简单机械和功

义务教育课程标准实验教科书物理九年级上册江苏科学技术出版社

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【课程标准】

1、通过实验探究，学会使用简单机械改变力的大小和方向。

2、结合实例认识功的概念，知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。

3、结合实例理解功率的概念，了解功率在实际中的应用。

4、知道机械功的概念，能用生产、生活中的实例解释机械功的含义。

5、理解机械效率。

6、了解机械使用的历史发展过程，认识机械的使用对社会发展的作用。

第一节杠杆

【教材分析】

重点、难点剖析

1、认识杠杆

杠杆是最基本的简单机械。细心一点，在各种机械装置中都能找到杠杆的影子。所谓杠杆,

就是一根在力的作用下可统一固定点转动的硬棒。这里，硬是指受力时形状的变化很小；棒也

不一定是直的，它可以是各种形状。如马路边上垃圾桶的盖子，我们倒垃圾时掀开垃圾桶的盖

子，它就是一杠杆。杠杆的特征在于转动，因此，辨别杠杆时，关键判断它能否在力的作用下,

绕固定点转动，如果转动，则该装置一定是杠杆。面对实物，面对固定的图形，如何判断它是

否绕轴转动，这就要求我们有丰富的想象力。我们平时骑的自行车，很多部件都是杠杆，你能

识别出来吗？

（1）支点；杠杆绕着它转动的点，也叫做转轴。

（2）动力：推动杠杆转动的力（动力可以是人力，也可以是畜力、风力、电力、水力、

蒸汽压力等）。

（3）阻力：阻碍杠杆转动的力。

（4）动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离。

（5）阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离。

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正确辨认杠杆的标准是：把实物抽象成“硬棒”，找出一点（支点）、

二力（动力和阻力）、二臂（动力臂和阻力臂）。

2、怎样画杠杆示意图

画杠杆示意图是研究杠杆的重要方法，是实物杠杆的科学抽

象，是物理学的书面语言。只有正确画出杠杆示意图，才能进一步

研究杠杆问题。

如图11-1所示，用撬棒撬石头的时候，撬棒就是一根杠杆，如何画出撬棒的杠杆示意图

呢？

作图步骤如下:

（1）画出杠杆：用粗线条把杠杆主要形态画出来，不要画实物外形。

（2）找出支点：设想杠杆转动，在杠杆转动时找出支点，可用表示，也可用“・”表示,

并标出字母“0”。

（3）标出两力：根据杠杆的转动方向，判断动力、阻力的方向，并用“力的示意图”表示动

力B、阻力F2,动力和阻力的作用点均应画在杠杆上。

（4）作出两臂：用三角板的一条直角边与力的作用线重合，让另外一条边通过支点，从支点

向力的作用线（必要时可正向延长或反向延长）画垂线（力的延长线画虚线），作出动力臂和

阻力臂，并用大括号括出动力臂和阻力臂，分别用字母h、L表示.

要求学生认真、工整地画出杠杆示意图。除要标明支点，动力和动力臂，阻力和阻力臂外，还

要按比例画出力和力臂，点耍清、线耍明。

撬棒的示意图如图11-2所示

3、杠杆的平衡条件

同学们在实验室用天平测质量时，总是在天平的横梁水平

后，才读出被测物体的质量。人们用扁担挑货物时，肩膀一定

要在扁担的适中位置，货物才会平衡，人走起路来也才方便。

类似天平的横梁水平和扁担的水平的现象就是杠杆平衡。物理上，把杠杆保持静止或匀速转动

叫做杠杆平衡。杠杆平衡，说明杠杆的运动状态不发生变化。初中阶段只研究杠杆处于静止状

态的平衡。杠杆平衡时必须满足一定的条件，这一条件叫做杠杆的平衡条件。

实验研究得到的杠杆的平衡条件是：动力X动力臂;阻力X阻力臂，写成公式为：F.1）=F212O

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杠杆的平衡条件也可以改成比例的形式：£_=?,它表示动力臂L1是阻力臂L2的几倍，则

