2.1 简单机械 第5课时（教学课件）科学新教材浙教版九年级下册

该初中科学课件聚焦轮轴的定义、结构、杠杆本质及平衡条件，通过《天工开物》生产场景导入，结合知识回顾中滑轮的杠杆本质作为学习支架，帮助学生建立简单机械间的知识联系。 其亮点在于以实验探究为核心，通过细线、钩码与弹簧测力计的操作分析轮轴平衡条件，体现科学思维的推理论证和探究实践能力，结合方向盘、自行车后轮等实例强化科学观念应用。课堂小结系统梳理知识，助力学生构建体系，教师可通过此资料提升教学效率，激发学生探究兴趣。

简单机械 第 1 节 第2章 第5课时 轮轴 机械与动力工程 浙教版 九年级下册 轮轴定义、结构、杠杆本质。 01 知 识 目 标 02 轮轴平衡条件及省力、费力判断；生活省力、费力轮轴实例识别。 02 重点 重点 难点 01 科学观念 清晰说出轮轴的组成结构，区分轮、轴；知道轮轴本质是可连续转动的变形杠杆，牢记轮轴平衡公式。分清两类轮：动力作用在轮上省力费距离，动力作用在轴上费力省距离；能准确区分生活省力、费力轮轴实例 02 科学思维 依托杠杆平衡条件推导轮轴平衡规律，理解轮半径、轴半径对省力效果的影响。 能根据工具结构判断动力施加位置，分析该轮轴省力 / 费力特点，解释设计原理。 对比斜面、杠杆、滑轮、轮轴四类简单机械，总结所有机械 “省力必费距离，不能省功” 通用规律。 03 科学探究 独立完成探究轮轴拉力分组实验，规范记录轮半径、轴半径、拉力数据； 对比拉力不同方向、动力分别施加在轮 / 轴两种情况，归纳实验结论； 学会控制变量，分析实验误差（转轴摩擦、器材自重）产生原因。 04 态度与责任 了解宋应星《天工开物》记载古代轮轴辘轳取水技术，感受我国古代手工业科学成就，增强文化自信； 能根据生产需求选用合适轮轴工具，体会简单机械改善劳动效率的价值。 素 养 目 标 1.滑轮结构：周边有 ，可绕中心轴 的轮子；根据滑轮轴的位置是否 分为定滑轮、动滑轮。 2.定滑轮：轴固定不动，实质是 杠杆，特点：不 ，但可以改变 。 3.动滑轮：轴随重物一起运动，实质是动力臂为阻力臂 倍的省力杠杆，特点：省 力，不能改变 ，费 。 4.滑轮组：定滑轮+动滑轮组合使用，既能省力，又能改变力的方向；不计绳重摩擦时拉力F= ，绳子自由端移动距离s= 。 知识回顾 槽 转动 移动 等臂 省力 力的方向 2 力的方向 距离 一半 nh 轮轴 探究新知 PART 1 新知讲授 明代学者宋应星编著的《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作。如图2.1-22所示，是人们应用简单机械——轮轴进行生产的场景。 那么轮轴是怎样改变力的大小和方向的呢? 轮 轴 图2.1-22中，有两组轮轴，一是做圆周运动的摇臂和轴，二是缠绕绳子的轮和轴。 新知讲授 一、认识轮轴 轮轴：由“轮”和“轴”中的轮轴组成的系统，该系统能绕共同的轴旋转。习惯上，半径较大的是轮，半径较小的是轴。 半径较大的是轮 半径较小的是轴 日常生活中，有许多简单机械属于轮轴，如图2.1-23所示。你会分析它们的轮和轴吗? 新知讲授 一、认识轮轴 轮 轴 轮 轴 轮 轴 新知讲授 在自行车上找一找，哪些部件属于轮轴? 作用在轮和轴上的力有什么关系? 自行车的车把手、脚踏与牙盘、车轮是轮轴。 动力作用在轮上时省力、费距离； 动力作用在轴上时费力、省距离。 新知讲授 把两条细线沿相反方向绕在轮和轴上，一条细线的尾端悬挂钩码，另一条细线的尾端与弹簧测力计相连。 改变弹簧测力计的拉力方向，观察弹簧测力计的示数是否改变。 对换钩码和弹簧测力计的位置，观察弹簧测力计的示数变化。 新知讲授 表2.1-4 记录表 轮半径 R/cm 轴半径 r/cm 钩码重力 mg/N 测力计 F₁/N 测力计 F₂/N 测力计 F₃/N 测力计 F₄/N 分析数据，能得到什么结论? 沿轮的切线方向拉动时，拉力大小与拉力方向无关。 改变弹簧测力计拉力方向 钩码挂在轴上、测力计拉动轮：拉力小于钩码重力，动力作用在轮上，省力费距离。 