探究滑轮的作用

j.Co M
探究滑轮的作用
1、目标：
◆知识与技能
⑴知道什么是定滑轮和动滑轮及其特点，能根据杠杆平衡的条件对滑轮进行理论分析。
⑵知道使用滑轮组时拉力与物重的关系，会组装简单的滑轮组。
◆过程与方法
⑶通过实验观察和理论分析，探究两种滑轮的作用和实质，培养学生的观察能力和理论分析能力。
◆情感态度与价值观
⑷通过了解简单机械在实际中的应用，初步认识科学技术对社会发展的作用，树立学好科学文化知识为社会服务的观念。
2、教材说明
本节主要内容有：认识动滑轮和定滑轮的结构特点，探究动滑轮和定滑轮的作用，了解滑轮组工作时拉力与物重的关系，学习组装简单的滑轮组。
本节知识具有承上启下的作用：滑轮是继上一节“杠杆”之后学生学习的又一种重要的简单机械，滑轮实质上是杠杆的变形，可以通过杠杆平衡条件来分析；同时滑轮也是以后学习功的原理、机械效率等知识的基础。通过对滑轮特点的理论分析，再次体会从具体到抽象的研究方法。
本节的编写思路：教材首先从实物引入，通过活动1让学生认识滑轮、利用滑轮、区分滑轮；然后通过活动2，让学生探究使用定滑轮和动滑轮的好处，并从理论上分析滑轮的实质；然后指出如果把定滑轮和动滑轮组合起来使用，就可以既省力又方便，接着通过活动3研究使用滑轮组时拉力与物重的关系；最后利用信息浏览介绍了另一种常见的简单机械――轮轴，来拓宽学生的知识面。整节教材将一个个的学生活动串在一起，让学生在活动中动手操作，亲自观察，动脑分析，主动获取知识，充分调动了学生的主观能动性。
本节重点：定滑轮、动滑轮和滑轮组在生活、生产中有着广泛的应用，又是进一步学习功、机械效率等知识的基础，所以探究定滑轮、动滑轮和滑轮组的作用是本节的重点。
本节教学难点：把滑轮看作是变形的杠杆，对学生来说比较抽象，尤其是确定动滑轮的支点，学生不容易想象；根据滑轮组的组装情况，判断绳子的股数，学生容易把握不准。所以滑轮的实质（尤其是动滑轮）和判定滑轮组的省力情况是本节的难点。
3、教学建议
本节课实验器材比较简单，知识的难度也不大，教师一定要让学生亲身实践，让他们通过实验探究，从中发现规律，老师当好组织者、引导者。
关于课题的引入，教材采用的方法是，描述一个情景：工人在工厂里用手通过滑轮就把几吨重的机器缓缓拉起来了（最好用多媒体或视频展示此情景）。首先给学生一种震撼，原来这个小轮子竟然能起这么大的作用！极大地激发了学生的求知欲。
也可以利用科学漫画引入，展示一组图片（如图6-33所示）。让学生观察并思考：（1）图中有几位人物？各有什么特征？（2）胖子想干什么？他想让瘦子做什么？（3）结果闹出什么笑话？这幅漫画说明什么道理？学生议论后，发表见解，教师归纳。
也可以利用升旗仪式创设情景，提问引入。师：当我们参加升旗仪式时，看到站在地面上的人向下拉绳子，国旗就徐徐升起了（如图6-34所示）。你知道旗杆顶端有一个什么器件帮助把旗升上去的吗？你了解它的作用与实质吗？你还能举出它在其他方面的应用吗？