尸2A

动力FI就是阻力F2的几分之一。

杠杆转动是力和力臂共同作用的结果，因此，杠杆平衡也是力和力臂共同的平衡，也即是力和

力臂乘积的平衡。

4、杠杆的应用

杠杆的分类有不同的标准。例如用是否省力作标准，根据杠杆的平衡条件F山二FJ2,也以

把杠杆的应用分为省力、费力、等力三类。

(1)省力杠杆：如图11-3所示，其动力臂大于阻力臂，平衡时动力小于阻力，W1,>|2,F,<F2O

?2.F,

3F.■,

图11-3图11-4

特点是用较小的动力可以克服较大的阻力，使用时动力作用点移动的距离就要相应增加,

即省力的代价是费距离。撬棒、拔钉榔头、脚刹车的踏板装置、起瓶盖用的起子都属于这类杠

杆。

(2)费力杠杆：如图11-4所示，其动力臂小于阻力臂.平

衡时动力大于阻力，即h<12，F|>FO/o0

2-2—■一，人----------

特点是用较大的动力去克服较小的阻力，但作用时可

J♦F

使动力作用点移动较小的距离，即费力的收获是距离、节图11-3

约时间，钓鱼竿、铁锹、缝纫机脚踏板、镒子都属于这类杠杆。

(3)等臂杠杆：如图11-5所示，其动力臂等于阻力臂，平衡时动力等于阻力，即h=b，FI=F2O

特点是既不省力也不费力，但使用方便。常用的托盘天平是等臂杠杆，所以月天平测物

体质量时，效码的读数就是物体质量。普通剪刀也近似是等臂杠杆。

各类杠杆各有利弊，在选用时应从有利于生产、生活出发，根据实际需要来选定杠杆的形

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状和类型，这也是设计和使用更复杂的机械的基本思想。要注意有的杠杆可以省力，有的杠杆

可以省距离，这下你感受到杠杆的魅力了吧！但是省力又同时省距离的杠杆是没有的，即熊掌

和鱼不可兼得。

【教学目标】

1、知识与技能

认识杠杆，会画杠杆示意图，知道杠杆平衡的条件，能根据实际需要正确选择和使用杠杆。

2、过程与方法

通过观察，了解杠杆的结构。

通过实验，经历”探究杠杆的平衡条件”的过程。

通过分类，把握分类的基木原则。

3、情感、态度与价值观

通过独立探究、讨论交流，培养科学态度和实事求是的精神。

通过了解杠杆的各种用途，进一步认识物理是有用的，从而提高学习物理的兴趣。

【活动帮助】

1、课前准备

（1）准备筷子、汽水瓶、各种起子。

（2）准备解头、螺丝刀、钉有钉子的木块、羊角锤。

（3）准备杆秤、水果。

（4）准备支架、杠杆、钩码、弹簧测力计、刻度尺。

（5）准备各种剪刀、钳子、镣子、钓鱼竿、托盘天平。

2、活动目的

（1）探究杠杆的共同特征。

（2）探究动力作用的效果跟哪些因素有关？

（3）探究杠杆的平衡条件。

（4）探究杠杆的特点。

3、方法点拨

（1）认识杠杆。

活动一：使用筷子吃饭这是中国人发明的特殊的生活方式。同学们从小就会使用筷子，

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为什么筷子能把食物从碗中取出送入口中呢？请你仔细观察、分析筷子的使用，是否会发现在

