认识简单机械

第3章 能量的转化与守恒
第3节 认识简单机械
一、【教材分析】
本节主要学习杠杆、滑轮、滑轮组和斜面等简单机械的特点及工作原理，并通过实例分析引入有用功、额外功和机械效率的概念，让学生了解生活生产中常用简单机械的工作原理，了解使用机械时的能量转化过程及转化效率。教科书把杠杆、滑轮、滑轮组和斜面集中在一起，其优势是易于进行一些基本特点的比较，找出相近的规律，易于对简单机械的整体认识。
在杠杆教学中，要使学生认识什么是杠杆，要从实例及学生的生活体会中，抓住杠杆本质的特征，培养学生的分析能力。杠杆的平衡条件是本节的重点，也是以后学习滑轮的基础，应让学生在实验中探索、分析得到结论，以提高学生的能力。同样，力臂的概念是本节的难点，也是学习杠杆平衡条件及应用的基础，要通过实验，突破这一难点，为以下的学习打下基础。在杠杆的应用部分，应让学生从杠杆的平衡条件结论出发，分析不同杠杆的特征，并结合一些具体实例的分析，把知识学活。
滑轮，许多学生都见过或使用过，但并不一定会仔细研究过它，因此，教材中要求首先让学生仔细观察滑轮，并用实物对照挂图说明滑轮的结构。让学生通过日常生活中滑轮应用实例的分析，并就这些实例提出问题，让学生思考不同的例子中，滑轮可以起什么作用。通过演示实验，使学生知道各种滑轮的特点，并通过对不同滑轮工作时结构的分析，使学生了解滑轮的实质。
二、【课标要求】
1. 认识简单机械的作用
2. 用简单机械原理解释人体的运动，能区分功率和机械效率，从能的传递和转化认识功率和机械效率
活动建议：调查生活中常见的简单机械，探究杠杆的平衡条件
三、【教学目标】
（一）、知识与技能
1. 知道杠杆是一种简单机械，能找出杠杆的支点、动力和阻力、动力臂和阻力臂。
2. 理解杠杆的平衡条件，知道杠杆省力或费力的原因。
3. 了解定滑轮、动滑轮的工作原理，知道定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆，了解滑轮组及其工作原理。
4. 理解机械效率，知道有用功、额外功和总功的区别。
（二）、方法与过程
1．能分析杠杆使用过程中的能量转化过程。
2．学会探究杠杆平衡条件。
3．学习测量简单机械的机械效率。
（三）、情感态度与价值观
了解机械使用的历史及发展过程，认识机械的使用对社会发展的作用。
四、【教学重点】
杠杆及杠杆平衡条件；简单机械的基本特征；渗透使用简单机械时的能量转化。
五、【教学难点】
动力臂和阻力臂；定滑轮、动滑轮的实质是一个杠杆；分析使用机械时的能量转化及机械效率的概念。
六、【课时安排】5课时
内 容 课 时
1. 认识杠杆 1
2. 研究杠杆的平衡条件（包括分组实验） 1
3. 杠杆的应用 1
4. 定滑轮和动滑轮、滑轮组 1
5. 机械效率、测量斜面的机械效率 1
七、【教学过程设计】
[第1课时] 杠杆
〖新课引入〗
利用课件观看图片
　　（1）古代埃及人用杠杆搬动巨石修金字塔。
　　（2）游乐园里小朋友玩跷跷板。
　　（3）农村里从井里提水的压水机的杠杆。
　　（4）钓鱼。
　　（4）缝纫机的脚踏板。
现代生产、生活中，人们经常使用简单机械，如钳子、板手、螺丝刀、瓶起子（出示实物）等。有些机械是复杂的，如车床、收割机等复杂机械由许多简单元件组成，其中象杠杆、滑轮等，初中我们主要研究杠杆、滑轮。利用多媒体展示一些机械（如：古代劳动工具——蒸汽机——现代机械），让学生说说使用它们的好处——减轻人的劳动强度，提高工作效率。了解机械的发展历史及机械对经济发展的作用。
引言：任何复杂的机械都是由一些简单的机械组合而成的，学习机械应当从最简单的机械——杠杆开始。阿基米德曾说过这样一句话：“给我一个支点和一根足够长的棍，我就能搬动地球。” 阿基米德虽然没能搬动地球，但是他的话却生动地告诉人们，杠杆能产生巨大的力。那什么是杠杆呢？使用杠杆为什么能产生巨大的力呢？
〖探究学习〗
1. 寻找共性，建立概念
演示并用媒体展示“开瓶器”和“撬棒”的工作过程让学生寻找两者的共性
教师引导：撬棍撬石头，开瓶器开瓶，两者形状虽不同，但工作时它们有什么共同点？
生：都能绕一个点转动（学生还可以分析出是硬棒，也可以在教师的提示下）。
师：除此以外，还有什么共同点呢？它们工作时，为什么会动呢？
