資源簡(jiǎn)介

第2節(jié)　滑輪
知識(shí)與技能：
1．知道定滑輪、動(dòng)滑輪，并能識(shí)別它們。
2．知道定滑輪、動(dòng)滑輪和滑輪組的作用。
3．會(huì)根據(jù)要求使用和組裝滑輪組。
4．了解其他簡(jiǎn)單機(jī)械(輪軸、斜面等)的一些應(yīng)用。
過程與方法：
1．通過觀察和實(shí)驗(yàn)，了解定滑輪和動(dòng)滑輪的結(jié)構(gòu)。
2．通過探究，了解定滑輪、動(dòng)滑輪和滑輪組的特點(diǎn)。
情感、態(tài)度與價(jià)值觀：
1．通過了解簡(jiǎn)單機(jī)械的應(yīng)用，初步認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的作用。
2．對(duì)實(shí)踐中的滑輪、輪軸、斜面的工作特點(diǎn)具有好奇心。
3．具有利用簡(jiǎn)單機(jī)械改善勞動(dòng)條件的愿望。
重點(diǎn)：探究定滑輪、動(dòng)滑輪的特點(diǎn)及實(shí)質(zhì)，滑輪組省力情況判斷。
難點(diǎn)：理解定滑輪、動(dòng)滑輪是變形的杠桿。
第1課時(shí)　定滑輪與動(dòng)滑輪
多媒體課件、滑輪、鉤碼若干、彈簧測(cè)力計(jì)、刻度尺、細(xì)繩。
一、情景導(dǎo)入
我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)了杠桿，知道了杠桿的分類和特點(diǎn)?，F(xiàn)實(shí)生活中我們還應(yīng)用了其他簡(jiǎn)單機(jī)械。如我們每周一升國旗時(shí)，國旗手用力向下拉繩子，我們會(huì)看到國旗通過一種裝置緩緩上升；工人在一種裝置的幫助下，居然用50 N的力提起重95 N的物體。你們知道這些裝置是什么嗎？帶著這些問題我們開始今天的學(xué)習(xí)。
當(dāng)我們參加升旗儀式時(shí)，看到站在地面上的人向下拉繩子，國旗就徐徐升起了。你知道旗桿頂端有一個(gè)什么機(jī)械幫助把國旗升上去的嗎？你了解它的作用與實(shí)質(zhì)嗎？你還能舉出它在其他方面的應(yīng)用嗎？下面就開始我們今天這節(jié)課的學(xué)習(xí)。
二、合作探究
　滑輪
多媒體展示圖片：各種各樣的滑輪。
　
同學(xué)們交流討論上述滑輪的特點(diǎn)，并歸納得出滑輪的定義。
中心有軸，周邊有凹槽，可以繞著中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子叫做滑輪。
滑輪的產(chǎn)生
關(guān)于滑輪的繪品最早出現(xiàn)于一幅公元前八世紀(jì)的亞述浮雕。這幅浮雕展示的是一種非常簡(jiǎn)單的滑輪，只能改變施力方向，主要目的是方便施力，并不會(huì)給出任何機(jī)械利益。在中國，滑輪裝置的繪制最早出現(xiàn)于漢代的畫像磚、陶井模。在《墨經(jīng)》里也有記載關(guān)于滑輪的論述。
古希臘人將滑輪歸類為簡(jiǎn)單機(jī)械。早在公元前400年，古希臘人就已經(jīng)知道如何使用復(fù)式滑輪了。大約在公元前330年，亞里士多德在著作《機(jī)械問題》(《Mechanical Problems》)里的第十八個(gè)問題，專門研討“復(fù)式滑輪”系統(tǒng)。阿基米德貢獻(xiàn)出很多關(guān)于簡(jiǎn)單機(jī)械的知識(shí)，詳細(xì)地解釋滑輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論。據(jù)說阿基米德曾經(jīng)獨(dú)自使用復(fù)式滑輪拉動(dòng)一艘裝滿了貨物與乘客的大海船。公元一世紀(jì)，亞歷山卓的希羅分析并且寫出關(guān)于復(fù)式滑輪的理論，證明了負(fù)載與施力的比例等于承擔(dān)負(fù)載的繩索段的數(shù)目，即“滑輪原理”。