使用过程中筷子的两端总是以你的中指为轴在转动，当哧夹起食物时大拇指是否在向下用力？

活动二：同学们利用自带的工具分别打开汽水瓶盖和罐头盖，请仔细观察这些工具是如

何工作的。如要打开一瓶罐头，是不是要把螺丝刀靠在罐子的边缘作为支撑，并把螺丝刀的顶

端戳进盖子的下端，然后在柄端施加一个向下的压力，这时螺丝刀的顶端在支点的支撑下往上

翘起，于是盖子就被掀起。

活动三：用羊角锤去拔木块上的钉子，仔细观察羊角锤是怎样拔出钉子的。并说明羊角

锤在拔钉子的过程中是怎样运动的。

通过上述活动，注重分析杠杆的基本条件：①都受力的作用；②都是“硬棒”，不能用铁

丝、绳子代替；③都有固定转动轴。在此基础上，认识杠杆的几个概念：支点（0）、动力（F2）、

阻力（F2）、动力臂（h）、阻力臂（12）。

（2）研究动力效果与哪些因素有关？

将杠杆装到支架上，在杠杆支点左边两格处挂两个钩码，作为阻力。

活动一：在杠杆支点右边一格处、二格处、三格处分别用弹簧测力计竖直向下拉，使杠

杆在水平位置平衡，比较三次拉力的大小。

活动二：在杠杆支点右边两格处用弹簧测力计拉，改变拉力方向多次，观察每次杠杆水

平平衡时，比较动力大小。

活动三：在杠杆支点右边不同位置，用弹簧测力计沿不同方向拉，利用三角板，确保每

次拉时，从支点到力的作用线的垂直距离相等，比较动力大小。

分析三次活动结果，动力作用的效果与力的大小、方向、作用点有关吗？力的作用点和力

的方向，对力的作用效果的影响，可以用支点到力的作用线的垂直距离来替代吗？研究杠杆时,

为什么要引入力臂概念，你现在明白了吗？

（3）研究杠杆的平衡条件。

活动一：观察杆秤称水果的过程，你认为杆秤是杠杆吗？它的固定点在哪里？杆秤是怎

样平衡的？猜猜看，杠杆的平衡与哪些因素有关？

活动二：

①将杠杆装到支架上，观察杠杆是否静止在水平位置。若不在水平位置平衡，可调节杠杆两边

的螺母，使杠杆在水平默默平衡。这样做的原因：读取力臂方便。

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②用弹簧测力计测出一只钩码的重力大小。

③在杠杆支点的左边挂一定数量的钩码，在杠杆支点的右边也挂上钩码，直至杠杆平衡。

④改变钩码的数量或改变钩码挂在杠杆上的位置，让杠杆重新在水平位置平衡，重复多做几次

平衡实验，得到不同数据。

⑤让杠杆械端受到的力作为阻力，杠杆右端受到的力作为动力，每一次实验，都要把数据记录

在下的表格中。

实验次数动力Fi/N动力臂h/m阻力FVN阻力臂12/m

1

2

3

4

⑥用弹簧测力计继续研究。

请同学们仔细观察、分析实验数据，能否发现杠杆平衡时所遵循的规律。你可以把动力、

动力臂作为一组，阻力、阻力臂作为一组，将每组数据分别加一加、减一减、乘一乘、除一除，

看看杠杆平衡时它们之间有什么关系？

若在记录数据时。使用两个想象中的单位：一是把“一只钩码重”作为力的单位，二是把

杠杆上“一格长”作为力臂单位，表格中的数据将如何变化？

本实验中，你是如何控制变量的？为什么还要用弹簧测力计继续研究？

若某次数据符合“动力+动力臂=阻力+阻力臂”，你能否得出杠杆的平衡条件是‘旧+1尸F2+12

“?*

(4)探索杠杆的类型

活动一：请一位力气大的男生直接用手把汽水瓶盖打开，能成功吗？再请一位力气小的

女生用起瓶器打开瓶盖。想一想，使用起瓶器有什么好处？

活动二：同学们分组交流：如图11-6所示，使用图中各种杠杆，分析、比较用力大小，

移动距离多少，这些杠杆有什么特点？当我们想用一个较小力克服一个较大的力时，我们需要

选用哪种杠杆？当我们想通过一个较小距离就可以得到一个较大距离时，我们需耍选用哪种杠

杆？

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【教学模式】

【教学过程】

动力

1、在演示开瓶扳手开瓶时，可提

醒学生有两种开法，并可在授完杠杆

平衡条件后，放手让学生讨论哪种开

法更省力。阻力

2、在介绍杠杠的应用时，可适当

拓宽。可以根据杠杆的平衡条件让学

生讨论：

动力臂大于阻力臂，省力。如手

推车、老虎钳、铁皮剪刀等。图11-6

动力臂小于阻力臂，费力。如：裁衣剪刀、筷子、扫帚等。

关于信息库中内容的处理：

1、中国古人对杠杆的应用和研究：这部分内容主要是介绍我国古人应用杠杆的悠久的历

史，旨在介绍中华民族的文明史，培养学生的爱国主义情感，教学中可让学生看书，并作简单

介绍。

2、航天飞机上的机械臂：介绍机械臂的作用，培养学生热爱科学、献身科学的精神。

【作业设计与处理】

能正确画出杠杆示意图是本节的基本要求，因此课外练习中要设计各种类型的杠杆让学生练

习。

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第二节滑轮

【教材分析】

重点、难点剖析

1、定滑轮的实质

滑轮是一种简单机械，它通常是由一个带凹槽的轮子绕上绳索、缆绳

或链条组成的。在旗杆顶上就有一个滑轮，如图11-7所示。这个滑轮是固

定在旗杆顶上的，所以叫定滑轮。定滑轮是一个什么样的简单机械呢？

如图11-8所示，甲图是一个等臂杠杆的示意图。现在把等臂杠杆进行如下

的等效变换：先把直棒加宽变形成一个圆轮，支点、动力、阻力、动力臂、

阻力臂均保持不变（图乙），再把圆轮的边缘挖一个槽，这就变成了一个滑

轮，最后把它固定使用就成了定滑轮（图丙）。

图118定滑轮是等臂杠杆的变形

使用定滑轮时，把重物系在绳的一端，将绳绕过滑轮的槽，在槽的另一端用力拽绳子，

如图丁所示。无论你横着、斜着或竖直向下拉绳子，通过凹槽里绳子的作用，都可将你的拉力

转变成向上的拉力，从而把重物提起来。

从图丙可知，定滑轮是绕轴转动的，轴是定滑轮的支点。动力臂与阻力臂等长，均等于滑

轮半径。由杠杆平衡条件F山=F也可知，动力等于阻力。

由此可见，定滑轮的实质是一个等臂杠杆，使用它既不省力也不省距离，但改变了用力方

向，使工作更方便。定滑轮在实际生活中有着广泛的应用：如船员向下用力，可以升起船帆;

向下拉动窗帘的引线，可以使窗帘闭合或拉开；建筑工人站在地面上从不同角度用力，都可以

将不太重的建筑材料提升到高处。

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2、动滑轮的实质在生产和生活中，人们发现将滑轮的使用方法改变一下，就可以起到省

