新人教版物理 八下 教学课件：第十二章 简单机械 单元复习

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第十二章 简单机械八年级下册 •人教版我们的周围有各种各样的机械：提升重物的起重机，代步的自行车，计时的钟表……现在，机械更进入了太空。在中国空间站上工作的机械臂可以组合使用，完成各种复杂的任务。各种各样的机械展现了人类的智慧。有的机械简单，有的机械复杂。不管机械多么复杂，都可以从中找到构成它们的基本元素——杆、轮、链条等。本章我们就从最简单的机械入手，了解它们如何使日常生活和工作更便利、更有效。单元复习 第十二章 简单机械本章内容结构 第十二章 简单机械 单元复习本章思维导图 第十二章 简单机械 单元复习第1节 杠杆 第十二章 简单机械 单元复习知识一 杠杆1. 杠杆的概念一根硬棒，在力的作用下能绕着固定点转动，这根硬棒就是一个杠杆。 注意： ① “硬棒” 是指在力的作用不发生形变。杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。②一根硬棒要成为杠杆，应具备两个条件：要有力的作用；能绕某一固定点转动。同时满足，缺一不可。知识一 杠杆2. 描述杠杆特征的“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__________的距离l1.⑤阻力臂：从支点到阻力作用线的距离l2.动力作用线（1）杠杆的“五要素”知识一 杠杆（2）透析杠杆五要素①支点：一定在杠杆上；同一杠杆，使用方法不同，支点位置可能改变。②动力与阻力：作用点都在杠杆上，分别使杠杆向相反方向转动，动力和阻力是相对的。③力臂：支点到力的作用线的距离，不是支点到作用点的距离；力臂不一定在杠杆上（如图中l1）；若力的作用线过支点，则力臂为0。知识一 杠杆 3. 力臂的画法第一步：先确定支点O和动力F1、阻力F2的方向；如图所示。第二步：确定动力和阻力的作用线。从动力、阻力作用点沿力的方向（或反方向）分别画虚线，即为动力、阻力的作用线，如图所示。第三步：画出动力臂和阻力臂。由支点向力的作用线作垂线，从支点到垂足的距离就是力臂，并标明动力臂与阻力臂的符号“l1”、“l2”，如图所示。知识二 杠杆的平衡条件 1. 探究杠杆的平衡条件实验过程 把杠杆安装在支架上，使杠杆保持水平并静止，达到平衡状态。（1）给杠杆两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两侧受到的作用力的大小等于各自钩码所受的重力的大小。（2）把右侧钩码对杠杆施的力记为动力F1，左侧钩码对杠杆施的力记为阻力F2；测出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2；把F1、F2、l1、l2的数据填入下表。知识二 杠杆的平衡条件 （3）保持阻力F2和阻力臂l2不变，改变动力F1，相应调节动力臂l1的大小，再做几次实验，把数据填入下表。（4）保持动力F1和动力臂l1不变，改变阻力F2，相应调节阻力臂l2的大小，再做几次实验，把数据填入下表。知识二 杠杆的平衡条件 实验结果表明，要使杠杆平衡，需要满足以下条件：分析论证动力×动力臂=阻力×阻力臂，即F1 L1 = F2 L2分析表中的数据，找出它们之间的关系。实验结论知识二 杠杆的平衡条件 （1）杠杆在水平位置静止的目的是：一是使杠杆的重心在支点，以消除杠杆自身重力对实验的影响；二是便于直接读出_______。（2）多次测量获得多组实验数据的目的是：避免偶然性，获得普遍性的结论。