新人教版八年级物理下册 第12章 简单机械.docx

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新人教版八年级物理下册第12章简单机械

第十二章 简单机械

12.1.1 杠杆五要素

【学习目标】

1.熟记杠杆定义。

2.理解杠杆的五要素。

3.会画杠杆受力图。

重点难点:

力臂的定义及画法。

学习内容:

杠杆五要素及其画法。

学习指导:

阅读课本P76至P77文字内容和插图,杠杆概念,五要素定义用红笔做上记号。

【自学检测】

1.一根硬棒在力的作用下可以围绕_固定点_转动,这种硬棒就是_杠杆_,该硬棒围绕转动的点叫_支点_,用字母O_表示。

2.请根据几何知识画出下面点O到直线AB的距离。

3.填写杠杆五要素定义。

支点(O):

________________________________________________________________________;

动力(F1):

________________________________________________________________________;

阻力(F2):

________________________________________________________________________;

动力臂(L1):

________________________________________________________________________;

阻力臂(L2):

________________________________________________________________________。

【合作探究】教师巡视督促指导

1.尝试在下图中画出各力的力臂:

2.关于力臂下列说法中正确的是(D)

A.力臂一定在杠杆上

B.动力作用线到支点的距离叫动力臂

C.阻力作用点到支点的距离叫阻力臂

D.力臂过交点与力的作用线垂直

【展示交流】教师掌握情况

【精讲点拨】

1.杠杆定义中的“硬棒”的“硬”是指杠杆不易发生形变。

2.画力臂口诀:

找支点,画力线(力的作用线),从点(支点)向线(力的作用线)引垂线,力臂就是此垂线段。

3.动力和阻力的方向判断:

如果动力和阻力分居在支点两侧,则动力和阻力方向同向,如果动力和阻力在支点同一侧,则动力和阻力方向相反。

如下图所示。

【即时练习】

1.P80第二题。

2.请找出甲图和乙图中的支点。

3.

(1)在图中分别画出力F1和F2对支点O的力臂L1和L2

(2)如图所示,杠杆在力F1、F2作用下处于平衡状态,L1为F1的力臂。

请在图中作出F2的力臂L2及力F1。

【当堂练习】见训练案基础部分

12.1.2 杠杆的平衡条件

【学习目标】

1.理解杠杆的平衡条件。

2.会应用杠杆的平衡条件解决简单计算。

3.会设计探究杠杆平衡的实验方案,知道杠杆平衡实验的每个环节,会根据实验数据分析总结结论。

重点难点:

1.设计探究杠杆平衡的实验方案。

2.用杠杆的平衡条件解决简单计算。

学习内容:

杠杆的平衡条件。

学习指导:

阅读课本P77至P79内容和插图,基本概念、定义用红笔做上记号,熟记杠杆的平衡条件。

【自学检测】

1.杠杆平衡是指杠杆处于静止状态或匀速转动状态。

2.杠杆的平衡条件是:

动力×动力臂=阻力×阻力臂或F1L1=F2L2。

【合作探究】教师巡视督促指导

实验探究:

杠杆的平衡条件:

实验器材:

带刻度的杠杆、弹簧测力计和质量相同的钩码若干。

实验步骤:

1.将杠杆中点支在支架上,调节平衡螺母,使杠杆在水平方向平衡;让杠杆在水平方向平衡的好处是:

可以直接从杠杆上读出力臂长。

2.把三个钩码挂在杠杆两侧(左边2个,右边一个),移动钩码位置,使杠杆仍在水平位置平衡(如下左图)。

把支点左侧的钩码对杠杆的作用力(大小等于两个钩码的重力)当作阻力,把支点右侧的钩码对杠杆的作用力当作动力,将动力F1,动力臂L1,阻力F2,阻力臂L2的数值填入下表。

3.在左侧钩码下再增加2个钩码,位置不变,在右侧钩码下加挂砝码,位置不变,使杠杆重新在水平位置平衡,将实验数据填入下表。

4.在杠杆两侧挂上个数相同的钩码,移动钩码位置,使杠杆在水平位置平衡,将测得的力和力臂填入下表。

5.如上右图所示,把钩码挂在杠杆一侧,用弹簧秤在同侧竖直向上拉住杠杆,使杠杆在水平位置平衡,把钩码拉杠杆的力当作阻力,把弹簧秤拉力当作动力,将力和力臂的数据填入下表。

