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九年级物理教案上册

第十一章简单机械和功

课题

11-1杠杆

课时

四课时

初步认识杠杆,了解杠杆的应用,会将杠杆分类,能用探究的方法研究杠杆的平衡条件,并能用来进行简单的计算。

会正确画出杠杆的示意图,并能进行简单的小制作。

培养学生科学探究能力、作图能力、概括总结的能力。

教学重点

与难点

重点:

有关杠杆的名词、探究杠杆的平衡条件、杠杆示意图的画法。

难点:

杠杆示意图中动力臂和阻力臂的画法。

木板、木块、图钉、羊脚锤、尖嘴钳、螺丝刀

铁架台、杠杆、钩码、弹簧测力计

教学过程

互动与反馈

第一课时:

一、初步认识杠杆

1.提出问题:

⑴展示木板上的图钉,想出办法怎样可以将其把出来?

⑵在这些方法中,哪一种方法最省力?

⑶观察开瓶扳手、衣服夹子使用时的特点。

⑷指出用上述方法时,有什么共同之处?

2.得出杠杆的定义:

一根在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒称做杠杆。

3.关于杠杆的名词:

支点O:

杠杆绕其转动的固定点。

动力F1:

使杠杆转动的力。

阻力F2:

阻碍杠杆转动的力。

动力臂l1:

从支点到动力作用线的垂直距离。

阻力臂l2:

从支点到阻力作用线的垂直距离。

4.讲解杠杆示意图的画法:

例题:

画出用螺丝刀撬图钉的杠杆示意图。

先找支点O;再确定动力、阻力的作用点;交待判断动力、阻力方向的方法。

说明力臂的画法有两种:

一种用带箭头的细线表示,另一种用虚线加大括号表示。

指出什么是力的作用线。

 

可以用螺丝刀、羊脚锤、尖嘴钳等工具。

螺丝刀最省力。

5.总结本课时内容。

6.作业:

1.画出下图所示杠杆力F1和F2的力臂。

 

2.画出下图所示的扳鱼网的杠杆示意图,并标出动力和阻力臂。

 

第二课时:

巩固杠杆示意图的画法,学习画最省力的杠杆

1.纠正作业中存在的问题,强调:

⑴阻力、动力的作用点一定要画在杠杆上;

⑵由重力产生的阻力,要注意阻力的作用点一定在杠杆上,而不是画在物体的重心上。

2.复习提问:

杠杆的定义、、力臂的概念

3.让学生找出开瓶扳手的支点,并画出阻力F2,交待支点和阻力作用点及阻力方向的确定方法。

4.讲解例1:

如图所示的弯曲杠杆A端吊一重物G,要想在B端加一

最小的力F,使AO(O为支点)保持水平平衡,试画出此力的方向和力臂。

 

       

先利用杠杆的平衡条件,说明当阻力和阻力臂一定时,要

想动力最小,一定是动力臂最大。

支点与力的作用点的连线作力臂时,力臂最大。

5.讲解例2:

画出使杠杆AB在图示位置静止时所用最小力F的作用点和方向。

 

利用这个变式,再次强调欲使力最小,必须力臂最大。

6.总结本课时内容,布置作业:

⑴画出用羊角锤拔钉子时的杠杆示意图。

⑵如图所示,用最小的力把重油桶推上台阶,推力的作用点在何处?

方向如何?

在图上分别画出支点、重力、推力及它们的力臂。

 

第三课时:

分组实验

三、探究杠杆的平衡条件

1.介绍探究杠杆平衡条件实验中所用的杠杆。

2.讲清:

⑴什么是杠杆的平衡状态:

静止或匀速转动。

⑵调节杠杆平衡的方法:

左沉右调

⑶为什么要在水平位置平衡?

a.便于直接读出力臂的大小b.使杠杆的自重落在支点

3.分三种情况探究杠杆的平衡情况,并将结果记入表格中:

测量次数

F1/N

l1/cm

F2/N

l2/cm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

⑴钩码和弹簧测力计的位置保持不变,改变钩码的数量,观察弹簧测力计的示数如何变化?