（3）在实验前要调节杠杆两端的平衡螺母，使杠杆水平平衡。挂钩码后，不能再调节平衡螺母。（4）读数时，杠杆仍要保持处于水平平衡状态，以便直接读出力臂的长度。交流与评估 力臂知识二 杠杆的平衡条件 （5）使用弹簧测力计进行实验 在杠杆的一侧挂上钩码作为阻力，通过在其他位置上用弹簧测力计拉住杠杆的办法使杠杆平衡。读出动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2之，也可获得实验数据。知识二 杠杆的平衡条件 ∟弹簧测力计一定沿_____方向施加力。如图甲所示，弹簧测力计沿竖直方向施加力时，力臂l1=10cm，可以直接读出。如图乙所示，弹簧测力计不沿竖直方向施力，力臂为l2， l2 ＜l1=10cm，不能直接从杠杆上读出。竖直知识二 杠杆的平衡条件 3. 杠杆的平衡条件  这就是阿基米德发现的杠杆原理.知识三 生活中的杠杆F动＜F阻 F动＞F阻F动=F阻l动＞l阻l动＜l阻l动=l阻费距离 省距离不省距离也不费距离1. 杠杆的分类 知识三 生活中的杠杆2. 分析省力杠杆 如图所示，动力臂 l1大于阻力臂l2 ，动力 F1小于阻力F2，即省力。动力作用点移动的距离AAʹ大于阻力作用点阻力移动的距离BBʹ ，即费距离。知识三 生活中的杠杆3. 分析费力杠杆 甲图所示是赛艇的船桨，乙图是船桨的杠杆模型。划船时船桨绕着支点O转动，手的作用力F1为动力，作用点为A点；水对船桨的力F2为阻力，作用点为B点。因为动力臂l1小于阻力臂l2，所以是费力杠杆，但划船时手只要移动较小的距离就能使桨在水中移动较大的距离。 知识三 生活中的杠杆4. 分析等臂杠杆 如图所示的等臂杠杆，动力臂l1等于阻力臂l2，动力F1等于阻力F2；使用时，动力作用点移动的距离等于作用点阻力移动的距离，不省距离也不费距离。典例剖析 一、杠杆 杠杆作图【例题1】有关杠杆的说法正确的是（　　）A．作为杠杆一定要有支点，而且支点一定在杠杆上，杠杆的形状可以是直的，也可以是弯的B．杠杆的长度一定等于动力臂与阻力臂之和C．使用杠杆可以省力，有的杠杆既可省力，又可省距离D．从杠杆的支点到动力作用点的距离叫做动力臂AA．杠杆一定有支点，而且支点一定在杠杆上；杠杆可以是直棒，也可以是弯曲的，但杠杆一定是硬棒，故A正确；B．力臂是指支点到力的作用线的垂线段，因此动力臂与阻力臂之和不一定等于杠杆的长度，故B错误。C．杠杆分省力杠杆，费力杠杆，等臂杠杆，既省力又省距离的杠杆是没有的，故C错误；D．力臂是支点到力的作用线的距离，不是支点到力的作用点的距离，故D错误。故选A。典例剖析 一、杠杆 杠杆作图典例剖析 一、杠杆 杠杆作图【例题2】图中，用直棒提升重物，画出图示位置所用最小力F1和阻力F2的力臂L2。据杠杆的平衡条件，力最小，则力臂最大，连接OB为最大力臂，过B点作垂直于OB向上的力F1即为最小力；将F2的作用线反向延长，过O点作力F2的作用线的垂直线即为力臂L2。如图所示。  典例剖析 一、杠杆 杠杆作图【例题3】如图所示，轻质杠杆OB可绕O点转动，OA=AB，在A点悬挂物体，在B点竖直向上拉动杠杆使其始终保持水平平衡，拉力为F。下列说法正确的是（　　）A．F的大小为物重的2倍B．物重增加5N，F的大小也增加5NC．物体悬挂点右移，拉力F会增大D．将F改为沿图中虚线方向，拉力F会减小C　典例剖析 一、杠杆 杠杆作图A．由图知，OA=AB，阻力臂为动力臂的一半，根据杠杆的平衡条件可知F×OB=G×OA，由于OB=2×OA，所以拉力F的大小为物重的二分之一，故A错误；B．