实验

次数

动力

(N)

动力

臂(cm)

动力×动力

臂(N·cm)

阻力

(N)

阻力

臂(cm)

阻力×阻力

臂(N·cm)

1

2

3

4

6.算出四次实验中“动力×动力臂”和“阻力×阻力臂”的数值,比较计算结果,归纳可得:

杠杆的平衡条件是:

动力×动力臂=阻力×阻力臂。

这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理。

7.多次实验的目的:

使结论更准确(防止结论带有偶然性)。

8.在实验中,用如图所示方法悬挂钩码,杠杆也能平衡,但采用这种方法不妥当,因为力和力臂数目太多。

9.采用如图所示方法,也能使杠杆平衡,但是结论与6中不相符,因为杠杆自重的影响。

【展示交流】教师掌握情况

【精讲点拨】

在平衡杠杆左右两端分别挂有重物是40牛和50牛。

此时杠杆平衡,若使两端物体都减少10牛。

则(B)

A.左端下沉     B.右端下沉

C.仍然平衡D.不能确定

方法一:

极端法:

两边同时减少40N,则右端还有10N,所以右端下沉。

方法二:

设左端力臂为L左,右端力臂为L右,当杠杆平衡时,L左×40N=L右×50N,得L左>L右,当两端物体都减少10牛后,杠杆左端为L左×(40N-10N)=L左×40N-L左×10N,右端为L右×(50N-10N)=L右×50N-L右×10N,可得出:

L左×40N-L左×10N<L右×50N-L右×10N,右端下沉。

方法三:

当杠杆平衡时,L左×40N=L右×50N,得L左∶L右=5∶4 ①,当两端物体都减少10牛后,杠杆左端为L左×(40N-10N)=L左×30N,右端为L右×(50N-10N)=L右×40N,联系①式可得出L左×30N<L右×40N,右端下沉。

总结:

1.在研究杠杆平衡条件时,应使杠杆水平平衡,便于测量力臂。

2.杠杆是否平衡,要看力矩(力和力臂的乘积)是否相等。

【即时练习】

1.如图所示,杠杆平衡,下列做法仍能使杠杆平衡的是(D)

A.两边钩码各向外移动一格

B.左边增加一个钩码,右边向外移动一格

C.左右两边的钩码各减少一个

D.左右两边的钩码各增加为原来的两倍

2.课本P80第4题

3.如下图,一根长1.2m的杠杆,当杠杆平衡时,左右两端所挂物体重之比为GA∶GB=5∶3,则力臂比为OA∶OB=3∶5,即杠杆平衡时,力臂跟力成反比。

4.一位瓜农用1.2米的扁担挑一担西瓜,前面一筐瓜重350牛,后面一筐重250牛。

请问他的肩膀应放在扁担的什么位置,扁担才能平衡?

解:

设肩膀在距前筐L米处,扁担才能平衡,由杠杆的平衡条件得:

350N×L=250N×(1.2m-L)

解得:

L=0.5米,即肩膀在距前筐0.5米处.

【当堂练习】见训练案基础部分

12.1.3 杠杆的类型

【学习目标】

1.能区分各类杠杆。

2.会分析杠杆在生活中的应用。

重点难点:

杠杆最小动力的力臂画法。

学习内容一:

杠杆的应用和分类。

学习指导:

阅读课本P79、P80内容和插图。

基本概念、定义用红笔做上记号,记住三类杠杆的特点。

【自学检测】

省力杠杆:

动力臂大于阻力臂,动力小于阻力,省力,费距离。

费力杠杆:

动力臂小于阻力臂,动力大于阻力,省距离,费力。

等臂杠杆:

动力臂等于阻力臂,动力等于阻力,不省距离,也不省力。

【合作探究】教师巡视督促指导

1.生活中有很多杠杆,下列各属于哪种杠杆?

跷跷板、起子、铡刀、羊角锤、理发剪、镊子、筷子、人的前臂、钓鱼竿、天平、钢丝钳、缝纫机踏板、手推车。

省力杠杆:

________________________________________________________________________

费力杠杆:

________________________________________________________________________

等臂杠杆:

________________________________________________________________________

2.生活中常用的指甲剪刀是杠杆吗?