1608年，在著作《數(shù)學(xué)紀(jì)要》(《Mathematical Collection》)里，荷蘭物理學(xué)者西蒙·斯特芬表明，滑輪系統(tǒng)的施力與負(fù)載之間移動(dòng)路徑的長度比率，等于施力與負(fù)載之間的反比率。這是雛型的虛功原理。
1788年，法國物理學(xué)者約瑟夫·拉格朗日在巨著《分析力學(xué)》里，使用滑輪原理推導(dǎo)出虛功原理，從而揭開了拉格朗日力學(xué)的序幕。
　定滑輪
我們可以直接用手將物體提升，但如果高度太高，手夠不到怎么辦呢？比如把國旗提升到頂端，這個(gè)時(shí)候就要用到滑輪了，現(xiàn)在我們就來模擬用滑輪提升國旗。
定滑輪在使用時(shí)有什么樣的特點(diǎn)？使用機(jī)械的作用在于省力或者省距離，那么定滑輪的作用是什么呢？
實(shí)驗(yàn)過程：教師展示一架定滑輪裝置，利用它提起鉤碼，并對(duì)定滑輪的構(gòu)造簡(jiǎn)單介紹。
實(shí)驗(yàn)記錄表格：
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 物體重 力G/N 物體升高的 高度h/cm 彈簧測(cè)力計(jì) 示數(shù)F/N 彈簧測(cè)力計(jì)升 高的高度s/cm 用力的 方向
1
2
3
定滑輪的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)：定滑輪是一個(gè)等臂杠桿。圖中所示定滑輪兩邊的力與輪相切，中心軸為杠桿的支點(diǎn)，輪的直徑可以看做是一根硬棒，動(dòng)力和阻力作用在直徑的兩端，動(dòng)力臂等于阻力臂。注意：用定滑輪提升重物時(shí)，動(dòng)力移動(dòng)的距離等于重物升高的高度。
定滑輪
①定義：使用時(shí)，軸固定不動(dòng)的滑輪；
②實(shí)質(zhì)：等臂杠桿；
③特點(diǎn)：不能省力，但可以改變動(dòng)力的方向。
　動(dòng)滑輪
動(dòng)滑輪有什么特點(diǎn)？它是如何工作的呢？
實(shí)驗(yàn)過程：教師展示一架動(dòng)滑輪裝置，利用它提起鉤碼，并對(duì)動(dòng)滑輪的構(gòu)造簡(jiǎn)單介紹。
實(shí)驗(yàn)記錄表格：
實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 物體重 力G/N 物體升高的 高度h/cm 彈簧測(cè)力計(jì) 示數(shù)F/N 彈簧測(cè)力計(jì)升 高的高度s/cm 用力的 方向
1
2
3
動(dòng)滑輪的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)：動(dòng)滑輪是一個(gè)動(dòng)力臂為阻力臂2倍的杠桿。如圖所示，動(dòng)滑輪由于一邊懸于固定點(diǎn)，重物的重力作用線通過滑輪中心軸，滑輪的“支點(diǎn)”位于固定邊與輪相切的地方。過“支點(diǎn)”的輪的直徑相當(dāng)于杠桿，重物的重力為作用在杠桿上的阻力，人施加的力為動(dòng)力，因此動(dòng)力臂是直徑，阻力臂是半徑，動(dòng)力臂是阻力臂的2倍。
動(dòng)滑輪
①定義：工作時(shí)，軸隨物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪；
②實(shí)質(zhì)：動(dòng)力臂為阻力臂2倍的杠桿；
③特點(diǎn)：能省力，但不改變力的方向，而且費(fèi)距離。
第2節(jié)　滑輪
第1課時(shí)　定滑輪和動(dòng)滑輪
本節(jié)知識(shí)具有承上啟下的作用：滑輪是繼上一節(jié)“杠桿”之后學(xué)生學(xué)習(xí)的又一種重要的簡(jiǎn)單機(jī)械，滑輪實(shí)質(zhì)上是杠桿的變形，可以通過杠桿平衡條件來分析；同時(shí)滑輪也是以后學(xué)習(xí)機(jī)械效率的基礎(chǔ)。通過對(duì)滑輪特點(diǎn)的理論分析，再次體會(huì)從具體到抽象的研究方法。首先從實(shí)物引入，通過觀察讓學(xué)生認(rèn)識(shí)滑輪、利用滑輪、區(qū)分滑輪；然后讓學(xué)生探究使用定滑輪和動(dòng)滑輪的好處，并從理論上分析滑輪的實(shí)質(zhì)。
