11.1 杠杠-2023-2024学年教科版物理八年级下册

谁占便宜了呢? 小猴和小兔“分萝卜” 《杠杆》 八年级 自尊自强 自理自学 任务一:怎样识别杠杆? 请同学们选择桌上器材撬起你的物理课本! 在体验的过程中思考:你使用的工具,它有什么特点?(如:软硬程度?怎样运动?为什么会运动?) 阅读课本72-75页,完成上述内容! 1、受力的作用 2、绕固定点转动 3、比较坚硬 在力的作用下,能绕某一固定点转动的硬棒,叫做杠杆 一.杠杆及其力臂: (一)杠杆的定义: F1 F2 O 杠杆相关概念: 剪刀 天平 食品夹 羊角锤 杠杆 请同学们准确找出钓鱼竿的支点O,画出动力F1、阻力F2。 杠杆的平衡状态: 静止状态 匀速转动状态 F1 F2 l2 l1 O 图1 O l1 l2 F1 F2 杠杆的五要素 (1)支点O :杠杆绕着转动的固定点 (2)动力 F1 :使杠杆转动的力 (3)阻力 F2 :阻碍杠杆转动的力 (4)动力臂 l1:从支点到动力作用线的距离 (5)阻力臂 l 2:从支点到阻力作用线的距离 如图所示,OB是以O点为支点的杠杆,F是作用在杠杆B端的力.图中线段AB与力F的作用线在一条直线上,且OA⊥AB、AC⊥OB.线段_表示力F的力臂.(选填“OA”或“AC”) 反馈练习: OA 1.找支点 2. 作力的作用线(延长线用虚线) 3.作力臂(点到线做垂线) 4.做标注(标力臂-大括号) 杠杆力臂的画法 (三). 0 F1 F2 l1 l2 F1 O O F1 F2 F2 l1 l2 l2 l1 任务二:探究杠杆的平衡条件? 动力F1、动力臂l1与阻力F2、阻力臂l2之间满足什么等量关系时,杠杆才能平衡? 提出问题: ② 分别在杠杆两边某一位置挂上不同数量的钩码,调节钩码的位置,使杠杆平衡。 ① 调节平衡螺母,使杠杆在水平位置平衡。 进行实验: ② 分别在杠杆两边某一位置挂上不同数量的钩码,调节钩码的位置,使杠杆在水平位置重新平衡。然后把F1 、 l1 、 F2 、 l2填入学案的表格中。 ③ 改变左边钩码数量、位置,相应改变右边钩码个数、位置,再做两次实验,把实验数据填入表中,最后分析数据,得结论。 F1 F2 l2 l1 O 图1 动力 动力臂=阻力 阻力臂 或写作: F1l1= F2l2 杠杆的平衡条件: 即:杠杆的平衡取决于力和力臂的乘积。 15 本资料来自于资源最齐全的21世纪教育网www.21cnjy.com LA<LB FA>FB 到底是谁占便宜了呢? 是真的吗? 新闻:在杭州动物园内,一位物理老师仅仅用一个弹簧测力计就测出了一头大象的质量。 已知:弹簧测力计示数F1为200N。测得动力臂l1为9m,阻力臂l2为6cm.若不计杠杆和铁笼的质量,请估算大象的质量。(g=10N/kg) 3t F1 F2 l1 l2 O O F1 F2 l2 l1 任务三:生活中的杠杆可以分为哪几类? 省力杠杆 由 F1l1=F2l2 ∵l1 〉l2 ∴F1〈 F2 S h 省力杠杆的特点: 省力,费距离 O F1 F2 l2 l1 由 F1l1=F2l2 ∵l1 〈 l2 ∴F1 〉 F2 费力杠杆 h S 费力杠杆的特点: 费力,省距离 F2 F1 l1 l2 O 由 F1 l1 =F2 l2 ∵ l1 = l2 等臂杠杆 等臂杠杆的特点: 不省力,也不省距离。 ∴F1 = F2 甲 乙 省力杠杆 费力杠杆 第2节 滑 轮 1.认识定滑轮和动滑轮的结构. 2.了解定滑轮和动滑轮的特点. 3.能识别生产和生活中常见的滑轮. 4.会根据滑轮组的挂线判断滑轮组的省力情况,会根据要求,正确组装滑轮组. 这些都是滑轮,请你观察它们的结构. 滑轮:周边有凹槽,能绕轴转动的轮子. 凹槽 轴 轮子 下面两个滑轮在使用上有什么不同呢? 旗杆顶端的滑轮 电动机下面的滑轮 货物上升时,电动机下面的滑轮随物体一起移动. 国旗上升时,旗杆顶端的滑轮不随物体一起移动. 一、定滑轮、动滑轮 点击画面播放 点击画面播放 点击画面播放 点击画面播放 1.定滑轮左端绳子下端挂着相同的重物,若在定滑轮 右端的绳子自由端分别沿三个方向用力(如图所 示),力的大小分别为:F1、F2、F3,则( )。 A.F1最大 B.F2最大 C.F3最大 D.三个力一样大 F2 F1 F3 D 【课堂练习】 2.