⑵钩码的数量和位置保持不变,改变弹簧测力计的位置,观察弹簧测力计的示数如何变化?

⑶钩码数量和弹簧测力计的位置保持不变,改变钩码的位置,观察弹簧测力计的示数如何变化?

4.让学生分析表中的数据,得出结论。

补充实验:

让动力和阻力位居同侧,用弹簧测力计竖直向上拉动杠杆和斜向上拉动杠杆,比较拉力的大小是否相同,想一想为什么?

5.指出:

古希腊学者阿基米德首先总结出了杠杆的平衡条件:

F1l1=F2l2

并发出了“给我支点,我可以撬动地球”的豪言壮语。

四、杠杆的应用和分类

1.省力杠杆:

动力臂大于阻力臂,平衡时,动力小于阻力

2.费力杠杆:

动力臂小于阻力臂,平衡时,动力大于阻力

3.等臂杠杆:

动力臂等于阻力臂,平衡时,动力等于阻力

以上诸条先让学生归纳总结,再举出应用的实例。

练习:

对课本P23的常见器具进行杠杆分类,并说出分类原则。

作业:

课本P26⑴⑵

 

交待力臂的画法:

用直角三角板一边沿力的作用线,另一边过原点O。

 

最省力的方式是力臂最长。

 

 

找出用开瓶扳手打开瓶盖时的支点、动力、阻力,并画出动力和阻力的方向

注意支点的确定方法。

 

记入笔记。

 

不要认为动力和阻力一定不会作用在一点上。

 

动力×动力臂=阻力×阻力臂

斜拉时杠杆的力臂变小,所以力要变大。

 

应用举例:

(请学生回答)

手推车、船浆等

筷子、理发剪刀等

天平

第四课时:

五、有关杠杆的计算

例1.课本例题估算大象的质量。

解:

铁笼对杠杆的拉力F2与大象所受重力大小相等(铁笼重不计):

F2=mg

大象质量为:

例2.密度均匀的直尺AB放在水平桌面上,尺子伸出桌面的部分OB是全尺长的三分之一.当B端挂5N的重物G时,直尺的A端刚刚开始翘起,如图8所示,则此直尺受到的重力是()

A.2.5NB.5NC.10ND.无法确定

答案:

C

 

六、有关杠杆的简答题

例3.在探究“杠杆的平衡条件”实验中,有一组同学猜想杠杆的平衡条件可能是“动力+动力臂=阻力+阻力臂”。

他们经过实验,获得了下述数据:

动力F1/N

动力臂L1/cm

阻力F2/N

阻力臂L2/cm

4

5

5

4

于是,他们认为自己的猜想得到了验证,你认为他们的实验过程存在什么问题?

【答】实验不能只凭一组数据得到结论,必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论;单位不同的两个物理量不能直接相加。

 

 

强调研究对象,指出阻力F2与大象重力的不同。

判断杠杆平衡要先正确的找出力臂。

 

均匀物体的重心在它的几何中心。

 

【讨论】这是一道探究“杠杆平衡条件”的实验题,。

该组同学根据对提出的问题猜想设计并进行实验,记录了实验数据,再经过分析归纳得出结论,符合科学探究的一般过程。

该组同学在探究时,只收集了一组数据,而这组数据又恰好符合他们的猜想,因此得出他们的猜想是正确的。

这个结论是不科学的。

因为一组数据具有偶然性,要得出规律必须通过对多次实验数据的分析归纳,找到共同的规律才能得出结论。

课外作业:

1.如图所示,AOB为一杠杆,O为支点,杠杆自重不计,AO=BO,在杠杆右端A处用细绳悬挂重为G的物体,当AO段在水平位置时保持平衡,这时在B端需施加最小的力为F1;若使BO段在水平位置时保持杠杆平衡,这时在B端需施加

最小的力为F2,则()

A.FlF2

C.F1=F2D.无法比较

答案:

B

2.将大桥的结构进行简化,取其部分可抽象成如图所示的模型。

(1)可以看出它用到了杠杆的相关知识。

其中O是_______,是,代表桥重和过往车辆等产生的对桥的作用力。

 

