資源簡介

(共100張PPT)
第3章 能量的轉(zhuǎn)化與守恒
第4節(jié) 簡單機(jī)械
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.能明確杠桿的支點、動力、阻力、動力臂和阻力臂，舉例說明生活中的杠桿和人體中的杠桿。
2.會繪制杠桿的動力臂和阻力臂。
3.理解杠桿平衡原理，并能應(yīng)用杠桿的平衡條件解決簡單的問題，會識別省力杠桿和費力杠桿。
4.了解定滑輪、動滑輪和滑輪組的特點和實質(zhì)，知道杠桿使用過程中能量的轉(zhuǎn)化。
5.理解機(jī)械效率，識別有用功、額外功和總功，區(qū)別機(jī)械功率和機(jī)械效率，能測量并計算簡單機(jī)械的機(jī)械效率。
知識點1 杠桿 重點
1.教材第87頁活動：認(rèn)識杠桿
實例
共同特征 （1）均是硬棒（形狀可直可彎，可方可圓，但質(zhì)地要堅硬）；
（2）工作時都受到兩個作用效果相反的力（一個能使它轉(zhuǎn)動，一個阻礙它轉(zhuǎn)動）；
（3）工作過程中都繞著一個固定點轉(zhuǎn)動
杠桿的含義：如果一根硬棒在力的作用下能夠繞著固定點轉(zhuǎn)動，這根硬棒就叫做杠桿。（杠桿的形狀各異，可以是直的，也可以是彎的，但一定是硬的。）
歸納總結(jié)
一根棒成為杠桿的條件
1.要有力的作用。例如，撬棒在沒有使用的時候只是一根硬棒，而不是一個杠桿。
2.能繞著固定點轉(zhuǎn)動。杠桿在力的作用下,是繞固定點轉(zhuǎn)動的,不是整體向某個方向運(yùn)動（如平動）的。
3.是硬的,受力時不易發(fā)生形變。
2.杠桿的五個要素
五要素 物理含義及表示 圖示
支點
動力
阻力
動力臂
阻力臂
3.對杠桿五個要素的理解
典例1 關(guān)于杠桿的五個要素,下列說法中正確的是( )
D
A.力臂一定在杠桿上
B.作用在杠桿上的動力、阻力的方向一定相反
C.力臂是支點到力的作用點的距離
D.力的作用線通過支點時其力臂為零

4.杠桿作圖
（1）力臂常見的三種表示方法,如圖所示。
（2）力臂的畫法
步驟 畫法 圖示
先假設(shè)杠桿轉(zhuǎn)動,則杠桿上相對靜止的點即為支點
步驟 畫法 圖示
第二步：確定動力和阻力的作用線 從動力作用點、阻力作用點沿力的方向分別畫直線或反向延長線,即動力、阻力的作用線
第三步：畫出動力臂和阻力臂，并標(biāo)注 從支點向力的作用線作垂線段,在垂線段旁標(biāo)注力臂的名稱
（3）畫杠桿的力臂時需要注意的事項
①力臂是支點到力的作用線的距離,是支點到力的作用線的垂線段的長度,不能把力的作用點到支點的距離作為力臂,不要出現(xiàn)如圖所示的錯誤。
②如圖所示，當(dāng)表示力的線段比較短時,過支點無法直接作出垂線段,可將力的作用線延長,然后過支點作延長線的垂線段，即為力臂。注意延長部分要用虛線表示,相當(dāng)于數(shù)學(xué)作圖中的輔助線。
（4）已知力臂畫力
步驟 畫法 圖示
第一步:確定力的作用線
第二步：確定力的作用點 動力必然作用在杠桿上,所以動力作用線與杠桿的交點就是動力作用點
第三步：畫出力的方向，并標(biāo)注
（5）常見杠桿及其五個要素
實例 圖示 示意圖
釣魚竿
羊角錘
實例 圖示 示意圖
起道釘
壓水井
5.人體中的杠桿
意義 在人體中有不少骨骼也構(gòu)成了杠桿，骨骼在肌肉拉力的作用下圍繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，正是這些杠桿系統(tǒng)給予了人類完成各種動作的能力
人體杠桿系統(tǒng)的組成部分 ①骨——一根硬棒；
②肌肉收縮——動力的來源；
③兩根骨之間可以活動的關(guān)節(jié)——支點；
④移動肢體或物體——阻力來源
人體的杠桿實例