你能不能分析一下指甲剪刀有几个杠杆?

各是哪类杠杆?

(指甲剪刀有三个杠杆:

省力杠杆:

ABC,费力杠杆:

DBO﹑FEO)

【展示交流】教师掌握情况

【精讲点拨】

1.不存在既省力又省距离的杠杆。

2.判断杠杆种类的方法:

用力臂来判断,若动力臂大于阻力臂,是省力杠杆,相反是费力杠杆;

【即时练习】

1.跷跷板上一端坐一小孩,一端坐一大人,恰好平衡,下说法中正确的是(D)

A.大人小孩一样重

B.大人小孩的力臂一样大

C.大人的力臂大

D.小孩的力臂大

2.课本P80第1题

学习内容二:

最小动力的力臂画法。

【自学检测】

1.杠杆的平衡条件是:

动力×动力臂=阻力×阻力臂。

2.如图所示,要使杠杆处于平衡状态,在A点分别作用的四个力中,最小的是(C)

A.F1

B.F2

C.F3

D.F4

【合作探究】教师巡视指导

1.当一力的作用线通过支点时,此力的力臂的大小为零,此力对杠杆平衡有影响吗?

(当一力的作用线通过支点时,此力的力臂大小等于零,此力就不会影响杠杆平衡,如:

某杠杆自身重力的作用线通过支点,那么杠杆的自重就不会影响杠杆平衡)

2.

(1)画出下图中杠杆平衡时的最小的动力F1。

(2)你从中得到什么启示?

3.如图所示,用撬棒撬起大石头,向上、向下用力都可以撬起大石头,哪一种方法更省力?

说明其中的道理(图中BC=CD)。

(分析:

向上撬,支点在B点,阻力作用点在C点,向下撬,支点在D点,阻力作用点在C点,两种方法,阻力与阻力臂乘积不变,向上撬,动力臂更大,所以更省力)

4.如图,画出将书桌一端抬离地面的最小动力F,并标明支点O及动力臂L。

【展示交流】教师掌握情况

【精讲点拨】

解决杠杆平衡时动力最小问题:

此类问题中“阻力×阻力臂”为一定值,要使动力最小,必须使动力臂最大,要使动力臂最大需要做到:

①在杠杆上找一点,使这点到支点的距离最远,此点到支点的距离即为最长力臂②动力方向应该是过该点且和该连线垂直的方向。

【即时练习】

1.

如图所示,AOB为一机械设备的简化示意图,我们可以把它看成________(自重不计),已知AO=2OB。

固定O点,此时B端挂一重为40N的物体,要使OB处于水平位置不发生转动,需在A端施加最小力F=20N的力,在图上画出此力F的方向。

2.刘佳的妈妈从超市买回一袋胡萝卜,刘佳捡了一个最大的用细线系好挂在弹簧测力计上,如图所示,胡萝卜重2.4N,如果沿细线将胡萝卜切成两段,则GA>GB(填“>”“<”或“=”。

3.画出下图以C点为支点,使木箱D点离开地面的最小动力F和对应的力臂L。

【当堂练习】见训练案基础部分

12.2.1 滑轮、滑轮组

【学习目标】

1.知道定滑轮、动滑轮、滑轮组并能识别它们。

2.理解定滑轮、动滑轮、滑轮组的特点与实质,并能用来解决简单的实际问题。

3.会根据要求使用和组装简单的滑轮组。

重点难点:

1.定滑轮和动滑轮的实质分析。

2.用定滑轮、动滑轮和滑轮组解决省力和改变力的方向问题。

学习内容一:

定滑轮和动滑轮

学习指导:

阅读课本P82至P83内容,定滑轮、动滑轮的定义用红笔做上记号,并把两者的区别画上方框。

【自学检测】

1.滑轮是一个周边有槽并可以绕轴转动的轮子。

2.定滑轮是使用时滑轮不随物体一起被提升的滑轮,动滑轮是使用时滑轮跟被拉动的物体一起被提升的滑轮。

3.指出下列是定滑轮还是动滑轮。

【合作探究】教师巡视督促指导

一、定滑轮特点

利用图11.2-3乙图组装定滑轮,并用定滑轮做功(竖直匀速向下拉),根据实验完成下表:

