叶胤　简单机械（二）—滑轮（教师版）公开课教案教学设计.docx

浙江省陈锋网络名师工作室杭州市教育科研标兵陈锋工作室初中科学重要概念复习导学简单机械（二）滑轮杭州经济技术开发区景苑中学 叶胤一、课标要求知道简单机械（滑轮）的原理，用简单机械原理解释一些生活实例。二、学习目标1 .知道定滑轮、动滑轮和滑轮组特点和其绳子的绕法。2 .掌握滑轮组拉力与物重的关系、绳子伸长长度与物体升高高度的关系、绳子移动速度 与物体升高速度的关系，会用这三个关系解决计算和分析问题。三、重点难点L重点：知道滑轮组的特点；会使用滑轮组解决实际问题。3 .难点：使用滑轮组解决实际计算问题。四、知识结构滑轮滑轮定义：中间的轴固定不动的滑轮实质：等臂杠杆实质：动力臂是阻力臂两倍的杠杆I 动滑轮对理想的定滑轮（不计轮轴间摩擦）F=G, 绳子自由端移动距离s （或速度v）等于 重物移动的距离s'（或速度V'） ,定滑轮特点：使用定滑轮不能省力，但能改变动力的方向定义：轴和重物一起动的滑轮（可上下移动，也可左右移动）特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向对理想的动滑轮（不计轮轴间摩擦）F=%G,只忽略轮轴间的摩擦，那么拉力F=% （G物+G劭）， 绳子自由端移动的距离s （或速度v）等于两倍的重物移动的距离s，（或速度V，）滑轮组n倍的重物移动的距离s，（或速度/）组装滑轮组方法定义：定滑轮、动滑轮组合成的滑轮组特点：使用滑轮组既能省力，又能改变动力的方向对理想的动滑轮（不计轮轴间摩擦）F二G,只忽略轮轴间的摩擦， 那么拉力F=、（G拗-G动），绳子自由端移动的距离s （或速度v）等于G 衡 +G根据公式n=、,求出绳子的股数根据“奇动偶定”的原那么，结合题目的具体要求组装滑轮故答案为：(1)大；(2)改变力的方向；能吊起货物的质量不能超过6000千克；(3)此过程中克服货物重力做功3. 6X10、焦。【提练】此题主要考查学生对于杠杆平衡条件、滑轮与滑轮组特点以及功公式的理解和 掌握，属于综合型题目。(1)因动力臂及动力的乘积不变，那么由杠杆的平衡条件可知配重与配重臂的关系；(2)根据滑轮的特点分析其作用；根据滑轮组特点确定绳子段数求出物体重力；再结 合重力公式求出质量；(3)根据功的公式W=Fs求出克服重力做功大小。五、多点直击【典例1如下图，用手沿竖直方向匀速拉一个动滑轮，使挂在下面重为G的物体缓慢上升，动滑轮的重力不可忽略，现改变物体的重力G,不计绳重与 aF 摩擦，那么动滑轮的机械效率H与物体重力G的关系可能符合以下图中的（） 祢【解析】动滑轮的重力不可忽略，那么克服动滑轮的重所做的功为额外功，T1 =【解析】动滑轮的重力不可忽略，那么克服动滑轮的重所做的功为额外功，T1 =GhGh+G 轮 h可见，当物重增大时，机械效率增大，但机械效率T与物体重力G的关系并不成正比, 故B正确符合题意。【提练】此题考查了使用动滑轮时机械效率的计算，从题可知，动滑轮的重力不可忽略,W有用那么克服动滑轮的重做的功为额外功，利用公式V = J 判断出动滑轮的机械效率”与物体重W总力G的关系。【典例2如下图，用甲、乙滑轮组在相同时间内分别将A、 B物体匀速提升相同高度，物体受到的重力Ga>Gb,滑轮组的机 械效率” n甲vn乙（忽略绳重和摩擦）。以下判断正确的选项是（）A.两滑轮组绳端移动的距离相等B.甲滑轮组的有用功比乙的少C.甲滑轮组的总功率比乙的小D.甲滑轮组的动滑轮比乙的重【解析】A.由图可知，滑轮组绳子的有效股数n甲=3, n乙=2,那么两滑轮组绳端移动的距离不相等，故A错误;B.