[答案] 如圖所示。
知識點2 杠桿的平衡條件 重點
1.杠桿平衡：杠桿在動力和阻力的作用下，保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)，我們就說杠桿處于平衡狀態(tài)。
2.教材第89頁探究：研究杠桿的平衡
提出問題 當(dāng)杠桿平衡時，動力、動力臂和阻力、阻力臂之間存在怎樣的定量關(guān)系？
猜想與 假設(shè)
實驗設(shè)計 杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)（杠桿靜止和勻速轉(zhuǎn)動都是平衡狀態(tài)，為研究方便選用前者）時，分別測出動力F1、阻力F2、動力臂l1和阻力臂l2，然后經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的對比、分析，歸納得出杠桿的平衡條件
實驗步驟
實驗步驟
數(shù)據(jù)分析 由實驗數(shù)據(jù)可知，杠桿平衡時，如果動力臂比阻力臂大，則動力比阻力小；動力臂比阻力臂小，則動力比阻力大。如果把每次實驗的動力與動力臂相乘，阻力與阻力臂相乘，雖然各次實驗的乘積不相同，但每次實驗中動力與動力臂的乘積跟阻力與阻力臂的乘積相等
實驗結(jié)論
典例3 在做探究杠桿平衡條件的實驗時，所用到的實驗器材有：杠桿、鐵架臺和若干個完全相同的鉤碼。
（1） 在圖甲中，要使杠桿水平平衡，應(yīng)將右邊的平衡螺母適當(dāng)往____（選填“左”或“右”）調(diào)，而杠桿上標(biāo)有刻度，目的在于方便測量______。
右
力臂
[解析] 實驗前，杠桿左端下沉，說明杠桿的重心在支點的左側(cè)，故應(yīng)使重心向右移動，因此應(yīng)將杠桿的平衡螺母適當(dāng)往右調(diào)，直到杠桿在水平位置平衡。


（3） 進(jìn)行多次實驗的目的是______________________。
使實驗結(jié)論具有普遍性
（4） 若將圖丁中的杠桿兩邊各減少一個鉤碼，則杠桿將向______（選填“左邊”或“右邊”）下沉。
左邊

知識點3 杠桿的應(yīng)用 重點

（2）應(yīng)用公式計算時,單位要統(tǒng)一,即動力和阻力的單位要統(tǒng)一,動力臂和阻力臂的單位要統(tǒng)一。



[答案] （1）如圖丙所示。
（2）如圖丁所示。



類型 省力杠桿 費力杠桿 等臂杠桿
示意圖
力臂的大小關(guān)系
力的大小關(guān)系
類型 省力杠桿 費力杠桿 等臂杠桿
杠桿轉(zhuǎn)動時力所移動距離的大小關(guān)系
特點 省力但費距離 費力但省距離 既不省力也不省距離,既不費力也不費距離
應(yīng)用 撬棒、開酒瓶的起子、扳手、鋼絲鉗等 釣魚竿、鑷子、筷子、理發(fā)剪子等 托盤天平、蹺蹺板等
典例5 （2023·金華期末）2022年9月1日，神舟十四號航天員乘組首次出艙，此次出艙后，航天員通過問天實驗艙上搭載的小機(jī)械臂完成了各項工作。該機(jī)械臂長五米，是目前精度最高的空間站機(jī)械臂，功能類似于人的手臂（杠桿），具有抓住、拉回、鎖死等功能。下列工具在使用時與機(jī)械臂工作時屬于同一類杠桿的是( )
A.羊角錘
B.起子
C.鑷子
D.鋼絲鉗
[解析] 機(jī)械臂在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿。羊角錘、起子、鋼絲鉗在使用過程中，動力臂大于阻力臂，都是省力杠桿；鑷子在使用過程中，動力臂小于阻力臂，是費力杠桿，故C符合題意。
C
知識點4 滑輪 重點
1.教材第93頁活動（上）：認(rèn)識滑輪
（1）滑輪：一種周邊有槽、可以繞著中心轉(zhuǎn)動的輪子。如圖甲所示。
（2）滑輪的分類：使用滑輪時，根據(jù)滑輪中軸的位置是否移動，可將滑輪分成定滑輪（如圖乙）和動滑輪（如圖丙）兩類。定滑輪的軸固定不變，動滑輪的軸隨鉤碼一起移動。
2.教材第93頁活動（下）：探究滑輪的特點
探究定滑輪的特點 探究動滑輪的特點
實驗器材 彈簧測力計、鉤碼（多個）、滑輪、鐵架臺、細(xì)繩
實驗步驟 ①如圖甲所示，用彈簧測力計測出鉤碼的重力G1 。 ②如圖乙所示，通過定滑輪用彈簧測力計勾速（使鉤碼處于平衡狀態(tài)，便于讀彈簧測力計示數(shù)）向下拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的讀數(shù) ，并與鉤碼的重力相比較。改變拉力的 方向，如圖丙所示， 觀察彈簧測力計的讀 數(shù)是否發(fā)生變化 先用彈簧測力計測出鉤碼和滑輪的總重力G總，再用如圖所示裝置，通過動滑輪用彈簧測力計勻速向上拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的
讀數(shù)F1 ，并與
鉤碼和滑輪的
總重相比較
探究定滑輪的特點 探究動滑輪的特點
實驗現(xiàn)象
實驗結(jié)論 使用定滑輪不能省力，但能改變力的作用方向 使用動滑輪可以省一半力，但不能改變力的作用方向
特別提醒
1.實驗中安裝定滑輪時,注意繩子要放在槽內(nèi),以免繩子脫落使摩擦變大,影響實驗效果。
2.實驗中,注意要使動滑輪兩側(cè)的繩子平行或夾角很小。
3.實驗中應(yīng)選用重一些的鉤碼、較輕的動滑輪、光滑的細(xì)繩，以減小摩擦力、動滑輪自重對實驗的影響。
4.實驗中要保證輪和軸間有良好的潤滑,以減小摩擦。
3.教材第94頁活動：定滑輪和動滑輪的實質(zhì)
種類 實質(zhì) 示意圖 作用的分析
定滑輪 能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動的等臂杠桿
動滑輪 動力臂是阻力臂二倍的杠桿