若物重增加5N，根据杠杆的平衡条件得，（F+ΔF）×OB= （G+5N）×OA 解得ΔF=2.5N； 故B错误；C．当悬挂点右移时，阻力不变，阻力臂变大，动力臂不变，则动力F将变大，故C正确；D．保持杠杆在水平位置平衡，将拉力F转至虚线位置时，拉力的力臂变小，因为阻力与阻力臂不变，由杠杆的平衡条件可知，拉力变大，故D错误。 故选C。1. 力臂作图（画力臂的方法）（1）找到支点，确定力的作用点和方向；（2）作出力的作用线；（3）从支点向力的作用线作垂线段；（4）标出力臂。2. 画力臂的注意事项（1）力的作用点一定在杠杆上，但力臂不一定在杠杆上。对于直杠杆而言，当力的作用线垂直于杠杆时，力臂与杠杆重合。（2）当表示力的线段比较短时，可将力的作用线延长，延长部分要用虚线表示。（3）力臂通常有三种表示方法。典例剖析 一、杠杆 杠杆作图3. 最小力作图找最长动力臂的方法：根据杠杆平衡条件画出最小力的实质是寻找最大力臂。（1）如果动力作用点已经给出，则支点到动力作用点的距离就是可作出的最长的动力臂；典例剖析 一、杠杆 杠杆作图（2）如果动力作用点没有确定，则选择杠杆上离支点最远的点作为动力作用点，支点到动力作用点的距离即为可作出的最长的动力臂。典例剖析 二、探究杠杆平衡条件【例题4】在探究杠杆平衡条件的实验中：（1）调节平衡螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止。选取若干个质量均为50g的钩码，在杠杆两侧分别挂上不同数量的钩码，移动钩码，使杠杆重新在水平位置平衡，分别记下F1、F2、l1、l2的数值。重做几次实验，部分实验数据如下表所示。由表中数据可得， F1、F2、l1、l2之间的关系式是__________；F1 l1 =F2l2 　典例剖析 二、探究杠杆平衡条件（2）①在第（1）问的某次实验中，杠杆右侧挂了4个钩码，左侧用弹簧测力计竖直向下拉，当杠杆在如图甲所示位置静止时，弹簧测力计的示数是________N；②保持杠杆右侧所挂4个钩码的位置不变，取下弹簧测力计，在杠杆右侧用弹簧测力计沿竖直方向拉杠杆，当杠杆再次水平并静止时，弹簧测力计对杠杆的拉力为F=1.5 N，请在图乙中画出弹簧测力计对杠杆的拉力F的示意图及其力臂l。 3　见解析　典例剖析 二、探究杠杆平衡条件 典例剖析 二、探究杠杆平衡条件实验注意事项 1. 在挂钩码时，左、右两侧钩码数量一般不要相同。2. 实验过程中，不能再调节杠杆两端的平衡螺母，否则会破坏杠杆原来的平衡。3. 实验时让杠杆在水平位置平衡的目的：让杠杆的重心刚好在支点，以消除杠杆的重力对实验的影响，且便于测量力臂。典例剖析 三、杠杆平衡条件的应用【例题5】俯卧撑是一项常见的健身项目，采用不同的方式做俯卧撑，健身效果通常不同。图甲所示的是小京在水平地面上做俯卧撑保持静止时的情境，她的身体与地面平行，可抽象成如图乙所示的杠杆模型，地面对脚的力作用在O点，对手的力作用在B点，小京的重心在A点。已知小京的体重为750N，OA长为1m，OB长为1.5m。（1）图乙中，地面对手的力F1与身体垂直，求F1的大小；典例剖析 三、杠杆平衡条件的应用（2）图丙所示的是小京手扶栏杆做俯卧撑保持静止时的情境，此时她的身体姿态与图甲相同，只是身体与水平地面成一定角度，栏杆对手的力F2与他的身体垂直，且仍作用在B点。分析并说明F2与F1的大小关系。典例剖析 三、杠杆平衡条件的应用 【例题6】如图所示，在均匀杠杆的A处挂3个钩码，B处挂2个钩码，杠杆恰好在水平位置平衡。若将两边的钩码同时向外移动1格，那么杠杆（ ）A．右边向下倾斜 B．左边向下倾斜C．仍保持水平位置平衡 D．