物体受到的重力Ga>Gb、上升的高度相同，根据川有=6卜可知，甲滑轮组的有用 功比乙的多，故B错误。W有C.由B可知，W有甲W有乙，滑轮组的机械效率甲<71乙，由可得，甲滑轮V总组的总功比乙的大，时间相同，由p=y可知，甲滑轮组的总功率比乙的大，故c错误； tW有rGD.忽略绳重和摩擦，由T| 可得，“甲=,乙=W总Fs G+G动GG动甲GbGb+G动乙因为Ga>Gb, 甲所以甲滑轮组的动滑轮比乙的重，故D正确。应选：Do【提练】（1）由图可知滑轮组绳子的有效股数n甲=3, n乙=2,（2）根据W=Gh比拟有用功的大小；（3）滑轮组的机械效率ri甲Vti乙（忽略绳重和摩擦），由此可知总功大小，然后利用P =此分析其功率大小关系。tW 有C不计绳重和摩擦时，根据7=分析动滑轮的大小关系。W总FsG+G动【典例3如下图，重为G的物体在拉力F的作用下，以v的速度匀速运动了 s,已 知物体在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力为物重的n分之一，不计绳重、轮与轴间的摩擦,V/V/.V/V/.以下说法正确的选项是（）A.使用该滑轮组一定省力B.拉力的功率为FvC.额夕卜功为（2nF-G） snD.滑轮组的机械效率为且 2F【解析】A.由图可知，连接动滑轮绳子的股数n' =2,由于不计绳重、轮与轴间的摩擦，所以，绳端的拉力（f + G动），由于千与G动的大小关系未知，所以无法比拟F n与f的大小关系，那么使用该滑轮组不一定省力，故A错误；B.绳端移动的速度v绳=1< v = 2v,那么拉力的功率：P = Fv绳=2Fv,故B错误;C.由题意可知，物体运动时受到的摩擦阻力f=G,n克服摩擦阻力做的功为有用功，那么：3有=千5 =5, n绳端移动的距离：5绳=门，s = 2s,拉力F做的总功：VH = Fs绳= 2Fs,那么额外功：W颔=火总一汹有= 2Fs 2Gs =2（2nF G） s,故C正确； n nW 有-rGs gD.滑轮组的机械效率：ii=一=、一,故D错误。3 总 2Fs 2nF应选：Co【提练】此题主要考查有关滑轮组的相关计算，弄清连接动滑轮绳子的股数是关键，用 利用相关公式进行计算，注意滑轮组是否省力取决于物重与动滑轮重的大小关系，易错点!【典例4】体重是600N的人站在重为200N的木板上，如下图。那么站在 木板上的人耍 N的拉力才能使木板水平静止，此人对木板的压力为No （不计滑轮重和绳与滑轮的摩擦）【解析】人的重力G人= 600N;木板的重力G木= 200N;G 人+ G 木= 600N + 200N=800N,读图可知，这800N都由最上面的滑轮承当，而且左右拉力相等。因此，上面滑轮右侧的拉力为400No这400N又由两段绳子平均分担，因此，人手处的拉力为200N;绳子对人向上的拉力等于人对绳子的拉力，所以人对木板的压力：F 压=6 人-F = 600N 200N=400N。故答案为：200; 400o【提练】认真读图，找出各力的分担关系，依次推理，最后就可以判断每一段绳子处的 力的大小。【典例5】工人利用如下图的装置，在河边打捞水中的物体M。打捞过程中物体M在水中匀速上升的速度为0. 2m/s,此时工人做功的功 率为360W；当物体被打捞出水面后，工人对绳子施加最大的拉力，恰好 能使物体继续匀速上升。：工人的质量为70kg,物体M的密度为5X 103kg/m3.不计绳重、轴摩擦及水对物体的阻力，g取10N/kgo求：（1）物体M的重力Gm;（2）动滑轮的重力G动；（3）物体离开水面后，滑轮组的机械效率n。