第十一章 简单机械和功-单元复习（课件）-苏科版九年级物理上册同步教学精美课件

第十一章江苏科学技术出版社简单机械和功九年级物理上册

从我们吃饭用的筷子，到航天器使用的机械臂。机械已深入到人类生活的方方面面,无论多么复杂的机械都是由简单机械组成的。我们在叹服于机械的神奇和人类伟大智慧的同时，不禁产生许多遐想………这些机械是依据什么原理工作的呢?延伸人体的“神臂”单元复习①因ppt使用的视频质量高，故资源比较大（本ppt约56MB）。②所用视频资源已全部内嵌在ppt中，不需另外下载。③本节ppt共有75张，含有4个视频，可根据需要选择播放。④本课件使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放。⑤本ppt画面比例为宽屏16:9。①课堂总结——《杠杆》

②课堂总结——《功》③课堂总结——《功率》④课堂总结——《机械效率》视频资源清单一、杠杆二、滑轮三、功四、功率第十一章简单机械和功五、机械效率杠杆一本节知识点杠杆的平衡条件02什么是杠杆01生活中的杠杆03

在力的作用下能绕固定点转动的硬棒支点0：杠杆绕着转动的固定点动力F1：使杠杆转动的力（人施加的力）阻力F2：阻碍杠杆转动的力（物体施加的力）动力臂l1：从支点到动力作用线的距离阻力臂l2：从支点到阻力作用线的距离平衡：杠杆在动力和阻力作用下保持静止或或匀速转动平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂F1l1＝F2l2

省力杠杆：L1>l2省力，但费距离F1<F2费力杠杆：l1<l2F1>F2省距离，但费力等臂杠杆：l1=l2F1=F2不省力，也不费距离杠杆定义五要素杠杆平衡杠杆分类杠杆一、杠杆1.在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒称为杠杆。

2.杠杆“五要素”

①支点：杠杆绕着转动的点O；

②动力：使杠杆转动的力F1；

③阻力：阻碍杠杆转动的力F2；

④动力臂：从支点到动力作用线的距离l1；

⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2。F2F1l2人用撬棒翘起物体3.动力、阻力都是杠杆受的力，所以作用点在杠杆上。动力、阻力的方向不一定相反，但它们使杠杆转动的方向相反。4.力臂的画法从支点O向力的作用线引垂线，画出垂足，则从支点到垂线的距离就是力臂。

过力的作用点沿力的方向画出力的作用线。注意：必要时要用虚线将力的作用线延长。

先确定杠杆的支点O和动力、阻力的方向。最后用大括号或箭头勾出力臂，并在旁边写上字母l1或l２。阻力F2动力F１

力的作用线

力的作用线

阻力臂l２支点O动力臂l１【例题1】如图开瓶器开启瓶盖时可抽象为一杠杆，不计自重。选项图能正确表示它工作示意图的是（）由题图知，向上用力时，起子围绕左端O转动，因此O为支点。又因为动力F１的方向向上，使杠杆沿逆时针转动，所以阻力F2的方向向下，使杠杆沿顺时针转动。故选B。

B二、杠杆的平衡条件（杠杆原理）1.杠杆平衡时：动力×动力臂＝阻力×阻力臂 公式:F1

L1=F2

L2

分析杠杆平衡时动力最小问题：阻力×阻力臂不变时，要使动力F1最小，必须使动力臂L1最大，要使动力臂最大需要做到：①在杠杆上找一点，使这点到支点的距离最远；②连接支点与动力作用点，得到最长的线段；③经过动力作用点做出与该线段垂直的直线；④根据杠杆平衡原理，确定使杠杆平衡的动力方向。【例题2】如图所示，O为杠杆的支点，在A点挂一重物，图中力F1、F2、F3、F4能使杠杆在水平位置平衡的最小拉力是

