叶胤　简单机械（三）—斜面（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简单机械（三）斜面初中科学重要概念复习导学特点：高度一定时，斜面越长越省力斜面有用功：W有用=Gh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（斜面）的原理，用简单机械原理解释一些生活实例。二、学习目标1 .能说明斜面省力特点，举例说明生活中的斜面。2 .会测定斜面的机械效率，会运用控制变量法的实验方法进行探究实验，解决计算和分 析实际生活问题。三、重点难点1 .重点：认识变形的斜面，应用所学知识解决实际生活中的问题。2 .难点：使用斜面解决计算和分析实际生活问题。四、知识结构理想斜面（不计摩擦）：Fs=Gh总功：Wa =Fs=Gh*fs=袒弟=Gh = GhWo T7 Gh+fs五、多点直击【典例1如下图，斜面光滑，推力分别为3、F2,把物体从斜面底端推至斜面顶端, 所做的功分别为柏、W2,那么（）A. F大于Fz, W等于W2AB. Fi 小于 F2, Wi 小于 W2C. Fi 大于 F2, Wi 大于 W2D. Fi小于F2, Wi等于%BC【解析】:斜面光滑说明摩擦力为0,即使用光滑的斜面没有额外功，把同一物体沿斜面BA和CA分别拉到顶端A,h相同，由W=Gh可知两次做的功相同,即 Wi=W2,从图可知，Lba>Lca,而 Wi=W2,AFi<F2,应选：Do【提练】此题考查斜面的省力情况，物体做功大小的判断，关键是知道接触面光滑，摩擦力为0,使用任何机械都不省功。也可以利用斜面倾斜角度越大，越费力，来判断两次拉 力的大小关系。【典例2】在学习了简单机械之后，小红用图示装置探究“斜面的机械效率”，对于小红的实验，以下说法正确的选项是（）A.实验时要匀速竖直拉动弹簧测力计B.斜面的倾斜程度越大木块所受的摩擦力越大C.斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越大D.影响斜面机械效率的因素只是物体与斜面间的粗糙程度【解析】A.为了保证弹簧测力计的示数稳定，就要让木块做匀速直线运动，实验时要沿 斜面匀速拉动弹簧测力计，故A错误；B.其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，物体对斜面压力越小，摩擦力越小，故B错误；C其他条件一定时，斜面倾斜程度越大，物体对斜面压力越小，摩擦力越小，做额外功 越少，机械效率越大，故C正确；D.斜面的机械效率跟斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关，故D错误。应选：Co【提练】要测量沿斜面的拉力，就要让木块做匀速直线运动，因为只有这样，弹簧测力 计的示数稳定，测量才够准确；滑动摩擦力大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关；斜面 的机械效率跟斜面的粗糙程度和斜面的倾斜程度有关，在斜面粗糙程度一定时，斜面倾斜程 度越大，斜面机械效率越高；在斜面倾斜程度一定时，斜面越光滑，斜面机械效率越高。【典例3】如图，小明利用两个倾角不同的斜面进行实验:（1）假设甲乙斜面光滑，沿斜面匀速向上拉动物体的力分别 是F甲和F乙，那么拉力F甲 F乙。（2）将木块分别从两光滑斜面顶端自由释放，那么木块到达 斜面底端的速度v甲 v乙.（选填或" = "）【解析】同一木块在高度相同的光滑斜面上运动，所以拉力做的功等于克服重力 做的功，即Fs = Gh,由于甲斜面长度较大，所以拉力较小，即F甲VF乙；同一木块在高度相同的光滑斜面上滑下，重力势能全部转化为动能，即木块到达底端的动能相同；又因为木块质量相同，所以速度相同，即v甲=v乙0故答案为：V; =o【提练】此题考查拉力与斜面长度的关系以及影响动能的因素，是力学重要的规律，有 一定的难度，把握基本规律并且灵活应用，是解答此题的关键。