（结果请保存两位有 效数字）【解析】（1）由图可知 n=4,贝U v=4vm, =4X0, 2m/s = 0. 8m/s,甲7.由P = Fv得：物体M在水中，人对绳的拉力c_P_ 360V _dsnMry4t）UN,v 0. 8m/s对物体M和动滑轮进行受力分析：物体M在水中匀速上升时，如图甲所示。物体M全部露出水面匀速上升时，如图乙所示。 不计绳重、轴摩擦及水对物体的阻力， 假设物体浸没在水中，那么Ft =2（Gm+G动一F浮）;即：Gm+G动= F浮+4FT假设物体在水面外那么Fmax=2(Gm + G动)；4即：Gm + G 动= 4Fmax 当物体被打捞出水面后，工人对绳子施加最大的拉力，Fmax = G人=四人g由式解得：F 浮=4m 人g4Ft=4义 70kgX 10N/kg-4X450N = 1000N,由F浮=p水gVhi得：力勿体 M 的体积：VM= =0. 1m3,P 水g IX 103kg/m3X lQN/kg物体M受到的重力：Gm= p MgVM=2. 5 X 103kg/m3 X 10N/kg X 0. 1 m3=2500N;(2)由式得：动滑轮受到的重力：G 动=4Fmax-GM=4m Ag-GM=2800N-2500N = 300N;(3)物体M出水后，滑轮组的机械效率：=生=Gm =2500N=89%。W 总 Gm+G 动 2500N+300N答:(1)物体M的重力Gm为2500N；(2)动滑轮的重力G动为300N;(3)物体离开水面后，滑轮组的机械效率为89%。【提练】此题考查了学生对密度公式、重力公式、阿基米德原理、效率公式的掌握和运 用，涉及到对物体的受力分析，知识点多、综合性强。六、重要实验【典例1】用图所示装置测量动滑轮的机械效率。实验时，竖直向上匀速拉动弹簧测力 计，使挂在动滑轮下面的钩码缓缓上升。实验数据如下表：序号动滑轮重钩码重力G 动/NG/N钩码上升高度 h/m绳的拉力 F/N绳端移动距离 s/m机械效率 n0. 110. 20.60.483. 3%一0. 120. 21. 10.40.220.21.20.483. 3%(1)第次实验时，测得动滑轮的机械效率约为 o5(2)分析表中数据可知，对于同一动滑轮，所提升钩码的重力增大,机械效率将； 提升相同重力的钩码时，动滑轮的重力增大，其机械效率将 O (选填“增大”、“减小”或“不变”)(3)分析表中数据可知，FWG动+G2可能的原因是:【解析】(1)由表中实验数据可知，第次实验时，动滑轮的机械效率：二W有用 X1OO%= Gh x10Q%= 2NXQ.2m x 100%90. 9%；W总Fs 1. 1NX0. 4m(2)由表中实验序号为的实验数据可知，对于同一动滑轮，所提升钩码的重力增 大，机械效率将增大；F十G动+G由表中实验序号为的实险数据可知，提升相同重力的钩码时，动滑轮的重力增大, 其机械效率将减小。(3)由于滑轮与轮轴间存在摩擦、缠绕滑轮组的绳子有重力，因此:故答案为：(1) 90.9%; (2)增大；减小；(3)滑轮与轮轴间有摩擦、绳子有重力。【提练】此题考查了求滑轮组效率、实验数据分析，应用效率公式可以求出滑轮组效率， 应用控制变量法分析表中实验数据即可正确解题；解题时要注意控制变量法的应用。【典例2(1)在实验时，应用手竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使挂在动滑轮下的钩 码缓缓上升。