中学苏科版九年级物理上册《第十一章简单机械和功》教案.docx

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中学苏科版九年级物理上册《第十一章简单机械和功》教案

CH11简单机械和功

§11—1杠杆（三课时）

课程标准

1．通过实验探究，学会使用简单机械改变力的大小和方向。

2．结合实例认识功的概念，知道

做功的过程就是能量转化或转移的过程。

3．结合实例理解功率的概念，了解功率在实际中的应用。

4．知道机械功的概念，能用生产、生活中的实例解释机械功的含义。

5．理解机械效率。

6．了解机械使用的历史发展过程，认识机械的使用对社会发展的作用。

【教学目标】

1．知识与技能

认识杠杆，会画杠杆示意图，知道杠杆平衡的条件，能根据实际需要正确选择和使用杠杆。

2．过程与方法

通过观察，了解杠杆的结构。

通过实验，经历“探究杠杆的平衡条件”的过程。

通过分类，把握分类的基本原则。

3．情感、态度与价值观

通过独立探究、

讨论交流，培养科学态度和实事求是的精神。

通过了解杠杆的各种用途，进一步认识物理是有用的，从而提高学习物理的兴趣。

【教学重点】

杠杆的平衡条件及应用

【教学难点】

作各种杠杆的力臂

【教材分析】

1．认识杠杆

杠杆是最基本的简单机械。

细心一点，在各种机械装置中都能找到杠杆的影子。

所谓杠杆，就是一根在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒。

这里，硬是指受力时形状的变化很小；棒也不一定是直的，它可以是各种形状。

如马路边上垃圾桶的盖子，我们倒垃圾时掀开垃圾桶的盖子，它就是一杠杆。

杠杆的特征在于转动，因此，辨别杠杆时，关键判断它能否在力的作用下，绕固定点转动，如果转动，则该装置一定是杠杆。

面对实物，面对固定的图形，如何判断它是否绕轴转动，这就要求我们有丰富的

想象力。

我们平时骑的自行车，很多部件都是杠杆，你能识别出来吗？

（1）支点：

杠杆绕着它转动的点，也叫做转轴。

（2）动力：

推动杠杆转动的力（动力可以是人力，也可以是畜力、风力、电力、水力、蒸汽压力等）。

（3）阻力：

阻碍杠杆转动的力。

（4）动力臂：

从支点到动力作用线的垂直距离。

（5）阻力臂：

从支点到阻力作用线的垂直距离。

正确辨认杠杆的标准

是：

把实物抽象成“硬棒”，找出一点（支点）、二力（动力和阻力）、二臂（动力臂和阻力臂）。

2．怎样画杠杆示意图

画杠杆示意图是研究杠杆的重要方法，是实物杠杆的科学抽象，是物理学的书面语言。

只有正确画出杠杆示意图，才能进一步研究杠杆问题。

如图11-1所示，用撬棒撬石头的时候，撬棒

就是一根杠杆，如何画出撬棒的杠杆示意图呢？

作图步骤如下：

（1）画出杠杆：

用粗线条把杠杆主要形态画出来，不要画实物外形。

（2）找出支点：

设想杠杆转动，在杠杆转动时找出支点，可用“△”表示，也可用“·”表示，并标出字母“O”。

（3）标出两力：

根据杠杆的转动方向，判断动力、阻力的方向，并用“力的示意图”表示动力F1、阻力F2，动力和阻力的作用点均应画在杠杆上。

（4）作出两臂：

用三角板的一条直角边与力的作用线重合，让另外一条边通过支点，从支点向力的作用线（必要时可正向延长或反向延长）画垂线（力的延长线画虚线），作出动力臂和阻力臂，并用大括号括出动力臂和阻力臂，分别用字母l1、l2表示.

