簡單機械和功

義務教育課程標準實驗教科書物理九年級上冊江蘇科學技術出版社

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【課程標準】

1、通過實驗探究，學會使用簡單機械改變力的大小和方向。

2、結(jié)合實例認識功的概念，知道做功的過程就是能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程。

3、結(jié)合實例理解功率的概念，了解功率在實際中的應用。

4、知道機械功的概念，能用生產(chǎn)、生活中的實例解釋機械功的含義。

5、理解機械效率。

6、了解機械使用的歷史發(fā)展過程，認識機械的使用對社會發(fā)展的作用。

第一節(jié)杠桿

【教材分析】

重點、難點剖析

1、認識杠桿

杠桿是最基本的簡單機械。細心一點，在各種機械裝置中都能找到杠桿的影子。所謂杠桿,

就是一根在力的作用下可統(tǒng)一固定點轉(zhuǎn)動的硬棒。這里，硬是指受力時形狀的變化很?。话粢?/p>

不一定是直的，它可以是各種形狀。如馬路邊上垃圾桶的蓋子，我們倒垃圾時掀開垃圾桶的蓋

子，它就是一杠桿。杠桿的特征在于轉(zhuǎn)動，因此，辨別杠桿時，關鍵判斷它能否在力的作用下,

繞固定點轉(zhuǎn)動，如果轉(zhuǎn)動，則該裝置一定是杠桿。面對實物，面對固定的圖形，如何判斷它是

否繞軸轉(zhuǎn)動，這就要求我們有豐富的想象力。我們平時騎的自行車，很多部件都是杠桿，你能

識別出來嗎？

（1）支點；杠桿繞著它轉(zhuǎn)動的點，也叫做轉(zhuǎn)軸。

（2）動力：推動杠桿轉(zhuǎn)動的力（動力可以是人力，也可以是畜力、風力、電力、水力、

蒸汽壓力等）。

（3）阻力：阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的力。

（4）動力臂：從支點到動力作用線的垂直距離。

（5）阻力臂：從支點到阻力作用線的垂直距離。

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正確辨認杠桿的標準是：把實物抽象成“硬棒”，找出一點（支點）、

二力（動力和阻力）、二臂（動力臂和阻力臂）。

2、怎樣畫杠桿示意圖

畫杠桿示意圖是研究杠桿的重要方法，是實物杠桿的科學抽

象，是物理學的書面語言。只有正確畫出杠桿示意圖，才能進一步

研究杠桿問題。

如圖11-1所示，用撬棒撬石頭的時候，撬棒就是一根杠桿，如何畫出撬棒的杠桿示意圖

呢？

作圖步驟如下:

（1）畫出杠桿：用粗線條把杠桿主要形態(tài)畫出來，不要畫實物外形。

（2）找出支點：設想杠桿轉(zhuǎn)動，在杠桿轉(zhuǎn)動時找出支點，可用表示，也可用“?”表示,

并標出字母“0”。

（3）標出兩力：根據(jù)杠桿的轉(zhuǎn)動方向，判斷動力、阻力的方向，并用“力的示意圖”表示動

力B、阻力F2,動力和阻力的作用點均應畫在杠桿上。

（4）作出兩臂：用三角板的一條直角邊與力的作用線重合，讓另外一條邊通過支點，從支點

向力的作用線（必要時可正向延長或反向延長）畫垂線（力的延長線畫虛線），作出動力臂和

阻力臂，并用大括號括出動力臂和阻力臂，分別用字母h、L表示.

要求學生認真、工整地畫出杠桿示意圖。除要標明支點，動力和動力臂，阻力和阻力臂外，還

要按比例畫出力和力臂，點耍清、線耍明。

撬棒的示意圖如圖11-2所示

3、杠桿的平衡條件

同學們在實驗室用天平測質(zhì)量時，總是在天平的橫梁水平

后，才讀出被測物體的質(zhì)量。人們用扁擔挑貨物時，肩膀一定

要在扁擔的適中位置，貨物才會平衡，人走起路來也才方便。

類似天平的橫梁水平和扁擔的水平的現(xiàn)象就是杠桿平衡。物理上，把杠桿保持靜止或勻速轉(zhuǎn)動

叫做杠桿平衡。杠桿平衡，說明杠桿的運動狀態(tài)不發(fā)生變化。初中階段只研究杠桿處于靜止狀

態(tài)的平衡。杠桿平衡時必須滿足一定的條件，這一條件叫做杠桿的平衡條件。

實驗研究得到的杠桿的平衡條件是：動力X動力臂;阻力X阻力臂，寫成公式為：F.1）=F212O

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杠桿的平衡條件也可以改成比例的形式：￡_=?,它表示動力臂L1是阻力臂L2的幾倍，則