（

）

A．F1 B．F2 C．F3 D．F4由图可知，O为支点，A点挂重物，阻力F2方向竖直向下，F2及阻力臂L2的大小都不变；为使杠杆在水平位置平衡，由杠杆平衡条件F1L1＝F2L2可知，当动力臂L1最大时，拉力最小；动力F1的方向竖直向上，力臂是三个单位，该力臂最大，所以力最小。力F3与F4的方向竖直向上，不能使杠杆在水平位置平衡（与阻力的转动效果相同），所以排除掉。

综合以上分析，选项A正确。A①杠杆的平衡状态：静止或匀速转动。②杠杆水平平衡的调节：实验前通过调节平衡螺母实现水平平衡，左高向左调，右高向右调。实验过程中不能调节平衡螺母，应该调节钩码的位置使杠杆在水平位置平衡。③实验前调节杠杆处于水平位置平衡的目的：便于直接读出力臂。④支点处于杠杆中央的目的：避免杠杆自重对实验结果产生影响。2.实验——探究杠杆的平衡条件

【设计实验】不能调节平衡螺母调节平衡螺母⑤进行多次实验的目的：减小偶然性对实验结果的影响，使实验结论具有普遍性。①将一端的钩码换成弹簧测力计的好处是：可直接读出力的大小。②弹簧测力计从竖直拉杠杆变成倾斜拉杠杆时，测力计的示数：将变大(拉力力臂变小，弹簧测力计示数变大)。【分析数据，总结结论】【交流与反思】平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂F1l1＝F2l2

【例题3】利用图中的装置探究杠杆平衡的条件，每个钩码的质量相等，杠杆上的刻度均匀｡①当不挂钩码时，出现杠杆右端下沉，应向_____（选填“左”或“右”）调节平衡螺母，直至杠杆在水平位置平衡；如图甲，挂上钩码，移动钩码位置使杠杆在水平位置再次平衡，此时也要选择在水平位置平衡的目的是________________________；②图甲中，杠杆在水平位置已经平衡，若将杠杆两侧所挂的钩码各取下一个，杠杆会_____（选填“顺时针”或“逆时针”）转动；左可以直接读出力臂设一个钩码的重力为G，一格的长度为l，将杠杆两侧所挂钩码各取下一个，左端2G×2l=4Gl，右端G×3l=3Gl，左端力和力臂的乘积大，杠杆逆时针转动。逆时针次数动力F1/N动力臂l1/m阻力F2/N阻力臂l2/m11.00.22.00.121.50.11.00.1532.00.151.50.2④如图，用弹簧测力计代替右侧钩码，沿与水平方向成60°角斜向下拉杠杆，保持杠杆在水平位置平衡｡此时的杠杆是____杠杆（选填“省力”“费力”或“等臂”）；请在乙图中画出此时拉力F的力臂l｡____③三次实验数据见下表，分析数据可知，杠杆的平衡条件是______；F1l1=F2l2设一格长度为l1，反向延长力F的作用线，从支点O向力F的作用线做垂线段，得到力臂l，如图所示；动力臂

l=3l1×sin60°≈2.6l1阻力臂

l2=2l1

动力臂大于阻力臂，所以是省力杠杆。省力

杠杆分类力臂关系省费力（距离）情况应用举例省力杠杆费力杠杆等臂杠杆省力费距离

省距离费力不省力也不省距离撬棍、扳手、钢丝钳天平、跷跷板镊子、鱼竿、筷子l动＞l阻l动＜l阻l动=l阻三、杠杠的分类【例题4】如图12所示，一根长为1.2米的轻质杠杆OA可绕固定点O转动，C点处悬挂一重为60牛的物体。（已知AB=BC=CD=DO）OCABD①在杠杆上施加一个最小的力使杠杆水平平衡，则力臂最大，应该在A点竖直向上。根据F1L1=F2L2，F2＝G=60N

