資源簡介

第十二章 簡單機械
第2節 滑輪
設計說明
“滑輪”這一節主要是讓學生認識定滑輪、動滑輪和滑輪組，并進一步了解各種滑輪的特點。教學中主要還是以實驗探究為主，通過演示和分組探究了解定滑輪和動滑輪的特點和實質，知道定滑輪相當于等臂杠桿，使用時不省力，但可以改變力的方向；動滑輪相當于動力臂是阻力臂2倍的杠桿，使用時能夠省一半的力，但是不能改變力的方向；由定滑輪和動滑輪的特點，學生很自然地就會想到滑輪組既能夠省力又能夠改變力的方向。
教學中要引導學生完成研究定滑輪和動滑輪特點的實驗，通過學生的親身體驗，找出定滑輪和動滑輪的特點，加深對滑輪的認識，并為學習滑輪組做好知識鋪墊。學習中通過對比找出定滑輪和動滑輪的優缺點，有利用培養學生辯證地認識事物的意識和習慣。
教學目標
1.識別定滑輪和動滑輪。
2.通過觀察和實驗了解定滑輪和動滑輪的結構和特點，培養學生的觀察、實驗探究和概括總結能力。
3.通過對滑輪組的分析和安裝了解滑輪組的特點及生活中應用。
教學重點難點
1.重點：定滑輪和動滑輪的特點。
2.難點：滑輪組的省力情況、組裝方法。
教具
學生用：滑輪組一套、鉤碼一盒、鐵架臺（帶鐵夾）、彈簧測力計。
教師用：滑輪組一套、鉤碼一盒、鐵架臺（帶鐵夾）、彈簧測力計。另有電化教學器材、教學光盤。
教學過程
回顧思考
1.杠桿的五要素：支點、動力、________力臂、阻力、________力臂。
2.杠桿的平衡條件：________。
3.省力杠桿的特點：省力費_____ ___；費力杠桿的特點：_____ ___；等臂杠桿的特點：________。
導入新課
1.視頻導入：
同學們，我們先來觀看一段升國旗視頻。
問：升國旗時，旗手用力向下拉繩子，國旗上升了。你知道旗桿頂部有什么裝置嗎？
出示旗桿頂端的滑輪。引入滑輪，板書課題：滑輪。
2.漫畫導入：
觀察教材第81頁圖12.2-1。
想想看，為什么會出現這樣的笑話？你能解釋其中的道理嗎？
學完本節課，大家就明白了。
進行新課
探究點一　什么是定滑輪
（1）多媒體展示旗桿的圖片（如圖），并播放升旗的視頻圖像。
（2）引導學生組裝好一個定滑輪，如圖所示，觀察其轉動時的特點。
歸納：滑輪的軸固定不動的叫做定滑輪。
探究點二　認識動滑輪
老師按照圖所示裝置來組裝動滑輪，并用手或彈簧測力計拉動繩的自由端，使滑輪轉動。
分析：滑輪在轉動的時候與剛才定滑輪轉動時一樣嗎？
（找出不同的地方，根據滑輪的移動和不移動特點來進行歸納）
歸納：滑輪的軸隨物體一起運動，這樣的滑輪叫做動滑輪。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例1　如圖是人們用滑輪把貨物提升到高處的示意圖，甲圖中的滑輪是________（選填“定”或“動”）滑輪，乙圖中的滑輪是________（選填“定”或“動”）滑輪。
解析：甲圖中的滑輪的軸隨被提升的貨物一起移動，故甲圖中的滑輪是動滑輪；乙圖中的滑輪的軸固定不動，故乙圖中的滑輪是定滑輪。　　答案：動　定
探究點三　研究定滑輪和動滑輪的特點
1.關于定滑輪和動滑輪，你想知道什么問題？
（1）定滑輪和動滑輪在使用時是否省力（或更費力）？
（2）定滑輪和動滑輪在使用時是否省距離（或需要移動更大的距離）？
（3）什么情況下使用定滑輪，什么情況下使用動滑輪？
2.自己設計一個實驗表格，用來記錄相關數據
定滑輪 動滑輪