生：它们都是在力的作用下。
师：像这样在力的作用下．绕一个固定点转动的硬棒，称之为杠杆。
小结：共同点①在力的作用下能转动。②转动时，有一点固定不动。
引导学生下定义：一根硬棒如果在力的作用下，能绕固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。
师：手拿一根铁丝．问它是否杠杆？
生：否，不是硬棒。
师：杠杆是不是一定是直的？“硬棒”如何理解？
观察和演示：抽水机的手柄、切纸的铡刀、剪刀都是杠杆。
师：“硬棒”指在力作用下不易发生形变，可以是直的也可是弯的，形状也可是各种各样，可是方的、圆的等。
学生举例：要求学生根据杠杆定义，从生活生产中熟悉的器械中例举杠杆的实例。
从实例中得出杠杆的形状各种各样：可以是直的，也可以是弯的。
2. 抽象模型，深化概念
（1）探究活动：使用撬棒撬石块时，能否将石块撬起跟哪些因素有关？
A．学生讨论提出假设：跟人用力大小、石块重力、手握处离固定点的距离、石块离固定点的距离等有关。
B．利用弹簧秤、撬棒、石块等器材演示，验证假设。（假设均成立）
在此基础上，教师提出动力（F1）、阻力（F2）、支点（O）的概念。
支点（O）：杠杆转动时绕着转动的固定点，用字母O标出。
观察撬棍撬石头的图片
分析讲述：人给撬棍一个力去撬石头，人所施加的促使撬棍转动的力就是动力，石头阻碍撬棍转动的力叫阻力。
［板书］ （1）动力：使杠杆转动的力（F1），用字母F1或F动标出。
（2）动力：阻碍杠杆转动的力（F1），用字母F2或用F阻标出。
注意：动力和阻力使杠杆转动方向相反，但它们的方向不一定相反。
力与支点位置关系两种：
1、支点在中间，动力和阻力在两侧，动力和阻力方向相同。
2、支点在一侧，动力和阻力在同侧，动力和阻力方向相反。
C．问题：用弯曲的杠杆代替直的撬棒，或改变人的施力方向，上述结论还成立吗？
D．在原来实验的基础上，改变弹簧称的拉力方向，向学生展示：要使石块撬起，还跟力的方向有关。
[演示实验］
师：通过实验，我们发现能否撬动相同情况下的石头，不仅取决于力的大小，还和力的方向有关。
师：如果我们再做实验，使动力的方向不变，但改变力的作用点位置，则撬动石头，需要力的大小是否一样？如力的方向仍为竖直向下，则力的作用点越靠近支点O，则撬动石头所用的力将怎样？
生：越大。
师：其实大家都有这样的经验，现在我们不妨再观察一下。
[演示实验]
在此基础上，教师指出，力的作用点和力的方向可以用力臂来体现，并提出动力臂（ｌ1）、阻力臂（ｌ2）的概念。
我们发现能否撬动石头，不仅和力的大小有关，还和支点到力的作用线的距离有关，这个距离叫做动力臂。
[板书3]（3）支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂。用字母L1或L动标出。
师：同样道理我们定义阻力臂。
[板书4]（4）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂。用字母L2或L阻标出。
D．结论：使用撬棒撬石块时，能否将石块撬起跟支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂五因素（要素）有关。
[板书]杠杆的五要素：
　
（2）以撬棒撬动石块为例，示范绘制杠杆模型（杠杆示意图）。
第一步：先画出杠杆，用线条表示，形状跟实物相同，然后标出支点O和画出动力F1，阻力F2。
第二步：画出动力和阻力的作用线，力的作用线可以用虚线沿力的方向正向或反向无限延长（是否要延长，朝哪个方向，由具体情况定）。
第三步：力臂的画法：首先确定杠杆的支点，再确定力的作用线。然后使用直角三角板画出从支点到力的作用线的垂线，垂足要落在力的作用线上，符号指明哪个线段是力臂，并写出字母L1或L动。力臂常用虚线画出。
强调是“点”（支点）到“线”（力的作用线）的垂直距离，让学生正确认识力臂，强调作图规范。作力臂的步骤（三部曲）：找“支点”、画“作用线”、作“距离
出示羊角锤，现在我用这把羊角锤把一根钉子钉在木板上（演示）这时的羊角锤是不是杠杆？为什么？
生：讨论后回答：否，羊角锤并不绕固定点转动。