要求学生认真、工整地画出杠杆示意图。

除要标明支点，动力和动力臂，阻力和阻力臂外，还要按比例画出力和力臂，点要清、线要明。

撬棒的示意图如图11-2所示

3．杠杆的平衡条件

同学们在实验室用天平测质量时，总是在天平的横梁水平后，才读出被测物体的质量。

人们用扁担挑货物时，肩膀一定要在扁担的适中位置，货物才会平衡，人走起路来也才方便。

类似天平的横梁水平和扁担的水平的现象就是杠杆平衡。

物理上，把杠杆保持静止或匀速转动叫做杠杆平衡。

杠杆平衡，说明杠杆的运动状态不发生变化。

初中阶段只研究杠杆处于静止状态的平衡。

杠杆平衡时必须满足一定的条件，这一条件叫做杠杆的平衡条件。

实验研究得到的杠杆的平衡条件是：

动力×动力臂=阻力×阻力臂，写成公式为：

F1l1=F2l2。

杠杆的平衡条件也可以改成比例的形式：

，它表示动力臂L1是阻力臂L2的几倍，则动力F1就是阻力F2的几分之一。

杠杆转动是力和力臂共同作用的结果，因此，杠杆平衡也是力和力臂共同的平衡，也即是力和力臂乘积的平衡。

4．杠杆的应用

杠杆的分类有不同的标准。

例如用是否省力作标准，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，也以把杠杆的应用分为省力、费力、等力三类。

（1）省力杠杆：

如图11-3所示，其动力臂大于阻力臂，平衡时动力小于阻力，即l1>l2，F1

特点是用较小的动力可以克服较大的阻力，使用时动力作用点移动的距离就要相应增加，即省力的代价是费距离。

撬棒、拔钉榔头、脚刹车的踏板装置、起瓶盖用的起子都属于这类杠杆。

（2）费力杠杆：

如图11-4所示，其动力臂小于阻力臂，平衡时动力大于阻力，即l1F2。

特点是用较大的动力去克服较小的阻力，但作用时可使动力作用点移动较小的距离，即费力的收获是距离、节约时间，钓鱼竿、铁锹、缝纫机脚踏板、镊子都属于这类杠杆。

（3）等臂杠杆：

如图11-5所示，其动力臂等于阻力臂，平衡时动力等于阻力，即l1=l2，F1=F2。

特点是既不省力也不费力，但使用方便。

常用的托盘天平是等臂杠杆，所以用天平测物体质量时，砝码的读数就是物体质量。

普通剪刀也近似是等臂杠杆。

各类杠杆各有利弊，在选用时应从有利于生产、生活出发，根据实际需要来选定杠杆的形状和类型，这也是设计和使用更复杂的机械的基本思想。

要注意有的杠杆可以省力，有的杠杆可以省距离，这下你感受到杠杆的魅力了吧！

但是省力又同时省距离的杠杆是没有的，即熊掌和鱼不可兼得。

【教学程序】

〖新课引入〗

生活中有很多机械，有的复杂有的简单。

我们先来研究简单的机械—杠杆

〖新课进行〗

通过活动引入知识，在活动的过程中学习

1．课前准备

（1）准备筷子、汽水瓶、各种起子。

（2）准备罐头、螺丝刀、钉有钉子的木块、羊角锤。

（3）准备杆秤、水果。

（4）准备支架、杠杆、钩码、弹簧测力计、刻度尺。

（5）准备各种剪刀、钳子、镊子、钓鱼竿、托盘天平。

2．活动目的

（1）探究杠杆的共同特征。

（2）探究动力作用的效果跟哪些因素有关？

（3）探究杠杆的平衡条件。

（4）探究杠杆的特点。

3．方法点拨

（1）认识杠杆。

活动一：

使用筷子吃饭这是中国人发明的特殊的生活方式。

同学们从小就会使用筷子，为什么筷子能把食物从碗中取出送入口中呢？

请你仔细观察、分析筷子的使用，是否会发现在使用过程中筷子的两端总是以你的中指为轴在转动，当你夹起食物时大拇指是否在向下用力？

活动二：

同学们利用自带的工具分别打开汽水瓶盖和罐头盖，请仔细观察这些工具是如何工作的。

如要打开一瓶罐头，是不是要把螺丝刀靠在罐子的边缘作为支撑，并把螺丝刀的顶端戳进盖子的下端，然后在柄端施加一个向下的压力，这时螺丝刀的顶端在支点的支撑下往上翘起，于是盖子就被掀起。

