回顾利用动滑轮提升重物,可以省力,但要费距离,提出:

有没有既省力又省距离的杠杆?

2.介绍所要探究的斜面的实验装置,需要测量哪些物理量?

可以解决我们需要探究的问题?

3.实验过程中拉动小车时要注意什么?

___________

活动二:

设计记录实验数据的表格:

测量次数

F/N

s/m

G/N

h/m

Fs/(N·m)

Gh/(N·m)

1.分析表格中的数据,同学们能得出什么实验结论?

_____________________

2.不考虑摩擦等阻力影响,能否找到既省力又省距离的机械?

_______________________

3.力与物体在力的方向上通过的距离的乘积是一个有物理意义的量,物理学中称为______________

活动三:

1.功的计算公式是________,

2.其中W表示____,F表示_____,s表示_______________。

3.在国际单位制中,功的国际单位是________,符号是_________;

活动四:

1.1J=__________.

2.功的单位是为了纪念________物理学家_____________在科学中的贡献而命名的。

3.1J的功有多大?

___________________________________

活动五:

1.做功必须具备两个因素:

(1)____________________.

(2)_________________

2.结合图11—30所示的几种情景中,判断人是否做功,为什么?

(a)女孩把一箱报刊搬起来__________________________

(b)学生背着书包在水平路面上匀速前进__________________

(c)司机费了九牛二虎之力,汽车还是纹丝不动____________________

(d)运动员踢了足球一下,球在草地上滚动了一段距离_________________

活动六:

如图所示,在平地上,用50N的水平推力推动重100N的箱子,前进了10m,推箱子的小朋友做了多少功?

如果把这个箱子匀速举高1.5m,他做了多少功?

活动七:

重G的物体在水平地面上受水平向右的恒定拉力F作用时,由A移动到B,又移动到C,如图所示。

已知AB段较粗糙,BC段较光滑,且BC=2AB。

设拉力F在A→B的过程中做功W1,在B→C的过程中做功W2,则关于W1、W2大小关系正确的是()

A.W1:

W2=l:

lB.W1:

W2=1:

2C.W1:

W2=2:

1D.少条件,不好判断大小关系

典型例题

例题1:

如图所示,在平地上,用50N的水平推力推动重100N的箱子,前进了10m,

(1)推箱子的小朋友做了多少功?

(2)如果把这个箱子匀速举高1.5m,他做了多少功?

例题2:

判断下列几种情况人是否对物体做了功?

为什么?

⑴司机用力推汽车,但汽车纹丝不动;

⑵足球在草地上滚了一段距离;

⑶学生背着书包在水平路面上匀速前进;

⑷女孩把一箱报刊搬起来。

例题3:

小明同学用10N的水平力把重100N的物体在4s内沿离地面1m高的水平桌面拉动了10m,然后撤去这个力,物体又滑行了2m到达了桌边,用了1.5s,从桌边掉下后则在全过程中拉力对物体做了______J的功,重力做了J的功。

例题4:

斜面也是一种简单机械。

如图5所示,已知斜面上木箱的质量m=40kg,人对木箱的拉力F=75N,斜面长s=4m,斜面高h=O.5m。

木箱受到的重力为,拉力所做的功为,克服重力所做的功为

例题5:

质量为5吨的列车,在平直铁路上匀速前进,若车受到的阻力为车重的1/5,前进100米所用时间为5秒,求:

(1)列车受到的阻力为多大?

(2)牵引力做的功为多大?

例题6:

某人用100牛的水平拉力使重为500牛的小车沿水平方向前进了5米,在这过程中拉力做的功是_____焦。

后来又用沿斜坡方向的100牛的拉力将小车拉上坡顶,该斜坡长为5米,高为0.5米,这时拉力做的功为____焦。

例题7:

小明锯开木头,每拉一次锯条移动距离0.3米,所用的力为180N,连续拉锯50次用了60秒,这个过程中小明做功为多少J?