尸2A

動力FI就是阻力F2的幾分之一。

杠桿轉(zhuǎn)動是力和力臂共同作用的結(jié)果，因此，杠桿平衡也是力和力臂共同的平衡，也即是力和

力臂乘積的平衡。

4、杠桿的應用

杠桿的分類有不同的標準。例如用是否省力作標準，根據(jù)杠桿的平衡條件F山二FJ2,也以

把杠桿的應用分為省力、費力、等力三類。

(1)省力杠桿：如圖11-3所示，其動力臂大于阻力臂，平衡時動力小于阻力，W1,>|2,F,<F2O

?2.F,

3F.■,

圖11-3圖11-4

特點是用較小的動力可以克服較大的阻力，使用時動力作用點移動的距離就要相應增加,

即省力的代價是費距離。撬棒、拔釘榔頭、腳剎車的踏板裝置、起瓶蓋用的起子都屬于這類杠

桿。

(2)費力杠桿：如圖11-4所示，其動力臂小于阻力臂.平

衡時動力大于阻力，即h<12，F(xiàn)|>FO/o0

2-2—■一，人----------

特點是用較大的動力去克服較小的阻力，但作用時可

J?F

使動力作用點移動較小的距離，即費力的收獲是距離、節(jié)圖11-3

約時間，釣魚竿、鐵鍬、縫紉機腳踏板、鎰子都屬于這類杠桿。

(3)等臂杠桿：如圖11-5所示，其動力臂等于阻力臂，平衡時動力等于阻力，即h=b，F(xiàn)I=F2O

特點是既不省力也不費力，但使用方便。常用的托盤天平是等臂杠桿，所以月天平測物

體質(zhì)量時，效碼的讀數(shù)就是物體質(zhì)量。普通剪刀也近似是等臂杠桿。

各類杠桿各有利弊，在選用時應從有利于生產(chǎn)、生活出發(fā)，根據(jù)實際需要來選定杠桿的形

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狀和類型，這也是設計和使用更復雜的機械的基本思想。要注意有的杠桿可以省力，有的杠桿

可以省距離，這下你感受到杠桿的魅力了吧！但是省力又同時省距離的杠桿是沒有的，即熊掌

和魚不可兼得。

【教學目標】

1、知識與技能

認識杠桿，會畫杠桿示意圖，知道杠桿平衡的條件，能根據(jù)實際需要正確選擇和使用杠桿。

2、過程與方法

通過觀察，了解杠桿的結(jié)構(gòu)。

通過實驗，經(jīng)歷”探究杠桿的平衡條件”的過程。

通過分類，把握分類的基木原則。

3、情感、態(tài)度與價值觀

通過獨立探究、討論交流，培養(yǎng)科學態(tài)度和實事求是的精神。

通過了解杠桿的各種用途，進一步認識物理是有用的，從而提高學習物理的興趣。

【活動幫助】

1、課前準備

（1）準備筷子、汽水瓶、各種起子。

（2）準備解頭、螺絲刀、釘有釘子的木塊、羊角錘。

（3）準備桿秤、水果。

（4）準備支架、杠桿、鉤碼、彈簧測力計、刻度尺。

（5）準備各種剪刀、鉗子、鐐子、釣魚竿、托盤天平。

2、活動目的

（1）探究杠桿的共同特征。

（2）探究動力作用的效果跟哪些因素有關？

（3）探究杠桿的平衡條件。

（4）探究杠桿的特點。

3、方法點撥

（1）認識杠桿。

活動一：使用筷子吃飯這是中國人發(fā)明的特殊的生活方式。同學們從小就會使用筷子，

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為什么筷子能把食物從碗中取出送入口中呢？請你仔細觀察、分析筷子的使用，是否會發(fā)現(xiàn)在