力的作用。如图11-9所示，甲图是将滑轮连在想移动的物体上，用手拉绳时，滑轮和重物一

起上升，这样使用的滑轮叫动滑轮。甲图中将要移动的物体现在由绕在滑轮上的左、右两段绳

子牵拉着，可见，使用动滑轮可以小一半力。动滑轮的这一特点可以根据杠杆平衡条件证明。

从图乙可知，动滑轮随时绕悬绳为飞

I

压缩变形成i根直棒，支点、动t工

力、阻力、动力臂、阻力臂均保甲乙由

持不变（图丙），这样动滑轮就图】1-9动滑轮是「杆的变形

成了变形的杠杆（图丁）。若拉线都是平行的时候，动力臂为轮的直径，阻力的二分之一，即

使用动滑轮可省一半力。

由此可见，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，使用时可省一半力，但要多移动一倍

距离（即把重物提升Im,你就得拉绳子2m）,且不能改变力的方向。

3、滑轮组的特点

定滑轮虽然不省力，但可以改变用力的方向，给人们带来方便；动滑轮不能改变用力方向，

但可以省力，省力情况是人们最为关心的。有没有办法使两者的优势都得以充分地发挥呢？我

们可以把定滑轮和动滑轮连在一起，组成滑轮系统，也就是滑轮组，用滑轮组拉物体会更省力。

使用滑轮组可以省多少力呢？使用滑轮组时，由于环绕滑轮组的绳子不仅很长，而且被动、

定滑轮分为好几段，多圈绕合的几段绳子共同承担吊物重，重物和动滑轮的总重由几段绳子承

担，提起重物所用的力就是总重量的几分之一。如图11-10所示。也就是，拉动一段绳子，就

可以节省数倍的力量。使人们的起重、运输等工作更加轻松。

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//-✓

IF

暇

1

r■

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

图11-10

在分析滑轮组省力情况时，若只要数出有几段绳子吊着动滑轮就能算出省力到几分之一。

同学们在实际使用时，往往不会判断物重由几段绳子承担，可用下列两种方法判断：

(1)一条绳子串绕在滑轮组上以后，被定滑轮、动滑轮分成几段，除了手拉的一段需要

判断是否承受物重以外，其余各段都承担物重。手拉的一段如果由定滑轮引出，不承担物重;

手拉的一段由动滑轮直接引出，就承担物重。

(2)在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线将它们隔离开，数出绕在动滑轮上的绳子段数即

可。

使用滑轮组可以省力，却是费了距离的结果。对滑轮组来说，省力到几分之一，费距离到

原来的几倍。

【教学目标】

1、知识与技能

认识定滑轮和动滑轮，知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用，能识别生活和生产中常见的

滑轮，会根据要求使用和组装滑轮组。

2、过程与方法

通过观察，了解定滑轮和动滑轮的结构。

通过探究，了解定滑轮和动滑轮的特点。

3、情感、态度与价值观

通过探索性实验，提高观察能力、实验操作能力和比较、分析、概括的能力，培养严肃认

真、实事求是的科学态度。

【活动帮助】

1、课前准备

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探究小组准备如下器材：杠杆、两只单滑轮、两只双滑轮、弹簧测力计、铁架台、细绳、

钩码若干。

2、实验目的

探究为什么要使用滑轮？

探究定滑轮和动滑轮的特点。

探究滑轮组的特点。

3、方法点拨

研究为什么要使用滑轮。

活动：用杠杆提升两只钩码。

观察：钩码被提升的高度。

比较：钩码两次被提升的高度。

分析：钩码被提升的高度取决于什么因素？

思考•：从“重物被提升的高度”来看，使用滑轮有什么优势？

综合以上情况，利用杠杆提升物体的高度有限（不超过臂长），滑轮巧妙地运用了杠杆原理，

把杠杆演化为可以连续转动的轮子，从而将重物提升到很高的地方。

探究滑轮的特点

活动一：用弹簧测力计直接测出钩码的重力和各种滑轮的重力，将钩码和提升滑轮的总

重作为各个滑轮的阻力，把这个数据记录在数据表中。

活动二：按图11-11安装一个定滑轮，通过向下拉弹簧测力计来提升钩码，观察弹簧测力

计的示数，把这个数据记录在数据表中。改变拉力的方向，弹簧测力计的示数会变吗？

图111111-12

活动三：按11-12安装一个动滑轮，通过向上拉弹簧测力计来提升钩码，观察弹簧测力计

的示数，把这个数据记录在数据表中。

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活动四：按图11-13甲、乙、丙安装滑轮组，观察每次弹簧测力计的示数，分别把这些数

据记录在数据表中。

n1L

.甲乙丙

图11-13

实验数据记录表

阻力承担物重的绳子Fi和F2

滑轮组成动力B/N

段数的关系

F2/Nn

一个定滑轮

一个动滑轮

一个定滑轮和一个动滑轮组

成的滑轮组

两个定滑轮和一个动滑化组

成的滑轮组

两个定滑轮和两个动滑化组

成的滑轮组

讨论交流:

①使用定滑轮时，拉力的方向和物体移动的方向有什么关系？弹簧测力计的示数与钩码重

有什么关系？

②使用动滑轮时，拉力的方向和物体移动的方向有什么关系？弹簧测力计的示数与总重有

什么关系?

③使用滑轮组时，拉力的大小与总重及承担总重的绳子段数有什么关系?

