参考八年级物理下册第十二章简单机械学案新人教版Word格式.docx
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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
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。
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。
杠杆的平衡条件。
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。
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。
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)
臂(cm)
臂(N·
cm)
阻力
阻力×
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:
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。
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×
10N<L右×
10N,右端下沉。
方法三:
当杠杆平衡时,L左×
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×
30N,右端为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。
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.
12.1.3 杠杆的类型
1.能区分各类杠杆。
2.会分析杠杆在生活中的应用。
杠杆最小动力的力臂画法。
学习内容一:
杠杆的应用和分类。
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。
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。
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。
________________________________________________________________________
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:
ABC,费力杠杆:
DBO﹑FEO)
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;
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。
1.杠杆的平衡条件是:
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。
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。
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。
12.2.1 滑轮、滑轮组
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。
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。
定滑轮和动滑轮
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。
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。
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
动滑轮
自重
G动/N
物体随动
滑轮提升
高度h/m
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)。
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?
(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)
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
滑轮组
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。
把定滑轮和动滑轮组合在一起就构成滑轮组。
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。
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
能省一半力,不能
动力臂是阻力
臂2倍的杠杆
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。
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。
(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
12.2.2 轮轴和斜面
1.轮轴的实质。
2.斜面的特点。
斜面和轮轴的实质分析。
轮轴和斜面
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。
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。
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。
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。
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?
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。
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)。
12.3.1 认识机械效率
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。
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。
有用功、额外功和总功
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。
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
1.教师演示P85实验:
使用动滑轮是否省功。
表格如下:
理量
次数
G/N
物体被
提升高
度h/m
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
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。
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,使物块移动的距离为S物,物块受到的地面摩擦为f,则此时有用功是克服物块与地面之间的摩擦做的功,大小等于
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