鉤碼重G/N
拉力F/N
省、費力情況
能否改變力的方向
鉤碼移動的距離h/m
拉力移動的距離s/m
省、費距離情況
3.學生分組實驗
（1）探究定滑輪的特點
①器材：彈簧測力計、定滑輪、細繩、鉤碼、鐵架臺。
②計劃：我們分別沿著三個不同的方向拉住繩子的自由端（如圖所示），用彈簧測力計測出三個力的大小，比較三個力的大小。
③操作步驟：
A.如圖所示，我們分別沿著F1、F2、F3的方向通過定滑輪拉動1個鉤碼，讀出彈簧測力計的示數。
B.仍按照圖，分別沿著F1、F2、F3的方向通過定滑輪拉動2個、3個鉤碼，并讀出彈簧測力計的示數。
實驗序號 鉤碼重/N F1/N F2/N F3/N
1
2
3
④實驗結論：A.使用定滑輪可以改變力的方向，但不能省力，若不考慮繩子與滑輪之間的摩擦，作用在繩子自由端的拉力等于物體所受的重力，即F=G。
B.使用定滑輪不省距離，即拉力移動的距離等于物體上升的高度，s=h。
（2）探究動滑輪的特點
①器材：彈簧測力計、動滑輪、細繩、鉤碼、鐵架臺。
②計劃：按照如圖所示的裝置進行實驗，測量和觀察彈簧測力計的示數與物體的重力大小有什么關系。
③操作步驟：
a.如圖所示，用彈簧測力計通過動滑輪拉動1個鉤碼勻速上升，觀察并記錄彈簧測力計的示數。
b.分別用彈簧測力計通過動滑輪拉動2個、3個鉤碼，讀出彈簧測力計的示數，并將數據填入下表中。
提醒學生：在拉動彈簧測力計時應勻速豎直向上拉。
實驗序號 鉤碼與動滑輪總重/N 彈簧測力計的示數/N
1
2
3
④實驗結論：a.使用動滑輪提升物體，當拉力豎直向上時，其大小等于物體和動滑輪總重的一半。若忽略動滑輪重，則拉力是物重的一半。使用動滑輪可以省一半的力，但不能改變力的方向。
注意：使用定滑輪不省力，即F=G；使用動滑輪省一半力，即F=G。這兩個公式成立的條件均是在理想的情況下，即不考慮滑輪與軸之間、繩與輪之間的摩擦及動滑輪和繩的重力的情況下。
b.使用動滑輪費距離，拉力移動的距離是物體上升高度的2倍，即s=2h。
（3）教師講解定滑輪、動滑輪的實質
指導學生對定滑輪、動滑輪的力臂進行作圖，如圖所示。
理論推導F與G的關系：
定滑輪：由杠桿平衡條件知F·l1=G·l2，
又因為l1=l2，所以F=G。
動滑輪：由杠桿平衡條件知F·l1=G·l2，
因為l1=2l2，所以F=G。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例2　某小組同學研究動滑輪的使用特點，他們先用彈簧測力計緩慢提起鉤碼，如圖（a）所示，再分別用重力不同的動滑輪甲、乙、丙（G甲>G乙>G丙）緩慢提起相同鉤碼，如圖（b）、（c）、（d）所示。請仔細觀察圖中的操作和彈簧測力計的示數，然后歸納得出結論。
（a） （b） （c） （d）
（1）比較（a）與（b）[或（a）與（c），或（a）與（d）]兩圖可得：______ __。
（2）比較（b）、（c）、（d）三圖可得______ __。
解析：（1）比較（a）與（b）[或（a）與（c），或（a）與（d）]兩圖可得：使用動滑輪能省力，但不能改變用力方向。
（2）比較（b）、（c）、（d）三圖可得：使用動滑輪勻速提起相同重物時，動滑輪的重力越小，所用的拉力越小。
答案：（1）使用動滑輪能省力，但不能改變用力方向
（2）使用動滑輪勻速提起相同重物時，動滑輪的重力越小，所用的拉力越小
