第九章机械与人复习教案

沪科版《第九章 机械与人》复习教案
复习目标：
1.理解杠杆、力臂的概念；理解杠杆的平衡条件。
2.理解定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用。
3.理解做功的两个必要因素、功的计算公式及功的单位。
4.理解功率的概念、功率的计算公式及功率的单位。
5.知道有用功和总功，理解机械效率。
6.知道动能、势能及机械能的概念，能量的转化及守恒定律。
复习重点：重点是杠杆的平衡条件、滑轮的工作原理与应用。
复习过程：
一、知识结构(引导学生总结)
定义
平衡条件：F1L1=F2L2
杠杆 省力杠杆特点及应用
分类 费力杠杆特点及应用
等臂杠杆特点及应用
定滑轮的定义、实质及特点
动滑轮的定义、实质及特点
滑轮
滑轮组的组成、特点及省力规律
机
做功的必要因素
械 功 功的定义、公式和单位
定义和意义
与 功率
公式和单位
有用功、额外功和总功的意义及它们的关系
人 机械效率 机械效率的定义、意义、公式
提高机械效率的方法
动能的定义及决定因素
重力势能的定义及决定因素
势能
弹性势能的定义及决定因素
动能和势能的相互转化及实例
二、知识梳理
1．杠杆
(1)一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就叫杠杆．杠杆是直的，也可以是任意形状的．作为杠杆必须：具备以下条件：①有一个可绕着转动的固定点；②受力的作用而不变形(突出“硬”字)；③受到动力和阻力的作用，且这两种力对于杠杆的转动所起的作用正好相反．
(2)杠杆的五要素
①支点：杠杆绕着转动的固定点，用“O”来表示．它可以在棒的一端，也可以在其他位置．杠杆转动时，支点是相对固定的． ②动力：使杠杆转动的力，用“F1”来表示． ③阻力：阻碍杠杆转动的力，用“F2”来表示．无论是动力还是阻力，都是杠杆所受到的力，它们不是一种新的性质的力．动力和阻力没有严格的界限，只不过两个力的作用效果相反罢了；一般地，把人施加的力，或使杠杆按照人的意愿转动的力叫做动力． ④力臂：从支点O到动力作用线的距离，用“L1”表示．⑤阻力臂：从支点O到阻力作用线的距离，用“L2”表示．
(3)杠杆的平衡条件
①杠杆的平衡：指杠杆静止不动(静平衡)或匀速转动(动平衡)．所谓匀速转动，是指杠杆在单位时间内转过相等的角度． ②杠杆的平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1L1=F2L2
(4)杠杆的分类
①省力杠杆：使用省力杠杆可省力但费距离．
②费力杠杆：使用费力杠杆虽然费力，但是可以少移动距离。
③等臂杠杆：使用等臂杠杆既不省力，也不费力；既不省距离，也不费距离。
2．滑轮
滑轮是一个周边有槽可绕轴转动的轮．滑轮可看作是变形的杠杆，所以可以用杠杆的平衡条件来分析研究它．根据使用情况不同，滑轮可分为：
(1)定滑轮：中间的轴固定不动的滑轮．定滑轮实质上是一个等臂杠杆，使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向．所谓“改变力的方向”，是指我们施加某一方向的力，能得到一个与该力方向不同(或相反)的力．
(2)动滑轮：轴和轮一起移动的滑轮。 动滑轮实质上是一个动力臂是阻力臂二倍的杠杆，通常情况下使用动滑轮省一半的力，但同时要费一倍的距离，不能改变力的方向．
(3)滑轮组：滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成的，可以达到既省力又能改变力的方向的使用效果，但同时要多移动距离．它的省力情况是由吊着动滑轮的绳子的段数来决定的．由几段绳子吊着动滑轮，提起重物所用的力就是物重的几分之一，但是动力移动的距离(．速度)是物体移动的距离(速度)的几倍．如果动滑轮较重，不能忽略，则拉力就是物体和动滑轮总重的几分之一．
3．功
(1)功：一个物体对另一个物体做功的必备条件有两个，一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上通过的距离。
