简单机械功和能教案1

第六单元简单机械功和能【教学内容与目的要求】1、理解力臂的概念2、理解杠杆的平衡条件3、理解定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用4、常识性了解轮轴的作用5、理解做功的两个必要因素6、理解机械功的计算公式：W=FS7、理解功率的概念8、知道功的原理9、知道有用功和总功，知道机械效率10、理解动能、势能的初步概念，知道弹性势能，知道动能、势能可以相互转化【重点与难点】1、理解力臂的概念，正确地在图上画出力臂，或根据题目所给条件判断那一个是力臂。2、杠杆的平衡条件及应用3、定滑轮、动滑轮及滑轮组的作用4、功、功率的概念5、功的原理6、机械效率—知道有用功、额外功、总功和机械效率7、动能、势能的概念及机械能的概念8、动能和势能是可以相互转化的。【方法指导与教材延伸】1、什么是杠杆物理学上定义的杠杆是一根在力作用下能绕固定点转动的硬棒。所谓硬棒，就是要求在使用时棒不会变形，至于棒的形状则并非一定要求是直的，比如滑轮、轮轴等都可看作是杠杆。在生产劳动和日常生活中，常接触到杠杆，如买菜使用的杆秤，实验室使用的天平。常用的剪刀、镊子、羊角锤等实际都是杠杆的变形。2、正确理解力臂的概念力臂是指从支点到力的作用线的距离，力对支点的转动效果不仅与力的大小有关，还与支点到作用线的垂直距离有关。支点到动力作用线的距离叫动力臂，支点到阻力作用线的距离叫做阻力臂。力的大小相同时，力臂是影响杠杆转动的物理量。如图甲所示，若分别在杠杆的A点和B点作用竖直向上的力F1和F2，使杠杆缓缓绕O点转动，当然用力F2较小，因为F2的力臂较大。如图乙中，若先后在杠杆同一点A作用垂直于杠杆的力F1和斜向下的力F2，使杠杆缓缓绕O转动，我们发现用力F1较小，原因同样在于F1的力臂较大。应用中必须留心力臂的画法。千万不要把转动轴到力作用点的连线误认为是力臂。图乙中我们还可以看到，若作用点不变，力的方向发生改变，那么力臂也会随着改变，F1的力臂是l1，F2的力臂是l2，而且力臂不一定在杠杆上（如l2）。3、杠杆平衡表示什么意思：平衡条件是什么。当有两个力或几个力作用在杠杆上，能使杠杆分别按两个不同方向（比如顺时针或逆时针）转动，若杠杆保持静止不动或匀速转动时，则我们说杠杆平衡了。根据实验可确定杠杆平衡的条件是：阻阻动动lFlF即动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积。应该注意所谓动力与阻力并无严格区别，比如天平测量物体质量时，被测物对底盘的压力与砝码对底盘的压力根本无需分清哪个是动力，哪个是阻力，它们在这里的区别仅在于使杠杆转动的方向不同而已。4、滑轮的实质是什么滑轮实质是变形的，可连续转动的杠杆。定滑轮的支点是转动轴，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，由杠杆的平衡条件可知，定滑轮是等臂杠杆，故使用定滑轮不能省力；动滑轮的支点是那段上端固定的绳子与动滑轮相切的点，动力臂是滑轮的直径，阻力臂是滑轮的半径，由杠杆的平衡条件可知，动滑轮的动力臂是阻力臂的2倍，动力就是阻力的21，所以动滑轮能省一半力。5、怎样判断滑轮组的用力情况？使用滑轮组提重物时，若忽略滑轮和轴之间的摩擦以及绳重，则重物和动滑轮由几段绳子承担，提起重物的力就等于总重量的几分之一，即F=nGG)(轮物。因此判断用力情况的关键是弄清几段绳子承担动滑轮和重物的总重。用“隔离法”，把重物和动滑轮从滑轮组中“隔离”出来，就很容易弄清直接与动滑轮连接的绳子的根数n，在图甲中我们用虚线把重物和动滑轮从滑轮组隔离，以重物和动滑轮为研究对象，有四根绳子承担动滑轮及重物，所以用力F=4总G。同理，分析乙图可知，提起重物及动滑轮的力F=5总G。从上面还可以看出，同一个滑轮组，绳子的绕法不同，省力的情况也不同，绳端固定在动滑轮上比固定在定滑轮上更省力。6、正确理解“功”的意义物理学上引入功的概念，并定为：一个物质受到力的作用，并在力的方向上通过一段距离，称这个力对物体作了功。功和日常生活中常常讲的“工作”很相似，但两者并不相同。“工作”的含义比较广泛，它是指用体力劳动或脑力劳动来完成的任何一种活动，物理学中功的含义要狭窄得多，但是比较严格。功是由两个因素决定的，一个是作用力，一个是作用力方向上物体通过的路程，两者缺一不可。下列三种情况对物体都没有做功：⑴物体移动了一段距离，但没有受到力的作用。例如物体在光滑水平面做匀速运动，在水平方向没有受到阻力，也没有受到动力，物体由于惯性而运动，因而没有力对物体做功。⑵物体受到力的作用,但没有沿力的方向通过距离,例如,用力推车,车没有推动。推车的力没有对物体做功。又如，一个人举着重物不动，他对重物的举力没有对重物做功。⑶物体受到了力的作用,也通过了距离.但物体移动的距离跟物体受到力的方向垂直.例如,手用竖直向上的拉力提水桶,沿水平方向移动距离,水桶没有在竖直方向上移动距离,这个拉力也没有对水桶做功。7、正确理解功率的概念功率是表示物体做功快慢的物理量。功率和功是两个不同的概念，做功多，不一定做功快；反之，做功快不一定做功多。功率大，表示单位时间内做功多。功率是由物体所做的功和完成这个功所用的时间两个因素决定的。