圖示 等量關(guān)系
定滑輪
圖示 等量關(guān)系
動滑輪

30
15
60
知識點5 滑輪組
1.概念：滑輪組是定滑輪和動滑輪組合成的裝置。
2.教材第95頁活動：探究滑輪組的省力情況
實驗步驟及數(shù)據(jù) 記錄
實驗步驟及數(shù)據(jù) 記錄 實驗數(shù)據(jù)如下表：
數(shù)據(jù)分析
實驗結(jié)論 重物與動滑輪的總重由幾股繩子承擔(dān)，提起重物所用的力就是總重的幾分之一
3.滑輪組的特點
（1）使用滑輪組時，既可以省力，也可以改變力的方向。





170
2

4.滑輪組的組裝

（2）繞繩方式的判斷——“奇動偶定法”

（4）確定定滑輪的個數(shù)
典例8 在圖中畫出使用該滑輪組提升重物時最省力的繩子繞法。
[答案] 如圖乙所示。
[解析] 繩子的固定端如果在動滑輪上,如圖甲所示,則有一個動滑輪沒有用上,不是最省力的繞法,所以本題最省力的繩子繞法如圖乙所示,繩子的固定端在定滑輪上,承擔(dān)物重的繩子段數(shù)為4。
知識點6 機(jī)械效率
1.問題探究：使用動滑輪是否省功
實驗過程與記錄
實驗過程與記錄 （2）如圖乙所示,第2次，用彈簧測力計和一個動滑輪將同樣的鉤碼緩慢地提升相同的高度,將相應(yīng)數(shù)據(jù)填入表格中。
（3）計算兩次實驗中拉力所做的功
實驗結(jié)論 實驗結(jié)果表明,雖然在兩次實驗中鉤碼被提升相同的高度,但第二次拉力做的功要多一些。這說明,盡管使用動滑輪會省力,但由于滑輪本身所受的重力以及摩擦等因素的影響,使用動滑輪時我們要多做功
2.有用功、額外功和總功
有用功
額外功
總功
說明 對于不同的目的，有用功和額外功會發(fā)生改變，如用水桶從井里提水的過程中，對桶中的水所做的功為有用功，而對水桶做的功為額外功；但當(dāng)水桶不小心掉入井中，我們想辦法從井中將水桶撈出時，對水桶所做的功為有用功，而對殘留在水桶中的水所做的功為額外功。
歸納總結(jié)
三種簡單機(jī)械的有用功、額外功、總功的比較
杠桿 滑輪組 斜面
圖示
有用功
杠桿 滑輪組 斜面
額外功
總功
三者關(guān)系

