第十二章 简单机械 教案(全章)

第十二章简单机械教案（全章）

【学习目标】

1.知道什么是杠杆及杠杆五要素；

2.会画杠杆的力臂；

3.理解杠杆的平衡条件及应用，会判断省力杠杆和费力杠杆；

4.理解定滑轮、动滑轮的特点、实质及其作用；

5.知道滑轮组的作用，会组装滑轮组；

6.了解什么是有用功、额外功和总功，了解影响机械效率的因素；

7.理解什么是机械效率，学会用机械效率的公式进行有关问题的计算，同时结合受力分析解决综合的力学问题。

【知识网络】

【要点梳理】

要点一、杠杆

1.杠杆：一根在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。杠杆的五要素是：支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂，杠杆可以是直的硬棒，如撬棒等；也可以是弯的，如羊角锤。

2.力臂的画法：

（1）明确支点，用O表示

（2）通过力的作用点沿力的方向画一条直线

（3）过支点O作该力的作用线的垂线

（4）用两头带箭头的线段标示出支点到力的作用线的垂线段，写上相应的字母L1（或L2)

3.杠杆的平衡：杠杆在力的作用下保持静止或匀速转动，杠杆就处于平衡状态。

要点诠释：

1.杠杆的平衡条件是：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用公式表示为F1L1= F2L2；杠杆的平衡不是单独由力或力臂决定的，而是由它们的乘积来决定的。

2.杠杆分类：

（1）省力杠杆：L1＞L2，F1＜F2。

这类杠杆的特点是动力臂L1大于阻力臂L2，平衡时动力F1小于阻力F2，即用较小的动力就可以克服较大的阻力。但是实际工作是动力移动的距离却比阻力移动的距离大，即要费距离。如撬起重物的撬棒，开启瓶盖的起子、铡草用的铡刀等，都属于这一类杠杆。

（2）费力杠杆：L1＜L2，F1＞F2。

这类杠杆的特点是动力臂L1小于阻力臂L2，平衡时动力F1大于阻力F2，即要用较大的动力才能克服阻力完成工作，但它的优点是杠杆工作时，动力移动较小的距离就能使阻力移动较大的距离。使工作方便，也就是省了距离。如缝纫机踏板、挖土的铁锨、大扫帚、夹煤块的火钳，这些杠杆都是费力杠杆。（3）等臂杠杆：L1=L2，F1=F2。

这类杠杆的动力臂L1等于阻力臂L2，平衡时动力F1等于阻力F2，工作时既不省力也不费力，如天平、定滑轮就是等臂杠杆。

要点二、滑轮及滑轮组

1.定滑轮：如下图甲所示，我们可把一条直径看成杠杆，圆心就是杠杆的支点，因此，定滑轮实质是等臂杠杆。定滑轮的特点是它的转轴（支点）不随货物上下移动。

2.动滑轮：如下图乙所示，特点是它的转动轴会随物体上下移动，它实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆，它的转动轴是阻力作用点。

3.定滑轮和动滑轮的作用：使用定滑轮虽然不能省力，但可以改变用力方向，给工作带来方便。使用动滑轮可以省力，但要多移动距离。

4.滑轮组：由定滑轮和动滑轮组装起来的，既可省力又可以改变用力方向，但费距离。我们可以在知道或算出滑轮组承担重物的绳子段数的情况下组装滑轮组，可以根据“奇动偶定”的原则先确定绳子的一端是挂在动滑轮或定滑轮的钩上，再由里向外顺次绕线。

要点诠释：

1.忽略绳重和摩擦，滑轮组绳子自由端的拉力：

G G

F

n

+

=动

物；

2.物体上升的高度与绳子自由端移动的距离的关系：s nh

=；

3.时间t内，物体上升高度h,绳子自由端移动的距离s；物体移动的速度

h

v

t

=

物

，绳子自由端移动的

速度

s nh

v

t t

==

自

；所以物体上升的速度与绳子自由端移动的速度关系：v nv

=

自物

。

要点三、机械效率

1.机械效率：有用功跟总功的比值叫做机械效率。

2. 公式为：

3.推导式：

（1）竖直方向匀速提升物体时，滑轮组的机械效率：W G h G W Fs

nF

η=

=

=

有物物总

，忽略绳重和摩擦，

G G F n

+=

动

物，滑轮组的机械效率：W G G W nF

G G η=

=

=

+有物物总

动

物。

（2）水平方向匀速拉物体时如图所示，滑轮组的机械效率：W fh f W Fs nF

η=

=

=有总

。

（3）斜面的机械效率：

W G h G h

W Fl G h fl η===

+

有物物

总物

，

要点诠释：

1.机械效率是有用功在总功中所占的比例，其大小是由有用功和总功共同决定的，在比较机械效率大小时，可采用控制变量法，W有相同时，W总越大，η越小；W总相同时，W有越大，η越大。

2.判断有用功和额外功，必须抓住工作的目的，为完成目的必须做的功就是有用功，而不得不做但对我们没有用的功就是额外功。并要注意工作目的改变了，有用功和额外功也要发生变化。

3.提高机械的机械效率的方法：改进机械结构，尽量减小机械自重，合理使用机械，按规定进行保养以减小摩擦。

4.需要注意的几个问题：

（1）机械效率只有大小没有单位；

（2）由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1，通常用百分数表示；

（3）机械效率是标志机械做功性能的好坏的物理量之一；机械效率越高，做的有用功占总功的比例就越大这个机械的做功性能就越好。

【典型例题】

类型一、杠杆的分类

1.（2016春•盐城校级月考）以下几种杠杆类工具，在正常使用时属于省力杠杆的是（）A．筷子 B．笤帚 C．镊子 D．钢丝钳

【答案】D

【解析】A、筷子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；B、笤帚在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；C、镊子在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；D、钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故选D。

【总结升华】此题考查的是杠杆的分类和特点，主要包括以下几种：①省力杠杆，动力臂大于阻力臂；

②费力杠杆，动力臂小于阻力臂；③等臂杠杆，动力臂等于阻力臂。

举一反三：

【变式】如图所示，是一人划行独木舟的情景。手中的船桨从物理的角度来看，实质上是杠杆。（选填“省力”、“费力”或“等臂”）