师：但我再用羊角锤把木板上的钉撬出来（演示），这时的羊角锤是不是杠杆？为什么？。
生：讨论回答，是，因羊角锤在力的作用下能绕固定点转动。
练习：以“羊角锤”为例，画出它的杠杆示意图。
3. 分析实例，升华概念
讨论：在生活、生产中，还能举出哪些杠杆实例？并找出它们的五要素。学生讨论、交流，教师纠正、补充：
作为生活器具的杠杆——如扫把、垃圾桶、指甲钳、筷子……
分析：指甲剪上有三个杠杆。手把部分是一个省力杠杆，刀口部分是两个费力杠杆。
讲述：实际上在日常生活里，不仅机械工作中，部分属于杠杆的应用，同样，人体的有些运动，也是运用杠杆来进行的，人身上有206块骨，其中有许多起着杠杆作用，当然这些起杠杆作用的骨不可能自动地绕支点转动，必须受到动力的作用，这种动力来自附着在它上面的肌肉。在利用人体的不同部位做体力工作时，有些骨骼起着杠杆的作用，人通过骨骼肌来支配这些杠杆，使它能绕支点（关节）转动，完成某些动作。
出示：图3-0寻找手臂上的杠杆
讲述：肱二头肌上端肌腱附着在肩胛骨上，下端肌腱附着在桡骨上（图1），肱三头肌上端有肌腱分别附着在肩胛骨和肱骨上，下端附着在尺骨上。
介绍：人前臂的动作最容易看清是个杠杆了，它的支点在肘关节。当肱二头肌收缩、肱三头肌松弛时，前臂向上转，引起曲肘动作；而当肱三头肌收缩、肱二头肌松弛时，前臂向下转，引起伸肘动作。从图1很容易看出，前臂是个费力杠杆，但是肱二头肌只要缩短一点就可以使手移动相当大的距离。可见，费了力，但省了距离。
师：同样，请同学们思考一下，人体上还有哪些部分可以看作杠杆。
举例：人体中的杠杆——如手臂杠杆、脚部杠杆、头部杠杆……
　
图4是头部杠杆。
　　头颅是以寰椎（脊柱之顶）为支点的杠杆。支点前后各有一肌肉群，它们作用于颅骨的力分别以F2和F1表示，头颅所受重力是G。此杠杆属支点居中的第一类杠杆。F1的力矩使头后仰，F2和G的力矩使头前俯。
图3是足部杠杆。
　　人以足尖着地取立势的情况，足尖着地处是支点，足根后肌肉收缩产生拉力F，人体的压力N则作用在两者之间。此杠杆属阻力居中的第二类杠杆。体重一定，F的力臂越大，即脚越长，则走、跑、跳时足根后的肌肉负担越小。
〖课堂小结〗
今天我们学习了有关杠杆的基本概念，包括什么是杠杆，杠杆的五要素，还学习了画杠杆的示意图的方法，学生谈谈本节课的收获，并对本节课内容进行整合。
1、 杠杆是一根在力的作用下绕某一固定点转动的硬棒
2、 杠杆不一定是直的
3、 找力臂的方法
a) 找出支点
b) 沿动力和阻力的作用方向将力的作用线画出
c) 从支点作力的作用线的垂线就是力臂
〖布置作业〗
1. 完成课后习题1~2题
2. 作业本第3节（一）
3. 调查生活中常见的杠杆
[第2课时 ] 研究杠杆平衡条件
〖复习旧知〗
1. 杠杆的概念和五要素
2. 画杠杆示意图（指甲刀模型）
〖探究学习〗
1. 提出问题
提问：什么叫杠杆平衡？杠杆平衡的条件是什么？
生：杠杆处于静止或匀速转动的状态，称之为杠杆平衡。
回忆：我们利用杠杆工作时，杠杆能否转动起来，跟哪些因素有关？
分析：杠杆平衡与动力和阻力的大小有关，还跟动力臂和阻力臂的长短有关。
整合：当杠杆平衡时，动力和动力臂、阻力和阻力臂之间存在着怎样的关系呢？
2. 建立假设
从二力平衡和逻辑（可能性）两个角度引导学生建立假设。
假设一：F1+L1=F2+L2
假设二：F1–L1=F2–L
假设三：F1/L1=F2/L2
假设四：F1 · L1=F2 · L2
3. 收集证据
步骤1，为什么调节杠杆两端的螺母使杠杆在水平位置平衡？
分析：杠杆处于水平位置可以给动力臂、阻力臂的测量带来方便。由于静止时挂钩码的细绳总是沿竖直方向，故力臂总是沿水平方向。这样，杠杆在水平位置时，就能直接从杠杆的刻度上读出力臂的大小。
步骤2，为什么在杠杆两边挂上不同数量的钩码，调节钩码位置，使杠杆在水平位置重新平衡？
分析：这时杠杆两边受到的力分别等于钩码受到的重力。
思考：我们现在研究一下杠横平衡条件？现有杠杆和支架，如果在一边用细线挂钩码（支架原来平衡），一边不平衡，现在如何使其平衡？
生：找几个同学做几次，使钩码在不同位置时，杠杆平衡，并记下钩码个数和力臂长度（用刻度尺测量力臂长度），记在下表中（使用前调节使杠杆平衡）
（1） 理清实验思路
