3.4 简单机械（第3课时）（导学案）-【上好课】九年级科学上册同步高效课堂（浙教版）

3.4 简单机械（第3课时）（导学案） 【学习目标】 1. 区分定滑轮和动滑轮，了解其特点及实质； 2. 了解滑轮组的特点。 【学习重点】滑轮组的特点 【学习难点】滑轮组的特点 【自主学习】 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 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 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 注意：n为围绕动滑轮上绳子的股数。 【课堂探究】 一、定滑轮和动滑轮 观察以下图片，归纳滑轮结构？ 滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子 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。 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和动滑轮两类。定滑轮的轴固定不变，动滑轮的轴随钩码一起移动。 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，如图丙所示，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。 定滑轮 改变拉力方向，拉力依然为F1，力的大小不变。 由此可知：使用定滑轮不能省力，但能够改变力的作用方向。 如旗杆顶部安装的是定滑轮，如不使用定滑轮，将国旗升到旗杆顶部需要使用向上的拉力将国旗拉上去，现在使用定滑轮，只需要站在旗杆底部使用向下的力，即可将国旗升上旗杆。 （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。 动滑轮 ， 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）。 注意：由于摩擦力的存在，实际所用的力要大一些。 滑轮实质上是杠杆。上述实验的结论，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： ，故。 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。 动滑轮的动力臂是直径2R，阻力臂是半径R，根据杠杆平衡条件： ， 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，虽然省力的幅度变小。 二、滑轮组 实际应用时，常常将定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。 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 20 4 5 （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 20 5 4 由此可知： 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） 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。我们可以发现： 绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是： 思考：绳子自由端移动的速度和物体（动滑轮）移动速度的之间的关系？ 根据，t相同，故 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3-49所示的滑轮组中，重物和动滑轮的总重 因为总重是由2股绳子承担，所以，所用的拉力为： 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。 滑轮组横拉物体的特点 ①绳子自由端拉力 ②绳子自由端移动距离与物体移动距离： ③绳子自由端移动速度与物体移动速度： 注意：以上规律不考虑绳、轮间的摩擦及绳重、动滑轮重，这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。 【自我测评】 例1. 一辆车不小心陷进了泥潭中，小科按如图甲、乙两种方法均可将车从泥潭中拉出。如果车受到的阻力为800牛，则下列说法正确的是（ ） A.甲可以省力 B.乙能改变力的方向 C.甲所用的力至少400牛 D.乙所用的力至少400牛 【答案】D 【解析】AC.甲图滑轮为定滑轮，使用定滑轮不省力，故AC错误； BD.乙图滑轮为动滑轮，使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，若绳与滑轮间的摩擦不计，乙所用的力至少为，故B错误，D正确。 故选D。 例2. 小乐用如图所示的两种方式竖直匀速提升某物体，且都使物体上升了2m。已知物体重200N，滑轮重40N，提升时的拉力分别为F甲和F乙。若不计绳重和摩擦，则在提升过程中（ ） A.F甲=240N B.F甲做的功为240J C.F乙向上移动距离为4m D.F乙所做的功为440J 【答案】D 【解析】A.甲图中绳未端的拉力为：，故A不符合题意； B.F甲做的功为，故B不符合题意； C.已知绳末端移动的距离为2m，则F乙向上移动距离为1m，故C不符合题意； D.F乙所做的功为，故D符合题意。 故选D 例3.用如图所示的三个装置先后提升同一个物体G，若不考虑滑轮的自重和摩擦，作用于绳子自由端的拉力F1、F2、F3的大小关系是（ ） A.F1最大 B.F2最大 C.F3最大 D.一样大 【答案】A 【解析】不计滑轮重力和摩擦，左边图中使用定滑轮不省力，也不省距离，所以； 不计滑轮重力和摩擦，中间图中与动滑轮相连的绳子有2股，故； 不计滑轮重力和摩擦，右边图中与动滑轮相连的绳子有3股，故； 所以，F1最大，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A 例4.