八年級物理下冊【第十二章 簡單機械】-第2節(jié) 滑輪（導(dǎo)學(xué)案）

第2節(jié)滑輪課題滑輪課型新授課教學(xué)目標學(xué)問與技能1．知道定滑輪、動滑輪，并能識別它們.2．理解定滑輪、動滑輪的特點與實質(zhì)，并能用它們來解決簡潔的問題.1．知道滑輪組的結(jié)構(gòu)、特點和應(yīng)用，會依據(jù)要求使用和組裝滑輪組.2．了解其他簡潔機械如輪軸和斜面的工作原理和使用方法.過程與方法經(jīng)歷探究定滑輪、動滑輪工作特點的過程，進一步把握用觀察、對比來研究問題的方法.經(jīng)歷組裝滑輪組的過程，學(xué)會按要求組裝滑輪組.情感、態(tài)度與價值觀1.關(guān)心生活、生產(chǎn)中有關(guān)定滑輪、動滑輪、滑輪組、輪軸和斜面的實際使用.2.對實踐中的定滑輪、動滑輪、滑輪組及其他簡潔機械的工作特點有古怪???心.3.具有利用簡潔機械改善勞動條件的愿望.教學(xué)重點探究定滑輪、動滑輪的特點和應(yīng)用.教具預(yù)備多媒體課件、定滑輪、動滑輪、鉤碼、細繩、彈簧測力計、扳手、水龍頭、長木板等.教學(xué)難點會按要求組裝滑輪組，并畫出它的繞線教學(xué)課時1課時課前預(yù)習(xí)1.常見的滑輪分為定滑輪和動滑輪.中間的軸固定不動的滑輪叫定滑輪，軸和重物一起移動的滑輪叫動滑輪.2.升旗的時候，我們看到的旗手用力向下拉繩子，旗就升上去了，這是因為旗桿頂端有一個定滑輪.這個事例告訴我們，這種簡潔機械能夠轉(zhuǎn)變力的方向.3.使用動滑輪時，理論上可以省一半的力，但是不能轉(zhuǎn)變力的方向.4.常見的滑輪分為定滑輪和動滑輪.中間的軸固定不動的滑輪叫定滑輪，軸和重物一起移動的滑輪叫動滑輪.5.使用滑輪組時動滑輪和重物由n段繩子承擔(dān)，提起物體所用的力就是總重的.公式表示為F=.繩子自由端移動的距離是物體移動距離的n倍.6.輪軸可以看成是連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿，使用輪軸可以省力.使用斜面可以省力，在高度確定時，斜面越長越省力.鞏固復(fù)習(xí)老師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)上一課時內(nèi)容，并講解學(xué)生所做的課后作業(yè)，加強學(xué)生對學(xué)問的鞏固.學(xué)問拓展：滑輪是一種變形的杠桿，因為滑輪可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以滑輪可以看作是一個連續(xù)旋轉(zhuǎn)的杠桿.新課導(dǎo)入師同學(xué)們，我們在前面學(xué)習(xí)了杠桿，知道了杠桿的分類和特點.現(xiàn)實生活中我們還應(yīng)用了其他簡潔機械.如我們每周一升國旗，升旗手用力向下拉繩子，我們會看到國旗通過一種裝置緩緩上升；工人在一種裝置的幫忙下，居然用50N的力提起重95N的物體，你們知道這些裝置是什么嗎？生思考、討論.師像這種周邊有槽，能繞軸轉(zhuǎn)動的小輪，我們稱它為滑輪，那它有什么特點嗎？它們是如何工作的呢？我們學(xué)習(xí)了本課學(xué)問后，你們就會明白了.進行新課學(xué)問點1認識定滑輪和動滑輪師好，請大家先看教材P81圖12.2-1漫畫，并提出問題：為什么大人能將重物吊到二樓，孩子卻被重物吊了起來？生思考、發(fā)表看法.老師展示一架定滑輪、動滑輪裝置，并利用它們分別提起鉤碼，對滑輪的構(gòu)造簡潔介紹.引導(dǎo)學(xué)生留意觀察它們在工作過程中有什么不同？生：定滑輪工作時，軸不動，輪轉(zhuǎn)動；動滑輪工作時，軸隨著物體一起向上或向下運動.進行新課師回答正確.