【典例4】斜面被广泛应用于日常生活中，如图（a）所示。某小组同学为了比拟使用 斜面提升物体拉力所做功W与不用斜面直接提升物体拉力所做功附的关系，选取了倾角和 斜坡长度相同但材料不同的斜面、重为2牛的物块、测力计等器材进行实验，斜面粗糙 程度甲乙丙。他们用平行于斜面的力将物块从底部匀速上拉至斜面顶端，如图（b）所 示。通过计算得到了在不同斜面上拉力所做功阴分别如表所示。接直速升体 直竖匀提物序号 斜面脑（焦）1 甲3. 102 乙2.903 丙2.25（1）分析实验序号1或2或3的数据及相关条件，可以得出初步结论：使用粗糙斜面 提升物体拉力所做功W.不用斜面直接提升物体拉力所做功W2（2）分析实验序号1和2和3的数据及相关条件,可以得出初步结论:使 用斜面提升物体拉力所做功W1所越接近于不用斜面直接提升物体拉力所做功W2（3）请在前面实验结论的基础上，进行合理的推理，可得出： 【解析】（1）不用斜面时做的功为：W2=Gh = 2NX1m = 2JWi,所以使用粗糙斜面提升 物体拉力所做功昭大于不用斜面直接提升物体拉力所做功W2（2）因为斜面粗糙程度甲乙丙，由表格数据知丙，所以可以得出斜面 越光滑，使用斜面提升物体拉力所做功唯所越接近于不用斜面直接提升物体拉力所做功明；（3）根据“斜面越光滑，使用斜面提升物体拉力所做功油所越接近于不用斜面直接提 升物体拉力所做功W2”知，假设斜面很光滑，摩擦力为零时，使用斜面提升物体拉力所做功 Wi等于不用斜面直接提升物体拉力所做功W2o故答案为：（1）大于；（2）斜面越光滑；（3）假设斜面很光滑，摩擦力为零时，使用斜面 提升物体拉力所做功等于不用斜面直接提升物体拉力所做功W2o【提练】此题考查了利用斜面不能省功的实验探究，根据表格数据得出结论是关键。【典例5如下图，在水平路面上行驶的汽车通过滑轮组拉着重G = 9X 10加的货物A 沿斜面向上匀速运动。货物A的速度为v = 2m/s,经过t = 10s,货物A竖直升高h=10m。汽车对绳的拉力F的功率P=120kW,不计绳、滑轮的质量和摩擦，求:（1） t时间内汽车对绳的拉力所做的功;（2）汽车对绳的拉力大小；（3）斜面的机械效率。【解析】（1）由P=更可得t时间内汽车对绳的拉力所做的功: tW = Pt = 1.2X105WX10s = 1.2X106J:（2） 10s 内货物移动的距离：s = vt = 2m/sX 10s = 20m,由图知，n = 3,拉力端移动距离：s = 3s物= 3X20m=60m,由W = Fs可得汽车对绳的拉力大小：F = = 1- 2X 1 06 J =20000N ；s 60m(3)不计绳、滑轮的质量和摩擦，滑轮组对重物的拉力：F 拉= 3F = 3 X 20000N = 60000N,斜面的机械效率：W有用 Gh _9X104NX 10myinn0/_7WW 总F拉 s 物60000NX20m答：(1) t时间内汽车对绳的拉力所做的功为1.2X1()6j；(2)汽车对绳的拉力大小为20000N;(3)斜面的机械效率为75%。【提练】此题考查了使用滑轮组时速度公式、功的公式、功率公式、机械效率公式的应 用，注意斜面的机械效率不等于整个装置的效率！六、重要实验【典例1小明和小华一起探究影响斜面机械效率的因索。他们认为:机械效率是有用功和总功的比值，用斜面匀速拉动一个物体拉到一定高度时, 有用功的大小确定，那影响到总功的就是使用斜面的额外功。使用斜面时，额外功是拉动物 体时，克服摩擦力所做的功，所以我们要研究影响斜面机械效率的因素，可以从物体与斜面 的摩擦力入手。滑动摩擦力的大小和接触面粗糙程度、物体对支持面的压力有关。甲斜面材料物体重力G/N木板2棉布2毛巾2表格中缺的数据应为乙丙斜面图度h/m 拉力F/N斜面长s/m 机械效率n/%0.51.2183.3%0.51.4171.4%0.51.61。根据实验数据，得出结论:在其他条件一定的前提下，(1)他们找了一个斜面，木块(重2N),木板，棉布，毛巾，弹簧测力计，刻度尺， 如图进行实验，并记录下相关数据。