初中物理中考复习 第12讲 简单机械与机械效率（精讲教案）

初中物理中考复习第12讲简单机械与机械效率（精讲教案）

一、课标导航与考情分析

【课标解读】本讲内容涉及《义务教育物理课程标准（2022年版）》中“力学”主题下的三个核心概念：一是认识并识别常见的简单机械，包括杠杆、滑轮、斜面等，能画出杠杆的力臂；二是理解杠杆的平衡条件，并能运用其解决相关实际问题；三是知道机械功和功率的概念，结合实例理解机械效率，体会人类使用简单机械的目的和意义。课标强调从生活走向物理，从物理走向社会，要求学生在真实情境中建构模型，进行科学推理。

【考情定位】在中考物理试卷中，本讲内容属于力学板块的【高频考点】和【重点内容】。通常以选择题、填空题、作图题、实验探究题和综合计算题的形式出现，分值占比约为6%至10%。试题往往紧密联系生产生活实际，如生活中的剪刀、镊子、起重机、盘山公路等，考查学生模型建构、科学推理和数理结合的能力。【难点】主要集中在动态杠杆分析、滑轮组受力分析、以及含浮力或摩擦力的机械效率计算上。复习时需立足基础，突破难点，构建系统化的知识网络。

二、核心素养导向的复习目标

（一）物理观念

1.巩固并深化对杠杆、滑轮等简单机械本质特征的认识，建立“机械是力的放大器或位移放大器”的观念。

2.理解机械效率反映的是机械对总能量有效利用的程度，树立节能意识和能量转化与守恒的观念。

（二）科学思维

1.【核心能力】能够从复杂的实际工具或机械中抽象出杠杆或滑轮组的理想模型。

2.运用杠杆平衡条件进行动态问题的定性分析和定量计算，培养推理能力和分析综合能力。

3.通过对有用功、额外功、总功的辨析，培养临界思维和严谨的逻辑分析习惯。

（三）科学探究

1.【实验回顾】重温“探究杠杆平衡条件”的实验过程，理解杠杆在水平位置平衡的目的，掌握实验数据的处理方法。

2.能够设计简单的方案，测量某种简单机械（如滑轮组或斜面）的机械效率，并对实验结果进行评估与交流。

（四）科学态度与责任

1.通过了解简单机械在古代和现代工程建设中的应用，感受我国劳动人民的智慧，增强民族自豪感。

2.在解决实际问题中，养成用科学原理审视和解释生活现象的习惯，体会物理学的实用价值。

三、复习重难点精析

【教学重点】

1.【基础】杠杆五要素的作图，尤其是力臂的准确绘制。

2.【核心必备】杠杆平衡条件的理解及其应用。

3.定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点及省力情况的判断。

4.【高频考点】有用功、额外功、总功和机械效率的计算。

【教学难点】

1.【难点突破】杠杆动态平衡问题中，力与力臂变化趋势的分析。

2.滑轮组受力分析，特别是当考虑动滑轮重和摩擦时，绳子自由端拉力与物重的关系。

3.综合情境中（如与浮力、压强结合）机械效率的计算。

四、教学实施过程（精讲精练，互动生成）

（一）创设情境，导入复习

上课伊始，多媒体展示一组图片：古代埃及人建造金字塔用杠杆搬运巨石、现代工地上工人用滑轮组吊装建筑材料、山区蜿蜒的盘山公路、以及日常生活中的各式工具（钳子、筷子、钓鱼竿等）。引导学生观察并思考：这些工具和设施在物理学的视角下有什么共同点？它们起到了什么作用？以此激活学生的前认知，自然引出本节课的复习主题——简单机械。教师点明：这些工具的核心原理，就是我们今天要深入探究的杠杆、滑轮和斜面，它们是力学大厦的基石，也是解决复杂机械问题的钥匙。