(2)由表中实验数据可知，第次实验测得动滑轮的机械效率：(3)动滑轮承重绳子股数n = 2,拉力的速度:v = nv 钩码= 2X0. 1m/s = 0. 2m/s,第次实验时拉力的功率：P = Fv = 1.7NX0. 2m/s = 0. 34W;(4)根据表格中数据可知，动滑轮效率：W有2 Gnhn 9NX 0 9m712=一=乙 /= 4" 皿 X1OO%83. 3%, W总2 F2s2 1. 2NXQ. 4mGoho2%, J-J.X100%88, F3s3根据三次的机械效率及物重的变化可得同一动滑轮，所提升物重增大，机械效率将增大。 故答案为：(1)竖直向上匀速；(2) 71.4%； (3) 0.34； (4)增大。七、生活应用1 .三位同学做“以少胜多”的游戏。甲、乙两位同学握住两根相距60cm的圆柱形木棒， 将绳子一端固定在其中一根木棒上，并按如图方式依次缠绕(不计绳重、棒重和绳与木棒间的摩甲擦），小科握住绳子另一端。当甲、乙两位同学一起费尽力气想拉开时，小科稍用力 就能使他们匀速靠近。1 1） “以少胜多”的游戏说明 O（2）甲同学对木棒的力 （填“大于“等于”或“小于”）乙同学对木棒的力（3）游戏中，小科用200N的拉力，使甲向保持静止不动的乙匀速移动了 50cm,小科做功至少为多大?【解析】（1）从使用的情况看，两根木棍和绳子组成的机械 是滑轮组，“以少胜多”的游戏说明使用滑轮组可以省力；（2）同一根绳子各处的拉力相同，设绳子的拉力为F （即小科的拉力），由图可知，甲 同学那端木棍有2段绳子相连，因此甲的拉力为2F；乙同学那端木棍有3段绳子相连，因 此乙的拉力3F,所以甲的拉力小于乙的拉力；（3）乙保持静止不动（乙握住的木棒相当于定滑轮），甲匀速移动距离s甲=50cm = 0.5m （此时甲握住的木棒相当于动滑轮），那么可知绳子的有效股数n = 2,小科的拉力端移动距离：s = 2s甲= 2X0. 5m = 1m,小科做的功:W=Fs = 200NX1m=200Jo故答案为：（1）使用滑轮组可以省力；（2）小于；（3）小科做功至少为200J。【提练】此题考查了学生对简单机械类型的分析、功的计算，重点是物理知识的实际运 用情况，注重了学以致用。（1）根据木棍和绳子的使用情况，确定机械的类型；（2）根据与木棍相连的绳子段数比拟甲、乙的拉力大小；（3）求出小科拉力F移动的距离s = 2s甲，利用W = Fs计算小科做功大小。2 .如下图，是使用汽车从湖水中打捞重物的示意图。汽车通过定滑轮牵引水下一个圆柱形重物，在整个打捞过程中，汽车以恒定的速度v = 0.2m/s向右运动。图乙是此过程中汽车拉动重物的拉力F随时间t变化的图象。设= 0时汽车开始提升重物，忽略水的阻力、绳重和滑轮 的摩擦，g MZ 10N/kgo求：（1）重物露出水面前，汽车拉重物的功率;（2）圆柱形重物的密度；（3）水对湖底的压强（整个过程中，湖水深度不变）。【解析】(1)根据题意及图象乙，重物重力G=4000N,质量m=0= 'OON =400kg; g lON/kg重物露出水面前，汽车的拉力F = 3500N;P = Fv = 3500N X 0. 2m/s = 700W;答：重物露出水面前，汽车拉重物的功率为700W;(2)物体所受的浮力 F；竽 = G F=4000N 3500N=500N；力勿体的体积 V =0. 05m3;p 水 g 1000kg/m3x lON/kg圆柱形重物的密度p = 4QQkg =8X103kg/m3;V 0. 