无法确定杠杆是否平衡B典例剖析 三、杠杆平衡条件的应用设一个钩码的重为G，杠杆一格的长度为l，若将两边的钩码同时向外移动1格，则左端力和力臂的乘积为3G×3l=9Gl右端力和力臂的乘积为 2G×4l=8Gl左端乘积较大，所以左边向下倾斜，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。利用杠杆平衡条件解决实际问题的步骤 1. 转化：分析受力情况，找出支点，然后找出动力和阻力、动力臂和阻力臂，将实际物体转化成杠杆模型；2. 标量：画出杠杆模型示意图，在图中标明动力、阻力、动力臂、阻力臂；3. 计算：根据已知条件，利用杠杆平衡条件分析求解。典例剖析 三、杠杆平衡条件的应用【例题7】如图所示，是《天工开物》中记载的我国传统提水工具“桔槔”，用绳子系住一根直的硬棒的O点作为支点，A端挂有重为40N的石块，B端挂有重为20N的空桶，OA长为1.2m，OB长为0.6m。使用时，人向下拉绳放下空桶，装满重为100N的水后向上拉绳缓慢将桶提起。硬棒质量忽略不计，下列说法中正确的是（　　） A．向下拉绳放下空桶时桔槔为省力杠杆B．向下拉绳放下空桶时拉力为20NC．向上拉绳提起装满水的桶时桔槔为费力杠杆D．向上拉绳提起装满水的桶时拉力为40N D典例剖析 四、杠杆分类典例剖析 四、杠杆分类A．向下拉绳放下空桶时，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆，故A错误；B．向下拉绳放下空桶时，根据杠杆的平衡条件可知G石·OA=（G桶+F）·OB 即40N×1.2m=（20N+F）×0.6m解之可得：F=60N，故B错误；C．向上拉绳提起装满水的桶时，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故C错误；D．向上拉绳提起装满水的桶时，根据杠杆的平衡条件可知：G石·OA=（G桶+G水-Fˊ）·OB即40N×1.2m=（20N+100N-Fˊ）×0.6m解得Fˊ=40N，故D正确。故选D。判断杠杆种类的方法1. 通过动力臂和阻力臂的大小关系判断：对于较复杂的杠杆，可先在图上找到动力臂和阻力臂，然后比较力臂的大小关系；2. 从应用目的上进行判断：省力杠杆一般在阻力很大的情况下使用，以达到省力的目的，而费力杠杆在阻力不大的情况下使用，目的是省距离。典例剖析 四、杠杆分类第2节 跨学科实践：制作简易杆秤 第十二章 简单机械 单元复习知识一 制作简易杆秤1. 杆秤的组成由带有秤星的秤杆、秤砣（砝码）、秤盘、提纽等组成。称量时将被称物体放在秤盘中，移动系秤砣的挂绳使秤杆水平平衡，根据挂绳所处的位置就可以读出被称物体的质量。知识一 制作简易杆秤2. 杆秤的刻度原理 如图所示，O为支点，C为秤盘，A为定盘星（0刻度线位置），B为秤杆和秤盘的整体重心位置。当杆秤空盘水平平衡时： G砣lOA＝G秤lOB　……①当秤盘装一重物，秤砣移到D处，秤杆水平平衡时： G砣lOD＝G物lOC＋G秤lOB ……②由①②式得：______________，因为m砣与lOC为定值，所以m物与lAD成正比，说明杆秤的刻度是均匀的。根据此原理，可以确定杆秤的分度值，并画出刻度线。m物lOC＝m砣lAD知识一 制作简易杆秤3. 制作简易杆秤需要的材料和工具 ①木质秤杆：木材需经过阴干处理，以减少水分含量，提高稳定性和耐久性。也可以使用长筷子、粗细均匀的长木棍。②秤砣：石头、20 g钩码、螺母等重物，重量可根据需要调整。③秤盘：蛋糕纸盘、盖子、小塑料筐、小盆等。④砝码：用于校准杆秤的准确性。砝码的质量应准确无误，以便在制作过程中调整秤砣的位置和质量。