例3　（2020·山東青島中考）研究定滑輪的特點
（1）在研究使用定滑輪是否省力時，用如圖甲所示裝置勻速提升重物，需要測量的物理量是______和________。
（2）如圖乙所示，分別用拉力F1、F2、F3 勻速提升重物，則三個力的大小關系是________。
（3）旗桿頂部有一個定滑輪，給我們升國旗帶來了便利。這是利用定滑輪________的特點。
解析：（1）要研究定滑輪是否省力，需要比較被提升的重物重力與繩自由端拉力的大小，所以需要測量這兩個物理量。（2）如圖所示，重力G的力臂為滑輪的半徑，F1、F2、F3的力臂相等，都等于滑輪的半徑，所以F1=F2=F3=G。（3）定滑輪雖然不能省力，但可以改變力的方向，旗桿頂部的定滑輪就是利用了這一特點。
答案：（1）重物重力　繩自由端拉力　（2）F1=F2=F3　（3）能改變力的方向
探究點四　滑輪組
1.思考問題：動滑輪可以省力，卻不能改變力的方向；定滑輪能改變力的方向，卻不能省力。有什么辦法既能省力又能改變力的方向嗎？
（引入滑輪組）
2.嘗試探究：同學們根據自己的理解和想象組裝一個既能省力又能改變力的方向的機械。
（給學生嘗試探究的機會，體會“創造”機械的樂趣）
根據學生的答案，教師做出歸納與總結：
如圖甲、乙所示，用定滑輪和動滑輪組合在一起構成滑輪組。
滑輪組的特點：既能省力也能改變力的方向。
3.討論與探究：滑輪組的省力情況是由什么因素決定的？
（1）問題：滑輪組的省力情況是由什么因素決定的？
（2）計劃與步驟
①用一個定滑輪和一個動滑輪組裝出兩種不同的滑輪組，如圖所示。（學生自己組裝，教師指導）
（其他方式組合合理的也予以肯定和鼓勵）
②分別按照圖甲、乙、丙、丁四個圖片的要求與組裝模式探究拉力的大小，并自己設計好表格，將數據填入表格中，歸納和分析滑輪組的特點。
甲 乙 丙 丁
F1/N s1/m h1/m F2/N s2/m h2/m F3/N s3/m h3/m F4/N s4/m h4/m
甲
乙
丙
丁
③歸納結論：使用滑輪組省力的多少由滑輪的組合形式和繞繩的方法共同決定，使用滑輪組時，有n段繩子吊著物體，提起物體所用的力就是物重的n分之一，即F=G（不計動滑輪重和繩重及摩擦）。若考慮動滑輪的重力，則F=（G+G動）（G動為動滑輪的重力）。
由于使用滑輪組時比較省力，所以在使用時必定要多移動距離，根據上述數據可以知道，滑輪組在使用時繩子自由端移動的距離與重物升高的距離關系為s=nh。即繩子自由端移動的距離為重物升高距離的n倍。
點撥：區分“最方便”和“最省力”的含義。“方便”是根據人的位置用力拉繩子，既省力又方便；而“最省力”是指盡量多地增加與動滑輪相連的繩子段數。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例4　如圖所示用滑輪或滑輪組提起同一重物的幾種方法，其中最省力的是（繩子、動滑輪重及摩擦忽略不計）（　　）
A B C D
解析：在忽略摩擦、繩子和動滑輪重力的情況下，A中的滑輪是定滑輪，使用定滑輪不省力，只能改變力的方向，即F1=G；B中的滑輪是動滑輪，使用動滑輪能省一半力，即F2=G；使用滑輪組時，物重由幾段繩子承擔，加在繩端的力就是物重的幾分之一，所以在C選項中，F3=G；在D選項中，F4=G。故選D。
答案：D
探究點五　輪軸和斜面
指導學生閱讀教材第83頁科學世界“輪軸和斜面”內容，并完成下列任務。