（2） 选择实验器材
（3） 设计记录表格
（4） 分组实验（教师巡视指导）
4. 验证假设
（1） 数据处理
（2） 误差说明
（3） 初步结论
5. 形成结论
师：大家观察上表数据发现什么特点？总结出杠杆平衡条件。
[板书]：杠杆平衡条件：
　　
　　这个条件就是阿基米德发现的杠杆原理。
师：如果动力是阻力二倍，那么动力臂是阻力臂的几倍？
　　杠杆平衡条件的比例表达式：
上式的意义是：动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
结论应用：用羊角锤拔铁钉时,手握处离支点近些还是远些更省力 为什么
分析：远些更省力。
巩固练习：
1、作用在杠杆上的动力是20N，阻力是80N，当杠杆平衡时，动力臂和阻力臂之比是
2、完成以下表格
实验次数 动力/F1（N） 动力臂/L1（cm） 阻力/F2（N） 阻力臂/L2（cm）
1 10 2 15
2 2 20 4
例如用抽水机抽水时，加在抽水机手柄上的力是150牛，如果动力臂是60厘米，阻力臂5厘米，即动力臂是阻力臂的4倍，动力就是阻力的四分之一。由此可知抽水机的柄受到的阻力是600牛。
〖课堂小结〗
1. 学生谈收获
2. 对课堂情况（实验）做一概述
〖布置作业〗
1． 完成实验讨论题
2． 课后练习 3
3． 作业本（二）
第3课时 杠杆的应用
（一）引人新课
复习提问：什么叫杠杆平衡？杠杆平衡的条件是什么？
生：杠杆处于静止或匀速转动的状态，称之为杠杆平衡。
杠杆平衡的条件是：动力X动力臂==阻力X阻力臂
利用杠杆平衡条件解释：
1. 杆秤原理
天平是等臂杠杆，动力臂等于阻力臂，根据杠杆的平衡条件可知，动力等于阻力。动力和阻力就是砝码和被称物体对杠杆的压力，其压力的大小在杠杆水平平衡时等于它们各自的物重。根据物体受到的重力跟质量成正比的关系可知，砝码的质量等于被称物体的质量。
2. 跷跷板原理
〖探究学习〗探究杠杆能省力还是费力
（1）理论推导，建立方法
师：由杠杆平衡的比例式可看出：当杠杆平衡时，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。问：由杠杆平衡条件分析：如果动力臂和阻力臂分别在下述三种情况下：
即11＞12，11＜12，11＝12，则动力和阻力存在怎样的关系？
引导学生从杠杆平衡条件F1l1=F2l2出发，导出：
l1 > l2 F1 < F2
l1 = l2 F1 = F2
l1 < l2 F1 > F2
（2）实例分析，理解方法
探究方案：
杠杆（实例） 特点（l1与l2的关系） 省力或费力
1.2.3.4.……
（3）概括杠杆的分类
师：根据动力臂和阻力臂相对大小，可将杠杆分为三种类型。
杠杆的分类 应用
11＞12，FI＜FZ，省力杠杆 撬棍撬石头，拔钉羊角锤等
11＜12，FI＞FZ，费力杠杆 镊子，缝纫机踏板等
11==12，FI==FZ，等省杠杆 （不省力也不费力）天平
（4）列举生活和生产中三类杠杆的实例
师：杠杆的应用非常广泛，我们可以根据实际需要来选用不同类型的杠杆，根据杠杆的分类，如果我们需要省力，只要选择什么类型的杠杆？
生：11＞12，即动力臂大于阻力臂的杠杆。
省力杠杆：撬棍撬石头，铡刀，羊角锤，开瓶盖的起子，由学生分析这些杠杆的支点，动力，阻力，动力臂，阻力臂，并辨别力臂的大小和动力、阻力的大小。认识这些杠杆属于省力杠杆。
师：虽然利用此类杠杆能够省力，但移动物体过程中，动力、阻力在杠杆上的作用点移动的距离怎样？
小结：由此得到：如果出11＞12，在移动物体的过程中，虽然 FI＜FZ，但动力作用点移动的距离要大于阻力作用点移动的距离。（还可引导学生得到，动力是阻力的几分之一，动力作用点移动的距离就是阻力作用点移动距离的几倍。）
费力杠杆：缝纫机踏板，铲车的连杆等图。引导学生分析这些实物工作过程中杠杆的示意图，并判别支点，动力，阻力，动力臂和阻力臂。老师接着在实物图旁打出这些实物实际工作过程中的杠杆示意图。
师：这些杠杆的动力臂和阻力臂有怎样的关系？工作时，动力、阻力的关系怎样？
生：11＜12，FI＞FZ。
师：所以这些杠杆是费力杠杆。
（5）等臂杠杆