动滑轮和定滑轮
“活动1”的目的有三个：一是认识滑轮的结构；二是尝试利用滑轮提起重物，锻炼学生的动手操作能力；三是学会区分两类滑轮。
观察滑轮时，可以引导学生思考：滑轮主要由几部分组成？轮子周边的槽有什么作用？轮子是绕着什么转动的？在设计实验方案时，有些学生可能不会缠绕绳子，可以启发学生：绳子是要装在轮子的槽中的，绳子的两端应分别连接什么？钩码如何悬挂？这些都是学生实际操作中容易遇到的问题，教师可让学生互相交流自主解决，同时教师及时提供必要的帮助。
教学中，可以让学生以2－4人为一组进行活动。当学生用自己设计的方案（定滑轮和动滑轮）将钩码提起时，他们一定会体验到成功的乐趣，并激发他们继续探究的积极性。这时要提醒学生注意观察和比较两种滑轮的不同点，由此得出什么是动滑轮和定滑轮。
探究两类滑轮的作用
根据前面的“活动1”，很自然地引导学生提出问题：用定滑轮和动滑轮提起同一个物体，所用的拉力是否相同？可以让学生先直接用手拉，感觉两次拉力的大小，然后再给各小组发弹簧测力计，进行活动2。
“活动2” 的目的有两个：活动A探究使用定滑轮和动滑轮的好处，活动B从理论上分析定滑轮和动滑轮的的实质。
活动A可让学生先设计记录实验数据的表格（如下表），然后按照教材上的步骤去操作。并画出图中三种方向的拉力示意图。
实验次数钩码的重力G/N弹簧测力计的拉力F/N
1
2
3
学生实验前，教师要提醒学生拉动钩码时用力要均匀，使钩码匀速直线运动。实验过程中要求学生实事求是地记录数据。
通过对数据的比较、分析，可得出结论：使用定滑轮不能省力。这时，可提出问题：使用定滑轮不省力，为什么我们还要使用它呢？让学生举例说明。最后，教师指出：在许多情况下，为了改变用力的方向，常常使用定滑轮，可给人们带来方便。
活动B可参照活动A的方法，让学生先设计记录实验数据的表格，然后按照教材上的步骤去操作。这里需要提醒学生注意：用动滑轮提升物体时，一定要竖直向上拉，不要斜拉。
由于动滑轮本身的重力会影响实验结果，所以应选用轻质的滑轮，钩码应尽量重些（当然不能超过弹簧测力计的量程）。另外，根据学生的实际情况，对于活动B还可以进行如下扩展：
（1）把钩码挂在滑轮上，用弹簧测力计测出二者的重力之和。
（2）再用两个弹簧测力计将该滑轮吊起（如图6-35），并使装置保持静止。观察两个弹簧测力计的示数，并比较弹簧测力计的示数与总重力的关系。
通过实验探究、分析，可以得出初步结论：使用动滑轮可以省力。
探究结束后，让学生在课堂上讨论：使用定滑轮和动滑轮各有什么好处？如何在实际使用中灵活选择它们？也可以增加一个练习：人站在岸上，想借助树桩，用一根绳和一个滑轮，把船拉到岸上，可有几种方法？用图表示出来。
关于活动C“使用滑轮时的理论分析”，可首先向学生指出：滑轮在力的作用下都能绕着某一固定点转动，因此它们也是一种杠杆，同样有支点、动力作用点、阻力作用点。
为了帮助学生从定滑轮抽象出杠杆模型，教学中可结合课件展示（参照图6-36），让学生边观察动画，边操作实物转动滑轮，寻找它们的支点、动力作用点、阻力作用点，并作出动力和阻力的示意图，分别画出动力臂和阻力臂。

不难看出，定滑轮的支点在轴心，动力臂和阻力臂都等于定滑轮的半径。再引导学生根据杠杆平衡条件F1L1＝F2L2分析，因为L1＝L2，所以F1＝F2。由此可以得出：定滑轮实质是个变形的等臂杠杆，不能省力。然后请学生根据以上分析，解释为什么斜着拉动重物时，拉力的大小也不变。
对于动滑轮，也可参照上述方法，结合课件展示（参照图6-37），让学生观察实物。动滑轮在上升过程中，绕着轮滑边缘O点转动，所以O点就是动滑轮的支点。可以向学生指出：当动滑轮运动时，O点的位置也在变化，所以动滑轮的支点实际上是瞬时支点。明确了动滑轮的支点在哪里，对“动滑轮相当于动力臂是阻力臂二倍的杠杆”就不难理解了。并引导学生根据杠杆的平衡条件分析，为什么动滑轮平衡时，可以省一半的力。