新知讲授 表2.1-5 记录表 轮半径 R/cm 轴半径 r/cm 钩码重力 mg/N 测力计 F₁/N 测力计 F₂/N 测力计 F₃/N 测力计 F₄/N 分析数据，能得到什么结论? 对换钩码与弹簧测力计位置 情况 1：钩码挂在轴上，测力计拉轮 测力计拉力小于钩码重力（省力） 情况 2：互换后，钩码挂在轮上，测力计拉轴 测力计拉力大于钩码重力（费力） 新知讲授 沿切线拉动轮轴时，拉力大小与作用方向无关； 动力作用在轮上省力，动力作用在轴上费力； 满足轮轴平衡条件：F轮R=F轴r 【实验小结】 为什么轮与轴的受力有这样的关系呢? 新知讲授 二、轮轴的平衡条件 R为轮半径，r为轴半径，F为作用在轮上的力，G为作用在轴上的力。 使用轮轴时， 作用在轮上的力的作用线与轮相切， 作用在轴上的力的作用线与轴相切。 因此，它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径。 由于力臂不变，因此力的大小不随力的方向改变而改变。 新知讲授 轮轴的实质是可以连续旋转杠杆。 根据杠杆的平衡条件有： 动力×轮半径=阻力×轴半径 用公式表示： FR=Gr 由于轮半径总大于轴半径，因此 当动力作用于轮上时，轮轴为省力费距离杠杆。 当动力作用于轴上时，轮轴为费力省距离杠杆。 二、轮轴的平衡条件 新知讲授 请举出省力轮轴和费力轮轴的实例。 省力轮轴：方向盘、门把手、螺丝刀、水龙头阀门、自行车车把、辘轳 请举出省力轮轴和费力轮轴的实例。 省力轮轴：方向盘、门把手、螺丝刀、水龙头阀门、自行车车把、辘轳 新知讲授 辘轳 新知讲授 费力轮轴：自行车后轮、电风扇叶轮、竹蜻蜓 请举出省力轮轴和费力轮轴的实例。 课堂小结 【详解】 下列简单机械，在正常使用时能省距离的是（　　） A．动滑轮 B．轮轴 C．船桨 D．斜面 【例1】 A．使用动滑轮时，能省力但费距离，故A不符合题意； B．轮轴是一种省力机械，使用轮轴时，能省力，但费距离，故B不符合题意； C．船桨在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，但省距离，故C符合题意； D．斜面使用时，可以省力，但费距离，故D不符合题意。 C 新知讲授 【详解】 如图是东坡井口木制辘轳结构及侧面图。人们借助辘轳从井中汲水时，转动摇把，使绳子在轮轴筒上不断叠绕，从而将水桶从井中提出。以下分析正确的（　　） A．辘轳是定滑轮的应用，可改变力的方向 B．辘轳是动滑轮的应用，可省力 C．辘轳属于轮轴结构，轮半径越大越省力 D．提高机械效率的关键是增大提水桶上升的速度 【例2】 ABC．定滑轮的轴是固定不动的，不随物体一起运动，动滑轮是轴随物体一起运动的滑轮，而辘轳在工作时，轮和轴一起转动，属于轮轴结构，不是定滑轮，也不是动滑轮；根据轮轴的原理，（ F1 是作用在轮上的力， R 是轮半径，F2是作用在轴上的力， r 是轴半径），在阻力和轴半径一定时，轮半径 R 越大，所需的动力F1越小，也就越省力，故 C 正确，AB错误； D．提高机械效率的关键是增大有用功在总功中的比例，比如减小额外功，如减小摩擦力、减轻机械自身重量等，而不是增大提水桶上升的速度，故D错误。 C 新知讲授 【详解】 小乐购买了玩具并自己组装，用到了内六角螺丝和与其配套的内六角扳手，如图所示，下列说法错误的是（　　） A．内六角螺丝是一种类似斜面的机械 B．螺纹密一些的螺丝拧起来会更省力 C．内六角扳手使用过程中相当于轮轴 D．将扳手M点插入螺丝孔使用更省力 【例3】 A．内六角螺丝的螺纹通过密集的螺旋线形成斜面效果，故A正确，不符合题意； B．螺丝钉的螺纹越密，形成的斜面长度越长，旋进时就越省力，故B正确，不符合题意； C．由轮和轴组成，能绕共同轴线旋转的机械，叫做轮轴；内六角扳手使用过程中相当于轮轴，故C正确，不符合题意； D．根据轮轴的省力特点，轮半径越大，越省力；因为将扳手上的N点插入螺丝后，力作用在M端，长柄为半径；反之将M点插入后，力只能作用在N端，半径更短，所以将扳手上的N点插入螺丝后使用更省力，故D错误，符合题意。 D 新知讲授 教 寄 师 语 细究材料性质，巧造万物便利生活 浙教版 九年级下册 $