使用過程中筷子的兩端總是以你的中指為軸在轉(zhuǎn)動，當哧夾起食物時大拇指是否在向下用力？

活動二：同學們利用自帶的工具分別打開汽水瓶蓋和罐頭蓋，請仔細觀察這些工具是如

何工作的。如要打開一瓶罐頭，是不是要把螺絲刀靠在罐子的邊緣作為支撐，并把螺絲刀的頂

端戳進蓋子的下端，然后在柄端施加一個向下的壓力，這時螺絲刀的頂端在支點的支撐下往上

翹起，于是蓋子就被掀起。

活動三：用羊角錘去拔木塊上的釘子，仔細觀察羊角錘是怎樣拔出釘子的。并說明羊角

錘在拔釘子的過程中是怎樣運動的。

通過上述活動，注重分析杠桿的基本條件：①都受力的作用；②都是“硬棒”，不能用鐵

絲、繩子代替；③都有固定轉(zhuǎn)動軸。在此基礎上，認識杠桿的幾個概念：支點（0）、動力（F2）、

阻力（F2）、動力臂（h）、阻力臂（12）。

（2）研究動力效果與哪些因素有關？

將杠桿裝到支架上，在杠桿支點左邊兩格處掛兩個鉤碼，作為阻力。

活動一：在杠桿支點右邊一格處、二格處、三格處分別用彈簧測力計豎直向下拉，使杠

桿在水平位置平衡，比較三次拉力的大小。

活動二：在杠桿支點右邊兩格處用彈簧測力計拉，改變拉力方向多次，觀察每次杠桿水

平平衡時，比較動力大小。

活動三：在杠桿支點右邊不同位置，用彈簧測力計沿不同方向拉，利用三角板，確保每

次拉時，從支點到力的作用線的垂直距離相等，比較動力大小。

分析三次活動結(jié)果，動力作用的效果與力的大小、方向、作用點有關嗎？力的作用點和力

的方向，對力的作用效果的影響，可以用支點到力的作用線的垂直距離來替代嗎？研究杠桿時,

為什么要引入力臂概念，你現(xiàn)在明白了嗎？

（3）研究杠桿的平衡條件。

活動一：觀察桿秤稱水果的過程，你認為桿秤是杠桿嗎？它的固定點在哪里？桿秤是怎

樣平衡的？猜猜看，杠桿的平衡與哪些因素有關？

活動二：

①將杠桿裝到支架上，觀察杠桿是否靜止在水平位置。若不在水平位置平衡，可調(diào)節(jié)杠桿兩邊

的螺母，使杠桿在水平默默平衡。這樣做的原因：讀取力臂方便。

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②用彈簧測力計測出一只鉤碼的重力大小。

③在杠桿支點的左邊掛一定數(shù)量的鉤碼，在杠桿支點的右邊也掛上鉤碼，直至杠桿平衡。

④改變鉤碼的數(shù)量或改變鉤碼掛在杠桿上的位置，讓杠桿重新在水平位置平衡，重復多做幾次

平衡實驗，得到不同數(shù)據(jù)。

⑤讓杠桿械端受到的力作為阻力，杠桿右端受到的力作為動力，每一次實驗，都要把數(shù)據(jù)記錄

在下的表格中。

實驗次數(shù)動力Fi/N動力臂h/m阻力FVN阻力臂12/m

1

2

3

4

⑥用彈簧測力計繼續(xù)研究。

請同學們仔細觀察、分析實驗數(shù)據(jù)，能否發(fā)現(xiàn)杠桿平衡時所遵循的規(guī)律。你可以把動力、

動力臂作為一組，阻力、阻力臂作為一組，將每組數(shù)據(jù)分別加一加、減一減、乘一乘、除一除，

看看杠桿平衡時它們之間有什么關系？

若在記錄數(shù)據(jù)時。使用兩個想象中的單位：一是把“一只鉤碼重”作為力的單位，二是把

杠桿上“一格長”作為力臂單位，表格中的數(shù)據(jù)將如何變化？

本實驗中，你是如何控制變量的？為什么還要用彈簧測力計繼續(xù)研究？

若某次數(shù)據(jù)符合“動力+動力臂=阻力+阻力臂”，你能否得出杠桿的平衡條件是‘舊+1尸F(xiàn)2+12

“?*

(4)探索杠桿的類型

活動一：請一位力氣大的男生直接用手把汽水瓶蓋打開，能成功嗎？再請一位力氣小的

女生用起瓶器打開瓶蓋。想一想，使用起瓶器有什么好處？

活動二：同學們分組交流：如圖11-6所示，使用圖中各種杠桿，分析、比較用力大小，

移動距離多少，這些杠桿有什么特點？當我們想用一個較小力克服一個較大的力時，我們需要

選用哪種杠桿？當我們想通過一個較小距離就可以得到一個較大距離時，我們需耍選用哪種杠

桿？

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【教學模式】

【教學過程】

動力

1、在演示開瓶扳手開瓶時，可提

醒學生有兩種開法，并可在授完杠桿

平衡條件后，放手讓學生討論哪種開

法更省力。阻力

2、在介紹杠杠的應用時，可適當

拓寬?？梢愿鶕?jù)杠桿的平衡條件讓學

生討論：

動力臂大于阻力臂，省力。如手

推車、老虎鉗、鐵皮剪刀等。圖11-6

動力臂小于阻力臂，費力。如：裁衣剪刀、筷子、掃帚等。

關于信息庫中內(nèi)容的處理：

1、中國古人對杠桿的應用和研究：這部分內(nèi)容主要是介紹我國古人應用杠桿的悠久的歷

史，旨在介紹中華民族的文明史，培養(yǎng)學生的愛國主義情感，教學中可讓學生看書，并作簡單

介紹。

2、航天飛機上的機械臂：介紹機械臂的作用，培養(yǎng)學生熱愛科學、獻身科學的精神。

【作業(yè)設計與處理】

能正確畫出杠桿示意圖是本節(jié)的基本要求，因此課外練習中要設計各種類型的杠桿讓學生練

習。

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第二節(jié)滑輪

【教材分析】

重點、難點剖析

1、定滑輪的實質(zhì)

滑輪是一種簡單機械，它通常是由一個帶凹槽的輪子繞上繩索、纜繩

或鏈條組成的。在旗桿頂上就有一個滑輪，如圖11-7所示。這個滑輪是固

定在旗桿頂上的，所以叫定滑輪。定滑輪是一個什么樣的簡單機械呢？

如圖11-8所示，甲圖是一個等臂杠桿的示意圖?，F(xiàn)在把等臂杠桿進行如下

的等效變換：先把直棒加寬變形成一個圓輪，支點、動力、阻力、動力臂、

阻力臂均保持不變（圖乙），再把圓輪的邊緣挖一個槽，這就變成了一個滑

輪，最后把它固定使用就成了定滑輪（圖丙）。

圖118定滑輪是等臂杠桿的變形

使用定滑輪時，把重物系在繩的一端，將繩繞過滑輪的槽，在槽的另一端用力拽繩子，

如圖丁所示。無論你橫著、斜著或豎直向下拉繩子，通過凹槽里繩子的作用，都可將你的拉力

轉(zhuǎn)變成向上的拉力，從而把重物提起來。

從圖丙可知，定滑輪是繞軸轉(zhuǎn)動的，軸是定滑輪的支點。動力臂與阻力臂等長，均等于滑

輪半徑。由杠桿平衡條件F山=F也可知，動力等于阻力。

由此可見，定滑輪的實質(zhì)是一個等臂杠桿，使用它既不省力也不省距離，但改變了用力方

向，使工作更方便。定滑輪在實際生活中有著廣泛的應用：如船員向下用力，可以升起船帆;

向下拉動窗簾的引線，可以使窗簾閉合或拉開；建筑工人站在地面上從不同角度用力，都可以

將不太重的建筑材料提升到高處。

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2、動滑輪的實質(zhì)在生產(chǎn)和生活中，人們發(fā)現(xiàn)將滑輪的使用方法改變一下，就可以起到省