  被测

 物理量

次数   

物重

G物/N

物体被提

升高度

h/m

拉力

F1/N

沿拉力方

向移动的

距离S/m

第一次

第二次

第三次

结论:

①(不计摩擦)比较重物与拉力大小关系可得出:

F=G,可得出使用定滑轮不能(填“能”或“不能”)省力。

②比较物体提升高度h和拉力通过的距离s关系可得出:

使用定滑轮不能(填“能”或“不能”)省距离,物体提升高度等于拉力通过的距离。

③观察拉力方向和物体运动方向可得出:

当作用在定滑轮上的拉力方向竖直向下时,物体运动的方向是竖直向上,说明使用定滑轮可以改变拉力的方向。

二、动滑轮特点

根据图11.2-3丙图组装动滑轮并用动滑轮做功(竖直匀速向上拉,让拉力与阻力方向平行),根据实验完成下表:

  被测物

 理量

次数   

动滑轮

自重

G动/N

物重

G物/N

物体随动

滑轮提升

高度h/m

拉力

F1/N

沿拉力方

向移动的

距离S/m

第一次

第二次

第三次

结论:

①比较物重、动滑轮自重、拉力三者的大小能得出:

F1=(G物+G动)/2;说明使用动滑轮能省力,如果不计摩擦和滑轮自重时:

即G动=0,则F1=G物/2,说明使用动滑轮能省一半力。

②观察拉力方向和物体运动方向可得出:

拉力F1的方向竖直向上,重物运动的方向竖直向上,说明使用动滑轮不能(填“能”或“不能”)能改变用力方向。

③比较物体提升高度h和拉力通过的距离s可得出:

拉力通过的距离等于物体提升高度的2倍(或s=nh)。

【展示交流】教师掌握情况

【精讲点拨】

1.定滑轮的实质:

①定滑轮可以围绕一个固定轴转动(请你在图上用O标出),可以把它看成一个变形杠杆,在图中画出了定滑轮杠杆的五要素。

②比较定滑轮动力臂L1、阻力臂L2的长短可得出:

L1=L2,说明定滑轮相当于一个等臂杠杆,使用时不能(填“能”或“不能”)省力,可以改变用力方向。

③定滑轮的自重影不影响定滑轮平衡?

为什么?

答:

不影响,因为定滑轮的重力作用线通过支点(无力臂)

2.动滑轮的实质:

如果把动滑轮也看成一个变形杠杆,在图中画出了动滑轮杠杆的五要素:

①怎样确定支点位置?

重物对动滑轮的作用力方向:

竖直向下,拉力方向:

竖直向上,异向(动力、阻力的方向相反)同侧(动力作用点、阻力作用点处在支点同一侧),说明动滑轮的支点肯定在轴的左端点上,在右图中已画出动滑轮的杠杆五要素。

②比较动滑轮动力臂L1、阻力臂L2的长短可得出:

L1>L2,说明动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂2倍的杠杆,根据杠杆的平衡条件可知:

使用动滑轮能(填“能”或“不能”)省一半力;

③动滑轮的自重影不影响动滑轮平衡?

为什么?

(影响,因为动滑轮的重力作用点在动滑轮的轴上,和阻力的作用点、方向都相同,如果把F1当动力,轮直径等于动力臂L1,阻力大小等于重物G物和动滑轮的重力G动之和,轮半径等于阻力臂L2,即:

动滑轮平衡时,F1=(F2+G动)/2,如果不计动滑轮自重,可推得:

F1=F2/2)

【即时练习】

1.对于旗杆顶上的滑轮,其作用叙述正确的是(C)

A.省力杠杆,可改变力作用方向

B.费力杠杆,可改变力作用方向

C.等臂杠杆,可改变力作用方向

D.以上说法都正确

2.

