第4节简单机械第3课时（导学案）（教师版）科学浙教版九年级上册

第4节简单机械第3课时（导学案）科学观念：区分定滑轮和动滑轮，了解其特点及实质；了解滑轮组的特点；科学思维：归纳定滑轮和动滑轮的特点；经历从具体到抽象的研究过程，学会比较。会应用公式进行简单计算。探究实践：通过利用滑轮提升重物的活动，培养学生动手操作观察和描述的能力；通过画图的方法寻找滑轮的五要素，能得出滑轮的实质就是杠杆的结论。态度责任：学会合作和交流，体验成功探究带来的乐趣，感悟生活中处处有科学。通过学习体会提高机械效率对节约能源和促进社会发展的重要意义。1.定滑轮和动滑轮（重点）2.滑轮组的特点（难点）1.定滑轮：滑轮轴固定不动；动滑轮：滑轮轴随钩码一起移动。2.定滑轮实质是等臂杠杆，只能改变力的方向，不能改变力的大小。不省力也不省距离。改变力的方向不会改变力的大小。动滑轮实质上是一个动力臂为阻力臂２倍的省力杠杆。省力费距离。不能改变力的方向。若力的方向不与动滑轮直径垂直，则省的力小于一半，不是最省力的方法。动力移动的距离大于钩码上升的距离。3.竖直拉物体：自由端拉力F和总重力G的关系是F绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是s＝nh自由端移动速度v自和物体移动速度v物的关系v自=nv物水平拉物体：自由端拉力F和摩擦力f的关系是F绳子自由端移动的距离s自与物体移动距离s物的关系是s自＝ns物自由端移动速度v自和物体移动速度v物的关系v自=nv物注：n为围绕动滑轮上绳子的股数。起重机上安装着一种叫做滑轮的简单机械。你知道它的结构是怎样的吗？一、定滑轮和动滑轮认识滑轮观察图片，滑轮的结构有哪些特点？滑轮结构特点①周边有槽②能绕轴转动为了认识滑轮的作用，我们先来学习最简单的两种滑轮。活动（1）观察滑轮，并指出它的结构特点。（2）请用滑轮、细线、铁架台等设计两种方案，要求利用滑轮把钩码提升起来，在图中画出实验装置示意图。（3）利用设计的方案，组装好装置，提升钩码。观察滑轮动态过程，这两种滑轮有什么区别？使用滑轮工作时，根据滑轮轴的位置是否移动，可将滑轮分成定滑轮→定滑轮的轴固定不变动滑轮→动滑轮的轴随钩码一起移动定滑轮和动滑轮的作用有什么区别呢？活动（1）如图甲所示，用弹簧测力计测出钩码的重G1。（2）如图乙所示，通过定滑轮用弹簧测力计匀速向下拉动钩码，记录弹簧测力计的读数F1，并与钩码的重相比较。改变拉力的方向，观察弹簧测力计的读数是否发生变化？同时注意观察F1拉过距离s与重物上升高度h间的关系。实验现象①G1=F1②改变拉力方向，拉力大小不变③s=h由此可知：使用定滑轮不能省力，但能够改变力的作用方向。（3）先用弹簧测力计测出钩码和滑轮的总重G2。如图丁所示，通过动滑轮用弹簧测力计匀速向上拉动钩码，记录弹簧测力计的读数F2，并与钩码和滑轮的总重相比较。同时注意观察F2拉过距离s与重物上升高度h间的关系。（忽略摩擦）实验现象①F②s=2h由此可知：使用动滑轮可以省一半力，但不能改变力的作用方向，而且动力移动的距离大于钩码上升的距离（费距离）。为什么定滑轮和动滑轮的作用有很大的差异呢？滑轮实质上是杠杆，上述实验中得出的结论，我们可以用杠杆的平衡条件来分析论证。活动在图乙、丁中分别作出定滑轮、动滑轮的动力臂和阻力臂，并找出动力臂和阻力臂之间的关系。分析为什么使用定滑轮不省力，而使用动滑轮可以省一半力。定滑轮实质定滑轮的动力臂和阻力臂相等，均为半径，故定滑轮的实质是等臂杠杆；根据杠杆平衡条件列式：F1R=改变拉力的方向，动力臂和阻力臂不变，还是半径，故力的大小不变。动滑轮实质动滑轮的动力臂是直径2R，阻力臂是半径R。根据杠杆平衡条件列式：F2×2故动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆。改变拉力的方向，动力臂减小（小于直径2R），阻力和阻力臂不变，故动力F2减小，说明拉力方向改变，虽然省力但幅度变小。二、滑轮组实际应用时，我们常常将定滑轮和动滑轮组合在一起使用，结合定滑轮和动滑轮的作用，你知道滑轮组有什么作用吗？滑轮组——既可以省力又可以改变力的方向那么，使用滑轮组时，拉力的大小究竟跟什么因素有关呢？活动（1）用弹簧测力计测出钩码和动滑轮的总重G。（2）按如图甲所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数n和弹簧测力计的读数F1。实验钩码和动滑轮的总重（牛）承重绳子股数弹簧测力计的拉力（牛）甲2045F（3）按如图乙所示方式匀速拉动绳子，记录此时承担重物和动滑轮总重的绳子股数n和弹簧测力计的读数F2。实验钩码和动滑轮的总重（牛）承重绳子股数弹簧测力计的拉力（牛）乙2054F实验结论使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一。（忽略绳重及各处的摩擦力）F=以上实验过程中可观察并记录绳子自由端（末端）移动的距离s和物体（动滑轮）上升高度h的之间的关系。