05 m3答：圆柱形重物的密度为8*10/8/巾3；(3)圆柱体上升到上底面与水面相平时，圆柱体下底面距河底的高度为：hi = vti = O. 2m/s X50s = 10m;圆柱体从上底面与水面相平上升到下底面与水面相平时，上升的距离恰好等于圆柱体的高。h2=vt2=0. 2m/s X 10s = 2m;河水的深度为：h = hi + h2 = 10m+2m = 12m;水对湖底的压强 P = p 水gh = 103kg/m3X10N/kgX12m=1.2X105Pa。答：水对湖底的压强为1.2X1()5pa。【提练】此题考查质量、密度、液体压强的计算，难点是根据图象对物体进行受力分析， 这是解决此题的关键。(1)从图象上可以看出物体浸没水中时拉力的大小，根据公式=尸丫可求重物露出水 面前，汽车拉重物的功率；露出水面后绳子的拉力就等于物体的重力；根据公式m = Gg可求物体的质量；(2)绳子两次拉力之差，就是物体所受的浮力，根据浮力公式求出体积的大小；根据 公式P =皿求出物体密度的大小；V(3)圆柱体上升到上底面与水面相平时，根据公式卜=丫t可求圆柱体下底面距河底的 高度；圆柱体从上底面与水面相平上升到下底面与水面相平时，升的距离恰好等于圆柱体的 高；最后利用液体压强公式求出水对湖底的压强。八、拓展迁移1 ,请利用一个滑轮、一段细绳，设计提升重物的不同方案。要求：只用一个滑轮和一 段细绳将重物提起；画出提起重物的装置示意图；在示意图上标出动力的方向、滑轮绕 着转动的点0阻力作用点和方向；说明使用该方案的优缺点。(1)方案(2)方案的优缺点：【解析【设计一】(1)方案：将滑轮设计成一个定滑轮提起重物，如下图：(2)方案的优缺点：定滑轮相当于一个等臂杠杆，它的优点：能改变“五2“五2力的方向，但不能省力。【设计二(1)方案：将滑轮设计成一个动滑轮提起重物，如下图：尸1-(2)方案的优缺点：动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆，它的优点：能省力，但不能改变力的方向。3斤故答案为：(1)见上图；(2)用定滑轮提升重物时，能改变力的方向，亡但不能省力。【提练】此题考查定滑轮和动滑轮的应用，关键是正确认识两种滑轮的实质和特点。2 .如图甲为塔式起重机简易示意图，塔式起重机主要用于建筑中材料的输送及建筑构件 的安装。(动滑轮重、绳重及摩擦不计)。(1)为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡重的质量应越o 卢呼年 Q(2)图乙为起重机钢丝绳穿绳简化示意图，也代 T滑轮a的作用是。假设钢丝绳能承也开也小仇受的最大拉力为3>< 10加，那么能吊起货物的质量"一'? f甲乙不能超过多少千克？(3)假设将重为1.2X10%的货物由地面沿竖直方向匀速提升30米，再沿水平方向移动 20米，那么此过程中克服货物重力做功多少焦？【解析】(1)由杠杆的平衡条件FC = F2L2 (动力X动力臂=阻力X阻力臂)可得：F2FL=,由此可知当阻力臂和动力不变时，阻力与动力臂成正比；即动力臂越大，阻力越L2大；动力臂越小，阻力越小。故为保持平衡，起重臂的长度越长的塔式起重机，配备的平衡 重的质量应越大；(2)图示中滑轮a为定滑轮，其作用是改变用力的方向；由题意可知该滑轮组承当总重的绳子有2段，故G = 2F = 3X1()4牛x2 = 6X1()4牛由6=巾8可得：m=9= 6*1° "=6000千克;g 10N/kg(3) W=Fs=Gh = 1.2X1044-X30 米=3. 6X10,焦，由于水平移动时，重力方向上没移动距离，故水平移动过程中重力没做功。