最后启发学生讨论：探究实验的数据与理论分析有些偏差，原因是什么？（由于摩擦及动滑轮的自身重力的影响。）
滑轮组
综合前面定滑轮和动滑轮的工作特点，可以很自然地引出滑轮组：使用动滑轮可以省力，定滑轮能改变力的方向，如果我们既想省力，又要改变力的方向，大家想想有什么好办法？
“活动3”的目的有两个：一是让学生练习组装简单的滑轮组；二是探究滑轮组在工作时的省力情况。
（1）提出问题
用一个动滑轮和一个定滑轮组合起来提升重物，你能设计出多少种方法？每种方法分别能省多少力？
（2）设计实验与进行实验
教师可以向学生简单介绍一下绳子的固定端与自由端的概念，提醒他们绳子的绕法是设计实验的关键。让学生充分发挥想象力，大胆、科学地设计，实在设计不出来的话，可以参考教材图6－57进行实验。然后让学生交流设计的方案，并给予鼓励。
让学生按照设计的方案进行操作，准确记录实验数据并填在教材表格中，引导学生观察吊起动滑轮的绳子的股数。再次提醒学生注意操作安全，加强合作。
（3）分析论证与实验结论
分析表格中的数据和吊起动滑轮的绳子的股数，可以得出结论：使用滑轮组吊重物时，若动滑轮重和摩擦不计，动滑轮被几股绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一，即F＝ G。
（4）拓展与提高
根据班级的实际情况，还可以提出如下问题，引导学生思考、讨论。
①通过观察，你认为滑轮组省力的多少取决于什么？
②若不计摩擦但考虑动滑轮重，则拉力与物重、动滑轮的重之间有什么关系？
③观察如图6-38所示的情景，你认为这可能吗？理由是什么？
学完这部分内容后，可以引导学生通过表格的形式对定滑轮、动滑轮和滑轮组进行对比总结。
定滑轮动滑轮滑轮组
定义
实质
特点

在本节教学内容的基础上，可以通过“信息浏览”介绍轮轴和简单机械的组合，来扩大学生的知识面。还可以通过图片、录像等媒体资料介绍我国古代对简单机械的利用情况，进行爱国主义教育。
4．教学评价
●课堂测评
1．某同学研究定滑轮的特点，他每次都匀速提起钩码，实验过程如图6-39所示，请仔细观察图中的操作和测量结果，然后归纳得出初步结论。
比较(a)、(b)两图可知：_________________________ ____ ______；
比较(b)、(c)、(d)三图可知：________________________________________。

2．动滑轮下面挂一个20kg的物体(如图6-40)，挂物体的钩子承受 N的力，拉绳子的力F为 N(动滑轮的重不计，g取10N/Kg)。
3．如图6-41所示表示三种不同的滑轮组，用它们提起重为G的相同重物，在A端所用的拉力分别为F1＝ ，F2＝ ，F3＝ （不计滑轮本身的重和摩擦）。

4．如图6-42所示，建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶，动滑轮重为20N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。 若工人将绳子匀速向上拉6m，则泥桶上升____ __m，手拉绳子的力为__ ___N。
5．学校升国旗的旗杆顶上有一个滑轮，升旗时往下拉动绳子，国旗就会上升。关于这个滑轮，下列说正确的是（ ）
A.这是一个动滑轮，可省力 B.这是一个定滑轮，可省力
C.这是一个动滑轮，可改变力的方向 D.这是一个定滑轮，可改变力的方向
6．如图6-43是滑轮的两种用法，以下说法中正确的是（ ）
A．甲是动滑轮，使用时不能省力 B．乙是动滑轮，使用时可以省力
C．甲是定滑轮，使用时可以省力 D．乙是定滑轮，使用时不能省力

7．如图6-44所示有两个滑轮，请设计一个最省力的滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来。

8．如图6-45所示，在水平拉力F的作用下，物体A沿水平面以lm/s的速度做匀速直线运动，此时弹簧测力计的读数为5N，若不计动滑轮、绳子、弹簧测力计的重力和动滑轮的摩擦，求：
（1）物体A与水平面的摩擦力大小为多大？
（2）拉力F在2s内移动的距离是多少？
【参考答案】
1．使用定滑轮不省力 定滑轮可以改变力的方向 2． 200 100 3． G/3 G/4 G/5 4 ．2 80 5． D 6． B 7．如图6-46所示 8 ．10N 4m

●“自我评价与作业”指导
1．C 因为L1＞L2＞L3，而物体的重力和阻力臂不变，根据杠杆平衡的条件可知，F1＜F2＜F3。
2．滑轮组绕法如图6-47所示
3．G1:G2=1:2

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