（1） 人所做的有用功；


（2） 人所做的總功；


（3） 人所做的額外功。


3.機(jī)械效率
（1）定義及計算公式
定義
公式
特別提醒
對機(jī)械效率的理解
（1）機(jī)械效率由有用功和總功決定，它表示的是有用功占總功的比例，不能反映有用功和總功的多少。
（2）機(jī)械效率總是小于1，這是因為使用任何機(jī)械都不可避免地要做額外功，所以有用功總是小于總功。
（3）機(jī)械效率不是固定不變的，機(jī)械效率反映的是機(jī)械在一次做功過程中有用功跟總功的比值，同一機(jī)械在不同的做功過程中，機(jī)械效率往往會不同。
（4）機(jī)械效率的高低與是否省力、具體做功的多少、物體提升的高度等無關(guān)。
（2）提高機(jī)械效率的途徑
①在所做有用功不變的情況下減少額外功。如改進(jìn)結(jié)構(gòu)使機(jī)械更合理、更輕巧，盡量減小摩擦力等。
②在所做額外功一定的情況下，增加有用功。如在機(jī)械能承受的范圍內(nèi)增加每次提起重物的重力。
（3）
實驗步驟及數(shù)據(jù)記錄
實驗步驟及數(shù)據(jù)記錄 ⑤改變斜面的傾斜程度，重復(fù)上述步驟。實驗測量結(jié)果見下表：
⑥比較每次的機(jī)械效率
實驗結(jié)論 對于光滑程度相同的斜面，傾斜程度越大，機(jī)械效率越高
歸納總結(jié)
機(jī)械 裝置圖 計算公式
杠桿
機(jī)械 裝置圖 計算公式
滑輪組 豎直提升物體
機(jī)械 裝置圖 計算公式
滑輪組 水平勻速拉物體
斜面

C


知識鏈接
提高斜面和杠桿的機(jī)械效率的方法
1.對斜面來說：
（1）當(dāng)斜面的傾斜程度一定時，斜面越光滑，效率越高；
（2）當(dāng)斜面的光滑程度相同時，傾斜程度越大，機(jī)械效率越高。
2.對杠桿來說：
（1）杠桿自身的重力越小，其機(jī)械效率越高；
（2）減小杠桿轉(zhuǎn)動時的摩擦也能提高其機(jī)械效率。
題型 1 杠桿的要素及分類 ★★


省力

方法點撥
支點是杠桿繞著轉(zhuǎn)動的固定點，所以判斷支點位置的關(guān)鍵是看杠桿繞著哪個點轉(zhuǎn)動。
解題通法
判斷杠桿種類的方法
方法一:通過動力臂和阻力臂的大小關(guān)系判斷，對于較復(fù)雜的杠桿，可先在圖上找到動力臂和阻力臂，然后比較力的大小關(guān)系；
方法二:從應(yīng)用目的上進(jìn)行判斷，省力杠桿一般在阻力很大的情況下使用，以達(dá)到省力的目的，而費力杠桿在阻力不大的情況下使用，目的是省距離。
題型 2 關(guān)于杠桿的作圖
角度1 力臂作圖（易錯） ★★★


[答案] 如圖所示。
易錯警示
（1）畫力臂時注意力臂是“支點到力的作用線的距離”,而不是“支點到力的作用點的距離”。
（2）因支持力小于重力，注意表示支持力的線段長度要比表示重力的短。
解題通法
畫力臂的方法
角度2 最小力作圖 ★★★

[解析] 木箱向左翻轉(zhuǎn)，則木箱左下角與地面的接觸點為支點；由杠桿平衡條件可知，在阻力與阻力臂一定的情況下，動力臂越大，動力越小，由圖示可知，當(dāng)木箱的面對角線為動力臂時，動力臂是最大的，動力是最小的，動力的方向垂直于動力臂斜向上，如圖所示。
[答案] 見解析圖。
方法點撥
找最長動力臂的方法
根據(jù)杠桿平衡條件畫出最小力的實質(zhì)是尋找最長力臂。
（1）如果動力作用點已經(jīng)給出,則支點到動力作用點的距離就是可作出的最長動力臂;
（2）如果動力作用點沒有確定,則選擇杠桿上離支點最遠(yuǎn)的點作為動力作用點,支點到動力作用點的距離即為可作出的最長動力臂。
題型 3 探究杠桿的平衡條件 ★★★★
典例14 在做“探究杠桿的平衡條件”實驗時。
（1） 實驗前，將杠桿置于支架上，當(dāng)杠桿靜止時，發(fā)現(xiàn)左端下沉，如圖甲所示，
右
水平
此時，應(yīng)把杠桿的平衡螺母向____（選填“左”或“右”）調(diào)節(jié)，直至杠桿在______（選填“任意”或“水平”）位置平衡。

