摘要:
**基本信息**
聚焦机械功核心实验,通过系统化实验探究与数据推理,培养科学探究能力和科学思维,构建杠杆平衡与机械效率的完整认知体系。
**专项设计**
|模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑|
|----|-----------|----------|----------|
|探究杠杆的平衡条件|5问|平衡调节(螺母方向+水平目的)、数据归纳(F1L1=F2L2)、动态分析(力臂变化影响)|从实验操作到规律推导,建立杠杆平衡条件与力臂关系的因果链|
|测量滑轮组的机械效率|3问|操作规范(匀速拉动)、误差分析(摩擦力影响)、变量控制(物重/高度对效率的影响)|通过数据对比,揭示机械效率与有用功、额外功的内在联系|
内容正文:
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第九章机械和功
章节知识导图
五要素:支点(O)、动力(F)、阻力(F2),动力臂(L)、阻力臂(L2)
平衡条件:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即F,L1=FL2
省力杠杆
费力杠杆
等
L
L
F
示意图
△0
L
F
杠杆
F
E
分类及
应用
力臂关系
L1>L2
L1<L2
力的关系
F,<F2
F,>F2
特点
省力、费距离
费力省距离
不省力
撬棍、羊角锤、钢
钓鱼竿、筷子、镊
应用举例
托盘天
丝钳、园艺剪等
子、理发剪等
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分类
定滑轮
动滑轮
滑生
机械和功
hiLLE
示意图
G
G
G
轴固定不
轴可以随被吊物
由定滑轮和动
定义
滑轮
动的滑轮
体起运动的滑轮
的简单机械
可以改变力
可以省力,但不
可以省力,但是
特点
的方向,但
能改变力的方向
的方向与其绕
不能省力
绳子末端移动距
s =2h
s 2h
离s与物体上升
s=h
(动滑轮被2段
(动滑轮被2
高度h的关系
绳子吊起)
段绳子吊起)
F与G的关系(不
F=G
r-号
Fog
计绳重和摩擦)】
(不计滑轮重)
(不计滑轮重)
概念:如果对物体施加了力,并使物体沿力的方向移动了一段距离,我们
物体做了功
做功的必[作用在物体上的力F
功
要因素
【沿力的方向上移动的距离s
公式:W=Fs
克服重力做功:W=Gh;克服摩擦力做功:
单位:焦耳(J),1J=1N·m
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做相同的功比时间
比较做功快慢的方法
相同的时间比做功
求单位时间内做功的多少
物理意义:表示物体做功快慢
概念:功与完成这些功所用时间之比叫作功率
W
定义式:P=
t
功率
计算公式
推导式:P=”_=Fm(仅适用于匀速直线运动过程)
机
单位:瓦(W)、千瓦(kW),1kW=103W=103J/s
械
和
原理:P=平_Gh-mgh
测量人上
tt t
功
楼的功率
测量工具:体重计、刻度尺(或卷尺)、秒表
测量的物理量:人的质量m,人体上升的高度h,做功
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有用功、额外功和总功
机械效率
概念:有用功跟总功的比值叫作机械效率
W有8
公式:m=W总
使用任何机械都不省功,机械效率总小于100%
减小摩擦、减小机械自重减小额外功
提高机械效率的方法
增大被提升物体的质量增大有用功
Ch
杠杆:m=Fs
×100%
Ch
滑轮组)7=×100%三3×100%,不计绳重及隆
机械效率的计算
G
7=
G+G动
×100%
Ch
斜面:门=F观
×100%=
Ch
×100%
Gh+fl
实验要点通
实验1探究杠杆的平衡条件(新课标要求必做实验)
小明利用铁架台、杠杆、质量相等的钩码等器材,探究杠杆的平衡条
件:
甲
(1)如图甲所示,为使杠杆在水平位置平衡,应将杠杆两端的平衡
螺母向右调节,直到杠杆在水平位置平衡,这样做的目的是便于测量
力臂。
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(2)调节杠杆平衡后,在不同位置挂不同数量的钩码,使杠杆重新
平衡,得到如下表所示的实验数据:
次数
动力FN
动力臂L/cm
阻力FN
阻力臂L2/cm
1
2
12.0
1
24.0
2
2
5.0
1
10.0
3
3
10.0
2
15.0
分析表中数据可得出杠杆的平衡条件:FL1=FL2。多次实验的目的
是寻找普遍规律。
(3)图乙中杠杆恰好在水平位置平衡,若将杠杆两侧所挂钩码各取
下一个,杠杆会逆时针转动。
(4)如图丙所示,若不在B点挂钩码,改用弹簧测力计在B点向下
拉杠杆,使杠杆仍在水平位置平衡,当测力计从位置α转动到位置b
时,弹簧测力计的示数将变大,其原因是拉力的力臂变小。
(5)小明利用如图丁所示的装置进行探究,发现杠杆平衡时,所测
得相关数据关系与杠杆平衡条件不相符,其原因是杠杆的重力对杠杆
平衡产生了影响。
实验2测量滑轮组的机械效率
小红利用如图所示的装置研究滑轮组的机械效率:
机械
实验
钩码重力
钩码上升的
绳子自由端移
拉力FN
效率
次序
G/N
高度h/cm
动距离scm
之
2.0
5
1.0
15
66.7
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%
74.1
2
4.0
5
1.8
15
%
74.1
3
4.0
10
1.8
30
%
4
6.0
5
2.5
15
80%
(1)在实验中,应沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计。
(2)某同学认为,应在弹簧测力计静止时读数。他的想法是错误的,
理由是没考虑到摩擦力对滑轮组机械效率的影响。
(3)分析第1、2、4实验的数据可知,使用同一滑轮组提升重物时,
重物越重,滑轮组的机械效率越高。分析第2、3次实验的数据可知,
滑轮组的机械效率与物体上升的高度无关。
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