斜面越（选填“粗糙”或“光滑”），斜面的机械效率越高。（2）小明说：用同一个斜面，物体的重力增加，有用功增大，会增大机械效率。小华 说：用同一个斜面，物体的重力增加，会增大对斜面的压力，会增大摩擦力，增大额外功， 减小机械效率。于是他们拿起实验器材，进行实验，在以上实验器材基础上，他们还需要一 （填添加的器材）。斜面材料物体重力G/N斜面高度h/m拉力F/N斜面长s/m机械效率一/%木板20.51.21木板30.51.81木板40. 52.41根据实验数据，请你通过计算，选出下面正确的说法A.小华错误B.小明错误C.小华和小明都错误D.小华和小明都正确分析，当物体的重力增加几倍，压力也会增加几倍，摩擦力也会增加几倍，有用功增大和额外功增大倍数相同。假设物体为5N时，摩擦力是 No【解析】（1）在毛巾上匀速拉动物体斜面的机械效率：T| =-X100% =生X100%=2NX51n=62 5%；“匕Fs1.6NXlm根据实验数据，斜面倾角相同（即斜面倾斜程度相同），斜面的材料不同（即斜面的光 滑程度不同）；得出结论：在其他条件一定的前提下，斜面越光滑，斜面的机械效率越高。（2）匀速拉动物体重为2N的物体斜面的机械效率：W有1Gi h2NX 0 5mii = -X100% = X10Q%= u' diu83. 3%；W 总1F1S1. 2NXlm匀速拉动物体重为3N的物体斜面的机械效率：T 2=3X100%=型L 100%=:如乂 '。，5m 783. 3%；w 总2F2s1.8Xlm匀速拉动物体重为4N的物体斜面的机械效率：W有3Gqh4NX 0 5m713 = -X 100% = X 100%=- J，3%;W总3F3s2. 4NXlm通过计算可知，使用同一个斜面匀速拉动物体，物体的重力增加，斜面的机械效率不变， 所以小华和小明都错误。应选：Co分析，当物体的重力增加几倍，压力也会增加几倍，摩擦力也会增加几倍，有用功增大 和额外功增大倍数相同，那么有用功与总功增加倍数相同，其比值不变，即机械效率不变。假设物体为5N时，斜面的机械效率仍为83. 3%o 有用功：W 有4=G4h = 5NX0. 5m=2.5J总功：w 总=_2. 5J_=3J。T 483. 3%额外功：W额=3总4一叫有4=3J 2.5J = 0.5J, 由W = fs得，物体与斜面的摩擦力：f=2=CL5£=0 5No s lm故答案为：（1） 62.5%；光滑；（2）木块（重3N）,木块（重4N）； C； 0.5。【提练】此题考查了斜面机械效率的影响因素，利用控制变量法探究斜面机械效率跟各 因素之间的关系，摩擦力的计算是易错点，切记在斜面上拉力与摩擦力不是一对平衡力。【典例2】利用如图给出的器材：斜面，重量不相同的滑块A、B、C （Ga<Gb<Gco）,猜 想：滑块越重，用斜面提升它时的机械效率越大。猜测是否正确，请设计实验去验证。（1）还需补充的器材；（2）实验步骤及要测量的物理量：（3）假设猜测正确，写出依据（用表达式表示）。【解析】（1）还需补充的器材：弹簧测力计和刻度尺；（2）实验步骤及要测量的物理量：用测力计沿斜面方向拉着物体A做匀速直线运动，记下测力计示数直到物体到斜面 的顶端，用刻度尺量出沿斜面通过的距离s和物体上升的高度h；分别用物体B、C重复上面的实验，记下测力计示数F2、F3oW有（3）根据=3X100%,三次实验的机械效率表达式为：W总GAhT|i=X100%;FSGnh712 = X100%;F2sGrhT13=X100%；F3sGAhGphGrh假设猜测正确，依据：2 X100%<2 X 100%<X100%；FSF2sF3s答：(1)还需补充的器材是弹簧测力计和刻度尺；(2)实验步骤及要测量的物理量：用测力计沿斜面方向拉着物体A做匀速直线运动，记下测力计示数R,直到物体到斜面 的顶端，用刻度尺量出沿斜面通过的距离s和物体上升的高度h；分别用物体B、C重复上面的实验，记下测力计示数F2、F3,GAh Gph Grh(3)假设猜测正确，依据：X100%<2X100%<100%oF2sF3s【提练】此类实验题思考步骤：W有 fh(1)根据T1 =3=2x100%分析所需测量的量；W总Fs(2)根据所需测量的量确定所用的测量工具；(3)根据所需测量的量确定实验步骤。