据此可知：绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是：s思考与讨论绳子自由端移动的速度v自和物体（动滑轮）移动速度v根据s=vt，t相同，故v滑轮组规律（竖拉）（1）F=1使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几（n）股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一。（2）s绳子自由端移动的距离是动滑轮上升的高度的n倍。（3）v绳子自由端移动的速度是动滑轮移动速度的n倍。滑轮组规律（横拉）F=①F=②s③v忽略绳、轮间的摩擦及绳重、动滑轮重，和用滑轮组吊重物的原理相同，只是把重物的重力换成了摩擦力思考与讨论杠杆、滑轮等简单机械，有的省力、有的不省力，使用它们时，有的可以少移动距离，有的却要多移动距离。在使用简单机械时，你认为省力或费力、省距离或费距离，它们之间有什么关系？当动力臂等于阻力臂时，杠杆既不省力，也不费力，既不省距离，也不费距离；当动力臂大于阻力臂时，杠杆省力，但是费距离；当动力臂小于阻力臂时，杠杆费力，但是省距离。【例题】缠绕滑轮的绳子能承受的最大拉力为300牛，用它连接成如图所示的滑轮组，能否提升600牛的重物？（已知动滑轮重20牛，摩擦及绳的质量不计）解：在图349所示的滑轮组中，重物和动滑轮的总重G因为总重是由2股绳子承担，所以，所用的拉力为：F=可见，拉力大于绳子所能承受的最大拉力，所以不能用来提升600牛的重物。答：该滑轮组不能用来提升600牛的重物。课堂小结：1.如图所示，在力F1、F2、F3的作用下，重物都处于静止状­态（不计摩擦），那么（）A．F1＞F2＞F3 B．Fl＜F2＜F3C．Fl＝F2＞F3 D．Fl＝F2＝F3【答案】D【详解】图中滑轮是定滑轮，因使用定滑轮可以改变力的方向，但不省力。故1、2、3三个不同位置时的拉力都是相等的，所以它们的大小关系是F1=F2=F3；故选D。2．如图所示，物体G在竖直向上的拉力F的作用下，匀速上升0.2m。已知G＝18N，F＝10N。这一过程中，不能得到的结论是（）A．绳子自由端上升0.4m B．拉力F做功4JC．动滑轮重为2N D．物体克服重力做功3.6J【答案】C【详解】A．由图示可知，滑轮承重绳子的有效股数n=2，绳子自由端上升的高度s=nh=2×0.2m=0.4m，故A正确；B．拉力的功W=Fs=10N×0.4m=4J，故B正确；C．如果不考虑摩擦力，则G滑轮=nFG=2×10N18N=2N，实际上滑轮是存在摩擦的，因此滑轮的重力小于2N，故C错误；D．物体克服重力做功W有=Gh=18N×0.2m=3.6J，故D正确。故选C。3．如下图所示，F1=4N，F2=3N，此时物体A相对于地面静止，物体B以0.1m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动（不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦）。下列说法正确的是（）A．F2的功率为0.3WB．如果增大F2，物体A相对于地面仍静止C．弹簧测力计读数为6ND．地面对物体A的摩擦力方向水平向左，大小为2N【答案】BB．如果增大增大F2，B将做加速运动，B对A的压力和接触面的粗糙程度不变，B与A之间的摩擦力不变，A受力不变，同理可知，A受到地面的摩擦力也不变，即A的受力情况不变，还是处于静止状态，故B正确；C．不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦，由力的平衡条件可得，弹簧测力计的示数F=3F2=3×3N=9N，D．由图知，水平使用滑轮组n=2，物体B受到的摩擦力是fB=2F2=2×3N=6N，根据B向左做匀速直线运动可知，物体A对B的摩擦力的方向向右，根据力的作用是相互的可知，物体B对物体A的摩擦力向左，大小为6N，而F1=4N向右拉着，A静止，受力平衡，因而还受到地面的摩擦力为故选B。4．如图所示，取两根光滑的木水甲、乙，将绳子的一端系在甲木棍上，再依次绕过两根木棍。甲、乙两根木棍分别由两位同学在木棍的两端握紧。用力缓慢拉绳子的自由端，（甲、乙）木棍受到绳子的拉力更大，已知绳端拉力为F，则甲木棍受到绳子的拉力为F。【答案】甲5【详解】[1]由图可知，甲木棍上有5段绳子相连，乙木棍上有4段绳子相连，且每段绳子上的拉力大小相等，所以甲受到的拉力大于乙受到的拉力；[2]甲乙组合类似于滑轮组，甲木棍上有5段绳子相连，则甲木棍受到的拉力为F甲5．按照题目要求作图（2）如图乙所示，O为杠杆AC的支点，在B处挂一小球，AO=OB=BC，为使杠杆在水平位置平衡，画出施加在杠杆上最小动力F1的力臂L，并标出F1的方向。【答案】（1）【详解】（1）根据题意知道，此滑轮组由三段绳子承担物重，所以滑轮组要