力的作用。如圖11-9所示，甲圖是將滑輪連在想移動的物體上，用手拉繩時，滑輪和重物一

起上升，這樣使用的滑輪叫動滑輪。甲圖中將要移動的物體現(xiàn)在由繞在滑輪上的左、右兩段繩

子牽拉著，可見，使用動滑輪可以小一半力。動滑輪的這一特點可以根據(jù)杠桿平衡條件證明。

從圖乙可知，動滑輪隨時繞懸繩為飛

I

壓縮變形成i根直棒，支點、動t工

力、阻力、動力臂、阻力臂均保甲乙由

持不變（圖丙），這樣動滑輪就圖】1-9動滑輪是「桿的變形

成了變形的杠桿（圖?。?。若拉線都是平行的時候，動力臂為輪的直徑，阻力的二分之一，即

使用動滑輪可省一半力。

由此可見，動滑輪的實質(zhì)是動力臂為阻力臂二倍的杠桿，使用時可省一半力，但要多移動一倍

距離（即把重物提升Im,你就得拉繩子2m）,且不能改變力的方向。

3、滑輪組的特點

定滑輪雖然不省力，但可以改變用力的方向，給人們帶來方便；動滑輪不能改變用力方向，

但可以省力，省力情況是人們最為關心的。有沒有辦法使兩者的優(yōu)勢都得以充分地發(fā)揮呢？我

們可以把定滑輪和動滑輪連在一起，組成滑輪系統(tǒng)，也就是滑輪組，用滑輪組拉物體會更省力。

使用滑輪組可以省多少力呢？使用滑輪組時，由于環(huán)繞滑輪組的繩子不僅很長，而且被動、

定滑輪分為好幾段，多圈繞合的幾段繩子共同承擔吊物重，重物和動滑輪的總重由幾段繩子承

擔，提起重物所用的力就是總重量的幾分之一。如圖11-10所示。也就是，拉動一段繩子，就

可以節(jié)省數(shù)倍的力量。使人們的起重、運輸?shù)裙ぷ鞲虞p松。

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//-?

IF

暇

1

r■

(a)(b)(c)(d)(e)(0

圖11-10

在分析滑輪組省力情況時，若只要數(shù)出有幾段繩子吊著動滑輪就能算出省力到幾分之一。

同學們在實際使用時，往往不會判斷物重由幾段繩子承擔，可用下列兩種方法判斷：

(1)一條繩子串繞在滑輪組上以后，被定滑輪、動滑輪分成幾段，除了手拉的一段需要

判斷是否承受物重以外，其余各段都承擔物重。手拉的一段如果由定滑輪引出，不承擔物重;

手拉的一段由動滑輪直接引出，就承擔物重。

(2)在動滑輪與定滑輪之間畫一條虛線將它們隔離開，數(shù)出繞在動滑輪上的繩子段數(shù)即

可。

使用滑輪組可以省力，卻是費了距離的結(jié)果。對滑輪組來說，省力到幾分之一，費距離到

原來的幾倍。

【教學目標】

1、知識與技能

認識定滑輪和動滑輪，知道定滑輪、動滑輪、滑輪組的作用，能識別生活和生產(chǎn)中常見的

滑輪，會根據(jù)要求使用和組裝滑輪組。

2、過程與方法

通過觀察，了解定滑輪和動滑輪的結(jié)構(gòu)。

通過探究，了解定滑輪和動滑輪的特點。

3、情感、態(tài)度與價值觀

通過探索性實驗，提高觀察能力、實驗操作能力和比較、分析、概括的能力，培養(yǎng)嚴肅認

真、實事求是的科學態(tài)度。

【活動幫助】

1、課前準備

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探究小組準備如下器材：杠桿、兩只單滑輪、兩只雙滑輪、彈簧測力計、鐵架臺、細繩、

鉤碼若干。

2、實驗目的

探究為什么要使用滑輪？

探究定滑輪和動滑輪的特點。

探究滑輪組的特點。

3、方法點撥

研究為什么要使用滑輪。

活動：用杠桿提升兩只鉤碼。

觀察：鉤碼被提升的高度。

比較：鉤碼兩次被提升的高度。

分析：鉤碼被提升的高度取決于什么因素？

思考?：從“重物被提升的高度”來看，使用滑輪有什么優(yōu)勢？

綜合以上情況，利用杠桿提升物體的高度有限（不超過臂長），滑輪巧妙地運用了杠桿原理，

把杠桿演化為可以連續(xù)轉(zhuǎn)動的輪子，從而將重物提升到很高的地方。

探究滑輪的特點

活動一：用彈簧測力計直接測出鉤碼的重力和各種滑輪的重力，將鉤碼和提升滑輪的總

重作為各個滑輪的阻力，把這個數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表中。

活動二：按圖11-11安裝一個定滑輪，通過向下拉彈簧測力計來提升鉤碼，觀察彈簧測力

計的示數(shù)，把這個數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表中。改變拉力的方向，彈簧測力計的示數(shù)會變嗎？

圖111111-12

活動三：按11-12安裝一個動滑輪，通過向上拉彈簧測力計來提升鉤碼，觀察彈簧測力計

的示數(shù)，把這個數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表中。

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活動四：按圖11-13甲、乙、丙安裝滑輪組，觀察每次彈簧測力計的示數(shù)，分別把這些數(shù)

據(jù)記錄在數(shù)據(jù)表中。

n1L

.甲乙丙

圖11-13

實驗數(shù)據(jù)記錄表

阻力承擔物重的繩子Fi和F2

滑輪組成動力B/N

段數(shù)的關系

F2/Nn

一個定滑輪

一個動滑輪

一個定滑輪和一個動滑輪組

成的滑輪組

兩個定滑輪和一個動滑化組

成的滑輪組

兩個定滑輪和兩個動滑化組

成的滑輪組

討論交流:

①使用定滑輪時，拉力的方向和物體移動的方向有什么關系？彈簧測力計的示數(shù)與鉤碼重

有什么關系？

②使用動滑輪時，拉力的方向和物體移動的方向有什么關系？彈簧測力計的示數(shù)與總重有

什么關系?