第2課時(shí)　滑輪組及其他簡(jiǎn)單機(jī)械
多媒體課件、滑輪若干、細(xì)繩。
一、情景導(dǎo)入
多媒體展示升降晾衣架。
同學(xué)們，你見過或使用過這樣的晾衣架嗎？這種衣架省力、方便又美觀，在整個(gè)裝置中應(yīng)用到了一種機(jī)械——滑輪組，今天我們就來研究給我們生活帶來方便的這種機(jī)械——滑輪組。
二、合作探究
　滑輪組
定滑輪和動(dòng)滑輪使用時(shí)有不同的特點(diǎn)，我們可不可以據(jù)此設(shè)計(jì)出一種既省力又可以改變力的方向的機(jī)械呢？
大家是不是在想，需要改變用力方向時(shí)用定滑輪，需要省力時(shí)用動(dòng)滑輪。把定滑輪和動(dòng)滑輪組合起來，就可以既能省力、又能改變用力方向，這樣問題不就解決了嘛。那么，組合之后是不是又會(huì)出現(xiàn)新的問題呢？我們可以看一段視頻，你就明白了。(視頻詳見教學(xué)課件)
現(xiàn)在，大家明白滑輪組的工作特點(diǎn)了吧。下面，請(qǐng)同學(xué)們利用手邊的儀器嘗試?yán)靡粋€(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪，組合連接成一個(gè)滑輪組，并驗(yàn)證一下滑輪組的規(guī)律。
　　
(1)使用滑輪組時(shí)，滑輪組用幾段繩子吊著物體，當(dāng)不計(jì)動(dòng)滑輪重、繩重及摩擦?xí)r，提起物體所用的力就是物重的幾分之一，即F＝G物(n為吊動(dòng)滑輪和重物繩子段數(shù))。若考慮動(dòng)滑輪重G動(dòng)，不計(jì)繩重及摩擦?xí)r，則F＝(G物＋G動(dòng))。
(2)若物體升高距離h，則繩子自由端移動(dòng)距離s＝nh。
(3)繩子自由端移動(dòng)的速度v繩與物體移動(dòng)的速度v物的關(guān)系式：v繩＝nv物。
(4)確定承擔(dān)重物的繩子段數(shù)n的方法：在定滑輪與動(dòng)滑輪之間畫一條虛線，將它們隔離開，只計(jì)算繞動(dòng)滑輪上的繩子段數(shù)。在不考慮摩擦及動(dòng)滑輪受到的重力的情況下，使用滑輪組時(shí)，滑輪組用幾段繩子吊著物體，提起物體所用的力就是物重的幾分之一。
　輪軸和斜面
1．輪軸
(1)由具有共同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的大輪和小輪組成的簡(jiǎn)單機(jī)械叫輪軸。
(2)輪軸上中間靠近轉(zhuǎn)動(dòng)軸線半徑較小的是軸，離軸線較遠(yuǎn)半徑較大的是輪。
(3)動(dòng)力一般作用在輪上，阻力作用在軸上，此時(shí)，輪軸是省力機(jī)械。
(4)
輪軸也相當(dāng)于一個(gè)杠桿(如圖)，輪和軸的中心O點(diǎn)是支點(diǎn)，作用在輪上的力F1是動(dòng)力，作用在軸上的力F2為阻力，輪半徑為R，軸半徑為r，由杠桿平衡條件可知F1R＝F2r，R＞r，故F1＜F2，所以輪軸省力。
輪軸：由具有共同轉(zhuǎn)動(dòng)軸的大輪和小輪組成的簡(jiǎn)單機(jī)械，實(shí)質(zhì)是一個(gè)可以連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的杠桿，使用輪軸可以省力。
注意：輪軸使用時(shí)，當(dāng)輪半徑是軸半徑的n倍時(shí)，在不計(jì)摩擦情況下，作用在輪上的力的大小為作用在軸上的力的大小的。