F1＝F2l2/l1=60N×0.6m/1.2m=30N；②乙同学的观点正确；当动力与竖直方向的夹角大于60度（或与水平方向的夹角小于30度）时，动力臂小于阻力臂，属于费力杠杆。（合理即可）①若在该杠杆上施加一个最小的力使杠杆水平平衡，求这个力的大小。②若在A点施加一个力使杠杆水平平衡，甲同学认为该杠杆一定是省力杠杆，乙同学认为该杠杆可能是费力杠杆。你赞同哪位同学的观点，并说明理由。30N【例题5】如图所示为钓鱼竿钓鱼的示意图，O为支点，画出F1、F2的力臂l1和l2，该杠杆是_______杠杆（选填“省力”或“费力”）。l2l1因为动力臂l1和小于阻力臂l2，所以是费力杠杆。费力视频总结——《第1节杠杆》

滑轮二本节知识点滑轮组02定滑轮和动滑轮01轮轴与斜面滑轮定滑轮既能省力，又能改变力的方向省力费距离，但不能改变力的方向，实质是省力杠杆不省力，不费距离,可以改变力的方向，实质是等臂杠杆滑轮组其他简单机械动滑轮

滑轮种类定滑轮动滑轮滑轮组图示

F与G的关系F＝G/2s与h的关系s＝3h特点定滑轮、动滑轮、滑轮组的比较(不计绳重、摩擦)FGF＝Gs＝h不省力不省距离能改变力的方向

s＝2h省力、费距离，不能改变力的方向

s＝nh（n为动滑轮上绳子段数）省力、费距离，能否改变力的方向和绕线方式有关

n=2n=3

①定滑轮：使用时，轴固定不动的滑轮，叫定滑轮。②定滑轮的特点一、定滑轮

不省力F=G不省距离S=h

能改变力的方向

定滑轮FGhs③定滑轮的实质——等臂杠杆如图所示，定滑轮的轴心O为支点，动力臂l1与阻力臂l2都是滑轮的半径r。F＝G

F1l1=F2l2

l1=l2=r

Fl1=Gl2

通过理论分析可知，定滑轮实质上是一个等臂杠杆，所以不省力。④用平衡力的知识研究定滑轮的特点在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以拉力F跟物体的重力G是一对平衡力，大小相等：F＝G

F使用定滑轮不省力，可以改变力的方向。物体向上运动，用力却是往下拉，所以使用定滑轮能改变力的方向.G①动滑轮：工作时，轴随着物体移动的滑轮叫动滑轮。动滑轮二、动滑轮若不计动滑轮的重力及摩擦力时，则拉力：F=G/2

②动滑轮的特点

省力F＜G费距离S绳=2h物

不能改变力的方向

动滑轮S绳=2h物

FG③动滑轮的实质动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。动滑轮相当于一根杠杆，支点在绳和轮相切的A处；拉力F是动力，重物的拉力是阻力G；动力臂l1是轮直径、阻力臂l2是轮半径。根据杠杆的平衡条件：Fl1=Gl2l1＝2l2

F＝G

（不计摩擦和动滑轮重）12G④用平衡力的知识研究动滑轮的特点

在忽略动滑轮的重力和摩擦的情况下，物体受到重力G和两段绳子的两个拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以两个拉力F跟物体的重力G是平衡力：

FFGG动

滑轮组甲乙拉力F拉力（绳子末端）移动的距离S三、

滑轮组如图所示，物体的重力为G，把物体提高h，不计绳重、摩擦及动滑轮自重。所用拉力F大小、拉力移动的距离s如表所示。

滑轮组用几段绳子吊物体，提起物体的力就是物重的几分之一；绳子末端移动的距离是物体升高距离的几倍。结论①轮轴：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。大轮叫轮，小轮叫轴。根据杠杆的平衡条件：

F1l1=F2l2当动力作用在轴上时，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。∵R>r，∴F<GFR=Gr支点ORrFF2=GF1F2l2rOl1R四、轮轴②轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。轮轴作为杠杆的支点在轴心0，轮半径R是动力臂，轴半径r阻力臂。当动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。【例题6】如图所示“探究动滑轮的特点”的实验，下列说法正确的是（）