③使用滑輪組時，拉力的大小與總重及承擔總重的繩子段數(shù)有什么關系?

歸納：①定滑輪的使用特點。

②動滑輪的使用特點。

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③滑輪組的使用特點。

思考：

①若要使拉力等于總重的五分之一，應怎樣使用滑輪組？并畫出滑輪組。

②按圖11-13丙的方式組成滑輪組有一個弱點，就是當滑輪數(shù)增加時，在空間占據(jù)的長度

較長，操作時有時不太方便，你能否將圖中滑輪的連接方式改變一下，減少它的空間長度？把

你的想法與同學或老師交流一下，也可以到實驗室里觀察各種各樣的滑輪組。

【教學模式】

【教學過程】

在做圖11-7所示的實驗時，可改變拉力F的方向（即向各個方向拉繩），比較F的大小。

關于生活?物理?社會

這里介紹的輪釉和斜面在生產(chǎn)生活中的應用很廣，要作介紹，其中輪軸是杠桿類的簡單機

械，可根據(jù)杠桿的平衡條件作較為詳細的介紹，并設計一些相應的簡單的習題。而斜面應在學

習了功以后，作詳細的介紹。

【作業(yè)設計與處理】

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第三節(jié)功

【教材分析】

重點、難點剖析

1、“功”的概念是怎樣建立的

機械使我們能夠做到我們原本做不到的事情。例如：有的機械可以增大我們工作上所用的

力（即省力），有的機械可使我們工作得更快（即省距離）。那么，能不能設計出一種更好的簡

單機械，它既省力，又能省移動距離，這是科學技術史上一個很重要的問題。

經(jīng)過長期的實踐和研究，人們發(fā)現(xiàn)既省力乂省距離的機械是沒有的，下面就討論這一問題。

現(xiàn)在要把重力為G的物體棍升一個高度h。如果我們直接用手把它勻速提升，手用力為G,手

移動的距離為h,則力和距離的乘積為Gh。

如果我們用輕質(zhì)動滑輪勻速提升重物，由于動滑輪能省一半力，手用的力變?yōu)槎?/p>

2

繩子是對折使用的，手移動的距離為2h,則力和距離的乘積為4G-2/2=G/?。

2

如果我們用阻力臂為動力臂2倍的杠桿來勻速提升重物，則手移動的距離是物體升高高度的二

分之一，即5=!力，根據(jù)杠桿平衡條件，手用力是物重的2倍，即F=2G。則力和距離的乘

2

積為2G=

2

綜合以上情況，無論是用省力的機械，還是用省距離的機械，由于兩種情況的力和距離的

乘積不變，因此，省力的機械必定費距離，省距離的機械必定費力，既省力又省距離的機械是

沒有的。

由此可見，力與物體在力的方向上通過的距離的乘積，是一個物理意義的量。為了反映這

一特性，物理學中引入了功的概念，把力與物體在力的方向上通過的距離的乘積叫做機械功，

簡稱功。

2、如何理解做功

物理學中的做功描述的是力的作用效果，即物體在力的作用下通過一段距離。力有了這種

效果，就說力對物體做了功。例如起重機吊起重物，機車牽引列車前進。在這些現(xiàn)象中，起重

機的拉力對重物做功，機車牽引力對列車做功。

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由此可見，把物體受力發(fā)生移動的過程叫做做功過程，功包拈兩個必要條件：一是物體要受力

的作用，二是物體要在力的方向上通過一定的距離。這兩個條件，缺一不可。

如果你推一輛陷在泥中的汽車，盡管你已使出了全身的力氣，車子還是紋絲不動，幾分鐘

后，你已筋疲力盡，而車子還是陷在泥中。在這一過程中，雖然你用力推車，但車子沒有移動

距離，所以你沒有對汽車做功。要對一個物體做功，該物體必須在所施加的力的方向上移動距

離。

當你從家門口把一箱蘋果搬到房間里時，也許你認為做了功，但事實上并非如此。要對一

個物體做功，施加的力必須與物體運動的方向一致。當你搬運蘋果時，你施加一個I可上的力來

抬起箱子，這樣箱子才不會掉到地面。但箱子運動的方向是水平向前的，當你搬運這箱蘋果時,

由于施加的力是豎直的，在豎直方向上這箱蘋果的高度、速度都沒有變化，所以你在搬運這箱

蘋果時沒有做功。

3、功的計算和單位

功的決定因素。

提醒學生討論、體會得出結(jié)論：常識會告訴我們：把不同物體從地面抬到同一高度，抬較

重的物體需要花費更大的力，因而需要做更多的功；把同一物體抬到不同高度，移動距離遠的

比移動近的需要做更多的功。

功的計算公式。

物理學中，把力與物體在力的方向上通過的距離的乘積叫做功，也就是功二力X力的方向

上通過的距離，用公式表示就是W=Fs,式中的W表示功，F(xiàn)表示力，s表示物體在力的方向

上通過的距離。提醒同學們注意：不能僅從字面上記住功的計算公式，必須跟進一步的文字語

言說明和實際做功圖景結(jié)合在一起，才能真正理解公式。具體到功的計算公式，要注意F與s

之間的關系（同體、同時、同向），即F和s必須對應同一個物體、對應同一段時間、對應同

一個方向，而不是隨意的一個力和一個距離相乘都是功。例如，給甲物體一個作用力，甲乙物

體向某個方向移動了一段距離，兩者不相干，算它們的乘積沒有意義。

功的國際單位。

根據(jù)功的計算公式W=Fs,功的單位是力的單位和羽離的單位的組合。在國際單位單位制

中，力的單位是牛（N）,距離的單位是米（m）,功的單位就是這兩個單位相乘，也就是牛?米

（N?m）,為了紀念英國物理學家焦耳做出的巨大成就，用他的名字命名為功的單位，簡稱焦

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(J),U=lN-mo1焦的物理意義是：物體在1N的力內(nèi)作用下，沿力的方向逋過1m的距離，