生活中的輪軸：①用螺絲刀擰螺絲時(shí)，手抓的木柄較粗的部分是輪，金屬桿部分較細(xì)的是軸，因此螺絲刀擰螺絲是輪軸；②拖拉機(jī)或一些汽車用人工發(fā)動(dòng)時(shí)使用的搖把也是一個(gè)輪軸；③電視中出現(xiàn)的以前農(nóng)村常用的轆轤也是輪軸；④卷揚(yáng)機(jī)的搖桿也是輪軸。
2.斜面
了解了輪軸，再來討論斜面為什么也是簡(jiǎn)單機(jī)械，這種簡(jiǎn)單機(jī)械對(duì)我們有什么用呢？請(qǐng)同學(xué)們想想騎自行車上坡直線行駛和彎曲行駛時(shí)的情景。
使用斜面看起來是費(fèi)了距離，但是省了力，如果從山下直通山頂需要很大的力，不容易爬上去，而沿著彎彎曲曲的盤山公路行走就可以用較小的力爬上山。
(1)斜面是一個(gè)費(fèi)了距離但能省力的簡(jiǎn)單機(jī)械。
(2)理想情況下斜面公式：Fl＝Gh。
(3)斜面是一種省力的簡(jiǎn)單機(jī)械，斜面的傾角越小越省力，可見在高度一定的情況下，斜面越長越省力。
斜面的應(yīng)用
斜面的記述和應(yīng)用也是《墨經(jīng)》中首先記載的，古時(shí)把斜面稱為“梯”。敘述了放在梯上的物體不能水平和垂直放置，說明放在斜面上的物體要向下滑動(dòng)。同時(shí)墨家還設(shè)計(jì)了“車梯”，利用它來提高重物可以節(jié)省人力。車梯的構(gòu)造也很巧妙，它是一種裝有滑輪的前低后高的斜面車。雖然當(dāng)時(shí)沒有提出利用斜面可以省力的道理，但省力的思想是包含在其中的。
到了漢代，王充對(duì)斜面做了進(jìn)一步的敘述，大意是說載重之車在斜面上必須有強(qiáng)力拉或推，才能向上運(yùn)動(dòng)，如果失去拉力或推力，車就會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。尖劈的運(yùn)用在春秋戰(zhàn)國以前就開始了，古人知道用它可以使小力發(fā)揮大力的作用，且兩面的夾角愈小，發(fā)揮力的作用愈大。尖劈在我國的發(fā)展經(jīng)過了漫長的歲月，從古猿人打獵用的石頭尖劈，經(jīng)長期的改進(jìn)，發(fā)展到今天各式各樣的金屬尖劈，被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)工具、兵器和日常生活中。
日常生活中有很多事物應(yīng)用斜面的原理而達(dá)到省力的目的，如樓梯、石梯、蜿蜒而上的山路等。
　　　　
(1)若將兩個(gè)斜面結(jié)合在一起，則形成一種稱為楔(或稱為劈)的簡(jiǎn)易機(jī)械。楔在切割并分裂東西方面非常有用。刀、斧及人類的門牙均為楔的例子。
　　　
拉鏈巧妙地利用斜面原理，使兩排可相連的鏈齒結(jié)合或分離。拉鏈的滑扣由幾個(gè)楔組成，當(dāng)你拉動(dòng)時(shí)，它可以把原本很小的作用力轉(zhuǎn)變成很大的力，使拉鏈拉開或閉合。
(2)若將斜面圍繞在圓柱上，則形成稱為螺旋的簡(jiǎn)易機(jī)械。常用來鎖住物體的螺絲、附螺紋的瓶蓋、螺旋式汽車千斤頂?shù)榷际菓?yīng)用螺旋的裝置。
(3)上海南浦大橋的引橋是螺旋式的，是變形的斜面的應(yīng)用。兩岸引橋全長7 500 m，能使汽車省力(不省功)。螺旋式結(jié)構(gòu)能大大節(jié)省空間。
第2節(jié)　滑輪
第2課時(shí)　滑輪組及其他簡(jiǎn)單機(jī)械
本節(jié)先回顧定滑輪、動(dòng)滑輪的特點(diǎn)，后指出如果把定滑輪和動(dòng)滑輪組合起來使用，就可以既省力又改變力的方向，接著研究使用滑輪組時(shí)拉力與物重的關(guān)系，最后介紹了另外兩種常見的簡(jiǎn)單機(jī)械——輪軸和斜面。通過圖片、視頻等多媒體資料介紹我國古代對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械的利用情況，來拓寬學(xué)生的知識(shí)面，同時(shí)進(jìn)行愛國主義教育。

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