活动三：

用羊角锤去拔木块上的钉子，仔细观察羊角锤是怎样拔出钉子的。

并说明羊角锤在拔钉子的过程中是怎样运动的。

通过上述活动，注重分析杠杆的基本条件：

①都受力的作用；②都是“硬棒”，不能用铁丝、绳子代替；③都有固定转动轴。

在此基础上，认识杠杆的几个概念：

支点（O）、动力（F2）、阻力（F2）、动力臂（l1）、阻力臂（l2）。

（2）研究动力效果与哪些因素有关？

将杠杆装到支架上，在杠杆支点左边两格处挂两个钩码，作为阻力。

活动一：

在杠杆支点右边一格处、二格处、三格处分别用弹簧测力计竖直向下拉，使杠杆在水平位置平衡，比较三次拉力的大小。

活动二：

在杠杆支点右边两格处用弹簧测力计拉，改变拉力方向多次，观察每次杠杆水平平衡时，比较动力大小。

活动三：

在杠杆支点右边不同位置，用弹簧测力计沿不同方向拉，利用三角板，确保每次拉时，从支点到力的作用线的垂直距离相等，比较动力大小。

分析三次活动结果，动力作用的效果与力的大小、方向、作用点有关吗？

力的作用点和力的方向，对力的作用效果的影响，可以用支点到力的作用线的垂直距离来替代吗？

研究杠杆时，为什么要引入力臂概念，你现在明白了吗？

（3）研究杠杆的平衡条件。

活动一：

观察杆秤称水果的过程，你认为杆秤是杠杆吗？

它的固定点在哪里？

杆秤是怎样平衡的？

猜猜看，杠杆的平衡与哪些因素有关？

活动二：

①将杠杆装到支架上，观察杠杆是否静止在水平位置。

若不在水平位置平衡，可调节杠杆两边的螺母，使杠杆在水平默默平衡。

这样做的原因：

读取力臂方便。

②用弹簧测力计测出一只钩码的重力大小。

③在杠杆支点的左边挂一定数量的钩码，在杠杆支点的右边也挂上钩码，直至杠杆平衡。

④改变钩码的数量或改变钩码挂在杠杆上的位置，让杠杆重新在水平位置平衡，重复多做几次平衡实验，得到不同数据。

⑤让杠杆械端受到的力作为阻力，杠杆右端受到的力作为动力，每一次实验，都要把数据记录在下的表格中。

实验次数

动力F1/N

动力臂l1/m

阻力F2/N

阻力臂l2/m

F1l1/N·m

F2l2/N·m

1

2

3

4

⑥用弹簧测力计继续研究。

请同学们仔细观察、分析实验数据，能否发现杠杆平衡时所遵循的规律。

你可以把动力、动力臂作为一组，阻力、阻力臂作为一组，将每组数据分别加一加、减一减、乘一乘、除一除，看看杠杆平衡时它们之间有什么关系？

若在记录数据时。

使用两个想象中的单位：

一是把“一只钩码重”作为力的单位，二是把杠杆上“一格长”作为力臂单位，表格中的数据将如何变化？

本实验中，你是如何控制变量的？

为什么还要用弹簧测力计继续研究？

若某次数据符合“动力+动力臂=阻力+阻力臂”，你能否得出杠杆的平衡条件是“F1+l1=F2+l2“？

（4）探索杠杆的类型

活动一：

请一位力气大的男生直接用手把汽水瓶盖打开，能成功吗？

再请一位力气小的女生用起瓶器打开瓶盖。

想一想，使用起瓶器有什么好处？

活动二：

同学们分组交流：

如图11-6所示，使用图中各种杠杆，分析、比较用力大小，移动距离多少，这些杠杆有什么特点？

当我们想用一个较小力克服一个较大的力时，我们需要选用哪种杠杆？

当我们想通过一个较小距离就可以得到一个较大距离时，我们需要选用哪种杠杆？

〖归纳总结〗

1、杠杆的定义；

2、杠杆的五要素；

3、杠杆的平衡条件及应用

2、杠杆的三种应用．

〖教学建议〗

1．在演示开瓶扳手开瓶时，可提醒学生有两种开法，并可在授完杠杆平衡条件后，放手让学生讨论哪种开法更省力。

2．在介绍杠杠的应用时，可适当拓宽。

可以根据杠杆的平衡条件让学生讨论：

动力臂大于阻力臂，省力。

如手推车、老虎钳、铁皮剪刀等。

动力臂小于阻力臂，费力。