物理学中规定：功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积，即功=力×距离．
如果一个力拉着物体在竖直方向上运动，做功的多少还可以用公式W=Gh来计算. 在国际单位制中，功的单位是焦耳，简称焦，1 J=1 N·m．
(2)做功的快慢：功率是用来描述物体做功快慢的物理量．
计算功率大小的公式：P=W/t．
由W=FS还可推出另一个计算功率的公式：P=Fv
在国际单位制中，功率的单位是瓦特，简称瓦，1 W=1 J／s．
功率是机器的主要技术性能之一，选购机器时，要根据实际需要和可能选择功率合适的机器．
(3)功的原理：使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功，也就是使用任何机械都不省功．这个结论叫做功的原理．
4．机械效率
(1)有用功、额外功、总功：①有用功在数值上等于机械作用在物体上的力与物体在力的方向上通过距离的乘积．通常情况下用机械匀速提升物体时，W有用=Gh；在水平方向上，用机械克服物体与其他接触面的摩擦时W有用=Fs，s为水平移动的距离．②额外功：凡是为克服机械本身的摩擦而做的功，和克服机械本身重力而做的功都是额外功．③总功：有用功和额外功的总和，即W总=W有+W额外，或等于作用在机械上的动力与动力作用点移动距离的乘积，即W总=Fs。
(2)机械效率：①意义：是反映机械性能的物理量②定义：机械效率就是有用功与总功的比值，一般以百分比的形式表示：η=W有/W总．由于有用功是总功的一部分，所以机械效率总小于1．
5．机械能
(1) 能量：一个物体能够做功，它就具有能量，物体具有做功的本领，我们就说物体具有能．可
以用物体能够做功的多少来衡量物体具有能量的大小．在国际单位制中，功的单位是焦耳(J)，能的单位也是焦耳(J)．
动能：物体由于运动而具有的能量，叫做动能．一切运动的物体都具有动能．
重力势能：物体的质量和被举起的高度决定了物体的重力势能的大小．
弹性势能：发生弹性形变的物体具有的能量叫做弹性势能．物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大．
(2)机械能：动能和势能统称为机械能，机械能是和物体的机械运动紧密联系的能量．
动能和势能是可以相互转化的．
三、例题精讲
例1：如图所示,杠杆在水平位置处于平衡状态,杠杆上每格均匀等距,个都相同.下列四项操作中,会使杠杆右端下倾的是（ ）
①将杠杆两侧的钩码同时各向外移动一小格
②将杠杆两侧的钩码同时各向内移动一小格、
③在杠杆的两侧同时各减掉一个钩码
④在杠杆的两侧钩码下同时各加挂一个相同的钩码
A.②③ 　　　　B.②④ C.①③ D.①④
答案：C
解析：若将钩码同时向外移动一小格，则力与力臂的乘积为2×4＜3×3，右端会下降，所以①可以；若将钩码同时向内移动一个小格，则力与力臂的乘积为2×2＞1×3，杠杆的左端会下降，所以②不可以；若将杠杆的两侧各减一个钩码，则力与力臂的乘积为1×3＜2×2，则杠杆的右端会下降，所以③可以；若将两侧同时各加挂一个相同的钩码，则力与力臂的乘积变为3×3＞2×4，所以杠杆的左端会下降，所以④不可以。
规律总结：此题考查杠杆的平衡条件，哪边力与力臂的乘积大，杠杆就会向哪端倾斜。
巩固1：
（2009·福州）如图所示，使用中属于费力杠杆的工具是（ ）
例2：（2008·上海）某小组同学研究动滑轮的使用特点，他们先用弹簧测力计缓慢提起钩码，如图(a)所示，再分别用重力不同的动滑轮甲、乙、丙(G甲（1）比较图(a)与(b)[或(a)与(c)，或(a)与(d)]两图可得：__________________；
（2）比较图(b)与(c)与(d)三图可得_____。
答案：（1）使用动滑轮可以省力，但是不可以改变动力的方向
（2）使用动滑轮缓慢提升相同的重物时，所用动滑轮的重力越小，所用的拉力越小。
解析：（1）比较图(a)与(b)[或(a)与(c)，或(a)与(d)]两图可以看出，使用动滑轮提升物体时，弹簧测力计的示数要小，所以说明了使用动滑轮可以省力，但不能改变动力的方向，动力的方向都是竖直向上的；（2）比较图(b)与(c)与(d)三图可以看出，在物体的重力不变的情况下，动滑轮的重力越大，弹簧测力计的示数越大。