好，下面請大家分組探究定滑輪、動滑輪的特點.學(xué)生分組進行試驗探究（可參照教材P82《試驗》）.老師參與試驗指導(dǎo)，這樣便于降低學(xué)生試驗難度.設(shè)計表格（供參考）學(xué)生記錄數(shù)據(jù)，進行分析，得出結(jié)論.老師用多媒體播放課件“定滑輪和動滑輪的特點和實質(zhì)”，并講解.定滑輪和動滑輪的特點和實質(zhì)（多媒體課件）（1）定滑輪是一個等臂杠桿.圖甲中所示定滑輪兩邊的力與輪相切，中心軸為杠桿的支點，輪的直徑可以看作是一根硬棒，動力和阻力作用在直徑的兩端，動力臂等于阻力臂.留意：用定滑輪提升重物時，動力移動的距離等于重物升高的高度.（2）動滑輪是一個動力臂為阻力臂二倍的杠桿.如圖乙所示，動滑輪由于一邊懸于固定點，重物的重力作用線通過滑輪中心軸，滑輪的“支點”位于固定邊與輪相切的地方.過“支點”的輪的直徑相當于杠桿，重物的重力為作用在杠桿上的阻力，人施加的力為動力，因此動力臂是直徑，阻力臂是半徑，動力臂是阻力臂的二倍.特別?????提示：使用定滑輪不省力，F(xiàn)=G；使用動滑輪省一半的力，F(xiàn)=G.這均是抱負化的狀態(tài)，即不考慮滑輪與軸之間、繩與輪之間的摩擦以及動滑輪重力時的情況.要考慮這些因素，實際使用定滑輪不僅不省力，反而費勁；使用動滑輪也達不到省一半力的效果.學(xué)問總結(jié)：使用定滑輪和動滑輪的幾種情況（圖中物體全部勻速運動）定滑輪：圖示及表達式動滑輪：圖示及表達式進行新課師請同學(xué)結(jié)合剛才探究的結(jié)論，聯(lián)系實際事例，說說在什么情況下使用定滑輪？什么情況下使用動滑輪？學(xué)生回答：①需要轉(zhuǎn)變用力的方向時，使用定滑輪，如站在地面上升旗的裝置.②需要省力，用較小的力提起較重的物體時，使用動滑輪，如建筑工地上吊起建筑材料的裝置.例題1（用多媒體展示）一輛汽車不當心陷進了泥潭中，按如圖所示的甲、乙兩種方法安裝滑輪，均可將汽車從泥潭中拉出.假如汽車的動力比阻力小800N，則甲圖中人拉動汽車的拉力至少為N，乙圖中人拉動汽車的拉力至少為N，其中比較省力的是甲乙解析：圖甲是定滑輪，圖乙是動滑輪.由于定滑輪不省力，動滑輪省力.依據(jù)題目的已知條件，必需給汽車供應(yīng)至少800N的拉力，因此，假如利用甲圖，則人必需至少施加800N的力才能把汽車拖出泥潭.假如利用乙圖，人只需供應(yīng)400N的拉力即可拖出汽車.由此可見，乙圖更省力.答案：800400乙學(xué)問點2滑輪組師我們知道使用定滑輪可以轉(zhuǎn)變力的方向，使用動滑輪可以省力，那能否把二者的優(yōu)點都利用起來，組合在一起構(gòu)成一個新機械呢？生討論、交流.學(xué)生分組試驗進行探究，老師巡視指導(dǎo).學(xué)生完成試驗，交流試驗結(jié)論.師像這樣把定滑輪和動滑輪組合在一起就是滑輪組，當用滑輪組提升重物之間有何關(guān)系？請大家分組進行試驗探究，找出其關(guān)系.老師參與試驗指導(dǎo)，并在黑板上畫出甲、乙兩組不同的滑輪組，并演示組裝，然后請一名學(xué)生上臺用甲、乙兩個滑輪組將同一個鉤碼提起來.要求學(xué)生留意觀察、記錄彈簧測力計的示數(shù)，并說說甲、乙兩個滑輪組中動滑輪的繞線方法有何不同.師兩次示數(shù)不同的緣由是什么？學(xué)生觀察、討論后回答：承擔(dān)鉤碼的繩子段數(shù)不同.師你能數(shù)出有幾段繩子吊著鉤碼嗎？學(xué)生觀察、討論后進行回答：甲有2段，乙有3段.易錯提示：有的同學(xué)認為使用一個動滑輪能省一半的力，這是不對的.使用動滑輪能省一半力需滿意兩個條件：一是不考慮動滑輪重力及繩子與輪間的摩擦力；二是拉繩子的力的方向必需是豎直的（若滑輪水平放置，拉力的方向是水平的），且拉力作用在繩子上，阻力作用在動滑輪的軸上.