如：

裁衣剪刀、筷子、扫帚等。

关于信息库中内容的处理：

1．中国古人对杠杆的应用和研究：

这部分内容主要是介绍我国古人应用杠杆的悠久的历史，旨在介绍中华民族的文明史，培养学生的爱国主义情感，教学中可让学生看书，并作简单介绍。

2．航天飞机上的机械臂：

介绍机械臂的作用，培养学生热爱科学、献身科学的精神。

〖布置作业〗

1、书后“www”内容

2、能正确画出杠杆示意图是本节的基本要求，因此课外练习中要设计各种类型的杠杆让学生练习

【板书设计】

第十一章简单机械和功

第一节杠杆

一、杠杆定义及五要素

二、杠杆的平衡条件

三、杠杆的应用：

省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆

*教后记*

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§11—2滑轮（三课时）

【教学目标】

1．知识与技能

认识定滑轮和动滑轮，知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用，能识别生活和生产中常见的滑轮，会根据要求使用和组装滑轮组。

2．过程与方法

通过观察，了解定滑轮和动滑轮的结构。

通过探究，了解定滑轮和动滑轮的特点。

3．情感、态度与价值观

通过探索性实验，提高观察能力、实验操作能力和比较、分析、概括的能力，培养严肃认真、实事求是的科学态度。

【教学重点】

定滑轮的特点和实质，动滑轮的特点和实质

【教学难点】

滑轮组的省力判断方法

【教材分析】

1．定滑轮的实质

滑轮是一种简单机械，它通常是由一

个带凹槽的轮子绕上绳索、缆绳或链条组成的。

在旗杆顶上就有一个滑轮，如图11-7所示。

这个滑轮是固定在旗杆顶上的，所以叫定滑轮。

定滑轮是一个什么样的简单机械呢？

如图11-8所示，甲图是一个等臂杠杆的示意图。

现在把等臂杠杆进行如下的等效变换：

先把直棒加宽变形成一个圆轮，支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂均保持不变（图乙），再把圆轮的边缘挖一个槽，这就变成了一个滑轮，最后把它固定使用就成了定滑轮（图丙）。

使用定滑轮时，把重物系在绳的一端，将绳绕过滑轮的槽，在槽的另一端用力拽绳子，如图丁所示。

无论你横着、斜着或竖直向下拉绳子，通过凹槽里绳子的作用，都可将你的拉力转变成向上的拉力，从而把重物提起来。

从图丙可知，定滑轮是绕轴转动的，轴是定滑轮的支点。

动力臂与阻力臂等长，均等于滑轮半径。

由杠杆平衡条件F1l1=F2l2可知，动力等于阻力。

由此可见，定滑轮的实质是一个等臂杠杆，使用它既不省力也不省距离，但改变了用力方向，使工作更方便。

定滑轮在实际生活中有着广泛的应用：

如船员向下用力，可以升起船帆；向下拉动窗帘的引线，可以使窗帘闭合或拉开；建筑工人站在地面上从不同角度用力，都可以将不太重的建筑材料提升到高处。

2．动滑轮的实质在生产和生活中，人们发现将滑轮的使用方法改变一下，就可以起到省力的作用。

如图11-9所示，甲图是将滑轮连在想移动的物体上，用手拉绳时，滑轮和重物一起上升，这样使用的滑轮叫动滑轮。

甲图中将要移动的物体现在由绕在滑轮上的左、右两段绳子牵拉着，可见，使用动滑轮可以小一半力。

动滑轮的这一特点可以根据杠杆平衡条件证明。

从图乙可知，动滑轮随时绕悬绳与滑轮的接触点转动，此点即为动滑轮的支点。

再将动滑轮加工压缩变形成一根直棒，支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂均保持不变（图丙），这样动滑轮就成了变形的杠杆（图丁）。