A.当钩码匀速上升和静止时，弹簧测力计的读数相等B.当钩码匀速上升时，弹簧测力计竖直向上拉和斜着向上拉的读数相等C.改变钩码个数，重复实验是为了取平均值减小误差D.钩码的重力越大，绳子自由端的拉力越接近钩码重力的1/2D①当钩码匀速上升时，轮槽对绳子有摩擦力；当钩码静止时，轮槽对绳子没有摩擦力，因此，钩码匀速上升时弹簧测力计的读数，A错.②当钩码匀速上升时，弹簧测力计竖直向上拉的读数小于斜着向上拉的读数，B错。③改变钩码个数，重复实验是为了得出普遍结论，C错.④钩码的重力越大，绳子自由端的拉力越接近钩码重力的1/2，D对。【例题7】如图甲所示，用滑轮组提升物体，已知滑轮质量均为2kg，物体重100N，绳子能承受的最大拉力为50N。请画出绳子的正确绕法，并在绳的末端标出力的方向。（不考虑绳重及摩擦，g取10N/kg）

G动=m动g=2kg×10N/kg=20N，因不考虑绳重及摩擦，故提起动滑轮和物体的绳子的段数n=（G动+G物）/F=（20N+100N）/50N=2.4，n

应该取3。绕法见乙图。功三本节知识点做功了吗02什么是功01⑤做功的两个必要条件功一是对物体要有力的作用，二是物体在力的方向上通过一定的距离。W=Fs物理学中，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功，简称功（work）。③功的公式①物理学中功的含义如果一个力作用在物体上，物体在这个在的方向上移动了一段距离，在物理学中就说这个力对物体做了功。②功的大小④功的单位焦耳1J＝1N·m一、物理学中的功1.如果一个力作用在物体上，物体在这个在的方向上移动了一段距离，在物理学中就说这个力对物体做了功。2.功的大小：

物理学中，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功，简称功。

3.公式：W=Fs4.功的单位：焦（J）1J＝1N·m1N的力使物体在力的方向上通过1m的距离时所做的功为1J。1.根据W=Fs可知，对物体做功有两个必要条件：一是对物体要有力的作用，二是物体在力的方向上通过一定的距离。

二、做功的两个必要条件2.力不做功的三种情况【例题8】下列生活实例中，力对物体做功的有

（）A．甲和乙 B．甲和丙 C．乙和丙 D．丙和丁甲：小车在推力的作用下前进了一段距离

乙：提着滑板在水平路面上前行丙：物体在拉力作用下升高

丁：用尽全力搬石头，搬而未起

甲：小车沿推力方向前进了距离；丙：物体在拉力作用下升高；这两种情况，物体都受到了力，且在这个力的方向上移动了距离，所以力都做功。乙：提着滑板在水平路面上前行，力的方向与运动方向垂直，力不做功；丁：用尽全力搬石头，搬而未起，该力不做功。所以选B。BW=Fs三、力与距离的计算

已知做功多少W和物体在力的方向上移动的距离s，可求出力F的大小。已知做功多少W和力的大小F，可求出物体在力的方向上移动的距离s。注意：式中物理量全部用国际单位制。力F与距离s具有对应性：即距离S是物体沿受力的方向移动的距离，F与s在同一直线上；F与s具有同体性：即F与s对应同一个物体。如果物体移动的方向与另一个力的方向相反，我们就说物体克服这个力（阻力）做功。例如，在水平面上推动物体前进时，要克服摩擦力做功；人上楼时要克服自己的重力做功。F推力f摩擦FG重力人在爬楼梯时，要克服自己的重力做功，计算做功的大小时，应该用人的重力G乘以楼梯的竖直高度h。W=Gh要克服摩擦力做功四、克服阻力做功同学的重力G=mg=50kg×10N/kg=500N所以上楼过程中克服重力所做的功W=Fs=Gh=500N×12m=6000J上楼的高度h=3m×（5-1）=12m该同学上楼时，要克服自己的重力做功，计算功可以用W=Gh进行计算。【例题9】一位质量约50kg的同学从一楼走到五楼，他上楼过程中克服重力所做的功可能为（）A.60JB.600JC.6000JD.10000JC视频总结——《功》功率四本节知识点估测上楼的功率02功率01①物理意义：表示物体做功的快慢国际单位：瓦特，符号W，1W