七、生活应用1.下面图1是小红在复习资料中的一些图片：图1图2(1)从上图可见,螺丝钉D实质可以看作是我们学过的一种简单机械一一, 这种机械叫螺旋。在圆柱体的侧外表上刻出螺旋形沟槽的机械就是螺旋。(2)螺旋常和杠杆连接在一起使用，到达省力的目的，那么使用螺旋时如何省力的呢？ 下面以举重螺旋(千斤顶)为例进行分析。图2为举重螺旋的结构示意图，设螺距为h,螺 旋手柄末端到螺旋轴线的距离为L,当螺旋旋转一周时，重物被升高一个螺距。假设这个螺旋 的机械效率为q,用它将重力为G的物体举起，需要作用在手柄上的动力F为多少？【解析】(1)螺丝钉的螺纹就相当于斜面的长度，斜面越长越省力。(2)根据题意可知：螺旋旋转一周时，有用功W方 = Gh当作用在手柄末端上的最小力为F时，此时力臂为L,当螺旋旋转一周时，F移动的距 离是S = 2nL做的总功We = FS = F2tiLW有用Cln此时螺旋的机械效率为T）=X 100% =,WhF2 兀 L所以最小的力F =男。2兀口 L故答案为：斜面；需要作用在手柄上的动力F为一效一。2 兀 T L【提练】（1）斜面也是我们日常生活中常用的一种机械，而螺旋作为斜面的一类在现实 生活中也有很广泛的应用；（2）解决此题的关键是找准哪是有用功，哪是总功。八、拓展迁移新闻再播金旅考斯特张家界旅游市场的“宠儿”张家界，中国第一个国家级森林公园所在地、一个让世人神往的世外桃源。每年吸引着 无数中外游人来膜拜大自然的鬼斧神工。数据显示，近十年来，张家界全市景点游客接待量 已经从56万人次跃升至3041万人次，境外游客那么从1.68万人次攀升至167万人次，从“养 在深闺无人识”到现在的“世界知名旅游城市”，众多游客的聚集，迅速推动了这里的旅游文化繁荣，同时也带动了旅游客运市场的红 火。但是，张家界境内山峦重叠，地表起伏 很大，最高点海拔1890. 4米，最低点海拔 75米。拓展创新他发现很多名山风景区为了方便游客到达都把上山的公路修成盘山公路（如下图）。“这样不是走了弯路吗？ ”小明百思而不得其解；回到学校，他把自己的想法告诉了科学老 师，老师告诉他，斜坡实际是一个较大的斜面，使用斜面可以省力，这样汽车更容易上坡。 小明将信将疑，在老师的帮助下来到实验室，将木板搭成不同高度的斜面，将同一物体沿斜 面匀速拉上斜面，通过弹簧测力计测出所用拉力，得到了下表中的数据：次数物体重力/N斜面昌度/小斜面长度/川沿斜面拉力/N140.21.20.9240.31.21.2340.41.21. 5440.31.01.4540.41.01.6（1）分析表中的数据，我们可以发现：当斜面长度相同时，斜面越高，拉同一物体所施加的拉力就将 O（2）分析表中第2次和第4次实验数据、第3次和第5次实验数据，我们不难得出结 论：当 一定时，斜面越长，拉同一物体所需要施加的拉力就，但经过的路程 0（3）利用上面的数据得出的结论，我们可以解释“盘山公路”的科学学原理了：盘山 公路增加了汽车行驶的里程，实际上就是增加了斜面的,让汽车在上坡时所需要 的牵引力,汽车更容易上坡。【解析】（1）第1、2、3次实验的斜面长度相同，斜面越高，拉同一物体施加的拉力越 大。（2）第2和4或3和5次实验说明，斜面的高度相同时，斜面越长，拉同一物体施加 的拉力越小。但是经过的路程变长。（3）盘山公路实质上在斜面高度一定时，增加了斜面的长度，减小了汽车上坡的牵引 力。故答案为：（1）越大；（2）斜面高度；越小；将变长；（3）长度；减小。【提练】此题探究了利用斜面省力的两个影响因素：斜面的高度和斜面的长度。在斜面 高度一定时，增加斜面的长度更省力，在生活中有广泛的应用，上楼梯、盘山公路等。