（二）核心模型深研：杠杆

1.【基础过关】杠杆五要素与力臂作图

教师利用实物投影，展示一根撬棍撬动石块的情景。请一位学生上台，尝试用不同颜色的笔在图上标出支点O、动力F1、阻力F2、动力臂L1和阻力臂L2。其他学生在学案上同步完成。教师针对学生常见错误，如将支点误标在动力作用点、力臂画成支点到力的作用点的连线而非垂线段、动力和阻力方向判断不清等，进行【难点】精讲。强调：力臂是“点”到“线”的距离，必须是从支点到力的作用线的垂直距离。可通过“顺口溜”辅助记忆：“找支点，画力的作用线，从点向线引垂线，力臂就是此线段。”

2.【核心模型】杠杆平衡条件及其应用

（1）重温实验，深化理解

引导学生回顾“探究杠杆平衡条件”的学生实验。师生共同总结关键步骤：【为什么让杠杆在水平位置平衡？】一是便于直接从杠杆上读出力臂，消除杠杆自重对实验的影响（当杠杆重心通过支点时，重力的力臂为零）；二是为了消除杠杆自重对平衡的影响。通过提问，让学生明确该实验的基本器材、操作流程和数据分析方法，得出杠杆平衡条件：F1×L1=F2×L2。

（2）分类解析，提升能力

A.最小力问题

【典型例题】如图所示，在A点施加一个最小的力F，使杠杆在图示位置保持静止，请画出这个力。

【思维引导】教师引导：根据F1L1=F2L2，阻力和阻力臂的乘积是定值，要使动力最小，必须使动力臂最大。那么，在杠杆上找一个点，使其到支点的距离最远，连接支点和该点的连线，就是最大力臂。力的方向与该连线垂直。通过画图演示，让学生掌握“最大力臂”法求最小力。

B.动态平衡分析

【典型例题】如图所示，用始终垂直于杠杆的力F将杠杆由水平位置缓慢拉至虚线位置，在此过程中，拉力F的大小如何变化？

【思维探究】这是一个【难点】。教师组织小组讨论，引导学生画出杠杆在不同位置时的动力臂和阻力臂。分析发现：阻力（物重）不变，阻力臂在变小；动力臂（始终等于杠杆全长）不变。根据平衡条件，动力F=G×L阻/L杆，由于L阻变小，所以F变小。教师继续变式：若力的方向始终竖直向上，拉动杠杆，F又如何变化？学生再次分析，发现动力臂和阻力臂的比值始终保持不变，从而得出F大小不变的结论。通过这样的动态分析，培养学生用数学工具解决物理问题的科学思维。

（三）核心模型深研：滑轮

1.【核心辨析】定滑轮与动滑轮的实质

教师利用自制的教具（滑轮、细线、钩码、弹簧测力计）进行演示，引导学生对比定滑轮和动滑轮在工作中的异同。

（1）定滑轮：教师请一位学生用力向下拉绳，另一端钩码上升。引导学生观察：不省力，但可以改变力的方向。接着，在黑板上画出杠杆模型（支点在轴心，动力臂和阻力臂都等于半径），让学生明确定滑轮实质是一个等臂杠杆。

（2）动滑轮：教师演示用动滑轮提升钩码，弹簧测力计示数约为钩码重的一半。强调：此时拉力方向是竖直向上的。引导学生画出杠杆模型（支点在绳子固定端与轮接触点，动力臂是直径，阻力臂是半径），明确动滑轮的实质是动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆。【注意】此处必须强调，只有在竖直向上匀速拉动时，拉力才等于物重的一半（忽略动滑轮重和摩擦）。

2.【综合应用】滑轮组的特点与受力分析

（1）绕绳方法与规律

多媒体展示不同绕线方式的滑轮组。教师引导学生总结“奇动偶定”的绕绳规律：即当绳子的起点系在动滑轮上时，承担物重的绳子段数n为奇数；当绳子的起点系在定滑轮上时，n为偶数。通过动画演示，让学生清晰地看到每段绳子分担的力。

（2）受力分析模型

【重点突破】建立滑轮组的受力分析模型。教师以一个n=3的滑轮组为例，引导学生分析：

A.若不考虑绳重、滑轮重和摩擦，拉力F=G物/n，绳子自由端移动距离s与物体上升高度h的关系为s=nh。

B.若考虑动滑轮重（G动）但忽略绳重和摩擦，拉力F=(G物+G动)/n。这是中考中【高频考点】，也是学生容易忽略G动的地方。

C.若考虑摩擦和绳重，则情况更为复杂，通常题目会直接给出机械效率，或通过额外功的形式进行计算。

教师通过板演，对滑轮组进行受力分析，将复杂的绳子拉力问题转化为简单的力的平衡问题。例如，对动滑轮和物体进行整体受力分析，竖直方向上有n段绳子向上的拉力和向下的总重力（G物+G动）相平衡。