两个滑轮完全相同,其重力均为20N。

分别用如图所示的两种方式,将重400N的物体以相同的速度匀速提升,不计摩擦和绳重,则下列判断正确的是(A)

A.F1大于F2

B.F1=F2

C.F1小于F2

D.F1和F2大小无法确定

学习内容二:

滑轮组

学习指导:

阅读课本P83文字内容和插图,基本概念、定义用红笔做上记号。

【自学检测】

 把定滑轮和动滑轮组合在一起就构成滑轮组。

【合作探究】教师巡视指导

1.图12.2-4中都是由一个定滑轮和一个动滑轮组合在一起,图甲这样组合能省力,但不能改变拉力方向,图乙这样组合既能省力又能改变拉力方向,图甲有三段绳子吊着动滑轮,拉绳子所用的力就是总重的三分之一。

图乙有二段绳子吊着动滑轮,拉绳子所用的力就是总重的二分之一。

分析对比:

甲、乙两种绕法有何不同?

哪种更省力?

2.按照要求组装图A、B滑轮组。

(动滑轮自重不计)

(1)用G/2的力提起重物;

(2)用G/3的力提起重物。

3.滑轮组横放(如图所示)

使用滑轮组时,滑轮组用两段绳子拉着物体做匀速直线运动,拉力F就是物体所受摩擦力f的二分之一,即:

F=

f(不计绳与轮的摩擦),物体水平移动的距离L与绳自由端移动距离s的关系为:

L=

s。

【展示交流】教师掌握情况

【精讲点拨】

1.判断滑轮组承担物重的绳子段数的常用方法。

先找出动滑轮,从定滑轮和动滑轮中间隔断,如图所示,然后只数出动滑轮上的绳子段数即可,不包含从定滑轮绕出来的绳子段数。

图甲有三段绳子承担重物,图乙有两段绳子承担重物。

2.根据你所掌握的滑轮知识,完成下列表格:

分类

优缺点

实 质

定滑轮

不能省力但能

改变拉力方向

等臂杠杆

动滑轮

能省一半力,不能

改变拉力方向

动力臂是阻力

臂2倍的杠杆

滑轮组

①使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体用的力就是物重或物体与动滑轮总重的几分之一;绳子移动的距离就是物体移动距离的几倍,如:

当动滑轮上的绳子段数为n,物体重力为G物,动滑轮重G动,自由端拉力为F,则有F=(G物+G动)/n(不计所有摩擦时),物体提升的高度为h,自由端通过的距离为S,则s=nh

③组装口诀:

奇动偶定。

【即时练习】

1.如下图所示,用滑轮组沿水平地面拉动物体A,请画出最省力的绕绳方法。

2.如下图所示,用滑轮按甲、乙、丙三种方式拉同一重物在相同的水平面上做匀速直线运动,拉力分别为F1、F2、F3,比较它们的大小,其中正确的是(C)

A.F1=F2=F3   B.F1<F2<F3

C.F1<F3<F2D.F3<F1<F2

3.

如图所示,重500N物体A在拉力F作用下以1m/s的速度匀速向左运动,已知F=100N,不计滑轮自重﹑绳重及滑轮与绳子之间的摩擦,求:

(1)物体A受到地面的阻力;

(2)在5s内,绳子自由端移动的距离。

解:

(1)物体A由2段绳子拉着,A受到地面阻力f=2F=2×100N=200N,

(2)物体移动的距离S=vt=5s×1m/s=5m,绳子自由端移动距离S绳=2S物=5×5m=10m

4.课本P84第4题

【当堂练习】见训练案基础部分

12.2.2 轮轴和斜面

【学习目标】

1.轮轴的实质。

2.斜面的特点。

重点难点:

斜面和轮轴的实质分析。

学习内容:

轮轴和斜面

学习指导:

阅读课本P83科学世界内容,注意观察插图,基本概念、定义用红笔做上记号。

【自学检测】

轮轴是由共同转轴的大轮和和小轮组成的,通常把大轮叫轮,小轮叫轴,常见的轮轴有门把手、方向盘、扳手拧螺丝。

【合作探究】教师巡视指导

一、轮轴的几种情况。

1.(观察右图)轮轴的实质:

轮轴相当于一根可连续转动的杠杆。

轮轴的中心相当于杠杆的支点,轮半径R和轴半径r相当于杠杆的动力臂和阻力臂。

分析:

轮轴静止或匀速转动时,由杠杆的平衡条件可得结论:

轮半径R是轴半径r的几倍,作用在轮上的动力就是作用在轴上阻力的几分之一。

轮轴平衡时,有F1×R=F2×r。

2.