若拉线都是平行的时候，动力臂为轮的直径，阻力的二分之一，即使用动滑轮可省一半力。

由此可见，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，使用时可省一半力，但要多移动一倍距离（即把重物提升1m，你就得拉绳子2m），且不能改变力的方向。

3．滑轮组的特点

定滑轮虽然不省力，但可以改变用力的方向，给人们带来方便；动滑轮不能改变用力方向，但可以省力，省力情况是人们最为关心的。

有没有办法使两者的优势都得以充分地发挥呢？

我们可以把定滑轮和动滑轮连在一起，组成滑轮系统，也就是滑轮组，用滑轮组拉物体会更省力。

使用滑轮组可以省多少力呢？

使用滑轮组时，由于环绕滑轮组的绳子不仅很长，而且被动、定滑轮分为好几段，多圈绕合的几段绳子共同承担吊物重，重物和动滑轮的总重由几段绳子承担，提起重物所用的力就是总重量的几分之一。

如图11-10所示。

也就是，拉动一段绳子，就可以节省数倍的力量。

使人们的起重、运输等工作更加轻松。

在分析滑轮组省力情况时，若只要数出有几段绳子吊着动滑轮就能算出省力到几分之一。

同学们在实际使用时，往往不会判断物重由几段绳子承担，可用下列两种方法判断：

（1）一条绳子串绕在滑轮组上以后，被定滑轮、动滑轮分成几段，除了手拉的一段需要判断是否承受物重以外，其余各段都承担物重。

手拉的一段如果由定滑轮引出，不承担物重；手拉的一段由动滑轮直接引出，就承担物重。

（2）在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线将它们隔离开，数出绕在动滑轮上的绳子段数即可。