3
不能

（3） 為了使實驗結(jié)論具有________（選填“普遍性”或“偶然性”），應(yīng)改變鉤碼個數(shù)及懸掛位置，多次進(jìn)行實驗。
普遍性

0.25

題型 4 杠桿平衡條件的分析 ★★★★

A
A.先變大，后變小 B.先變小，后變大
C.一直變大 D.一直變小

方法點撥
軌跡法分析杠桿的動態(tài)平衡
分析杠桿的動態(tài)平衡問題的核心是分析力臂的變化，可以按照以下步驟進(jìn)行。
第一步：根據(jù)題設(shè)條件,作出力的作用點或力的變化軌跡。
第二步：在該運(yùn)動軌跡上取點,作出相應(yīng)的力的作用線。
第三步：由支點向力的作用線作垂線段,分析力臂的變化規(guī)律。
第四步：結(jié)合杠桿的平衡條件分析解答。
題型 5 杠桿平衡條件的應(yīng)用 ★★★★




丙


[答案] 見解析
丁

方法點撥
利用杠桿平衡條件解決實際問題的步驟
題型 6 滑輪組的計算
角度1 理想狀態(tài)下滑輪組的計算 ★★★

1 000


角度2 非理想狀態(tài)下滑輪組的計算 ★★★

（1） 動滑輪的重力；


（2） 將石塊從井底拉至井口的過程中，汽車?yán)K子的拉力對滑輪組做的功。



角度3 水平方向滑輪組的計算 ★★★★

1
0.2



題型 7 滑輪組的繞繩 ★★★

[答案] 如圖所示。

方法點撥
確定滑輪組繞繩方法的步驟
易錯警示：滑輪組繞繩時的注意事項
（1）同一滑輪不能重復(fù)繞繩；（2）所繞的繩應(yīng)畫成直線。
題型 8 有用功、額外功和總功的計算 ★★★

（1） 工人做的總功；


（2） 工人做的額外功。



題型 9 機(jī)械效率的計算
角度1 杠桿的機(jī)械效率 ★★★

18
20




角度2 滑輪組的機(jī)械效率 ★★★



方法點撥
計算滑輪組的機(jī)械效率的三種方法
方法1
方法2
方法3
角度3 斜面的機(jī)械效率 ★★★★

（1） 貨車從山底開到山頂所做的有用功；


（2） 山坡的機(jī)械效率。



角度4 組合機(jī)械的機(jī)械效率（易錯） ★★★★







題型 10 測量滑輪組的機(jī)械效率 ★★★★
典例26 如圖是智慧小組“測滑輪組的機(jī)械效率”的實驗裝置，測得的實驗數(shù)據(jù)如表所示。
實驗次數(shù)
1 1 0.1 0.6 0.3
2 2 0.1 1.0 0.3
3 4 0.1 1.8 0.3
（1） 實驗過程中，應(yīng)豎直向上______拉動彈簧測力計。
勻速
（3） 分析表中實驗數(shù)據(jù)可知，同一滑輪組，物重______，滑輪組的機(jī)械效率越高。
越大

0.54

（2） 第3次實驗中滑輪組的機(jī)械效率是_______。



C
A.測拉力時，彈簧測力計未調(diào)零，指針指在零刻度線下方
B.彈簧測力計每次拉動物體時均加速上升
C.所使用的動滑輪的重力小于智慧小組的
[解析] 測拉力時，彈簧測力計未調(diào)零，指針指在零刻度線下方，拉力的測量值偏大，機(jī)械效率偏低，不符合題意。彈簧測力計每次拉動物體時均加速上升，拉力變大，機(jī)械效率變小，不符合題意。使用的動滑輪的重力小于智慧小組的，克服動滑輪重做的功減小，額外功減小，機(jī)械效率變大，符合題意。故選C。
謝謝大家！

展開更多......

收起↑