⑤其他辅助材料：如线绳等，用于系秤盘、秤砣和提纽。知识一 制作简易杆秤4. 确定杆秤的零刻度线位置 ①理解杆秤零刻度的含义：所称质量为0、秤杆水平平衡时秤砣悬挂的位置即为杆秤的零刻度（也就是定盘星）。②确定杆秤零刻度线的方法：秤盘内不放物体，使秤杆水平平衡，把秤砣在秤杆上悬挂的位置标为零刻度线（图中O点）。知识一 制作简易杆秤5. 标注其他刻度线（1）在秤盘内放置已知质量的物体（如50g砝码），秤杆水平平衡时，把秤砣在秤杆上悬挂的位置标上对应的质量就可以了（图中C点）。（2）用长刻度尺测量秤杆的纸带上零刻度线和50 g质量刻度线之间的距离，并在它们平分n等份，就得出每一格表示的质量数。（3）再将秤杆的纸带上没有标记刻度的部分画上相同距离的刻度线，做好标记。知识一 制作简易杆秤6. 提高杆秤称量精确度的方法提高杆秤称量精确度，指在测量的质量不变时，应使刻度间的距离大些，即力臂l1变大。如图所示，由杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2可知：当F2、l2不变时，使用重力较小的秤砣，可以使l1增大。当F1、F2不变时，增大提钮到秤盘之间的距离l2，也可以使l1增大。知识一 制作简易杆秤7. 增大杆秤量程的方法增大杆秤的量程，指杆秤能够称量质量更大的物体，即F2最大。如图所示，由杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2可知：当l2、l1不变时，使用重力较大的秤砣，可以使F2增大。当F1、l1不变时，减小提钮到秤盘之间的距离l2，也可以使F2增大。典例剖析 一、制作简易杆秤【例题1】杆秤曾是主要的度量工具，同时它还承载着公平公正的象征意义。某科技小组的同学用轻质细杆制作了一个杆秤，如图所示，AB=5cm，AD=55cm，秤砣的质量为0.5kg。使用时将货物挂在秤钩上，用手提起B处的秤纽，移动秤砣在秤杆上的位置，当秤杆水平平衡时，可读出货物的质量。秤砣最远可移至D 点。秤杆和秤钩的质量忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．杆秤的实质是省力杠杆B．杆秤D 点应标定出刻度值为5.5kgC．如果要增大杆秤的量程可将提纽B向A点移动D．如果秤砣磨损一部分，用它称得的物体质量小于物体的实际质量C典例剖析 一、制作简易杆秤A．由图知，B点是支点，杠杆水平平衡时，动力臂和阻力臂分别为BC和AB，若BC大于AB，则为省力杠杆，若BC小于AB，则为费力杠杆，故A错误；B．根据杠杆平衡可得G×AB=G砣×BD 故杆秤D点应标定出刻度值为5kg，故B错误；C．根据 m砣一定，如果要增大杆秤的量程，应增大BD，同时减小AB，故可将提纽B向A点移动，故C正确；D．当秤砣磨损后，自身质量变小，重力就变小，由于物体的重力和力臂不变，则秤砣对应的力臂就必须变长，才能使杠杆平衡，所以显示的示数就要变大，所以用它称得的物体质量大于物体的实际质量，故D错误。故选C。典例剖析 一、制作简易杆秤【例题2】杆秤（图甲）是我国古老的测量质量的工具，曾是商品流通中的主要度量工具，同时它还有着公平公正的象征意义，至今仍有很多人使用。有同学动手制作量程为0~20g的杆秤（图乙）。