兩個條件缺一不可.進行新課老師進一步引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)數(shù)繩子段數(shù)的方法：數(shù)繞在動滑輪上和固定在動滑輪上的繩子段數(shù).有幾段繩子吊著物體，拉力就是鉤碼重的幾分之一.但是在實際情況中動滑輪的重力不能忽略，所以在試驗中得出的拉力并不是鉤碼重的幾分之一，而是稍大于這個值.老師在黑板上畫出股數(shù)分別是2、3、4、5的滑輪組的繞法圖，如圖所示，讓學(xué)生數(shù)數(shù)是幾段繩子吊著物體，推斷滑輪組的省力情況.（讓學(xué)生體會相同數(shù)目的滑輪采用不同的繞線方式，承擔(dān)重物的繩子段數(shù)不同，導(dǎo)致省力多少不同.）老師讓學(xué)生觀察四個不同的繞法圖，引導(dǎo)學(xué)生找出其中的規(guī)律，得出關(guān)于繩子繞法的結(jié)論：奇動偶定（繩子的固定端在動滑輪上，則為奇數(shù)段繩子；繩子的固定端在定滑輪上，則為偶數(shù)段繩子），并且進一步總結(jié)出繩子自由端拉力移動距離s和物體上升的高度h之間的關(guān)系：s=nh.老師用多媒體播放課件“滑輪組的組裝”，并講解.滑輪組的組裝（多媒體課件）組裝滑輪組需要解決三個方面的問題：（1）確定承擔(dān)物重的繩子段數(shù).由滑輪組的省力情況或，可得承擔(dān)物重的繩子段數(shù)或，n應(yīng)取整數(shù)，且要采用進位法.也可以依據(jù)繩子自由端移動距離s與物體上升高度h之間的關(guān)系確定，即.規(guī)律總結(jié)：（1）使用滑輪組時，滑輪組用幾段繩子吊著物體，當不計動滑輪重、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（n為吊動滑輪和重物繩子段數(shù)）.若考慮動滑輪重G動，則為（當不計繩重及摩擦?xí)r）.（2）若物體升高距離h，則繩子自由端移動距離s=nh.（3）繩子自由端移動的速度v繩與物體移動的速度v物的關(guān)系式：.（4）確定承擔(dān)重物的繩子的段數(shù)n的方法.在定滑輪與動滑輪之間畫一條虛線，將它們隔離開，只計算繞動滑輪上的繩子段數(shù).在不考慮摩擦及動滑輪受到的重力的情況下，使用滑輪組時，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.進行新課（2）確定滑輪個數(shù).當承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n為偶數(shù)時，依據(jù)每個動滑輪有2段繩子承擔(dān)，則動滑輪個數(shù)為，定滑輪個數(shù)為，即比動滑輪少1個，若要轉(zhuǎn)變力的方向，則需要再加一個定滑輪，這時動滑輪和定滑輪個數(shù)相等.當n為奇數(shù)時，如不需要轉(zhuǎn)變力的方向，則動滑輪和定滑輪個數(shù)相等，均為；若要轉(zhuǎn)變力的方向，則需要再加1個定滑輪，即動滑輪個數(shù)為，定滑輪個數(shù)為.滑輪組中動滑輪和定滑輪的個數(shù)可按“一動配確定，偶數(shù)減確定，變向加確定”的方法確定.（3）確定繩子的起點.當承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n為偶數(shù)時，繩子的起點在定滑輪上；當承擔(dān)物重的繩子段數(shù)n為奇數(shù)時，繩子的起點在動滑輪上.即按“奇動偶定”的方法確定.例題2（用多媒體展示）同一物體沿相同水平地面做勻速移動，如圖所示，拉力分別為，不計滑輪與輕繩間的摩擦，比較它們的大小，則（）A.B.C.D.