某同学研究动滑轮的使用特点时，实验过程如图1（每次都匀速提起相同钩码，不计摩擦）； （1）根据图1可知，实验中所用动滑轮的重力为 牛； （2）根据该同学的实验数据，如果家里安装日光灯，你认为图2中的 安装方式更合理。（选填“甲”或“乙”） 【答案】（1）0.2（2）甲 【解析】（1）根据图1可知，直接用手提起两个钩码，弹簧测力计示数为2N，则两个钩码的重力为2N，使用动滑轮提起两个钩码，动滑轮上有两股绳，弹簧测力计示数为1.1N，则动滑轮重力； （2）由图1可知，拉力与竖直方向夹角越大，拉力也越大，所以图2中，图乙绳子承受的拉力更大，故应该选用甲图比较合理。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.4 简单机械（第3课时）（导学案） 【学习目标】 1. 区分定滑轮和动滑轮，了解其特点及实质； 2. 了解滑轮组的特点。 【学习重点】滑轮组的特点 【学习难点】滑轮组的特点 【自主学习】 1.定滑轮：滑轮轴 ；动滑轮：滑轮轴 。 2.定滑轮实质是 ， 改变力的方向， 改变力的大小。 省力 省距离。改变力的方向 改变力的大小。动滑轮实质上是一个 。 力 距离。 改变力的方向。若力的方向不与动滑轮直径垂直，则省的力 一半， 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 绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是 自由端移动速度v自和物体移动速度v物的关系 水平拉物体：自由端拉力F和摩擦力f的关系是 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 自由端移动速度v自和物体移动速度v物的关系 注意：n为围绕动滑轮上绳子的股数。 【课堂探究】 一、定滑轮和动滑轮 观察以下图片，归纳滑轮结构？ 滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子 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。 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和动滑轮两类。定滑轮的轴 ，动滑轮的轴 。 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，如图丙所示，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。 由此可知： 如旗杆顶部安装的是定滑轮，如不使用定滑轮，将国旗升到旗杆顶部需要使用向上的拉力将国旗拉上去，现在使用定滑轮，只需要站在旗杆底部使用向下的力，即可将国旗升上旗杆。 （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。 由此可知： 注意：由于摩擦力的存在，实际所用的力要大一些。 滑轮实质上是杠杆。上述实验的结论，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。 改变拉力的方向， 改变拉力的方向， 二、滑轮组 实际应用时，常常将定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。 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 20 4 5 F1= G （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 20 5 4 F2= G 由此可知： F= G 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。我们可以发现： 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= h 思考：绳子自由端移动的速度和物体（动滑轮）移动速度的之间的关系？ 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？ 【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） 滑轮组横拉物体的特点 ①绳子自由端拉力： ②绳子自由端移动距离s自与物体移动距离s物： ③绳子自由端移动速度v自与物体移动速度v物： 注意：以上规律不考虑绳、轮间的摩擦及绳重、动滑轮重，这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。 【自我测评】 例1. 一辆车不小心陷进了泥潭中，小科按如图甲、乙两种方法均可将车从泥潭中拉出。如果车受到的阻力为800牛，则下列说法正确的是（ ） A.甲可以省力 B.乙能改变力的方向 C.甲所用的力至少400牛 D.乙所用的力至少400牛 例2. 小乐用如图所示的两种方式竖直匀速提升某物体，且都使物体上升了2m。已知物体重200N，滑轮重40N，提升时的拉力分别为F甲和F乙。若不计绳重和摩擦，则在提升过程中（ ） A.F甲=240N B.F甲做的功为240J C.F乙向上移动距离为4m D.F乙所做的功为440J 例3.用如图所示的三个装置先后提升同一个物体G，若不考虑滑轮的自重和摩擦，作用于绳子自由端的拉力F1、F2、F3的大小关系是（ ） A.F1最大 B.F2最大 C.F3最大 D.一样大 例4.某同学研究动滑轮的使用特点时，实验过程如图1（每次都匀速提起相同钩码，不计摩擦）； （1）根据图1可知，实验中所用动滑轮的重力为 牛； （2）根据该同学的实验数据，如果家里安装日光灯，你认为图2中的 安装方式更合理。（选填“甲”或“乙”） 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$