=1J/1s=1N·m/s②功率的定义：③公式:④单位

F：表示作用在物体上的力；

v：表示物体沿力的方向做匀速直线运动的速度。常用单位：千瓦，符号KW，1KW

=1000W功与做功所用时间之比叫做功率，它在数值上等于单位时间所做的功。功率1.比较做功快慢的方法一个老人和一个小孩一起爬相同的楼梯，做功相同吗？做功的快慢相同吗？

图中两人爬相同的楼梯，两人升高的高度相同，但由于两人的重力不同，根据W=Fs=Gh可知，两人做功不相同，老人比小孩做的功多；

由于两人上楼所用的时间不确定，所以他们做功的快慢可能相同，也可能不相同，无法比较做功的快慢。

时间相同，比较物体做功的多少，做功多的做功快。

做功相同，比较做功的时间，时间短的做功快。

功与时间都不相同，比较

可以比较做功的快慢。该比值越大，做功越快。

①功率的物理意义：表示物体做功的快慢。②功率的定义：功与做功所用时间之比叫做功率，它在数值上等于单位时间所做的功。③公式:国际单位：焦/秒，符号J/s，叫做瓦特，符号W，1W=1J/s常用单位：千瓦(kW)、兆瓦(MW)；1kW=103W，1MW=103kW④单位:物体在1秒内所做的功为1焦，则其功率为1瓦。2.功率⑤功率及其功、时间的计算tW

P=W=Ptt=WPW：表示力做的功，单位：焦耳（J）t：表示做功所用的时间，单位：秒（s）P：表示做功的功率，单位：瓦特（W）或焦/秒（J/s）P=Wt=Fst=Fv力F作用在物体上，物体沿力的方向以速度v做匀速直线运动时，则力F的功率：单位：1W=1N·m/s变形公式：P=Fv

3.功率的推导式注意：物体沿力的方向以速度v做匀速直线运动。【例题10】为什么汽车上坡时，司机经常用换挡的方法减小速度？为什么同样一辆机动车，在满载时的行驶速度一般比空载时小得多？机车发动机的最大功率是一定的。由P=Fv可知，牵引力的大小和运动速度成反比。汽车上坡时，需要增大牵引力，所以要减小速度。同样一辆机动车，在满载时需要的牵引力增大，则应该减小车辆的速度。物理量定义物理意义公式单位功W功率PJ（焦）W（瓦）W=FsP=W/t功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积。功与做功所用时间之比叫做功率。表示做功的快慢表示力的“成效”4.功与功率的区别5.估测上楼时的功率

①如果要求估测上楼时功率的大小，需要测量哪些数据？用什么工具测量？

②数据记录表格学生质量m/kg高度h/m时间t/s功率P/W甲乙丙……【例题11】做引体向上的规范动作是两手正握单杠，由悬垂开始。上提时，下颚须超过杠面；下放时，两臂放直，不能曲臂。在动作达到规范要求后，小敏想利用如图所示的引体向上单杠估测自己做引体向上时的功率。请你帮他完成该实验设计。（1）实验原理：

。（2）实验需要测量的物理量及器材：

。（3）补充实验步骤（物理量用字母符号表示）:

①利用电子秤测量出小敏的质量m；

②用刻度尺测量出小敏完成一次规范引体向上动作时______；

③用____测量出小敏连续完成n次规范引体向上动作时需要的_____；（4）功率计算表达式(用物理量的符号表示)