則此力做功是1J。同學們在前面己經(jīng)了解1N的作用力大約是托著兩只雞蛋的力。那么IJ的

功就大約是手托著兩只雞蛋向上移動1m所做的功。

功的計算原則。

應用公式W二Fs解題時要遵循以下原則：

①首先對物體進行受力分析，畫出物體的受力示意圖。

②當有幾個力同時作用在一個物體上時，要根據(jù)題意的要求確定哪幾個力做功和對誰做

功。

③根據(jù)做功的兩個必要因素，找出做功的力和物體在力的方向上通過的距離。

④功是只有大小，沒有方向的物理量。

⑤做功多少跟物體的運動形式無關，不論物體是做勻速運動還是變速運動，不管物體是在

光滑平面上還是粗糙平面上，做功的多少只能由W二Fs決定。

【教學目標】

1、知識與技能

知道機械功的概念，明確做功有兩個必要條件，會用功的公式進行簡單計算。

2、過程與方法

通過生活、生產(chǎn)中的實例解釋功的物理意義，認識做功是一個過程。

3、情感、態(tài)度與價值觀

學習從物理現(xiàn)象中歸納簡單的規(guī)律，樹立將科學技術應用于日常生活、社會實踐的意義。

【活動幫助】

1、課前準備

探究小組準備以下器材：滑輪、杠桿、玻璃板、重物、硅碼、小車、彈簧測力計、刻度尺、

三合板、白紙、鐵架臺、細繩等。

2、實驗目的

探究有沒有既省力乂省距離的機械。

3、方法點撥

活動一：在三合板上貼一張白紙，在紙面上每隔10cm畫一條橫線，畫薜平行線。

用彈簧測力計測出重物、硅碼、小車受到的重力。

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在鐵架臺上裝上動滑輪，通過彈簧測力計勻速向上拉動繞過滑輪的細繩，以三合板為背景，當

重物提升一格時，記下細繩頭抬高的距離（幾格），并測出抬高細繩頭的拉力。

活動二：在鐵架臺上裝上杠桿，支點在離杠桿一端三分之一處，長端掛上重物，彈簧測

力計在短端用力向下拉。以三合板為背景，當重物提升二格時，記下測力計的拉鉤移動的距離

（幾格），并測出向下的拉力（要在測力計的測量范圍內(nèi)）。

活動三：玻璃板由鐵架臺支成一個斜面，用彈簧測力計將小車從斜面底端平行斜面勻速

拉到上端，測出拉力，用刻度尺測出底端到上端的距離以及上端的高度，本活動共做三次，每

次在小車上放不同數(shù)量的祛碼。

實驗時應注意：（1）杠桿、滑輪要盡量輕一些；（2）摩擦要盡量小一些；（3）重物質(zhì)量要適當

大一些。

歸納上述活動，比較以下兩個乘積：

動力（F）和動力作用點移動的距離（s）的乘積Fs。

阻力（G）和阻力作用點移動的距離（h）的乘積Gh。

在測量誤差范圍內(nèi)，這兩個乘積Fs和Gh存在什么關系？山此關系你能得出什么結(jié)論？

【教學模式】

【教學過程】

在講授“做功了嗎？”這段內(nèi)容時，建議讓學生看圖，討論，指出哪種情況下做功了，哪

種情況沒有做功，并進一步放后讓學生討論，舉出日常生活人的活動中做功和不做功的例子各

一個，并作簡單的分析，以強化學生對“做工和做功”有本質(zhì)區(qū)別的印象。

【作業(yè)設計與處理】

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第四節(jié)功率

【教材分析】

1、為什么要引入功率概念

人類創(chuàng)造了無數(shù)種機械，然而這些機械的做功本領彼此差別很大。例如：建筑工地上要把

幾百塊放送到樓頂，如果用起重機，幾分鐘就行了。顯然，運送相同數(shù)量的破到相同的高度,

起重機和定滑輪做的功相同，用定滑輪做這些功用幾小時，起重機用幾分鐘，那它們做功有什

么不同呢？機械做功不但有做功多少問題，還有做功

快慢問題。如圖11-14所示，如果挖土機半小時挖土

10噸，一個工人4小時挖土1噸，（假設把土提高的

高度相同），那么，挖土機和工人做的功不同，所用

時間也不同，怎樣比較他們做功的快慢呢？

我們可以回顧如何比較兩個人運動的快慢。一般用兩種方法：一種是相同路程比時間，■

般賽跑都是用這種方法（裁判員的方法）；還可用另一種方法，是相同時間比路程（觀眾的方

法）。物理學上采取后種方法，引入了速度的知識遷移到比較做功快慢上來，引入功率概念來

表示做功的快慢。單位時間（譬如1秒鐘）內(nèi)做的功叫功率。凡是功率大的物體，每秒鐘做功

多，就說明它做功快。例如我們爬樓梯，無論是走上去還是跑上去，所做的功是一樣的，但經(jīng)