师：前面我们讨论了省力杠杆和费力杠杆这两种杠杆的特点及应用，那么另外还有一种杠杆就是等臂杠杆。因为等臂杠杆动力臂等于阻力臂，所以动力等于阻力，这种杠杆既不省力也不费力。教师手拿一架托盘天平，让学生进一步观察它工作时的结构特点，分析它的杠杆结构及支点，动力臂、阻力臂的位置、大小。
师：问：天平工作时，横梁相当于什么？支点在什么位置？动力臂和阻力管有怎样的关系？
生：横梁相当于杠杆，支点在横梁即为杠杆的中点，动力臂等于阻力臂。
师：所以天平即为一等臂杠杆
（6）讨论使用费力杠杆的目的？
以镊子为例：省距离
以缝纫机踏板为例说明，使用费力杠杆费了力却省了距离，给我们的作用带来了方便。以撬箱盖的撬棒为例，这类省力杠杆虽然省力，但是动力移动的距离却比阻力移动的距离长。省了力，费了距离。
小结：由此得到：移动物体的过程中，动力作用点移动的距离要小于阻力作用点移动的距离。（还可引导学生得到，动力是阻力的几倍，动力作用点移动的距离就是阻力作用点移动距离的几分之一）。
结论：省力杠杆 省力费距离
费力杠杆 费力省距离
2. 杠杆使用过程中的能量转化
思考交流：省力杠杆能不能省功？动力在做功过程中消耗的能量转化成了什么形式的能？
3.杠杆平衡条件的应用
（1） 定量计算：例题1（强调解题规范）
例1:如图是铁道检修工用的道钉撬,有关尺寸见图.若
在A点竖直向下作用200牛的力,道钉撬对道钉会产
生多大的力 如果还不能将道钉撬出,在保持手的作
用力和作用点不变的情况下,采用什么方法可以道钉
撬对道钉的作用力
（2） 定性讨论：
例题2（补充）：一根粗细均匀的铁条，在其中点处
用细悬挂起来，铁条处于水平平衡。若将右端向内
弯曲（如图），铁条还能水平平衡吗？说明理由。
分析：右端向内弯曲后,铁条右端重心内移,右端作用力的力臂变短,导致左端力与力臂乘积大于右端力与力臂乘积,所以左端下沉.
〖课堂小结〗展示学习目标，对照板书，主要小结杠杆的种类及应用。
分 类 特 点 实 例
不等臂杠杆 省力杠杆（动力F1＜阻力F2） 动力臂＞阻力臂 撬棒、铡刀、老虎钳等。
费力杠杆（动力F1＞阻力F2） 动力臂＜阻力臂 踏脚板、理发剪刀等。
等臂杠杆 动力F1=阻力F2 动力臂=阻力臂 天平、定滑轮。
（三）巩固提高
1．我们日常生活中用到的工具：（1）剪铁皮用的剪刀、（2）天平、（3）拔钉子用的羊角榔头、（4）钓鱼杆、（5）镊子。属于省力杠杆的是，属于省距离的杠杆是
答：属于省力杠杆的是：①，③。属于省距离杠杆的是：④、⑤。
2、蹬缝纫机感到费力，脚往前放些好，还是往后放些好？学生结合幻灯讨论。
〖布置作业〗
1．作业本（三）
[第4课时] 滑轮和滑轮组
〖情景引入〗
设疑：每星期一早上，同学们参加升旗仪式的时候，看见旗手向下拉绳子，但红旗却怎样？为什么？
生：红旗上升，因为旗杆顶上有一个滑轮（或轮子）。
出示滑轮，问：再想一下，我们在什么地方还看见过使用滑轮？
生答：拉窗帘的两个角上，起重机吊杆上都装有滑轮。
学生回答后教师补充：窗帘上、旗杆上、起重机上………都用到这种轮子。
师：怎样的装置称为滑轮呢？
［演示］出示单个滑轮，让其转动，让学生仔细观察其结构
并提出滑轮的概念：这种周边有槽，能绕固定轴转动的轮子就是滑轮。
过度：为了了解这些滑轮是如何工作的，我们先来学习最简单的两种滑轮。
〖新课学习〗
一、 定滑轮和动滑轮
（1）观察装置，建立概念
出示定滑轮和动滑轮两种装置，并演示提升重物，要求学生仔细观察，寻求异同。在此基础上，提出定滑轮和动滑轮的概念。
演示：展示课本98页图3－28装置，演示使用定滑轮改变力的方向。
师：甲图滑轮不移动 乙图滑轮与重物一起移动
师：像这种在使用时，转轴固定不动的滑轮叫定滑轮。使用滑轮时，转动轴和重物一起移动的滑动叫动滑轮。
[板书]1．定滑轮，使用时转轴固定不动的滑轮。
2．动滑轮：使用时，转动轴与重物一起移动的滑轮。
学生回答后，整理：相同之处——重物都被提升；不同之处——一个滑轮位置固定不变，一个滑轮随重物向上运动。
（2）实验探索，明确特点
A．讨论：人们为什么要使用定滑轮？为什么要使用动滑轮？
师：日常生活中我们使用定滑轮，它有什么作用呢？想一想，一般情况下，我们要使物体上
升，必须对物体施加什么方向的力？
生：向上。