规律总结：用动滑轮提升物体时，拉力的大小等于物体与动滑轮总重力（摩擦力不计情况下）的n分之一，n指与动滑轮连接的绳子的段数。
巩固2：
（2009·广东模拟）如图所示的装置中，若不考虑滑轮重力和绳子与滑轮之间的摩擦力，拉力最小的是＿＿＿＿。（填A、B、C、D）
例3：（2008·宜昌）某同学身高1.8m，体重为70㎏，在迎奥运田径运动会上他参加背跃式跳高比赛，起跳后身体横着越过了1.8m高的横杆（图8－12）。请问：
(1)他在跳高的过程中克服重力所做的功约是多少？（人体在站立时重心离地面高度约为身高的0.6倍；g取10N/kg）
(2)若他在月球上跳高，所跳的高度与在地球上一样吗？为什么？（月球对物体的引力约为地球对同一物体引力的1/6）
图8－12
答案：（1）运动员的重力：G=mg=70㎏×10N/㎏=700 N
运动员重心上升的高度： h =1.8m-1.8m×0.6=0.72 m
克服重力所做的功： W= G h =700 N×0.72m=504J
（2）不一样 。根据W = G h，同一个人在地球上与在月球上所做的功是一定的，由于G减小，h要增加，所以他在月球上所跳的高度要高些。
解析：（1）人克服重力做的功W＝Gh，所以本题要先求出该同学的重力，其中上升的高度h是越过的最高高度减去人原来的重心位置，这是解决第一问的关键；（2）人无论在地球还是月球上，克服重力做的功不变，所以重力与高度h成反比。
规律总结：在求第一问时，一定不要将高度h算成1.8m，应减去原来人的重心高度。
巩固3：
（2009·福州）上海自主研发了一种氢燃料汽车，它使用氢气代替汽油。在一次测试中，汽车在水平路面受到2400N的水平牵引力，5min内匀速直线行驶了9000m。
（1）汽车受到水平方向的阻力是多少？
（2）汽车牵引力所做的功和功率是多少？
例4：（2008·南京）一物体质量为18kg，其所受重力为 N．如图所示，小明用定滑轮将该物体在4s内匀速提高2m．所用拉力为200N．此过程中，小明做的有用功是 J，定滑轮的机械效率是 ，拉力的功率是 w．(取g＝10N/kg)
答案：180 360 90% 100
解析：重力G=mg=18kg×10N/kg=180N
有用功W有用=Gh=180N×2m=360J，
机械效率η=W有用/W总=360J÷(200N×2m)=90%
拉力的功率P=W总/t=400J/4s=100W。
规律总结：掌握基本的公式，区别清物体上升高度和绳子通过距离的关系，这类题相对来说难度不大。
巩固4：
（2009·江西模拟）小芳同学设计了一个高度可调节的斜面来探究斜面的省力情况、斜面的机械效率与斜面的倾斜程度之间的关系，如图所示。她首先测出小车重，然后用弹簧测力计沿斜面拉动小车，调节斜面倾斜角θ的大小多次测量，得到下表所示的数据：
⑴ 请你替小芳在上表中的空格处填上适当的数据。
⑵ 分析上表中的数据，可以得出的探究结论是：斜面倾斜角θ越小，斜面的机械效率越 。
⑶若想探究斜面的机械效率与物重的关系，则要保持 不变，斜面的光滑程度不变，只改 。
例5：（2008·广州）如图所示，钢珠沿竖直平面上的光滑轨道abcd从a点运动到d点，则下列说法中正确的是（　　）
A．通过d时的速度比通过c时大
B．在c点比在b点的重力势能小
C．从a运动到b的过程中，动能转化为重力势能
D．从b运动到c的过程中，机械能转化为重力势能
答案：A
解析：在a点的重力势能最大，当从a向b运动时，重力势能减小，动能增加，重力势能转化为动能，从b点运动到c点时，动能转化为重力势能，所以c点的重力势能比b点大，当从c向d运动时，重力势能转化为动能，所以通过d时的速度比通过c时大。
规律总结：同一物体判定动能的大小主要看速度，判定重力势能的大小主要看高度。
巩固5：
（2009·苏州模拟）如图8－19所示，小松妈妈去百货大楼购物，自动扶梯把她从一楼匀速送到二楼的过程中，她的（　　）
A、动能增大，势能增大，机械能增大
B、动能增大，能增大，机械能不变
C、动能不变，势能增大，机械能不变
四、布置作业
板书设计：知识结构