从公式P=tW可知，相同的时间内做功多的，功率大；做相同的功，所用时间少的，功率大。∵W=F˙S∴P=tSFtW=F˙v物体在拉力F的作用下,以速度v沿拉力的方向做匀速直线运动,则拉力做功的功率等于力与物体速度的乘积。在功率Ｐ一定时，力Ｆ与速度Ｖ成反比。当汽车上坡时，司机采取换挡的办法，减小OB2Fl甲1l21FF1A2F甲F1FA1O1l2F乙1lB2丙1F2F2Fl乙2F丙l12FF22Fl丁2lO1丁OF1F1速度，以获得较大的牵引力。8、机械效率等于有用功跟总功的比值，它与机械是否省力和机械功率大小，做功多少是无关的，一般情况下，省力的机械效率低。9、测滑轮组的机械效率，在这分组实验中，应把根据原理图装配器材，为培养学生实验能力，老师应让学生知道本实验的原理，按排实验步骤，装配器材，设计表格，以达到逐步发展学生实验能力的目的。10、关于本节课文后面的实验思考题，应启发引导学生自己解答，必要时，教师也可作适当提示或组织学生讨论三个问题，可按如下思路分析（题目略）：（1）因为W总=W有用+W额外所以=%100%100额外有用有用总有用=%10011有用额外WW一般情况下，同一滑轮组挂不同的钩码时，W额外变化不大，因而可以近似地认为其不变，但挂不同钩码时，W有用不同，由上式可知，这时机械效率η也不同。（2）两滑轮组同时挂2个钩码时，当提升相同高度时，W有用是相同的，此过程中，滑轮组所做的额外功主要为提升滑轮，所做功与克服摩擦力所做功之和，因第二种滑轮组提升的动滑轮为2个，它需做的额外功大于第一种滑轮组需做的额外功。故由上式即可知，第二种滑轮组的机械效率比第一种的小。（3）提高滑轮组机械效率的主要措施有：使滑轮组在满载情况下工作，以增大有用功在总功中的比例，在滑轮的转轴中加润滑油，以减小摩擦阻力，减小滑轮组中动滑轮的自重等，即在有用功一定的情况下，减少额外功，提高效率。11、能是物理学中的重要概念，比较抽象，不易理解，只要求学生知道物体做功的本领叫做能（或能量），物体能够做多少功，它就具有多少能。12、用生活实例共同探讨动能和势能的大小与哪些因素有关，在生活实例及课本中提出的一系列问题的讨论中归纳出有关的结论。13、“机械能转化和守恒定律”可以分两个层次进行。（1）通过观察实验与实例分析，得出机械能可以相互转化的结论。（2）说明机械能可以相互转化后再考虑到“守恒”的概念，事例应由简到较复杂的先后顺序考虑进行分析归纳，尽量应用贴近学生生活的事例，及简单明了的实验进行讲解。【例题选讲】例1、画出下列图中所示的杠杆（支点为O）的力臂。F1A1F乙B甲fFFFF例2、扁担长2lm，两端物体的重力分别为G1=500N，G2=300N。若不考虑扁担的重力。⑴人的肩头应在什么位置,扁担才平衡?⑵若扁担两端同时增加G=100N的重力,肩头应在什么位置?例3、一根长为l的均匀木条，支点在中点时正好平衡，如果把其左端的一半锯下迭放在剩余部分上面（如图）木条还能保持平衡吗？为什么？例4、有一个结构不明的滑轮组，只知道拉力F向下拉绳子时，每拉下12m，重物就上升3m，拉力F=400N，重物为多大，试画出滑轮的结构图。例5、如图甲所示，用F=10N的力，拉着物体在地面上匀速运动，则物体与地面的摩擦力是多大？若物体向前移动1m，绳子要拉过多少m？例6、用100N水平拉力，将质量为100kg的物体沿水平地面匀速拉动10m，则拉力对物体做多少功？重力对物体做多少功？物体受到的阻力是多少？例7、一台拖拉机耕地的最大牵引力是2．5410N，若每小时拖拉机行驶7．2千m，它的功率多大？每小时作功多少？例8、在100m深的矿井里，每分钟积水9m3，要想不让水留在矿井里，应该用至少多大功率的水泵抽水？例9、某人用如图所示的滑轮组（不计磨擦）提升某一重物，所用拉力F为200N，若滑轮组的机械效率为80%。求（1）被提升的物重？（2）动滑轮重？ABAF例10、测“滑轮组机械效率”的实验中所用的测量仪器有___________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)画出测量由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组的机械效率装置示意图（2）若动滑轮重0.5牛，弹簧秤测量范围是0~2.5牛，则实验时，被提起的重物不得超过___________________。（3）为记录本实验的数据，请你设计一个表格（4）实验时，必须使弹簧秤做____________________运动。例11、如图是一个竖直放置的半圆轨道半径R=1米,G=1牛的小球从A点由静止滚下,(1)小球滚到最低点O时重力做功W多大。（2）小球滚到与A点等高的B点后还能上升吗？例12、射箭时，能的转化关系是怎样的，为什么拉满弓时射出的箭速度更快？例13、判断下列几种情况下物体的动能、势能是否变化？是增大还是减小？（1）汽车沿着斜坡匀速上行（2）电梯上升得越来越快（3）皮球在空中下落（4）汽车在平直马路上匀速前进例14、动能和势能相互转化时，有什么规律例15、图中所示装置的机械效率是90%，物体A在拉力F的作用下，以1.5米/秒的速度在水平面上匀速移动。已知物体A重200牛，A运动时受的阻力是72牛，求拉力F的功率。