解析：甲圖為一個定滑輪，因為定滑輪不省力，故拉力大小等于阻力f，即；圖乙是動滑輪，省一半的力，故拉力；圖丙由一個定滑輪和一個動滑輪組成，由三段繩子承擔(dān)，故拉力.綜上所述，符合題意的是B項.答案：B例題3(用多媒體展示)電氣化鐵路的高壓輸電線，無論嚴冬還是盛夏都要繃直，才能使高壓線與列車的電極接觸良好，這就必需對高壓線施加恒定的拉力.為此，工程師設(shè)計了如圖所示的恒定拉力系統(tǒng)，其簡化原理圖如圖所示.實際測量得到每個水泥塊的體積為1.5×10-2m3，共懸掛20個水泥塊.已知水泥塊的密度為2.6×103kg/m3，g取10N/kg.進行新課（1）請指出圖中的動滑輪、定滑輪；（2）每個水泥塊的重力是多少？（3）滑輪組對高壓線的拉力是多大？解：(1)圖中C是動滑輪，A、B是定滑輪.（2）每個水泥塊質(zhì)量.每個水泥塊的重力為.(3)水泥塊對鋼絲繩的拉力為F1=20G1=20×390N=7.8×103N.由圖可知，動滑輪由3段繩子承擔(dān)，所以滑輪組對高壓輸電線的拉力為F2=3F1=3×7.8×103N=2.34×104N.學(xué)問點3輪軸和斜面1.輪軸師同學(xué)們通過閱讀教材P83《科學(xué)世界》及圖12.2-5中實例，歸納它們的共同特征，總結(jié)出輪軸的概念.生1：由一個軸和一個大輪組成，并能繞共同的軸線轉(zhuǎn)動的簡潔機械叫輪軸.生2：輪軸上中間靠近轉(zhuǎn)動軸線半徑較小的是軸，離軸線較遠半徑較大的是輪.生3：動力一般是作用在輪上，阻力作用在軸上，因此，輪軸是省力機械.老師引導(dǎo)學(xué)生分析：輪軸也相當于一個杠桿.（如圖）輪和軸的中心O點是支點，作用在輪上的力F1是動力，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，F(xiàn)1＜F2，所以輪軸省力.板書：輪軸：由一個軸和一個大輪組成能繞共同的軸線轉(zhuǎn)動的簡潔機械，實質(zhì)是一個可以連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿，使用輪軸可以省力.留意：輪軸使用時，當輪半徑是軸半徑的n倍時，在不計摩擦情況下，作用在輪上的力的大小為作用在軸上的力的大小的n分之一.師輪軸在生活中的應(yīng)用也有許多，你發(fā)覺四周還有哪些物體是輪軸？生1：用螺絲刀擰螺絲時，手抓的木柄較粗的部分是輪，金屬桿部分較細的是軸，因此螺絲刀擰螺絲是輪軸.生2：拖拉機或汽車用人工發(fā)動時使用的搖把也是一個輪軸.生3：電視中見過以前農(nóng)村常用的轆轤也是輪軸.生4：卷揚機的搖桿也是輪軸.2.斜面師了解了輪軸，再來討論斜面為什么也是簡潔機械，這種簡潔機械對我們有什么用呢？請同學(xué)們想想騎自行車上坡直線行駛和彎曲行駛時的情景，然后按教材P84圖12.2-6的模擬試驗做一做.特別?????提示：使用輪軸時，當動力作用在輪上，用于省力；當動力作用在軸上是費勁的，但能省距離.進行新課（學(xué)生操作、討論，然后交流）生1：使用斜面看起來是費了距離，但是省了力，假如從山下直通山頂需要很大的力，不簡潔爬上去，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頂.生2：我們常見的螺絲釘就可以認為是一種斜面.板書：斜面：是一個費了距離但能省力的簡潔機械.留意：斜面長是斜面高度的n倍時，在不計摩擦的情況下，所用的推力為物重的n分之一.師斜面在生活和生產(chǎn)中也有許多的應(yīng)用，期望同學(xué)們留心觀察，做生活的有心人.例題3人們在生產(chǎn)勞動的過程中表現(xiàn)出了非凡的制造性和聰慧才智.如圖甲是使用扳手擰螺母，它其實是一個，當作用在手柄上的力為F1時，則擰開螺母的力F2F1（選填“＞”“＝”或“＜”）.