例题8:

一个体重为400牛的学生在10秒内跑上4米高的楼,则这位同学所做了多少功。

例题9:

某同学将质量为10kg的水桶从离井口3m深处匀速提到井口,在这一过程中,陈杰对水桶做了多少功?

例题10:

质量为5吨的列车,在平直铁路上匀速前进,若车受到的阻力为车重的

,前进100米所用时间为5秒,求:

(1)列车受到的阻力为多大?

(2)牵引力做的功为多大?

 

例题11:

某同学用动滑轮将重为500牛的物体升高1.5米,所用拉力300牛,求

(1)滑轮克服物体重力做了多少功?

(2)绳自由端(拉力)移动的距离(3)拉力所做的做了多少功?

例题12:

大伟同学用一个距离手3m高的定滑轮拉住重100N的物体,从滑轮正下方沿水平方向移动4m,如图所示,若不计绳重和摩擦,他至少做了多少功?

例题13:

如图所示,用滑轮组匀速提升一个重为600N的物体上升1.5米,已知拉力F为250N.求

(1)克服物体重力做了多少功?

(2)绳自由端(拉力)移动的距离(3)拉力所做的做了多少功?

 

课后反馈

1.如图所示,用力F提水桶:

①由井底提起H高度;②提着水桶不动;③在水平面上移动一段距离s;④爬上长为L、高为h的楼梯.以上四种情况,力F对水桶有做功的是_________(填序号);若s>L>H>h,则做功最多的是_________(填序号).

2.下列说法正确的是()

A.一个人在工作着,他一定做了功

B.只要物体受力的作用,力一定对物体做了功

C.物体通过的路程越长,作用在物体上的力对物体做功越多

D.有力作用在物体上,物体在力的方向上通过了距离,这个力才对物体做了功

3.在下图所示的四种情景中,其中力对物体没有做功的是()

4.一个人先后用同样大小的力沿水平方向拉木箱,使木箱分别在光滑和粗糙两种不同的水平地面上前进相同的距离。

关于拉力所做的功,下列说法中正确的是()

A.在粗糙地面上做功较多B.在光滑地面上做功较多

C.两次做功一样多D.条件不够,无法比较两次做功的多少

5.一个质量为0.25kg的苹果,从离地面3m高的树枝上落到地面,在这个过程中,______力对它做了___________J的功.(g取10N/kg)

6.一辆江西产的“全顺牌”汽车,在昌九高速公路上以30m/s的的速度匀速行驶,受到的阻力是2000N,这辆汽车1分钟做的功是_________J.

7.张鲁同学用100N的力,将重力6N的足球一脚踢出去20m远,他对足球做的功是()

A.2000J    B.120JC.2120J    D.条件不足,无法确定

8.如图所示的滑轮组的每个滑轮重30N,在拉力F的作用下,重为90N的物体匀速向上移动了0.8m.若不计滑轮转动摩擦,则整个过程中拉力F做功为()

A.24JB.32JC.72JD.96J

9.某同学体重500N,他用40N的力沿水平方向推木箱.木箱重100N,经4s木箱在水平地面上移动了2m.在这个过程中,该同学做的功是多少J?

如果他把木箱搬到三楼,已知每层楼高4m,则他对木箱至少做多少J的功?

10.水桶内装有体积为1.9×10-2m3的饮用水,张力同学为班级的饮水机换水,他拉着水桶在水平地面上匀速前进了100米,然后匀速提起水桶放到1m高的饮水机上(水桶的质量不计)。

求:

(1)桶中水的质量。

(2)张力同学所做的功。

(g=10N/kg)

11.放学后,某同学背着重40N的书包沿水平路面走了200m,又登上大约10m高的四楼才回到家,则他在回家过程中对书包所做的功约为()

A.0JB.400JC.2000JD.2400J

12、下列情况中做功一定为1焦的是()

A.将重为1牛的物体移动1米。

B.将重为1牛的物体竖直向上移动1米。

C.用1牛的力使物体移动1米。

D.用竖直向上的1牛的力使受力物体竖直向上移动1米

13、如图,李萍同学将同一物体分别沿倾角不同的光滑斜面推上

同一高度,则李萍做功()

A.沿AD推力做功较多B.沿BD推力做功较多

C.沿CD推力做功较多D.沿AD、BD、CD推力做功一样多

11.4功率

一:

学习目标:

通过合作探究,知道功率的意义以及功率的计算与测量。

二:

学习流程

活动一:

小明的教室在五楼,通常上楼需要1.5min,一次他跑步上楼只用了40s,请问:

⑴小明在两种情况下,做的功是否相同?