驗告訴我們，跑上去要比慢慢走上去累得多，這就是因為跑上去時做功的功率比走上去時的功

率大的緣故。同樣，兩部等質(zhì)量的汽車向山上開，功率大的車會先到達山頂。

2、功率的計算

物理學中，做功的快慢用功率來表示。單位時間內(nèi)完成的功叫功率，即功率=旦。如

時間

W

果用w表示功，t表示時間，p表示功率，則功率的定義公式為P=在國際單位制中，

功的單位是焦，時間的單位是秒，功率的單位就焦/秒，專門稱之為瓦特，簡稱瓦，這是為了

紀念英國發(fā)明家瓦特改進蒸汽機所做的巨大貢獻。1秒時間內(nèi)完成1焦的功，功率就是1瓦，

換句話說1瓦3焦/秒。比方說，你在1秒內(nèi)把一杯水送到嘴里，你做功的功率大約是1瓦。

工程技術上，還有千瓦、兆瓦等功率單位，1千瓦瓦，1兆瓦二］（）6瓦。

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功率大小是描述機器性能的一個重要指標，選購機器時，功率是一個首要因素。只有合適

的功率，才能在實際生活中發(fā)揮機器應該體現(xiàn)的功能。

功率也可以用另一種形式表示。我們可通過以卜例子來分析：一輛汽車做勻速直線運動。

牽引力F、速率v和功率P之間有什么關系？由于汽車做勻速直線運動，因此速度是單位時間

內(nèi)所通過的路程；將速度乘以力，就表示單位時間內(nèi)做的功，這正是功率，所以F、v、P之

Ws

間滿足P=Fv0顯然P=Fv,是從公式P=7、W=Fs、推導出來。以后解題時可作為公式

直接應用。從P=Fv來看，若功率保持一定，那么加大速度必定要相應減少力，否則就不能保

持它們的乘積即功率不變。平時我們說機器的功率多大，是指機器正常工作時的功率。在解一

些有關運動的物體（包括機器）的功率時，應用P二Fv比較簡捷。例如，拖拉機深耕土壤時，

為了獲得較大的牽引力就必須降低速度。乂如汽車以高速度行駛時，它的牽引力較小，適用于

阻力較小的情況。當汽車上坡或負載加重時，它需要克服較大的阻力，就應換用低速度行駛,

以獲得較大的牽引力。汽車、拖拉機上裝置的變速箱就是出于這個道理。想一想，車床在切削

硬的工件時，是讓車床打快轉(zhuǎn)還是打慢轉(zhuǎn)？

3、如何比較功率的大小

一般采用下列三種方法比較：

（1）在相同的時間內(nèi)，比較做功的多少，做功越多的物體，功率越大。

（2）在做功相同的條件下，比較做功的時間的長短，所用的時間越短，功率越大。

W

（3）在做功時間和做功多少都不相同的條件下，應用P=—計算后進行比較。

t

【教學目標】

1、知識與技能

知道功率的定義、單位，并對人和一些事物的功率數(shù)值有具體的概念，會計算簡單的功率

問題。

2、過程與方法

從身邊生產(chǎn)和生活實際中，認識做功不但有多少之分，而且有快慢之別，學會把速度的知

識遷移到比較做功快慢上來，理解功率的定義及其公式。

3、情感、態(tài)度與價值觀

通過實驗探究，培養(yǎng)發(fā)散思維能力、實事求是的科學態(tài)度，體會研究物理問題的方法。

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【活動幫助】

1、課前準備

探究小組準備磅秤、秒表、刻度尺等。

2、活動目的

（I）估測人登樓的平均功率。

（2）探究人體的輸出功率。

3、方法點撥

估測人登樓的平均功率。

活動：請一個同學從一樓登到四樓，第一次是慢慢走上去，第二次是很快跑上去。

測一測：在上述活動中，測出這個同學的質(zhì)量m,量出樓的高度（一樓到四樓）h,記下

這個同學兩次登樓所用的時間ti和t2,并把有關數(shù)據(jù)填在下表中。

同學質(zhì)量樓的高度走上樓的跑上樓的走上樓的跑上樓的功

m/kgh/m時間ti/s時間t2/s功率P1/W率P2/W

算一算：根據(jù)萬=比=*=型算出登樓時的平均功率。

ttt

議一議：這個同學兩次登樓所做的功是否相同，在前后兩次登樓過程中，做功快慢是否相同？

說一說：請做上樓實驗的同學說說兩次登樓有什么不同感受。

想--想：利用A=也算出的登樓的平均功率比實際值是偏大還偏?。?/p>

探究人體的輸出功率。

提出問題：如何測出在正常情況下身體的輸出功率。

設計方案：①到木工房準備一塊木板。

②在平地適當距離的兩端各平放堆（4塊）破頭，然后在磚塊上放木板，木板的

兩端與磚頭齊平。

③請你的同學抓穩(wěn)木板，使木板保持平衡。

④測出你的質(zhì)量m。

⑤測出地面到木板頂端的高度ho

⑥兩腳同時離地跳上木板，再從木板上跳下來（一上一下算一個來回）。

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⑦請同學記下均勻的速度跳20個米回所花的時間。

⑧求出你跳20個來回的功率。

⑨再請身材較高、體重較重的同學來做上述實驗。

⑩再請身材較小、體重較輕的同學來做上述實驗。

將數(shù)據(jù)記錄在下表中。

重力木板高跳20個來回的時跳20個來回功率

同學

G/Nh/m間tl/s所做的功W/JP/W

同學1

同學2

同學3

得出結(jié)論：算出上述實驗中各個同學的功率，從而得出人體向上跳時的輸出功率與人體的