师：但周一升旗时，旗手向什么方向拉绳子？（生答；向下），但通过定滑轮绳子的另一端挂着的红旗怎样运动？（生答：向上）说明什么？
生：使用定滑轮可以改变力的方向。
师：在使用动滑轮工作时，重物向上运动时，作用在动滑轮绳子上的力的方向怎样？（生答：向上）所以使用动滑轮能否改变力的方向？
生：不能改变力的方向。
B．实验探索动滑轮和定滑轮的特点：
利用钩码、滑轮、弹簧秤、细线、铁架台、刻度尺等工具，按下表进行测量并记录。
<演示>利用定滑轮拉一重物，绳子一端用弹簧秤拉。比较弹簧称道秤的拉力与物体的重力的关系。使用动滑轮时绳子端的拉力与物体的重力有何关系呢？
滑 轮 定滑轮 动滑轮
实验次数 1 2 1 2
钩码重力G（牛）
滑轮重力G0（牛）
自由端拉力F（牛）
钩码上升高度h（厘米）
自由端上升高度s（厘米）
自由端拉力的方向
分析数据可知，弹簧秤的读数相等，使用定滑轮不能省力。但是使用定滑轮可以改变力的方向，
板书：使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向。
师：在使用动滑轮工作时，不能改变力的方向。那么使用动滑轮有什么作用呢？
生：使用动滑轮可以省一半力。
师：使用动滑轮为什么可省力呢？使用动滑轮时，动滑轮和重物的总重有几段绳子承担？
生答：2段。所以每段绳子只承担物重的一半，所以使用动滑轮可以省一半力。
板书：使用动滑轮可以省一半力，但不能改变力的方向。
讨论：如果滑轮没有重力、摩擦也不存在（理想模型），上述实验的结果又会是怎样哪？
由此得出理想滑轮模型的特点：
定滑轮：F = G ；s = h ；能改变力的方向。
动滑轮：F = G/2 ；s = 2h ；不能改变力的方向。
（3）用杠杆原理解释理想滑轮模型的特点
A．讨论：定滑轮、动滑轮能否看作一个杠杆？若可以，指出支点等杠杆的五要素。
教师用媒体展示或板图，让学生说出五要素。
师：由此看出，定滑轮实际可以看作是一个变形的杠杆？它们的动、阻力臂长各是什么？
生：等臂杠杆。动力臂、阻力臂都等于滑轮的半径。
板书：定滑轮的实质：等臂杠杆。
师：根据杠杆的平衡条件，所以定滑轮不能——（生答：省力）。
师：为什么使用动滑轮可以省一半力呢？
提示：此时滑轮绕着转动的点O，则动力臂长为直径，阻力臂长人为半径。
师：由此看出动滑轮实质上也是一个杠杆，它们的动力臂、阻力臂长怎样？
生：动力臂是阻力臂的两倍。
板书：动滑轮的实质：动力臂为阻力臂2倍的杠杆。
师：根据杠杆的平衡条件，在使用动滑轮时，能省一半力。
B．解释理想模型的特点
定滑轮实质是一个等臂杠杆；动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆。
过度：定滑轮和动滑轮各有什么优、缺点？实际应用时，常常要求滑轮既省力又方便（能改变力的方向），可是单个的定滑轮和动滑轮都不同时具备这两个特点，所以在日常生活中，我们经常把两者组合起来，使组合后的滑轮具有以上特点。我们把定滑轮和动滑轮组合在一起叫滑轮组。
板书：滑轮组：定滑轮和动滑轮组合在一起叫做滑轮组。
2．滑轮组
（1）认识滑轮组
出示滑轮组让学生观察：由若干个定滑轮和动滑轮组成滑轮组。
（2）探索滑轮组的特点
师：两幅图中，滑轮组在工作时各有几个定滑轮和动滑轮。
生：左图中有2个定滑轮和2个动滑轮。右图中，有2个定滑轮和2个动滑轮。
师：它们的拉力与物重有怎样的关系呢？
利用钩码、滑轮、弹簧秤、细线、铁架台、刻度尺等工具，按下表进行测量并记录。
师：思考一下，左图中，直接连接动滑轮的有几段绳子。
生：有4段。
师：每根绳子上的拉力是否一样？（生答：一样）所以每段绳子的拉力是动滑轮和物体总重的四分之一。
师：同样分析课本右图，直接连接动滑轮的绳子有5段，所以重物和动滑轮的总重由5段绳子承担。所以每段绳子的拉力是动滑轮和物体总重的五分之一。
引导学生分析实验数据归纳得出滑轮组（不考虑摩擦）的特点：使用滑轮组时，动滑轮和重物的总重由n段绳子承担，提起重物所用的动力就是总重的1/n；重物上升h高度，绳子自由端要移动nh距离。
师：再观察一下，两图中，滑轮的个数及种类一样，绳子绕法有何不同。
生：讨论，老师帮助归纳。
教师归纳：如果承担重物的绳子是偶数段，则绳子的始端在定滑轮的钩子上。如果是奇数段，则绳子的始端在动滑轮的钩子上。