1.指出教材圖12.2-5中各個輪軸的“輪”和“軸”，輪軸是省力機械還是費力機械？
教師引導：輪軸在生活中的應用非常廣泛，例如：自行車腳踏板與輪盤、自行車把、門把手、方向盤、自來水龍頭的扭柄、螺絲刀等都是輪軸。如果動力作用在輪上，阻力作用在軸上，輪半徑大于軸半徑，這時輪軸就是一種省力機械。
2.找一張三角形的紙，按照教材圖12.2-6那樣，模擬一個盤山公路的形狀。然后回答下列問題：
（1）盤山公路屬于什么簡單機械？汽車沿盤山公路爬行的路程比直通山頂的路程長了還是短了？
（2）斜面是省力機械還是費力機械？
教師引導：盤山公路屬于斜面，汽車沿盤山公路爬行的路程要比直通山頂的路程長，所以使用斜面的好處是可以省力，斜面屬于省力機械。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例5　指出圖中所列工具分別屬于哪種簡單機械，剪刀：________；扳手：________；鉆頭：________。
　　
解析：剪刀可繞著固定點轉動，因此可看成是杠桿；扳手工作時末端和前端都繞著一個共同的軸線運動，因此可看作輪軸；鉆頭可看成是斜面的變形。
答案：杠桿　輪軸（答“連續轉動的杠桿”也可）　斜面
課堂小結
本節課我們主要學習了：
1.定滑輪、定滑輪的實質及特點；
2.動滑輪、動滑輪的實質及特點；
3.滑輪組、滑輪組的特點及省力情況；
4.輪軸、斜面等其他簡單機械。
為檢驗一下學習效果，請同學們完成下列“當堂達標”測試題。
當堂達標
1.小明利用如圖所示的簡單機械移動物體A。當沿不同方向分別用F1、F2、F3的力，以不同速度勻速拉動物體時，忽略繩子與滑輪的摩擦，下列說法中正確的是（　　）
A.F1=F2C.F1>F2>F3 D.F1=F2=F3
2. （2019·江蘇鹽城中考）如圖所示，工人用動滑輪勻速提升重物，這樣做（　　）
A.省力，不改變施力的方向
B.不省力，改變施力的方向
C.既省力，也改變施力的方向
D.既不省力，也不改變施力的方向
3.（2019·江西中考）如圖所示，物重為G的物體在不同簡單機械中均處于平衡狀態（不計機械自重和摩擦），拉力F1、F2、F3、F4的大小關系是（　　）
A. F2C. F4=F24. （2019·湖南益陽中考）在野外用滑輪組拉越野車脫困時的情景如圖所示，有關力的分析正確的是（　　）
A.車對地面的壓力與車的重力是一對平衡力
B.車拉滑輪組的力與滑輪組對車的拉力是一對平衡力
C.脫困必需2 400 N的拉力時，繩索自由端的力F至少為1 200 N
D.脫困必需2 400 N的拉力時，繩索自由端的力F至少為800 N
5.（2019·陜西中考）工人用如圖所示的裝置運送砂石。下列說法正確的是（　　）
A.滑輪組中的定滑輪能改變拉力的大小
B.圖中動滑輪相當于一個省力杠桿
C.繩子自由端下拉1 m，桶上升2 m
D.質量為65 kg的工人利用該滑輪組能提起150 kg的砂石
6.（2019·海南中考）小謙想把被臺風刮倒的樹拉正。他把繩子的一端系在乙樹上，然后繞過甲樹用力拉繩子，這樣做有________段繩子拉甲樹。如果不計繩重和摩擦，甲樹受300 N拉力，則小謙對繩子的拉力至少為________N。
7.（2020·山東威海中考）如圖所示，用滑輪組提升物體，已知滑輪質量均為2 kg，物體重100 N，繩子能承受的最大拉力為50 N。請畫出繩子的正確繞法，并在繩的末端標出力的方向。（不考慮繩重及摩擦）（g取10 N/kg）