(2)为了减小钢索承受的拉力,在需要与可能的前提下,可以适当增加塔桥的高度。

请分析原的目的。

教学后记:

这是简单机械的第一节内容,且内容较难,为了让学生更好的掌握,所以花费较长时间,学生掌握一般,实际应用上较差。

 

 

让学生练习将生活、社会生产中的物理问题转化为简单的物理模型,用物理知识解释。

 

作业反馈:

课题

11-2滑轮

课时

两课时

初步认识定滑轮和动滑轮,了解这两种滑轮在生活和实际中的应用。

明确定滑轮和动滑轮的实质是变形杠杆。

知道定滑轮和动滑轮组合在一起使用可以组成滑轮组,达到既省力又能改变力的方向的目的。

通过本节的学习,初步了解透过现象看本质的思想方法。

教学重

点与难点

重点:

定滑轮和动滑轮的特点及它们的实质

难点:

动滑轮的瞬时支点的确定方法

根据设计要求,连接滑轮组的绕绳方法

铁架台、滑轮两个、长细绳、钩码四个、

滑轮组(由两个滑轮组成的)两个

教学过程

互动与反馈

第一课时:

定滑轮和动滑轮的特点

一、初步认识滑轮

1.提出问题:

如何把木料运到楼上?

做一做:

选择合适的器材做一个模型,试一试能否实现自己的设想。

2.介绍滑轮的结构:

主要部分是能绕轴转动的轮子。

观察使用时的情景:

a.使用时滑轮轴的位置固定不动;这种滑轮称为定滑轮;

b.使用时轴的位置随被拉物体一起运动,这种滑轮称为动滑轮。

3.请学生举出生活和生产中应用滑轮的实例,并指出分别是哪一种滑轮。

4.说明滑轮是一种简单机械。

二、探究使用定滑轮的特点

1.按右图所示方式组装定滑轮。

2.在它的左侧挂钩码,右侧竖直向下拉弹簧测力计,观察比较弹簧测力计示数与钩码所受重力的关系。

(将实验数据记录在表中)

3.改变弹簧测力计拉力的方向,再进行观察和比较。

 

旗杆顶端的滑轮、塔吊提起重物时下端的动滑轮、电梯上的滑轮等。

4.改变钩码的个数,重做上述实验。

实验次数

钩码所受的重力F2/N

弹簧测力计的示数F1/N

1

2

3

5.分析表中的数据,得出的结论是:

使用定滑轮不能省力,但可以改变动力的方向。

三、探究使用定滑轮的特点

1.按右图所示方式组装动滑轮。

2.竖直向上拉弹簧测力计,使钩码保持平衡态,读出弹簧测力计示数,并思考这个示数与钩码所受重力的关系。

(将实验数据记录在表中)

3.改变钩码的个数,重做上述实验,进行观察和比较。

实验次数

钩码所受的重力F2/N

弹簧测力计的示数F1/N

1

2

3

4.分析表中的数据,得出的结论是:

使用动滑轮能省一半力,但不能改变动力的方向。

补充实验:

改变弹簧测力计拉力的方向,再进行观察和比较。

四、课堂练习和作业:

1.工厂为了搬运一个笨重的机器进车间,某工人设计了如图所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆型钢管的截面),其中最省力的方案是()

可以发现,当弹簧测力计斜向上拉时,拉力的示数会变大。

【答】C

 

2.如图所示,用滑轮按甲、乙、丙三种方式拉同一重物在相同的水平面上做匀速直线运动,拉力分别为F1、F2、F3,比较它们的大小,其中正确的是()

A.F1=F2=F3B.F1<F2<F3

C.F1<F3<F2D.F3<F1<F2

3.课本P31⑴

课课练第二节

第二课时:

定、动滑轮的实质及滑轮组的组装与特点

一、纠正作业中的错误:

1.滑轮的识别,尤其是乙图中的滑轮,它是动滑轮,作用力作用在中心的轴上,虽然费力但是省距离。

2.讲清动滑轮重力不能忽略的情况下,如何判断绳子自由端的拉力。

二、讨论定滑轮和动滑轮的实质

1.回忆杠杆的五个要素,找出定滑轮支点,确定其动力臂和阻力臂的大小关系。

2.请学生根据以上分析,解释为什么斜着拉动重物时,拉力的大小不变。

3.得出结论:

定滑轮实质是一个等臂的杠杆。

4.找出动滑轮的支点,强调这是一个瞬时支点,拉力的方向一定要竖直向上,确定其动力臂和阻力臂,并比较其的大小关系。

(动力臂是阻力臂的2倍)

5.请学生进一步分析,解释为什么斜着拉动重物时,拉力的大小会变大(动力臂变小)。

6.得出结论:

动滑轮实质是一种能省力的杠杆。

【答】B

 

 

三、滑轮组

1.定义:

将定滑轮和动滑轮组合在一起的组合装置称为滑轮组。

2.特点:

既能省力又能改变力的方向

重物和动滑轮的重力由几段绳子承担,提起重物所用的力就是物重的几分之一。

四、简单滑轮组的设计与组装

组装口诀:

单从动,双从定,从里向外绕。

例:

按照要求组装下列滑轮组。

(动滑轮自重不计)

⑴用G/2的力提起重物;

⑵用G/3的力提起重物。

五、课堂练习:

如图所示,每个钩码的质量是50g,滑块A在钩码的作用下恰能沿水平面匀速滑动,那么滑块A受到的摩擦力是()

A.2.94N

B.1.96N

C.0.98N

D.0.49N

六、作业:

1.标出甲、乙滑轮的支点O,并画出动力臂和阻力臂。

2.1.人站在二楼阳台上,要将楼下700N的重物拉上来,绳子的最大承重是300N,应怎样设计滑轮组,能将重物提起且使用滑轮的个数最少(滑轮重及摩擦不计)?

教学后记:

本课是介绍滑轮的简单知识,关于滑轮组绕线学生掌握较差。

 

 

 

 

课题

11-3功

课时

两课时

探究什么是物理学中的功,知道物体做功的两个必要条件,知道功在国际单位制中的单位。

能根据物体做功的两个必要条件判断力对物体是否做功,会用公式计算功的大小。

体会到简单机械给人们带来方便和快捷,能从功的角度理解使用简单机械“省力”和“省距离”之间的辨证关系。

教学重点与难

重点:

功的概念和物体做功的两个必要条件;

运用公式进行简单的功的计算。

难点:

正确判断力是否对物体做功。

教具

斜面、小车、砝码、木块、弹簧测力计、刻度尺

教学过程

互动与反馈

第一课时:

功的基础知识

一、课题引入

1.回顾利用动滑轮提升重物,可以省力,但要费距离;利用定滑轮提升重物,不能省力,但也没有多移动距离。

2.分析杠杆省力与省距离之间的关系。

3.提出有没有既省力又省距离的杠杆?

二、探究斜面

1.介绍所要探究的斜面的实验装置,并装配好。

2.提出问题:

⑴需要测量哪些物理量,可以解决我们需要探究的问题?

(小车及砝码的重力、匀速拉动小车时的拉力、斜面的长度、斜面的高度)

⑵拉动小车时要注意什么?

3.请同学们设计记录实验数据的表格:

测量次数

F/N

s/m

G/N

h/m

Fs/(N·m)

Gh/(N·m)

4.进行实验将实验数据纪录在表格中。

5.分析表格中的数据,引导学生得出实验结论。

 

请学生回答。

由学生先讨论再回答。

 

结论:

Fs与Gh近似相等;Fs略大于Gh。

三、关于功的概念

1.进一步分析实验结论,得出:

不考虑摩擦等阻力影响,没有既省力又省距离的机械。

2.指出:

力与物体在力的方向上通过的距离的乘积是一个有物理意义的量,物理学中称为机械功,简称功。

3.功的计算公式:

W=Fs

W表示功,F表示力,s表示物体在力的方向上通过的距离。

4.在国际单位制中,功的单位:

焦耳,符号:

J

1J=1N·m

功的单位是为了纪念英国物理学家焦耳在科学中的贡献而命名的。

5.提出1J的功有多大?