如图所示是自行车上两个典型的轮轴装置,从图中可知脚踏板与齿轮盘组成了一个省力的轮轴,飞轮与后车轮组成了一个费(选填“省”或“费”)力的轮轴。

3.在生产、生活中,人们常会用到轮轴,轮轴由具有公共转轴的轮和轴构成。

分析:

辘轳截面图如图所示,它就是轮轴的一种。

辘轳也可以看成是变形的杠杆,辘轳绕着转动的轴心就是支点,辘轳的把手转动一圈就是如图所示的轮,作用在把手上的力为动力F1,水桶对轴向下的拉力是阻力F2,请在辘轳的截面图上画出辘轳的杠杆示意图。

通过示意图可以发现辘轳是省力(填“省力”或“费力”)杠杆。

二、提问:

为什么上山的公路修成盘山路,而不是从山下直通山顶?

模拟实验:

将三角形的纸片绕在铅笔上,如图所示。

讨论:

汽车爬山相当于沿三角形的哪一边爬到山顶的?

走的路程是多了还是少了?

你明白了什么道理?

还有哪些场合利用了斜面?

【展示交流】教师掌握情况

【精讲点拨】

使用任何机械,能省力就必然费距离,而省距离就必然费力,没有既省力又省距离的机械。

【即时练习】

1.斜面是省力(填“省力”或“费力”)的简单机械,但要费距离。

2.骑自行车上坡走“S”形路线,这样做的好处是(B)

A.省距离      B.省力

C.费力,但省时间D.以上说法都不对

3.我们生活中经常使用的工具和见到的情景,分别属于哪种简单机械?

a.用扳手拧螺钉:

轮轴;

b.汽车走的盘山公路:

斜面;

c.挑东西的扁担:

杠杆。

4.用15N的力提起20N的物体,下列机械不可行的是(A)

A.定滑轮B.动滑轮

C.滑轮组D.杠杆

E.斜面F.轮轴

5.如图所示,请你至少说出两项简单机械原理在自行车上的应用(包括结构和使用方面)。

【当堂练习】见训练案基础部分

12.3.1 认识机械效率

【学习目标】

1.知道有用功、额外功和总功的含义以及三者之间的关系。

2.理解机械效率的概念,能结合具体实例认识什么是有用功、什么是额外功、什么是总功,会计算机械效率。

重点难点:

1.有用功、额外功和总功。

2.理解机械效率的概念,会利用公式进行有关的计算。

学习内容一:

有用功、额外功和总功

学习指导:

阅读课本P85至P86上面文字内容和插图,基本概念、定义用红笔做上记号,熟读有用功、额外功和总功定义。

【自学检测】

1.做功的两个必要因素是①有作用在物体上的力、②物体在此力的作用下通过一段距离。

功的计算公式是:

W=Fs。

2.根据自己的理解填空:

有用功:

在工作时,对人们有用的功,用符号W有表示。

额外功:

在工作时,对我们无用而又不得不做的功,用符号W额表示。

总功:

有用功与额外功之和,也叫动力功,用符号W总表示。

有用功、额外功和总功之间的关系是:

W总=W有+W额

【合作探究】教师巡视督促指导

1.教师演示P85实验:

使用动滑轮是否省功。

表格如下:

  被测物

  理量

次数  

物重

G/N

物体被

提升高

度h/m

拉力

F1/N

沿拉力

方向移

动的距

离S/m

钩码的重

力做功

W1/J

拉动绳

子的力

做功

W2/J

第一次

第二次

第三次

  分析:

实验中克服钩码的重力做的功是有用功,拉动绳子的力做的功是总功,比较表中5、6两列数据得出:

使用滑轮提升重物时做的功比直接提升重物做的功要多,原因是:

我们还要克服动滑轮的自重和摩擦力多做一部分功,这部分功属于额外功。

结论:

使用动滑轮不能(“能”或“不能”)省功。

2.有同学认为:

克服摩擦做的功都属于额外功。

谈谈你的看法:

在图中画出物块受力示意图并讨论分析:

如果用大小为F的力匀速向左拉动滑轮组,

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