重力、人體向上跳的速度的關系。

【教學模式】

【作業(yè)設計與處理】

“WWW”中的第3題，是實踐性作業(yè)，建議指導學生對日常生活中的家電進行認真觀察后

對各種類型功率大小有大致了解，為今后進一步學好電學打好基礎。

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第五節(jié)機械效率

【教材分析】

重點、難點剖析

1、有關機械的三種功

（1）有用功。所謂有用功，就是對人們有用的那部分功。那么引么是對人們有用的功？

對此并不是所有同學都能搞清楚的。一般說有用功是使用機械過程中為了達到人們的目的，所

需要做的功。如：我們用動滑輪將貨物從一樓提到二樓，把貨物提上去是目的。提貨物上樓的

過程中，貨物重乘以樓高所做的功w=Gh,就是有用功。再如圖11-36所示利用滑輪組將一輛

汽車水平向左移動了一段距離s,要拉動汽車，必須克服地面與汽車間的摩擦力f,為了實現(xiàn)

移動汽車的目的，克服這一摩擦力做的功亞=￡§就是有用的。所以判斷有用功，首先要看人們

使用機械來達到什么目的。

（2）額外功。所謂額外功，就是人們使用機械時，為了達到目的不得不額外做的那部分

功。如上面所舉例子，將貨物從一樓提到二樓，把貨物提上去，就得將動滑輪也提上去，人對

動滑輪所做的功盡管不是我們的目的，但不得不做，因此動滑輪重乘以樓高所做功W=G動h,

是額外的。使用動滑輪時不可避免地要克服滑輪內(nèi)部之間的摩

擦做功，克服機械的自重及摩擦（因使用機械而產(chǎn)生）等因素匕

做的功都是額外功。再如圖11/5所示的裝置中，使用滑輪組將

汽車水平拉動。為了拉動汽車，我們勢必也得將動滑輪水平拉圖U-15

動，則拉動動滑輪時克服滑輪摩擦所做的功就是額外功。

（3）總功。總功是在使用機械時才會出現(xiàn)的概念.也就是人們?yōu)檫_到某種目的而實際做

的功。如圖11-36所示，我們使用滑輪組移動汽車，就要在繩端用力拉，我們用的拉力與繩端

所移動的距離的乘積，就是我們對滑輪組做的功，這個功我們總功包括有用功和額外功，也說

是有用功、額外功都來自于總功，即W/W行+W標

2、機械效率一一機械做功性能的重要指標

使用機械時，我們需要一定量的有用功，由于不可避免地存在摩擦和機械自重等原因，額

外功是不可避免的。額外功是我們不需要的，為做有用功而白白浪費人力和物力，應盡量減少

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它。使用不同的機械完成相同的有用功。做額外功越少的機械越好，或者說，有用功與總功越

接近越好。為了表示總功中有多少功被有效利用，物理上引入了機械效率的概念。機械效率的

定義是：有用功與總功的匕值，用公式表示為77=」xlOO%,在實際情況中，必然要做額

%

外功，即w額￥0,所以n總小于100%。理解這一點，關鍵是把握額外功不可避免。

例如，怎么把1噸水送到高處的水槽，簡單方法是人用水桶一桶一桶提上去，水送上去了，

但每次都要把桶也提上去（我們不可能直接捧著水上去），克服水桶所受重力做的功就是額外

功。雖然這是不可避免的，但是可以設法減小的。如果用比較重的鐵桶提水，做的額外功就多；

若用比較輕的塑料桶提水，做的額外功就少，同樣可以達到提水的目的。還有，提水時人也要

上到高處，克服人所受重力做的功，也是額外功，因為人上到高處不是目的，只是為了將水提

上去。換個方法，人可以不一趟一趟地上下跑，比如在高處安裝一個定滑輪，兩個人相互配合,

一個人在下面往桶里裝水，另一個人在高處接住水桶重力做額外功，但還要克服因水跟水管之

間的摩擦和水泵內(nèi)部的摩擦做額外功。

總之，我們通過改進做功方式和改進做功的性能，可以減小額外功。人們常通過減小摩擦,

減輕自重，簡化結(jié)構(gòu)，選用優(yōu)良材料等辦法來提高機械效率。但額外功不可能減小到零，所以,

任何機械的機械效率都小于1,或者說小于100%。

【教學目標】

1、知識與技能

理解什么是有用功、額外功和總功。

理解什么是機械效率，并會用有關公式進行簡單的計算。

2、過程與方法

通過探究動滑輪的活動，明確使用機械要做額外功。

通過實例討論，認識提高機械效率的主要方法。

3、情感、態(tài)度與價值觀

機械效率反映的是機械做功的性能，即使用機械的效益高低，能量利用率的高低，通過探

究活動，對節(jié)約能源的認識有新的拓展，明確提高磯械效率是現(xiàn)代化生產(chǎn)設備研究所追求

的目標之一。

【活動幫助】

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1、課前準備

探究小組準備好以下器材：單滑輪兩個、雙滑輪兩個、彈簧測力計、刻度尺、

鉤碼若干、鐵架臺、細繩等。

2、活動目的

（I）測定動滑輪的機械效率，并比較動滑輪在不同情況下的機械效率。

（2）測定滑輪組的機械效率，探究機械效率變化的規(guī)律，交流提高機械效率

的辦法。

3、方法點撥圖11-16

（1）探究動滑輪。

活動一：探究小組按照圖11-16進行實驗。

①實驗步驟：先用彈簧測力計測出兩只鉤碼重力G,然后將鉤碼掛在動滑輪下，同學向上

拉彈簧測力計，使鉤碼勻速上升，讀出手的拉力E用刻度尺量出鉤碼升高的高度h及手向上