用滑轮按图甲、乙、丙所示三种不同方式,拉 着同一物体在水平面上做匀速直线运动,拉力 分别是F1、F2、F3,则( ) A.F1>F2>F3 B.F2>F3>F1 C.F2>F1>F3 D.F3>F1>F2 D 丙 F3 乙 F2 甲 F1 定滑轮可以改变力的方向,但不能省力. 动滑轮可以省力,但不能改变力的方向. 能否得到这样一种机械,它既可以省力,又可以改变力的方向呢? 二、滑轮组 结论:使用滑轮组既可以省力, 也可以改变力的方向. 定滑轮与动滑轮的组合叫滑轮组. 点击画面播放 这两种绕线方法有什么不同? 1.绳子的起点 2.拉力的方向 3.拉力的大小 4.移动的距离 议一议 利用两个定滑轮和两个动滑轮,可以怎样绕绳子呢? 试一试 F F 讨论:这两种绕线方法有什么不同? 议一议 F F 你发现了什么规律? 结论: n为承担物重的绳子段数. 1 F G G n = + 动 ( ) s nh = 讨论:若每个滑轮重30 N,结果如何? G = 300 N h = 10 m F=100 N s=30 m F=50 N s=20 m G=100 N h=10 m 练一练 讨论:若每个滑轮重30 N,结果如何? F=100 N s=? G= ? h=10 m F= s= ? 物体以0.2m/s的速度匀速上升10 s 的时间 练一练 汽车重2 104 N,陷入泥中,受到的阻力为3 103 N.用如图所示装置,则至少要用多大的力才能将汽车拉出? F 练一练 1 103 N 课堂小结 一、定滑轮 滑轮位置固定不变. 二、动滑轮 滑轮位置跟被拉物体一起运动. 三、滑轮组 由定滑轮和动滑轮组成. 3. 功 功率 将货物提高 拉小车前进 F F 有成效 马拉车前进 功等于作用在物体上的力与物体沿力的方向上通过的距离的乘积. 表示符号: W 做功的两个必要因素 (1)作用在物体上的力. (2)物体在力的方向上通过的距离 这两个条件是必须的,缺一不可 ! 搬而不动 拉而不动 F F 没有在力的方向上通过一段距离 判断 判断 在运动的方向上没有受到力的作用 F 如果F 跟s 方向互相垂直,力F不做功. 物理学中的不做功的三种情况: 有劳无功 不劳无功 垂直无功 1、搬运工在平地上行走,他对货物向上的支持力对货物做功吗? 2、此人扛着货物上楼,他对货物向上的支持力对货物做功吗? 判断 56 期中考试没考好,小卫无精打采地背着书包走在校园林间小道上,小卫对书包做功了吗? 57 没有办法,考得再差,也得回家啊!请问,下列情景中,小卫对书包是否做功? 58 用手将抽屉推好,手对抽屉做功了吗? 59 波比从楼上摔了下来,摔得鼻青脸肿的,什么力对波比做了功? 叉车运物、提物 判断 起重机先将重物提高S1, 再水平移动距离S2, 起重机在哪个阶段对重物做了功? S1 S2 判断 探究:功的大小与力、距离的关系 第( 2 )次与第(1)次相比,做功数值上的关系? 第(3)次与第(1)次相比,做功数值上的关系? 物理学中—— 把作用在物体上力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积叫做功. W=F s 功=力 力的方向上移动距离 单位:焦耳,简称焦,符号是J 1J=1N m 1J的功等于1N的力使物体在力的方向上通过1m距离时,这个力对物体所做的功为1J. 例1.一个人用50N的力沿水平方向匀速推一辆重200N的车前进2m,求这个人对车做功多少?重力对车做功多少? 已知: 解:W人=Fs =50N 2m =100J W重 =Gh =200N 0m=0J 求: 1、起重机把8000N的重物竖直向上匀速提升5m后又沿水平方向匀速移动了2m,在这一过过程中钢丝绳向上的拉力对物体做功多少焦? 起重机匀速提升重物的过程,称做为克服重力做功的过程 解:W=Gh=8000N 2m =16000J 2、一个人沿水平方向匀速推一辆受阻力50N的车前进2m,求这个人对车做功多少? 水平匀速推小车的过程,称做为克服阻力做功的过程 解:由于人推车匀速前进则 F=f=50N 人对车做的功为: W =Fs =50N 2m=100J 做功有多少。做功有快慢吗? 判断:做功多的物体一定做功快吗? 相同时间,他们做功哪个更多?哪个做功快? 他们爬相同的楼时,做功相等吗?做功的快慢一样吗? 