归纳：①定滑轮的使用特点。

②动滑轮的使用特点。

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③滑轮组的使用特点。

思考：

①若要使拉力等于总重的五分之一，应怎样使用滑轮组？并画出滑轮组。

②按图11-13丙的方式组成滑轮组有一个弱点，就是当滑轮数增加时，在空间占据的长度

较长，操作时有时不太方便，你能否将图中滑轮的连接方式改变一下，减少它的空间长度？把

你的想法与同学或老师交流一下，也可以到实验室里观察各种各样的滑轮组。

【教学模式】

【教学过程】

在做图11-7所示的实验时，可改变拉力F的方向（即向各个方向拉绳），比较F的大小。

关于生活•物理•社会

这里介绍的轮釉和斜面在生产生活中的应用很广，要作介绍，其中轮轴是杠杆类的简单机

械，可根据杠杆的平衡条件作较为详细的介绍，并设计一些相应的简单的习题。而斜面应在学

习了功以后，作详细的介绍。

【作业设计与处理】

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第三节功

【教材分析】

重点、难点剖析

1、“功”的概念是怎样建立的

机械使我们能够做到我们原本做不到的事情。例如：有的机械可以增大我们工作上所用的

力（即省力），有的机械可使我们工作得更快（即省距离）。那么，能不能设计出一种更好的简

单机械，它既省力，又能省移动距离，这是科学技术史上一个很重要的问题。

经过长期的实践和研究，人们发现既省力乂省距离的机械是没有的，下面就讨论这一问题。

现在要把重力为G的物体棍升一个高度h。如果我们直接用手把它匀速提升，手用力为G,手

移动的距离为h,则力和距离的乘积为Gh。

如果我们用轻质动滑轮匀速提升重物，由于动滑轮能省一半力，手用的力变为而

2

绳子是对折使用的，手移动的距离为2h,则力和距离的乘积为4G-2/2=G/?。

2

如果我们用阻力臂为动力臂2倍的杠杆来匀速提升重物，则手移动的距离是物体升高高度的二

分之一，即5=!力，根据杠杆平衡条件，手用力是物重的2倍，即F=2G。则力和距离的乘

2

积为2G=

2

综合以上情况，无论是用省力的机械，还是用省距离的机械，由于两种情况的力和距离的

乘积不变，因此，省力的机械必定费距离，省距离的机械必定费力，既省力又省距离的机械是

没有的。

由此可见，力与物体在力的方向上通过的距离的乘积，是一个物理意义的量。为了反映这

一特性，物理学中引入了功的概念，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积叫做机械功，

简称功。

2、如何理解做功

物理学中的做功描述的是力的作用效果，即物体在力的作用下通过一段距离。力有了这种

效果，就说力对物体做了功。例如起重机吊起重物，机车牵引列车前进。在这些现象中，起重

机的拉力对重物做功，机车牵引力对列车做功。

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由此可见，把物体受力发生移动的过程叫做做功过程，功包拈两个必要条件：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的距离。这两个条件，缺一不可。

如果你推一辆陷在泥中的汽车，尽管你已使出了全身的力气，车子还是纹丝不动，几分钟

后，你已筋疲力尽，而车子还是陷在泥中。在这一过程中，虽然你用力推车，但车子没有移动

距离，所以你没有对汽车做功。要对一个物体做功，该物体必须在所施加的力的方向上移动距

离。

当你从家门口把一箱苹果搬到房间里时，也许你认为做了功，但事实上并非如此。要对一

个物体做功，施加的力必须与物体运动的方向一致。当你搬运苹果时，你施加一个I可上的力来

抬起箱子，这样箱子才不会掉到地面。但箱子运动的方向是水平向前的，当你搬运这箱苹果时,

由于施加的力是竖直的，在竖直方向上这箱苹果的高度、速度都没有变化，所以你在搬运这箱

苹果时没有做功。

3、功的计算和单位

功的决定因素。

提醒学生讨论、体会得出结论：常识会告诉我们：把不同物体从地面抬到同一高度，抬较

重的物体需要花费更大的力，因而需要做更多的功；把同一物体抬到不同高度，移动距离远的

比移动近的需要做更多的功。

功的计算公式。

物理学中，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积叫做功，也就是功二力X力的方向

上通过的距离，用公式表示就是W=Fs,式中的W表示功，F表示力，s表示物体在力的方向

上通过的距离。提醒同学们注意：不能仅从字面上记住功的计算公式，必须跟进一步的文字语

言说明和实际做功图景结合在一起，才能真正理解公式。具体到功的计算公式，要注意F与s

之间的关系（同体、同时、同向），即F和s必须对应同一个物体、对应同一段时间、对应同

一个方向，而不是随意的一个力和一个距离相乘都是功。例如，给甲物体一个作用力，甲乙物

体向某个方向移动了一段距离，两者不相干，算它们的乘积没有意义。

功的国际单位。

根据功的计算公式W=Fs,功的单位是力的单位和羽离的单位的组合。在国际单位单位制

中，力的单位是牛（N）,距离的单位是米（m）,功的单位就是这两个单位相乘，也就是牛•米

（N・m）,为了纪念英国物理学家焦耳做出的巨大成就，用他的名字命名为功的单位，简称焦

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(J),U=lN-mo1焦的物理意义是：物体在1N的力内作用下，沿力的方向逋过1m的距离，