布置作業
教材第84頁“動手動腦學物理”第1至4題。
板書設計
一、定滑輪和動滑輪 1.定滑輪：軸固定不動的滑輪。 2.動滑輪：軸隨物體一起移動的滑輪。 　　 定滑輪　　動滑輪 二、定滑輪和動滑輪的特點 1.定滑輪的特點：使用定滑輪不省力，但可以改變力的方向。 2.動滑輪的特點：使用動滑輪可以省力，但不改變力的方向，且費距離。 三、滑輪組 1.在實際應用中，定滑輪和動滑輪組合在一起，構成滑輪組。 2.用滑輪組提起重物時，動滑輪上有幾段繩子承擔物重，提起物體的力就是物重的幾分之一。 四、輪軸和斜面 1.輪軸是一種簡單機械，例如：方向盤、自行車把、螺絲刀等。 2.斜面屬于省力機械，例如：盤山公路。
參考答案
1.D　解析：由題圖可知，圖中滑輪是定滑輪，定滑輪不省力，因為物體A勻速運動，所以F1、F2、F3都與物體A受到的摩擦力相等，所以三種拉法所用拉力一樣大。故選D。
2.A　解析：動滑輪的實質是動力臂是阻力臂二倍的杠桿，可省一半的力，但不能改變力的方向。
3.B　解析：如題圖所示，使用杠桿時，動力臂等于阻力臂，根據杠桿平衡條件，則F1=G；使用滑輪組時，承擔物重的繩子有3段，n=3，不計機械自重和摩擦，則F2=；使用動滑輪時，每段繩子向下的拉力都等于G，不計機械自重和摩擦，則F3=2G；使用斜面時，假設斜面高度是h，長度是L，不計摩擦，則有F4L=Gh，因為直角三角形中，30°角對應的直角邊是斜邊的一半，即L=2h，所以F4=。綜上所述，F24. C　解析：車對地面的壓力與車的重力是作用在不同物體上的兩個力，所以不是一對平衡力，故A錯誤；車拉滑輪組的力與滑輪組對車的拉力是作用在不同物體上的兩個力，所以不是一對平衡力，而是一對相互作用力，故B錯誤；由題圖可知，n=2，不計繩重和摩擦，則繩子自由端的拉力 F==×2 400 N=
1 200 N，因為繩重和摩擦必然存在，所以繩索自由端的力F至少為1 200 N，故C正確，D錯誤。
5. B　解析：定滑輪能改變力的方向，但不能改變力的大小，A錯誤；動滑輪的實質是一個能省一半力的省力杠桿，B正確；有兩段繩子吊著動滑輪，繩端移動距離是桶上升距離的2倍，若桶上升
2 m，則繩子自由端下拉4 m，C錯誤；150 kg砂石的重力G=150 kg×10 N/kg=1 500 N，不考慮動滑輪重，則繩子自由端需要的拉力F==750 N，人的最大拉力F'=G'=65 kg×10 N/kg=650 N，F'6. 2　150　解析：如圖所示，甲樹和繩子可看作一個動滑輪裝置，所以有2段繩子拉甲樹；如果甲樹受300 N拉力，則小謙對繩子的拉力至少為F小謙===150 N。
　
7.如圖所示　解析：動滑輪的重力為G動=mg=2 kg×10 N/kg=20 N
已知繩子能承受的最大拉力為50 N，當繩子承擔物重的段數為3時，則能夠提升物體的最大重力為
Gmax=3F-G動=3×50 N-20 N=130 N
當繩子承擔物重的段數為2時，則能夠提升物體的最大重力為
=2F-G動=2×50 N-20 N=80 N
物體重100 N，大于80 N，小于130 N，所以滑輪組上繩子承擔物重的段數為3，起點從動滑輪的掛鉤開始，繩子末端的拉力向上。
教學反思
____ ____
____ ___

展開更多......

收起↑