如圖乙是工人師傅將貨物搬運到車上的情形，工人師傅這么做利用的科學(xué)學(xué)問是.解析：圖甲中的扳手可以看成是一個輪軸，當動力作用在輪上時可以省力，即在手柄處用一個較小的力可以在螺母處產(chǎn)生一個較大的力.圖乙中的裝置是一個斜面，使用它可以省力.答案：輪軸＞斜面省力教學(xué)板書1.列表比較定滑輪和動滑輪2.規(guī)律總結(jié)：1.抱負情況下斜面公式：Fl=Gh.2.斜面是一種省力的簡潔機械，斜面的傾角越小越省力，可見在高度確定的情況下，斜面越長越省力.課堂小結(jié)通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們共同學(xué)習(xí)了定滑輪、動滑輪的特點，知道了定滑輪不省力，但能轉(zhuǎn)變力的方向；動滑輪省一半的力，但要移動兩倍的距離.同時，我們學(xué)習(xí)了滑輪組的特點和組裝；了解了輪軸和斜面這兩種簡潔的機械和使用方法；我們還知道省力的機械就必定費距離，省距離的機械必定費勁，沒有一種機械既省力又省距離.總之，使用機械給我們的生活、生產(chǎn)帶來了便利.教材習(xí)題解答想想議議（P81)如圖12.2-1，大人利用滑輪將重物吊到二樓，孩子想幫忙，卻把自己吊了上去.想想看，為什么會毀滅這樣的笑話？你能解釋其中的道理嗎？解答：定滑輪只能轉(zhuǎn)變動力方向，不能省力，物體間力的作用是相互的，一個人向下拉繩子的最大拉力只能等于人的體重.在漫畫中，大人的體重大于物體重力，大人向下的拉力大于物體重力，可以將重物提起；小孩的體重小于物體重力，物體會將小孩拉起.動手動腦學(xué)物理（P84）1.物體重1000N，假如用一個定滑輪提起它，需要用多大的力？假如用一個動滑輪提起它，又要用多大的力（不計摩擦及滑輪自重）？2.認真觀察自行車，看看它上面有幾種簡潔機械，分別說明它們各起到了什么作用.3.解釋圖12.2-1的科學(xué)漫畫.一個人要拉起比他體重大的重物，用定滑輪行嗎？應(yīng)當怎么辦？4.利用如圖12.2-7甲所示的滑輪組提起一個重為2000N的物體，不計摩擦及滑輪自重，繩子的拉力F等于多少？假如要用這個滑輪組達到更加省力的效果，繩子應(yīng)當怎樣繞？請在圖12.2-7乙中畫出繩子的繞法，并計算此時拉力的大小.1.解答：當用定滑輪時，F(xiàn)=G=1000N;當用動滑輪時，F(xiàn)=G=500N.2.解答：自行車的齒盤的飛輪可以看成是定滑輪，中軸和踏板可以看成輪軸.自行車的車把，說它是輪軸可以，說它是杠桿也可以，它們分別起轉(zhuǎn)變力的方向和省力的作用.3.解答：定滑輪只能轉(zhuǎn)變動力方向，不能省力，物體間力的作用是相互的，一個人向下拉繩子的最大拉力只能等于人的體重.一個人要拉起比他體重大的物體，不能用定滑輪，應(yīng)當用滑輪組，既可以省力，又可以轉(zhuǎn)變方向.解題技巧：首先確定哪是定滑輪，哪是動滑輪，然后據(jù)繩子上的拉力與重力的關(guān)系，用重力為“橋梁”比較拉力的大小.動滑輪繩子上的拉力總比軸上的小.課外拓展：動植物為我們供應(yīng)了大量的食物，食物中儲存了大量的化學(xué)能，人體所需的能量主要來自于食物，植物的秸稈也儲存了化學(xué)能，秸稈的燃燒能釋放出內(nèi)能，為人類日常生活供應(yīng)能量.它們都屬于生物質(zhì)能.解題技巧：首先確定哪是定滑輪，哪是動滑輪，然后據(jù)繩子上的拉力與重力的關(guān)系，用重力為“橋梁”比較拉力的大小.動滑輪繩子上的拉力總比軸上的小.教材習(xí)題解答4.解答：更省力時繩子繞法如圖乙，此時難題解答例題5把質(zhì)量相等的A、B兩物體掛在如圖所示的滑輪組下面，不計繩子、滑輪的重力和摩擦，放手后（）A.A上升B.A下降C.A、B均靜止D.無法推斷解析：在不計