则此力做功是1J。同学们在前面己经了解1N的作用力大约是托着两只鸡蛋的力。那么IJ的

功就大约是手托着两只鸡蛋向上移动1m所做的功。

功的计算原则。

应用公式W二Fs解题时要遵循以下原则：

①首先对物体进行受力分析，画出物体的受力示意图。

②当有几个力同时作用在一个物体上时，要根据题意的要求确定哪几个力做功和对谁做

功。

③根据做功的两个必要因素，找出做功的力和物体在力的方向上通过的距离。

④功是只有大小，没有方向的物理量。

⑤做功多少跟物体的运动形式无关，不论物体是做匀速运动还是变速运动，不管物体是在

光滑平面上还是粗糙平面上，做功的多少只能由W二Fs决定。

【教学目标】

1、知识与技能

知道机械功的概念，明确做功有两个必要条件，会用功的公式进行简单计算。

2、过程与方法

通过生活、生产中的实例解释功的物理意义，认识做功是一个过程。

3、情感、态度与价值观

学习从物理现象中归纳简单的规律，树立将科学技术应用于日常生活、社会实践的意义。

【活动帮助】

1、课前准备

探究小组准备以下器材：滑轮、杠杆、玻璃板、重物、硅码、小车、弹簧测力计、刻度尺、

三合板、白纸、铁架台、细绳等。

2、实验目的

探究有没有既省力乂省距离的机械。

3、方法点拨

活动一：在三合板上贴一张白纸，在纸面上每隔10cm画一条横线，画薜平行线。

用弹簧测力计测出重物、硅码、小车受到的重力。

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在铁架台上装上动滑轮，通过弹簧测力计匀速向上拉动绕过滑轮的细绳，以三合板为背景，当

重物提升一格时，记下细绳头抬高的距离（几格），并测出抬高细绳头的拉力。

活动二：在铁架台上装上杠杆，支点在离杠杆一端三分之一处，长端挂上重物，弹簧测

力计在短端用力向下拉。以三合板为背景，当重物提升二格时，记下测力计的拉钩移动的距离

（几格），并测出向下的拉力（要在测力计的测量范围内）。

活动三：玻璃板由铁架台支成一个斜面，用弹簧测力计将小车从斜面底端平行斜面匀速

拉到上端，测出拉力，用刻度尺测出底端到上端的距离以及上端的高度，本活动共做三次，每

次在小车上放不同数量的祛码。

实验时应注意：（1）杠杆、滑轮要尽量轻一些；（2）摩擦要尽量小一些；（3）重物质量要适当

大一些。

归纳上述活动，比较以下两个乘积：

动力（F）和动力作用点移动的距离（s）的乘积Fs。

阻力（G）和阻力作用点移动的距离（h）的乘积Gh。

在测量误差范围内，这两个乘积Fs和Gh存在什么关系？山此关系你能得出什么结论？

【教学模式】

【教学过程】

在讲授“做功了吗？”这段内容时，建议让学生看图，讨论，指出哪种情况下做功了，哪

种情况没有做功，并进一步放后让学生讨论，举出日常生活人的活动中做功和不做功的例子各

一个，并作简单的分析，以强化学生对“做工和做功”有本质区别的印象。

【作业设计与处理】

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第四节功率

【教材分析】

1、为什么要引入功率概念

人类创造了无数种机械，然而这些机械的做功本领彼此差别很大。例如：建筑工地上要把

几百块放送到楼顶，如果用起重机，几分钟就行了。显然，运送相同数量的破到相同的高度,

起重机和定滑轮做的功相同，用定滑轮做这些功用几小时，起重机用几分钟，那它们做功有什

么不同呢？机械做功不但有做功多少问题，还有做功

快慢问题。如图11-14所示，如果挖土机半小时挖土

10吨，一个工人4小时挖土1吨，（假设把土提高的

高度相同），那么，挖土机和工人做的功不同，所用

时间也不同，怎样比较他们做功的快慢呢？

我们可以回顾如何比较两个人运动的快慢。一般用两种方法：一种是相同路程比时间，■

般赛跑都是用这种方法（裁判员的方法）；还可用另一种方法，是相同时间比路程（观众的方

法）。物理学上采取后种方法，引入了速度的知识迁移到比较做功快慢上来，引入功率概念来

表示做功的快慢。单位时间（譬如1秒钟）内做的功叫功率。凡是功率大的物体，每秒钟做功

多，就说明它做功快。例如我们爬楼梯，无论是走上去还是跑上去，所做的功是一样的，但经

验告诉我们，跑上去要比慢慢走上去累得多，这就是因为跑上去时做功的功率比走上去时的功

率大的缘故。同样，两部等质量的汽车向山上开，功率大的车会先到达山顶。

2、功率的计算

物理学中，做功的快慢用功率来表示。单位时间内完成的功叫功率，即功率=旦。如

时间

W

果用w表示功，t表示时间，p表示功率，则功率的定义公式为P=在国际单位制中，

功的单位是焦，时间的单位是秒，功率的单位就焦/秒，专门称之为瓦特，简称瓦，这是为了

纪念英国发明家瓦特改进蒸汽机所做的巨大贡献。1秒时间内完成1焦的功，功率就是1瓦，

换句话说1瓦3焦/秒。比方说，你在1秒内把一杯水送到嘴里，你做功的功率大约是1瓦。

工程技术上，还有千瓦、兆瓦等功率单位，1千瓦瓦，1兆瓦二］（）6瓦。

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功率大小是描述机器性能的一个重要指标，选购机器时，功率是一个首要因素。只有合适