相同时间t做功W多,或做相同的功W所用时间t少,我们就说它做功快 通过分析,得出: 相同时间内,做功多的,做功更快 做相同的功,做功时间少的,做功更快 通过对比速度等比值法 67 2.定义:功与完成这些功所用时间之比.叫功率 二、功率 功的符号W 。功率的单位瓦,符号W. 3.功率定义式:功率= 4.功率的单位:瓦特 1瓦特=1焦耳/秒 1KW=1000W 1.物理意义: 反映物体做功快慢的物理量 功率 速度 定义 功与做这些功的时间的比 (单位时间内所做的功 ,相同时间比做功多少) 路程与所用时间的比 (单位时间内通过的路程 ,相同时间比路程) 物理意义 表示做功快慢的物理量 表示运动快慢的物理量 公式 单位 W(1J/s=1W) m/s 功率与速度的对比 (认识“比值法”定义物理量——速度、密度、压强、功率) 例1.质量m=3kg的物体,在水平力F=6N的作用下,在光滑水平面上从静止开始运动,运动时间t=3s。求: (1)力F在t=3s内对物体所做的功。 (2)力F在t=3s内对物体所做的功的功率。 例2.如图所示,物体由静止开始沿倾角为 的光滑斜面下滑,m、H已知,求: (1)物体滑到底端过程中重力的功率。 (2)物体滑到斜面底端时重力的功率。 对公式 P=F v 讨论 ①如果作用于物体上的力F为恒力,且物体以速度v匀速运动,则力对物体做功的功率保持不变。 ②若P恒定,则F越大,V越小;F越小,V越大。 如:很多动力机器通常有一个额定功率,且通常使其在额定功率状态工作(如汽车),根据P=Fv可知:当路面阻力较小时,牵引力F也小,v可以大,即汽车可以跑得快些。当路面阻力较大,或爬坡时,需要比较大的牵引力,v必须小。这就是爬坡时汽车换低速挡的道理。 ③若F恒定,V越大,P越大: 在动力机器原来在远小于额定功率的条件下工作,例如汽车刚刚起动后的一段时间内,若保持牵引力恒定不变,速度逐渐增大过程中,功率也逐渐增大。但是这一情况应以二者乘积等于额定功率为限度,即当Fv=P额。以后,这种情况不可能实现。 例3.一辆汽车,发动机以额定功率60kw,做加速运动,它在水平路面上行驶时所受阻力恒为2.4 103 N,求汽车行驶的最大速度是多少? 功的原理 使用任何机械都不省功 机械效率 复习课 一、有用功和额外功 1.有用功(W有):为了达到工作目的,必须做的功 2.额外功(W额):为了达到工作目的,并非我们所 需要但又不得不做的功 3.总 功(W总):动力所做的所有功 即有用功与额外功的总和 W总 = W有 + W额 问题2:机械效率 (1)机械效率通常用百分数表示,没有单位. 1. 定义:有用功跟总功的比值叫机械效率( ) (2)机械效率总小于1 . (因为有用功总小于总功) 2. 公式: % 3. 特点: 机械效率公式: 起重机的机械效率是60% 它表示什么意思? 1.使用起重机提升重物时所做的有用功跟总功的比60% 2.也可以说有用功在总功中占有60%,另外额外功占40% .机械效率的意义 有用功所占总功的比例越大,机械效率越高。 机械效率与 是否省力、功率大小、提升高度、 绳子的绕法、做功的多少无关。 例1.用一动滑轮将货物400N的货物匀速提到高2m,所用拉力是250N,求有用功、额外功、总功和动滑轮的机械效率各是多少? 分析:使用动滑轮省了力,却费了距离,货物提高 2m, 绳子的自由端拉力通过的距离为4 m, W额= W总 —W有 =1000J-800J=200J 例2. 用一动滑轮将重200N的砂子提到9m高的脚手架上,所用力是120N,求有用功、总功、机械效率各是多少? 解: 1.如图所示,建筑工地上,工人用一个动滑轮将重720N的重物匀速提升5m,工人所用拉力为450N,求: (1)工人做的总功 (2)该动滑轮的机械效率 (3)不考虑摩擦,求动滑轮的重 (4)提升的物体重为900N, 该动滑轮的机械效率为多少? 练习 2.如图所示,在50N的水平拉力F作用下, 重800N的物体沿水平地面做匀速直线运动, 物体与地面间滑动摩擦力为120N.则滑轮组的机械效率为 _ ;若物体的速度为0.2m/s,则1min内拉力做的功为 _ J,功率为_W. F甲 G F乙 G 甲 乙 3.用它们分别将重相同的甲、乙两物体匀速提升相同的高度,所用的拉力分别为F甲、F乙,它们的机械效率分别为 甲、 乙。