（四）核心概念精析：机械效率

1.【概念辨析】三类功的本质

以“用动滑轮（或斜面）将重物提升一定高度”为例，引导学生区分：

（1）有用功（W有）：为了达到目的必须做的功。本例中，克服物体重力所做的功，即W有=G物h。

（2）额外功（W额）：为了达到目的，我们不得不做的、但又无用的功。本例中，克服动滑轮重、克服摩擦等所做的功。

（3）总功（W总）：动力（人、机器）对机械所做的功，是实际付出的总能量。本例中，拉力F所做的功，即W总=Fs。

强调：三者关系为W总=W有+W额。

2.【核心公式】机械效率的定义与理解

机械效率η=W有/W总×100%。由于额外功的存在，η总是小于1。

教师引导学生深入理解：

（1）η是一个比值，没有单位，它反映了机械性能的好坏。

（2）对于同一个机械，其机械效率并不是固定不变的。例如，用同一个滑轮组提升不同的重物，提升的重物越重，机械效率越高（因为额外功变化不大，但有用功变大了）。

3.【模型应用】机械效率的综合计算

（1）滑轮组模型

【经典例题】用如图所示的滑轮组（n=2）将重为600N的物体匀速提升2m，所用拉力为350N。求：（1）有用功；（2）总功；（3）滑轮组的机械效率；（4）动滑轮的重力（忽略绳重和摩擦）。

【解题导航】教师引导学生按步骤解题，规范书写格式。第（4）问是逆向思维，利用F=(G+G动)/n的变形公式求解。

（2）斜面模型

【拓展延伸】多媒体展示盘山公路的图片，提出斜面也是一种省力机械。引导学生分析斜面的机械效率。

【探究性问题】斜面的机械效率可能与哪些因素有关？（斜面的倾斜程度、斜面的粗糙程度）。

【公式推导】若斜面长s，高h，物重G，拉力F，则W有=Gh，W总=Fs，η=Gh/Fs。若已知斜面摩擦力为f，则W额=fs，也可得η=Gh/(Gh+fs)。

通过对比分析，让学生认识到不同机械的效率表达式形式不同，但核心思想一致。

（五）跨学科视野与实践拓展

1.【历史与人文】简述我国古代在简单机械方面的卓越成就，如春秋战国时期的桔槔（杠杆）、辘轳（轮轴），以及都江堰水利工程中利用的巧妙的力学原理。增强学生的文化自信。

2.【工程与技术】介绍现代大型起重设备中复杂轮系的设计思想，以及如何通过多级滑轮组实现“四两拨千斤”的效果。引导学生思考，在实际工程中，提高机械效率意味着节约能源、降低成本，具有重要的经济意义和社会价值。

3.【生活小实验】布置课后探究任务：寻找家中的一种简单机械（如剪刀、核桃夹、门把手等），尝试测量它的机械效率。例如，用弹簧测力计测量用核桃夹夹碎核桃时，动力和阻力的大小及作用点移动的距离，粗略估算其效率。让学生在实践中体会物理知识的应用，培养动手能力和科学探究精神。

五、当堂达标检测

（为确保检测效果，题目略，教师可根据实际情况设计2-3道针对性强的客观题和一道计算题，限时8-10分钟完成，并进行讲评。）

六、板书设计（框架）

第12讲简单机械与机械效率

一、杠杆

1.五要素：支点O、动力F1、阻力F2、动力臂L1、阻力臂L2

2.平衡条件：F1L1=F2L2

3.分类与应用

二、滑轮

4.定滑轮：等臂杠杆，不省力，改变方向

5.动滑轮：省力杠杆，F=(G+G动)/2，s=2h

6.滑轮组：F=(G+G动)/n，s=nh（n为承担物重绳子段数）

三、机