的功率，才能在实际生活中发挥机器应该体现的功能。

功率也可以用另一种形式表示。我们可通过以卜例子来分析：一辆汽车做匀速直线运动。

牵引力F、速率v和功率P之间有什么关系？由于汽车做匀速直线运动，因此速度是单位时间

内所通过的路程；将速度乘以力，就表示单位时间内做的功，这正是功率，所以F、v、P之

Ws

间满足P=Fv0显然P=Fv,是从公式P=7、W=Fs、推导出来。以后解题时可作为公式

直接应用。从P=Fv来看，若功率保持一定，那么加大速度必定要相应减少力，否则就不能保

持它们的乘积即功率不变。平时我们说机器的功率多大，是指机器正常工作时的功率。在解一

些有关运动的物体（包括机器）的功率时，应用P二Fv比较简捷。例如，拖拉机深耕土壤时，

为了获得较大的牵引力就必须降低速度。乂如汽车以高速度行驶时，它的牵引力较小，适用于

阻力较小的情况。当汽车上坡或负载加重时，它需要克服较大的阻力，就应换用低速度行驶,

以获得较大的牵引力。汽车、拖拉机上装置的变速箱就是出于这个道理。想一想，车床在切削

硬的工件时，是让车床打快转还是打慢转？

3、如何比较功率的大小

一般采用下列三种方法比较：

（1）在相同的时间内，比较做功的多少，做功越多的物体，功率越大。

（2）在做功相同的条件下，比较做功的时间的长短，所用的时间越短，功率越大。

W

（3）在做功时间和做功多少都不相同的条件下，应用P=—计算后进行比较。

t

【教学目标】

1、知识与技能

知道功率的定义、单位，并对人和一些事物的功率数值有具体的概念，会计算简单的功率

问题。

2、过程与方法

从身边生产和生活实际中，认识做功不但有多少之分，而且有快慢之别，学会把速度的知

识迁移到比较做功快慢上来，理解功率的定义及其公式。

3、情感、态度与价值观

通过实验探究，培养发散思维能力、实事求是的科学态度，体会研究物理问题的方法。

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【活动帮助】

1、课前准备

探究小组准备磅秤、秒表、刻度尺等。

2、活动目的

（I）估测人登楼的平均功率。

（2）探究人体的输出功率。

3、方法点拨

估测人登楼的平均功率。

活动：请一个同学从一楼登到四楼，第一次是慢慢走上去，第二次是很快跑上去。

测一测：在上述活动中，测出这个同学的质量m,量出楼的高度（一楼到四楼）h,记下

这个同学两次登楼所用的时间ti和t2,并把有关数据填在下表中。

同学质量楼的高度走上楼的跑上楼的走上楼的跑上楼的功

m/kgh/m时间ti/s时间t2/s功率P1/W率P2/W

算一算：根据万=比=*=型算出登楼时的平均功率。

ttt

议一议：这个同学两次登楼所做的功是否相同，在前后两次登楼过程中，做功快慢是否相同？

说一说：请做上楼实验的同学说说两次登楼有什么不同感受。

想--想：利用A=也算出的登楼的平均功率比实际值是偏大还偏小？

探究人体的输出功率。

提出问题：如何测出在正常情况下身体的输出功率。

设计方案：①到木工房准备一块木板。

②在平地适当距离的两端各平放堆（4块）破头，然后在砖块上放木板，木板的

两端与砖头齐平。

③请你的同学抓稳木板，使木板保持平衡。

④测出你的质量m。

⑤测出地面到木板顶端的高度ho

⑥两脚同时离地跳上木板，再从木板上跳下来（一上一下算一个来回）。

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⑦请同学记下均匀的速度跳20个米回所花的时间。

⑧求出你跳20个来回的功率。

⑨再请身材较高、体重较重的同学来做上述实验。

⑩再请身材较小、体重较轻的同学来做上述实验。

将数据记录在下表中。

重力木板高跳20个来回的时跳20个来回功率

同学

G/Nh/m间tl/s所做的功W/JP/W

同学1

同学2

同学3

得出结论：算出上述实验中各个同学的功率，从而得出人体向上跳时的输出功率与人体的

重力、人体向上跳的速度的关系。

【教学模式】

【作业设计与处理】

“WWW”中的第3题，是实践性作业，建议指导学生对日常生活中的家电进行认真观察后

对各种类型功率大小有大致了解，为今后进一步学好电学打好基础。

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第五节机械效率

【教材分析】

重点、难点剖析

1、有关机械的三种功

（1）有用功。所谓有用功，就是对人们有用的那部分功。那么引么是对人们有用的功？

对此并不是所有同学都能搞清楚的。一般说有用功是使用机械过程中为了达到人们的目的，所