从地上拿起一只约50g的鸡蛋,并把它缓缓举过头顶,做功大约1J。

四、总结本课时内容,课堂练习:

例1.如图,李萍同学将同一物体分别沿倾角不同的光滑斜面推上

同一高度,则李萍做功()

A.沿AD推力做功较多

B.沿BD推力做功较多

C.沿CD推力做功较多

D.沿AD、BD、CD推力做功一样多

例2.如图所示,在平地上,用50N的水平推力推动重100N的箱子,前进了10m,推箱子的小朋友做了多少功?

如果把这个箱子匀速举高1.5m,他做了多少功?

五、作业:

课本P34⑴⑵⑶

 

第二课时:

功的知识巩固、习题课

一、回顾功的计算公式、单位,请学生回答。

二、根据做功的两个必要条件,判断是否对物体做功。

1.明确做功的两个必要条件:

一是物体要受力的作用,二是物体要在力的方向上通过一定距离

2.强调判断是否对物体做功,两个必要条件缺一不可。

3.例举下列三种情况,判断对物体有没有做功:

①物体受力的作用,但在力的方向上没有通过一定距离;

②物体由于惯性通过了一段距离,但在运动方向上没有受到力的作用;

③物体受到的力的方向与物体运动的方向始终垂直。

三、识别物体是否做功

例1.下列实际情况中,人对物体做功的是()

A.人肩上扛着重物,在水平路上匀速前进了一段距离

B.举重运动员将杠铃举在头顶稳稳地停留3s的过程中

C.人手提着重物,在斜坡上匀速前进了一段距离

D.人脚踢出的足球,在草地上滚动了10m的过程中

例2.观察图片,判断下列几种情况是否对物体做了功?

⑴司机用力推汽车,但汽车纹丝不动;

⑵足球在草地上滚了一段距离;

⑶学生背着书包在水平路面上匀速前进;

⑷女孩把一箱报刊搬起来。

 

例3.在下图的四种情境中,人对物体做功的是()

四、关于功的计算

1.讲解课本上的例题

2.重G的物体在水平地面上受水平向右的恒定拉力F作用时,由A移动到B,又移动到C,如图所示。

已知AB段较粗糙,BC段较光滑,且

=2

设拉力F在A→B的过程中做功W1,在B→C的过程中做功W2,则关于W1、W2大小关系正确的是()

A.W1:

W2=l:

lB.W1:

W2=1:

2

C.W1:

W2=2:

1D.少条件,不好判断大小关系

三、估算及用等效替代的思想方法解决实际应用问题

例题:

大伟同学用一个距离手3m高的定滑轮拉住重100N的物体,从滑轮正下方沿水平方向移动4m,如图所示,若不计绳重和摩擦,他至少做了多少功?

()

A.200J B.300JC.400JD.500J

四、课堂综合练习

1.放学后,某同学背着重40N的书包沿水平路面走了200m,又登上大约10m高的四楼才回到家,则他在回家过程中对书包所做

的功约为  (  )

A.0JB.400JC.2000JD.2400J

2.一个体重为500N的同学骑自行车上学,在水平路面上以4m/s的速度匀速行驶,有关数据如下表所示。

自行车净重

200N

行驶过程中轮胎与地面接触的总面积

1×10-2m2

匀速行驶过程中的总阻力

30N

车轮直径

0.61m

轮胎承受的最大气压

1.2×105Pa

⑴在车行驶过程中,车对地面的压强是多大?

⑵该同学骑车沿直线匀速行驶10min做了多少功?

五、作业:

复习

教学后记

功和功率是初中物理的一个难点,尤其是所涉及的计算,学生掌握不太好。

学生无法分辨出物体所受力到底在什么方向上?

通过多少距离?

有没有做功?

做多少功?