【制作步骤】①做秤杆：选取一根筷子，A处固定悬挂上秤盘，B处系了一根细绳作为提纽；②标零线：将5克的砝码挂到提纽的右边作为秤砣，手提提纽，移动秤砣，使秤杆在水平位置平衡，在秤砣所挂的位置标上“0”刻度；③定刻度：……典例剖析 一、制作简易杆秤【交流评价】（1）杆秤是根据__________原理制成的；（2）图甲中，杆秤有两个提纽，使用提纽_____（选填“1”或“2”）时的量程更大；（3）步骤②标零线时秤杆出现左低右高现象，秤砣应往_____侧移动，使杆秤调至水平位置平衡；悬挂的秤盘质量不同_____（选填“会”或“不会”）影响“0”刻度的位置；（4）若秤砣长时间使用出现磨损，那么使用该杆秤，测量结果将_____。（选填“偏大”、“偏小”或“不受影响”） 偏大杠杆平衡 2 右 会 典例剖析 一、制作简易杆秤（1）根据杆秤的工作原理可知，其是利用杠杆平衡原理制成的。（2）杆秤利用了杠杆平衡原理，若物体的重力为G物，秤砣的重力为G砣，提纽到秤钩的距离为l1，且为G物的力臂，提纽到秤砣的距离为l2且为G砣的力臂，由杠杆的平衡条件可知满足关系由图可知，将秤砣置于最远处时，使用提纽2，则l1减小而l2增大，此时G物变大，即使用提纽2杆秤的量程更大。（3）杆秤出现左低右高现象，根据杠杆平衡原理，右侧的动力和动力臂的乘积小于左侧阻力和阻力臂的乘积，所以向右移动秤砣，增大动力臂，可以达到水平平衡。根据杠杆平衡原理，悬挂的秤盘质量不同会影响“0”刻度的位置。（4）若秤砣长时间使用出现磨损，会导致秤砣质量偏小，那么使用该杆秤，根据杠杆平衡条件，其力臂会增大，则测量结果将偏大。第3节 滑轮 第十二章 简单机械 单元复习 知识一 定滑轮和动滑轮 1. 定滑轮（1）定滑轮：使用时，轴固定不动的滑轮，叫定滑轮。（2）定滑轮的特点不省力F=G；不省距离s=h ；能改变力的______。（3）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。它实质上可以看成是能够连续转动的等臂杠杆；所以使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。方向 知识一 定滑轮和动滑轮 （4）用平衡力的知识研究定滑轮的特点分析：如图，在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F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，即F=G。物体向上运动，用力的方向却是向下，所以，使用定滑轮能改变力的方向。结论：使用定滑轮不省力，可以改变力的方向. 知识一 定滑轮和动滑轮 2. 动滑轮（1）动滑轮：工作时，轴随着物体移动的滑轮叫动滑轮。（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（3）动滑轮的实质——动力臂是阻力臂2倍的杠杆如图所示，定滑轮O为支点，动力臂l1为滑轮的直径，阻力臂l2为滑轮的半径，在不计摩擦和动滑轮重时，动力是阻力的一半。 知识一 定滑轮和动滑轮 （4）用平衡力的知识研究动滑轮的特点G动   知识二 滑轮组     nn 奇动偶定动定 知识二 滑轮组   n=5   知识二 滑轮组 F＝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  比较滑轮 —定滑轮、动滑轮、滑轮组的比较 (不计绳重、摩擦)1. 轮轴 （1）轮轴：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫作轮，小轮叫作轴。（2）轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。支点在轴心O，_____R是动力臂，_______r阻力臂。由杠杆的平衡条件得FR=Gr，因为R>r，所以 F