需要做的功。如：我们用动滑轮将货物从一楼提到二楼，把货物提上去是目的。提货物上楼的

过程中，货物重乘以楼高所做的功w=Gh,就是有用功。再如图11-36所示利用滑轮组将一辆

汽车水平向左移动了一段距离s,要拉动汽车，必须克服地面与汽车间的摩擦力f,为了实现

移动汽车的目的，克服这一摩擦力做的功亚=£§就是有用的。所以判断有用功，首先要看人们

使用机械来达到什么目的。

（2）额外功。所谓额外功，就是人们使用机械时，为了达到目的不得不额外做的那部分

功。如上面所举例子，将货物从一楼提到二楼，把货物提上去，就得将动滑轮也提上去，人对

动滑轮所做的功尽管不是我们的目的，但不得不做，因此动滑轮重乘以楼高所做功W=G动h,

是额外的。使用动滑轮时不可避免地要克服滑轮内部之间的摩

擦做功，克服机械的自重及摩擦（因使用机械而产生）等因素匕

做的功都是额外功。再如图11/5所示的装置中，使用滑轮组将

汽车水平拉动。为了拉动汽车，我们势必也得将动滑轮水平拉图U-15

动，则拉动动滑轮时克服滑轮摩擦所做的功就是额外功。

（3）总功。总功是在使用机械时才会出现的概念.也就是人们为达到某种目的而实际做

的功。如图11-36所示，我们使用滑轮组移动汽车，就要在绳端用力拉，我们用的拉力与绳端

所移动的距离的乘积，就是我们对滑轮组做的功，这个功我们总功包括有用功和额外功，也说

是有用功、额外功都来自于总功，即W/W行+W标

2、机械效率一一机械做功性能的重要指标

使用机械时，我们需要一定量的有用功，由于不可避免地存在摩擦和机械自重等原因，额

外功是不可避免的。额外功是我们不需要的，为做有用功而白白浪费人力和物力，应尽量减少

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它。使用不同的机械完成相同的有用功。做额外功越少的机械越好，或者说，有用功与总功越

接近越好。为了表示总功中有多少功被有效利用，物理上引入了机械效率的概念。机械效率的

定义是：有用功与总功的匕值，用公式表示为77=」xlOO%,在实际情况中，必然要做额

%

外功，即w额¥0,所以n总小于100%。理解这一点，关键是把握额外功不可避免。

例如，怎么把1吨水送到高处的水槽，简单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（我们不可能直接捧着水上去），克服水桶所受重力做的功就是额外

功。虽然这是不可避免的，但是可以设法减小的。如果用比较重的铁桶提水，做的额外功就多；

若用比较轻的塑料桶提水，做的额外功就少，同样可以达到提水的目的。还有，提水时人也要

上到高处，克服人所受重力做的功，也是额外功，因为人上到高处不是目的，只是为了将水提

上去。换个方法，人可以不一趟一趟地上下跑，比如在高处安装一个定滑轮，两个人相互配合,

一个人在下面往桶里装水，另一个人在高处接住水桶重力做额外功，但还要克服因水跟水管之

间的摩擦和水泵内部的摩擦做额外功。

总之，我们通过改进做功方式和改进做功的性能，可以减小额外功。人们常通过减小摩擦,

减轻自重，简化结构，选用优良材料等办法来提高机械效率。但额外功不可能减小到零，所以,

任何机械的机械效率都小于1,或者说小于100%。

【教学目标】

1、知识与技能

理解什么是有用功、额外功和总功。

理解什么是机械效率，并会用有关公式进行简单的计算。

2、过程与方法

通过探究动滑轮的活动，明确使用机械要做额外功。

通过实例讨论，认识提高机械效率的主要方法。

3、情感、态度与价值观

机械效率反映的是机械做功的性能，即使用机械的效益高低，能量利用率的高低，通过探

究活动，对节约能源的认识有新的拓展，明确提高矶械效率是现代化生产设备研究所追求

的目标之一。

【活动帮助】

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1、课前准备

探究小组准备好以下器材：单滑轮两个、双滑轮两个、弹簧测力计、刻度尺、

钩码若干、铁架台、细绳等。

2、活动目的

（I）测定动滑轮的机械效率，并比较动滑轮在不同情况下的机械效率。

（2）测定滑轮组的机械效率，探究机械效率变化的规律，交流提高机械效率

的办法。

3、方法点拨图11-16

（1）探究动滑轮。

活动一：探究小组按照图11-16进行实验。

①实验步骤：先用弹簧测力计测出两只钩码重力G,然后将钩码挂在动滑轮下，同学向上

拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出手的拉力E用刻度尺量出钩码升高的高度h及手向上