则F甲_F乙 甲_ 乙(选填“>”、“<”或“=”) 4. 利用如图所示装置将重为100N的物体匀速从斜面的底端拉到顶端。已知斜面的长是5m,高是2m,拉力为F=50N,则该装置的机械效率为( ) A. 40% B. 50% C. 80% D. 100% 5. 下列说法中正确的是( ) A.机械效率大的功率一定大 B.机械做功时,做的有用功越多,机械效率越大 C.机械做功时,工作时间越短,功率一定越大 D.利用机械做功时可以省力或省距离,但不能省功 D 6.如图所示,利用动滑轮提升一个重为 G 的物块,不计绳重和摩擦,其机械效率为 60%。要使此动滑轮的机械效率达到 90%,则需要提升重力为 G 的物块的个数为 ( ) A.3 个 B.4 个 C.5 个 D.6 个 D 7. 如图所示甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等,用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度。若G1=G2,所用竖直向上的拉力分别为F1和F2,拉力做功的功率分别为P1和P2,两装置的机械效率分别为 1和 2(忽略绳重和摩擦),则下列选项正确的是 ( ) A.F1>F2 1< 2 P1<P2 B.F1>F2 1= 2 P1=P2 C.F1<F2 1< 2 P1<P2 D.F1<F2 1> 2 P1>P2 B 8. 质量为2.5 t的小型载重汽车,额定功率为100 kW,车上装有5 t的砂石,已知汽车在平直公路上匀速行驶时所受阻力是汽车总重的0.2倍,汽车先以15 m/s的速度在平直公路上匀速行驶到山坡底,消耗汽油2 kg,然后又以额定功率行驶100 s的时间,将砂石从坡底运送到50 m高的坡顶施工现场(g=10 N/kg),求: (1)2 kg的汽油完全燃烧放出多少热量?(汽油的热值取4.5 107J/kg) (2)汽车在平直公路上匀速行驶的功率为多少? (3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少? 9 107 J 2.25 105 W 25% 9. 在一次车辆故障处置过程中,拖车所用装置简化如图所示。为了尽快疏通道路,交警只用了30 s的时间,指挥拖车在水平路面上将质量是1.5 t的故障车匀速拖离了现场.若故障车被拖离的速度是6 m/s,绳子自由端的拉力F是500 N,该装置的机械效率是80%。求: (1)故障车在30 s内通过的路程; (2)拉力F在30 s内所做的功; (3)故障车在被拖离过程中受到的阻力。 180m 2.7 105 J 1200N 知识小结 一、机械的三种功: 有用功——有利用价值的功。 总功——动力对机械所做的功。 额外功——对人们无利用价值而又不得不做的功。 二、机械效率: 1、定义:有用功与总功的比值。 2、公式讨论: 11.5改变世界的机械 93 一、简单机械的家族 杠杆 滑轮 轮轴 螺旋 斜面 94 1.轮轴 轮轴由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成的,大的称为轮,小的称为轴。 95 讨论交流:从杠杆到轮轴 96 杠杆变形成轮轴的过程 G F G F r R 根据杠杆的平衡条件:FR=Gr 轮轴实质可看做是一个可以连续转动的杠杆 动力作用在轮上,轮轴是一个省力杠杆,但费距离 97 轮轴主要功能: 一、是改变用力大小 二、是改变物体的运动速度 轮轴不能省功。 它实现直线运动和圆周运动的相互转化,是机械传动的重要装置。 98 方向盘 水龙头 轱辘 扳手 螺丝刀 卷扬机 生活中的轮轴 99 斜面是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。 2.斜面 通过斜面移动箱子更省力 100 斜面省力原理 根据功的原理(不计斜面摩擦) 得Gh=FL 所以 F=Gh/L 如果不计摩擦,斜面长是高的几倍,拉力或推力就是物体所受重力的几分之几。 101 讨论交流:螺旋-特殊的斜面 螺旋除了省力,还可以将螺旋运动与沿轴向的运动进行相互转化。 102 各种形式的螺旋 103 机械的发明,改变了整个世界 二、改变世界的机械 104 $$