________

⑵你认为这两种上楼方法从物理的角度思考,有什么不同?

_________

(3)为了描述做功的快慢,需要引进一个的物理量,它就是_________

活动二:

1.功率的定义是_________________________

2.P表示_________,W表示____________t表示_________

3.功率的计算公式可以表示为__________________

活动三:

1.功率的单位:

在国际单位制中叫___________,用符号________表示。

2.1W=1_________

3.在工程技术中,功率常用的单位还有:

千瓦(kW)、兆瓦(MW)

换算关系:

1kW=_____W1MW=__________W

活动四:

1.结合课本P18介绍一些常见物体的功率。

2.记住人平时骑自行车的功率约为______________W

3.你能否再举出生活中的物体的功率?

___________________

活动五:

估测人上楼的功率

⑴需要测量哪些物理量,可以测出人的功率?

__________

⑵所需要的测量工具是什么?

____________

⑶计算功率的表达式是怎样的?

______________

⑷设计出记录表格

实验

次数

重力G/N

台阶数

n

一级台阶高度h/m

时间

t/s

功率P/W

1

2

3

通过上述数据,你能比较出你的同学上楼时的功率吗?

_____________________

活动六:

在中考体育达标“跳绳项目”测试中,燕燕同学1min跳了120次,每次跳起的高度约为4cm,若她的质量为50kg,则她跳一次做的功约为多少J?

她跳绳的平均功率约为多少W?

(g=10N/kg)

活动七:

如图所示.某同学在做俯卧撑运动,可将他视为一个杠杆,他的重心在A点,重力为500N,那么他将身体撑起,双手对地面的压力至少_______N。

若他在lmin内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离均为0.4m,则他的功率至少______W。

典型例题

例题1:

一个体重为400牛的学生在10秒内跑上4米高的楼,则

(1)这位同学所做的功为多少

(2)功率是多少?

例题2:

甲机器做功时的功率是5000W,它的物理意义:

表示这台机器________________.

乙机器做功时的功率是20000W,它的物理意义:

表示这台机器____________________

这两台机器中机器做功快,

例题3:

一辆小轿车以10m/s的速度匀速通过该隧道,若该小轿车发动机的牵引力为6000N,则

(1)小轿车发动机的功率为多少,

(2)则5秒内发动机所做的功为多少

例题4:

一木块在大小为10牛的水平拉力作用下,10秒内沿水平地面前进5米,则拉力做的功为焦,功率为瓦;若木块重30牛,在此过程中重力对木块做的功为焦。

例题5:

一个体重为400牛的学生在10秒内跑上4米高的楼,则这位同学所做功的功率

例题6:

质量为50kg的小勇做爬竿运动,当他爬到离地面3m的高度时,所用时间为10s,求他爬竿时所做功的功率

例题7:

一辆桑塔纳汽车在一段平直的京福高速公路上以30m/s的速度匀速行驶,汽车的牵引力为2×103N,求:

(1)牵引力的功率;(3)牵引力5s内做的功

例题8:

某人用如图所示的牵引装置来锻炼关节的功能,重物的质量为3kg,若小腿拉绳使重物在3s内匀速上升0.5m,求:

①小腿对绳的拉力。

②绳拉重物的功率。

例题9:

某同学用动滑轮提升重180N的物体,动滑轮自重20N,绳重和摩擦不计.在拉力F的作用下,物体正以0.1m/s的速度匀速上升.求:

(1)拉力F;

(2)绳自由端移动的速度(3)拉力做功的功率;

课堂训练:

1.在水平地面上,用50N的水平推力推重为100N的箱子,

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