。解析见下页（1）实验原理：

。（2）实验需要测量的物理量及器材：

。

P=W/t

测量的物理量：质量m、高度h和时间t测量仪器为：电子秤、刻度尺和停表（3）补充实验步骤（物理量用字母符号表示）:①利用电子秤测量出小明的质量m；②用刻度尺测量出小敏完成一次规范引体向上动作时______________；③用______测量出小敏连续完成n次规范引体向上动作时需要的_______。（4）功率计算表达式(用物理量的符号表示)

。（3）补充实验步骤:①利用电子秤测量出小敏明的质量m；

②用刻度尺测量出完成一次规范引体向上动作时上升的高度h；

③用停表测量出连续完成n次规范引体向上动作时需要的时间t。（4）功率计算表达式

上升的高度h时间t停表

【例题12】如图所示为一辆无人驾驶清扫车，它集激光雷达、摄像头、超声波雷达等传感器于一体，可自主作业。空车行驶时牵引力的功率为810W，在10s内匀速行驶12m，车受到的阻力为多少牛？

视频总结——《功率》

机械效率五本节知识点机械效率02有用功额外功01人们不需要但又不得不做的功，记为W额外.总功有用功与额外功的总和，记为W总.W总=W有用+W额外定义:有用功跟总功的比值.公式：

永远小于1.有用功为达到目的必须要做的对人们有用的功叫做有用功，记为W有用.额外功机械效率动滑轮的机械效率减小轮与轴之间的摩擦、减小动滑轮的自重等增加提起的货物重力有用功、额外功和总功机械效率1.有用功、总功和额外功①有用功将钩码提升一定的高度是我们的目的，所做的功叫做有用功，记为W有用.②额外功在使用动滑轮提升钩码时，除需克服摩擦力做功外，还要克服动滑轮的重力做功，这两部分功虽然并非我们所需要的，但又不得不做，叫作额外功，记为W额外.③总功手拉绳所做的功叫作总功，记为W总.②额外功①有用功③总功总功等于有用功与额外功之和W总=W有+W额【例题13】一体重是500N的同学用重10N的水桶，提起重为100N的水沿楼梯送到5m高的宿舍里使用，完成这一次提水，他做的有用功和额外功分别是（）A．500J，50J B．500J，2550JC．550J，2000J D．2550J，50J【解析】

完成一次提水，对水做的功是有用功，W有＝G水h＝100N×5m＝500J

克服自身重及对水桶做的功是额外功，

W额＝G额h＝(500N＋10N)×5m＝2550J。

故选B。B①物理学中，将有用功跟总功的比值叫做机械效率。注：机械效率只有大小，没有单位。由于有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。机械效率通常用百分数表示。机械效率是标志机械做功性能好坏的重要指标，机械效率越高，机械的性能越好。③变形公式：W有=

W总η

W总=W有η②计算公式：

2.机械效率机械效率η=W有W总×%在图中提升物体的过程中，有用功是Gh，总功是Fs。F’

shGss’F’是动滑轮对物体的拉力。在图中平移物体的过程中，有用功是F’s’，总功是Fs.④区分有用功和总功.3.怎样提高动滑轮的机械效率第一，是减小额外功。学生通过讨论可以认识到，保持良好的润滑、减小滑轮的轮与轴之间的摩擦、减小动滑轮的自重等方法都能减小额外功，从而提高机械效率。第二，是增加有用功。当额外功不变时，有用功越大，则机械效率越高。以滑轮组提升重物为例，当动滑轮重和摩擦不变时，提起的货物越重，机械效率越高。

①杠杆

其中G为物体的重力，h为物体升高的高度；F为动力，S为动力作用点移动的距离。

4.一些简单机械的机械效率②滑轮或滑轮组竖直提升重物时的机械效率

其中G为物体的重力，h为物体升高的高度；n为承担重物的绳子股数，由公式可知：当动滑轮的重力一定时，物重越大，机械效率越高。

③滑轮或滑轮组水平拉动物体（不计滑轮、绳重）

ff

④斜面

其中G为物体的重力，h为