师：前面的分析都没有考虑滑轮和轴之间的摩擦，由于摩擦力的存在，实际所用的力还要大些。
（3）例题求解
例：缠绕滑轮组的绳子能承受的最大拉力为300牛，用它
连接如图所示的滑轮组，能否提升重600牛的重物？（已知
动滑轮重20牛，绳子重和摩擦不计）。
〖课堂小结〗
教师根据板书，小结本节课的主要内容，强调定滑轮，动滑轮的特点，实质，滑轮组使用时拉力和物重间的关系。注意观察一下绳子的绕法，和我们刚才小结的规律是否相同？
〖布置作业〗
1． 课后练习 4
2． 作业本（四）
第5课时 机械效率
〖复习导入〗
师：前面我们学习了杠杆、滑轮、滑轮组等简单机械。请思考：用这些工具工作时，有什么好处？
（回答后小结）
师：使用杠杆、滑轮等简单机械，有的可以省力，有的可以省距离，有的可以改变力的方向，
思考：但使用这些机械能否既省力，又省距离呢？
师：如果我们从功的角度去思考这个问题，省力、又省距离即为省功，那么问题即为使用机械能否省功呢？现在我们用实验来研究这个问题。
〖新课学习〗
1．实验分析，建立概念
⑴实验设计：
设问：要研究使用机械是否可以省功，应该如何设计实验？
问：实验的变量是什么？（是否使用机械）
⑵演示实验：
①直接用手提升两个钩码（2.9牛，0.1米），计算所做的功是多少？
②③⑶⑷某人用动滑轮将重为G1的米袋提升h高度，设动滑轮重为G2，不考虑绳子重和滑轮轴心处的摩擦，人所做的功为多大？
思考：如重物上升h，则此情况下动力作用点上升多少？（2h）
绳子自由端通过的距离为多少？作用在绳子自由端的拉力
是多大呢？（G1 + G2）/2
学生思考后解答：
W = Fs = （G1 + G2）/2 × 2h
= G1h + G2h = W1 + W2
思考：利用动滑轮提升物体是时，在人所做的两部分功W1和W2中，哪个功是我们所必需做的？哪个功并不是我们必需做的，但又不得不做的？
学生思考回答后，引出有用功、额外功和总功的概念。
有用功：我们把必需做的那部分功叫做有用功（克服有用阻力所做的功）。W有
额外功：把虽然不需要但又不得不做的那部分功叫做额外功（克服额外阻力所做的功）W外
总功：有用功与额外功的总和叫总功（动力所做的功）。W总==W有 + W外
讨论：
（1） 在上述实例（用动滑轮提米袋）中，如果考虑绳子的重和动滑轮轴心处的摩擦，所做的额外功还有哪些？你希望额外功大些，还是小些？
分析：使用机械时，有用功在总功中占的比例越大越好，有用功在总功中占的比例越大，表明有用功越接近总功，额外功就越少。
（2） 从能量转化的角度，可以对上述实例中的各种功进行如下的分析。怎样描述机械工作时能量的利用率呢？
过度：为了比较有用功在总功中占的比值的大小，我们引人一个新的物理量，叫做机械效率。
定义：有用功跟总功的比值叫做机械效率。
意义：反映有用功在总功中所占的比例，机械效率越大，机械工作时能量的利用率越高。
公式： = W有/W总 ×100%
阅读P102第1自然段，了解一些机械的机械效率：一般的滑轮组机械效率为50%~70%，起重机的效率为40%~50%，抽水机的机械效率为60%~80%。
讨论：
（1） 机械效率总是小于1，为什么？
分析：因为利用机械工作时总要做额外功，额外功不可避免，即额外功不为0。机械效率总小于1即 100％。
（2） 你认为可以从哪些方面提高机械效率？
生：减小额外功。
师：怎样减小额外功。
生：减轻机械自重，减小摩擦等。
师：注意保养机械，保持机械润滑，使其处于良好的运转状态，改进设备，使其更轻巧、合理，充分发挥作用等，对于提高机械的效率有很重要的作用。
（3） 机械工作时，功率越大，是否机械效率就越高呢？
2．测定斜面的机械效率
师：搬运工人要将一个很重的油桶般到汽车上去，但它的力气不够，如果此时旁边有一块木板，他可用什么方法把油桶搬到汽车上去？
生：讨论，将木板一端搁在地上，另一端搁在车上，沿着木板把重物推上去。
师：这样使用的木板我们称之为斜面，斜面也是一种简单机械。为什么使用斜面工人就能将较重的物体搬到车上去呢？我们可以用功的原理分析：
（1）认识斜面
媒体展示斜面，让学生观察，并引导学生结合
生活经验认识斜面——斜面是块斜放的平板，
它是一种省力机械。