一旦题目力或者距离的数据多一个,学生就不能正确的辨别了。

 

让学生利用功的公式进行推导,并对相应的物理量进行估算。

 

 

请学生回答,并说明理由。

 

答案:

C

⑴没有

⑵没有

⑶没有

⑷做功

 

答案:

D

 

请学生分析:

水桶受力、力的作用点移动的距离,并计算出功的大小。

答案:

B

强调功的大小与接触面的粗糙程度无关。

答案:

A

 

答案:

B

 

复习回忆有关压强、压力的概念。

 

答案:

⑴7×104Pa

⑵7.2×104J

课题

11-4功率

课时

两课时

知道功率是描述物体做功快慢的物理量。

理解功率的物理意义,掌握功率的计算公式、单位。

能通过实例、作图等多种方式来描述功率,能用公式计算功率。

会设计实验,估测功率。

知道功和功率相互间的关系。

在实践活动中培养学生运用物理知识的能力

教学重

点与难

重点:

功率的概念和物理意义

难点:

设计实验估测人的功率

体重计、秒表、刻度尺

教学过程

互动与反馈

第一课时:

功率的基础知识

一、新课导入

问题1:

小明的教室在五楼,通常上楼需要1.5min,一次他跑步上楼只用了40s,请问:

⑴小明在两种情况下,做的功是否相同?

⑵你认为这两种上楼方法从物理的角度思考,有什么不同?

问题2:

有一堆沙子约1t,要送到七楼上去,一种方法是把它们装在桶里,一桶一桶的抬上去;另一种方法使用小型塔吊一次吊到七楼。

你认为两种情况下,对沙子做功是否相同?

说出你的理由。

用这两种方法运送沙子,所用的时间是否相同?

哪一个快?

得出:

为了描述做功的快慢,需要引进一个新的物理量___功率

二、关于功率的概念

1.用速度可以表示物体运动快慢来类比,讲述功率的定义:

单位时间内做的功叫做功率。

用字母P来表示。

2.功率的计算公式:

3.功率的单位:

在国际单位制中叫瓦特,简称瓦,用符号W表示。

1W=1J/s

(瓦特:

英国工程师、发明家)

 

请学生思考和回答。

 

4.在工程技术中,功率常用的单位还有:

千瓦(kW)、兆瓦(MW)

换算关系:

1kW=103W1MW=106W

三、介绍一些常见物体的功率:

课本P36记住人平时骑自行车的功率约为60~80W.

四、关于功率计算的典型例题

例1.下列说法中正确的是()

A.物体做的功越多,则功率就越大

B.物体做功的时间越短,则功率越大

C.在相同的时间内做的功越多,功率越大

D.功率越大,则做功越多

例2.甲、乙两同学进行爬杆比赛.爬到杆顶时,甲用了9s,乙用了10s,甲、乙两人质量之比是5:

6,则他们爬竿的功率之比P甲:

P乙等于().

A.3:

4B.4:

3C.25:

27D.27:

25

例3.某人用如图所示的牵引装置来锻炼关节的功能,重物的质量为3kg,若小腿拉绳使重物在3s内匀速上升0.5m,求:

①小腿对绳的拉力。

②绳拉重物的功率。

五、课堂练习:

1.如右图所示,是甲、乙两个物体做功与所需时间的关系图像。

由图可知,甲物体的功率P甲与乙物体的功率P乙相比较,正确的是()

A.P甲<P乙B.P甲>P乙

C.P甲=P乙D.无法比较确定

【答】本题选B

2.如图所示.某同学在做俯卧撑运动,可将他视为一个杠杆,他的重心在A点,重力为500N,那么他将身体撑起,双手对地面的压力至少_______N。

若他在lmin内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离均为0.4m,则他的功率至少______W。

【答】30060

六、小结和作业:

课本P38⑴⑵⑶

第二课时:

实验“估测人的功率”及功和功率的初步综合练习

一、设计、实施估测人的功率的实验

1.回顾功率的计算公式

2.在现代生活中,在制定健身训练计划时,常常要测出在正常情况下人的功率。

指出在学校里,可以利用台阶进行测量。

3.请同学根据学过的知识回答:

⑴需要测量哪些物理量,可以测出人的功率?

⑵所需要的测量工具是什么?

⑶计算功率的表达式是怎样的?

⑷设计出记录表格

实验

次数

重力G/N

台阶数

n

一级台阶高度h/m

时间

t/s

功率P/W

1

2

3

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