使用滑轮组可以省力，却是费了距离的结果。

对滑轮组来说，省力到几分之一，费距离到原来的几倍。

【教学建议】

在做图11-7所示的实验时，可改变拉力F的方向（即向各个方向拉绳），比较F的大小。

关于生活•物理•社会

这里介绍的轮轴和斜面在生产生活中的应用很广，要作介绍，其中轮轴是杠杆类的简单机械，可根据杠杆的平衡条件作较为详细的介绍，并设计一些相应的简单的习题。

而斜面应在学习了功以后，作详细的介绍。

【教学程序】

〖新课引入〗

滑轮也是生活中的重要的机械：

在旗杆顶部．

〖新课进行〗

活动学习：

1．课前准备

探究小组准备如下器材：

杠杆、两只单滑轮、两只双滑轮、弹簧测力计、铁架台、细绳、钩码若干。

2．实验目的

探究为什么要使用滑轮？

探究定滑轮和动滑轮的特点。

探究滑轮组的特点。

3．方法点拨

研究为什么要使用滑轮。

活动：

用杠杆提升两只钩码。

观察：

钩码被提升的高度。

比较：

钩码两次被提升的高度。

分析：

钩码被提升的高度取决于什么因素？

思考：

从“重物被提升的高度”来看，使用滑轮有什么优势？

综合以上情况，利用杠杆提升物体的高度有限（不超过臂长），滑轮巧妙地运用了杠杆原理，把杠杆演化为可以连续转动的轮子，从而将重物提升到很高的地方。

探究滑轮的特点

活动一：

用弹簧测力计直接测

出钩码的重力和各种滑轮的重力，将钩码和提升滑轮的总重作为各个滑轮的阻力，把这个数据记录在数据表中。

活动二：

按图11-11安装一个定滑轮，通过向下拉弹簧测力计来提升钩码，观察弹簧测力计的示数，把这个数据记录在数据表中。

改变拉力的方向，弹簧测力计的示数会变吗？

活动三：

按11-12安装一个动滑轮，通过向上拉弹簧测力计来提升钩码，观察弹簧测力计的示数，把这个数据记录在数据表中。

活动四：

按图11-13甲、乙、丙安装滑轮组，观察每次弹簧测力计的示数，分别把这些数据记录在数据表中。

实验数据记录表

滑轮组成

动力F1/N

阻力F2/N

承担物重的绳子段数n

F1和F2

的关系

一个定滑轮

一个动滑轮

一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组

两个定滑轮和一个动滑化组成的滑轮组

两个定滑轮和两个动滑化组成的滑轮组

讨论交流：

①使用定滑轮时，拉力的方向和物体移动的方向有什么关系？

弹簧测力计的示数与钩码重有什么关系？

②使用动滑轮时，拉力的方向和物体移动的方向有什么关系？

弹簧测力计的示数与总重有什么关系？

③使用滑轮组时，拉力的大小与总重及承担总重的绳子段数有什么关系？

归纳：

①定滑轮的使用特点。

②动滑轮的使用特点。

③滑轮组的使用特点。

思考：

①若要使拉力等于总重的五分之一，应怎样使用滑轮组？

并画出滑轮组。

②按图11-13丙的方式组成滑轮组有一个弱点，就是当滑轮数增加时，在空间占据的长度较长，操作时有时不太方便，你能否将图中滑轮的连接方式改变一下，减少它的空间长度？

把你的想法与同学或老师交流一下，也可以到实验室里观察各种各样的滑轮组。

〖归纳总结〗

1、定滑轮的特点和实质

2、动滑轮的特点和实质

3、滑轮组的特点

〖思考练习〗

见书上的空白处

〖布置作业〗

完成《启东作业本》

【板书设计】

1、定滑轮的特点和实质

2、动滑轮的特点和实质

3、滑轮组的特点

*教后记*

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§11—3功（两课时）

【教学目标】

1．知识与技能

知道机械功的概念，明确做功有两个必要条件，会用功的公式进行简单计算。

2．过程与方法

通过生活、生产中的实例解释功的物理意义，认识做功是一个过程。

3．情感、态度与价值观

学习从物理现象中归纳简单的规律，树立将科学技术应用于日常生活、社会实践的意义。

【教学重点】

物体做功的理解

【教学难点】

应用功的公式来灵活解题

【教材分析】

1．“功”的概念是怎样建立的

机械使我们能够做到我们原本做不到的事情。

例如：

有的机械可以增大我们工作上所用的力（即省力），有的机械可使我们工作得更快（即省距离）。

那么，能不能设计出一种更好的简单机械，它既省力，又能省移动距离，这是科学技术史上一个很重要的问题。

经过长期的实践和研究，人们发现既省力又省距离的机械是没有的，下面就讨论这一问题。

现在要把重力为G的物体提升一个高度h。

如果我们直接用手把它匀速提升，手用力为G，手移动的距离为h，则力和距离的乘积为Gh。

如果我们用轻质动滑轮匀速提升重物，由于动滑轮能省一半力，手用的力变为

，而绳子是对折使用的，手移动的距离为2h，则力和距离的乘积为

。

如果我们用阻力臂为动力臂2倍的杠杆来匀速提升重物，则手移动的距离是物体升高高度的二分之一，即

，根据杠杆平衡条件，手用力是物重的2倍，即F=2G。

则力和距离的乘积为

。

综合以上情况，无论是用省力的机械，还是用省距离的机械，由于两种情况的力和距离的乘积不变，因此，省力的机械必定费距离，省距离的机械必定费力，既省力又省距离的机械是没有的。

由此可见，力与物体在力的方向上通过的距离的乘积，是一个物理意义的量。

为了反映这一特性，物理学中引入了功的概念，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积叫做机械功，简称功。

2．如何理解做功

物理学中的做功描述的是力的作用效果，即物体在力的作用下通过一段距离。

力有了这种效果，就说力对物体做了功。

例如起重机吊起重物，机车牵引列车前进。

在这些现象中，起重机的拉力对重物做功，机车牵引力对列车做功。

由此可见，把物体受力发生移动的过程叫做做功过程，功包括两个必要条件：

一是物体要受力的作用，二是物体要在力的方向上通过一定的距离。

这两个条件，缺一不可。

如果你推一辆陷在泥中的汽车，尽管你已使出了全身的力气，车子还是纹丝不动，几分钟后，你已筋疲力尽，而车子还是陷在泥中。

在这一过程中，虽然你用力推车，但车子没有移动距离，所以你没有对汽车做功。

要对一个物体做功，该物体必须在所施加的力的方向上移动距离。

当你从家门口把一箱苹果搬到房间里时，也