师：将物体由底部推到顶端，动力F做功的大小可怎样表示。
生：W==FI
师：把重物举高h所做的功为多少？（生答：W==Gh）。
如果斜面光滑，还有没有其他阻力。（生答：没有）。
师：根据功的原理，上述两个功有怎样的关系。
生：相等。
师：所以FI＝Ch
师：由上述可以看出：h＜l，F＜G，即使用斜面可以省力，而且当斜面长是斜面高的几倍，所用的推力就是物体重的几分之一。可见，要使同一物体升高相同的高度，斜面越长越省力。
幻灯打出：城市高速公路立交桥的引桥很多都是S形的，从力学角度分析，有何作用？
生：讨论，小结。
（2）讨论测量方案
关注：
A． 你测量斜面的机械效率依据（或原理）是什么？
B． 实验中需要进行哪些操作？需要测量哪几个量？各需什么仪器？
C． 如何设计记录表格？
D． 整理你思路，写出实验步骤？
（3）交流，选择设计科学、易于操作的方案进行实验。
（4）计算斜面的机械效率。
（5）进一步探究：机械效率可能跟哪些因素有关？
如何测量滑轮组的机械效率？（设计方案，可在课后完成）
（四）巩固练习
1．判断下列说法是否正确。（）
A．越省力的机械，机械效率就越高。
B．做有用功多的机械，机械效率高。
C．做额外功少的机械，机械效率高。
D．总功一定时，有用功多的机械，机械效率高。
2．沿着长4米，高1米的斜面，把重1000牛的物体沿斜面
推到车上去，如果所用的推力是300N，则做的 （1）有用功是多
少？（2）总功是多少？（3）斜面的机械效率是多少？
〖课堂小结〗
〖布置作业〗
1． 课后练习 5
2． 作业本（五）
板书设计
第3节 认识简单机械
一、杠杆：一根硬棒如果在力的作用下，能绕固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。
1、杠杆的五要素：
（1）动力：使杠杆转动的力（F1），用字母F1或F动标出。
（2）动力：阻碍杠杆转动的力（F1），用字母F2或用F阻标出。
（3）支点（O）：杠杆转动时绕着转动的固定点，用字母O标出。
（4）动力臂：支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂。用字母L1或L动标出。
（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂。用字母L2或L阻标出。
2、杠杆平衡条件：
　　
3、杠杆的分类 应用
11＞12，FI＜FZ，省力杠杆 撬棍撬石头，拔钉羊角锤等
11＜12，FI＞FZ，费力杠杆 镊子，缝纫机踏板等
11==12，FI==FZ，等省杠杆 （不省力也不费力）天平
四、滑轮
（一）定滑轮
1 滑轮的位置固定不变。
2 不省力,可以改变力的方向。
（二）动滑轮
1 滑轮的位置跟被拉动的物体一起运动。
2 可以省一半力,但不能改变用力方向
（三）滑轮组
重物由几段绳子承担,匀速提起重物所用的力就是物体所受重力的几分之一；绳端移动的距离就是重物上升距离的几倍。
五、机械效率：有用功跟总功的比值叫做机械效率。
1、有用功：我们把必需做的那部分功叫做有用功（克服有用阻力所做的功）。W有
2、额外功：把虽然不需要但又不得不做的那部分功叫做额外功（克服额外阻力所做的功）W
3、总功：有用功与额外功的总和叫总功（动力所做的功）。W总==W有 + W外
教学后记：
做好“研究杠杆的平衡条件"的实验是学好本节的关键，必须引导学生自己动手做好这个实验．由于这是一个探索性的实验，教师一定要充分调动学生的积极性，首先让他们展开想象，经历猜想后，再做实验研究．使学生体验科学探究的过程，体会实验是研究问题的一种好方法．在分析实验数据时将观察到的实验现象归纳上升为理论的过程中，教师不可急于给出结论，要引导他们自己总结实验结论，以利于培养学生的分析概括能力．
阻力臂
实验次数 1 2
钩码重力G（牛）
动滑轮重力G0（牛）
自由端拉力F（牛）
钩码上升高度h（厘米）
自由端上升高度s（厘米）
动滑轮增加的势能
米袋增加的势能
额外功
有用功
人提供的能量
总 功
动力臂
阻力
动力
支点
l 2
F2
O
l 1
F1
杠杆的五要素
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