12-2 滑輪 教學(xué)設(shè)計 初中物理新人教版八年級下冊（2022~2023學(xué)年）

12.2滑輪（教案）年級八年級授課時間課題第2節(jié)滑輪教學(xué)目標(biāo)1.認(rèn)識定滑輪和動滑輪。2.知道定滑輪、動滑輪的特點，并能根據(jù)需要選擇合適的滑輪解決實際問題。3.會安裝滑輪組，并能根據(jù)安裝情況分析施加的拉力大小與物重的關(guān)系。教材分析本節(jié)是在學(xué)習(xí)了二力平衡、功和功率、杠桿這些知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是對功和功率學(xué)習(xí)的延續(xù)，是對簡單機(jī)械學(xué)習(xí)的深化。它為機(jī)械成效率的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，是本章的核心內(nèi)容之一。本節(jié)內(nèi)容由“定滑輪和動滑輪”和“滑輪組”兩部分構(gòu)成。教學(xué)的重點是研究定滑輪和動滑輪的特點，教學(xué)的難點是滑輪組。要引導(dǎo)學(xué)生完成好研究定滑輪和動滑輪特點的實驗，讓學(xué)生親身體驗，找出定滑輪和動滑輪的特點，加深對滑輪的認(rèn)識，并為學(xué)習(xí)滑輪組作好知識儲備。學(xué)生通過實驗總結(jié)出定滑輪、動滑輪的作用和特點后，要通過對比（是否省力，是否可以改變力的方向，是否省距離）找出它們各自的優(yōu)缺點，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生辯證地認(rèn)識事物的意識和習(xí)慣。對于滑輪組的特點，可在教科書的基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的拓展，為學(xué)習(xí)滑輪組的機(jī)械效率作好鋪墊，分散教學(xué)的難點。另外，“科學(xué)世界”欄目介紹了輪軸和斜面兩種常見的簡單機(jī)械，可以引導(dǎo)學(xué)生通過自主閱讀對它們有所了解。教學(xué)器材教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動導(dǎo)入新課【播放圖片，提出問題】①胖子與瘦子在提米的過程中，使用了什么工具？為何會出現(xiàn)這種情況？②除了杠桿之外，滑輪也是一種常見的簡單機(jī)械，它在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛。同學(xué)們在生活中還見過哪些滑輪？使用滑輪有什么特點呢？今天我們一起學(xué)習(xí)《12.2滑輪》。學(xué)習(xí)新課一、定滑輪和動滑輪【播放圖片，提出問題】觀察滑輪的結(jié)構(gòu)，什么是滑輪？滑輪1.滑輪是一個周邊有槽，能繞軸轉(zhuǎn)動的小輪?！咀穯枴科鞐U頂部的滑輪與起重機(jī)下面吊物體的滑輪，它們在使用上有什么不同呢？【給出滑輪的種類】國旗上升時，旗桿頂端的滑輪軸不隨物體一起移動，叫定滑輪。貨物上升時，起重機(jī)下面的滑輪軸隨物體一起移動，叫動滑輪。2.滑輪有兩種：定滑輪和動滑輪。定滑輪動滑輪3.定滑輪【提出問題】使用定滑輪是否省力（或更費力）？使用定滑輪是否省距離（或需要移動更大的距離）？（1）實驗——探究定滑輪的特點【設(shè)計實驗】①實驗器材：鐵架臺、定滑輪、細(xì)線、鉤碼、刻度尺、彈簧測力計。②把定滑輪固定在鐵架臺上，鉤碼掛在細(xì)線的一端；彈簧測力計掛在細(xì)線的另一端，用力緩慢拉動彈簧測力計向下勻速運動。記錄拉力的大小、鉤碼上升的距離、拉力移動的距離及拉力的方向?！具M(jìn)行實驗】甲乙丙①用彈簧測力計直接測出鉤碼的重力（圖甲）。②使用定滑輪緩緩提升鉤碼，記錄整個過程中拉力的大小F、鉤碼上升的距離h物、拉力移動的距離s繩及拉力的方向（圖乙）。③如圖丙所示，用彈簧測力計豎直拉升、斜著拉升，改變拉力的方向，觀察拉力大小。實驗數(shù)據(jù)：物重G/N物體移動方向物體移動距離h/m拉力F/N拉力方向拉力移動距離s/m1豎直向上0.51豎直向下0.51豎直向上0.41斜向下0.41豎直向上0.61豎直向下0.6【分析論證】①拉力與重力的大小關(guān)系：F=G，即使用定滑輪不省力。②拉力的方向：可以改變。③拉力（繩末端）移動距離S繩與鉤碼上升高度h物的關(guān)系：S繩=h物.【實驗結(jié)論】使用定滑輪不省力；不省距離，可以改變力的方向。（2）定滑輪的實質(zhì)——等臂杠桿如圖甲所示，支點在軸心O處，拉力F1是動力，重物的拉力是阻力F2；兩個力臂l1、l2都等于輪半徑。根據(jù)杠桿的平衡條件：F1l1=F2l2因為l1＝l2，所以F1＝F2＝G（不計摩擦）.改變拉力方向，力臂不變，還是等臂杠桿，F(xiàn)＝G。所以使用定滑輪，無論拉力方向怎樣改變，拉力的大小不變。繩子自由端移動的距離S和物體升高的高度h相等：S繩=h物甲乙（3）用平衡力的知識研究定滑輪的特點如圖乙所示，在忽略摩擦的情況下，物體受到重力G和拉力F的作用。由于物體勻速上升，所以拉力F跟物體的重力G是一對平衡力，則：F＝G。物體向上運動，用力的方向向下，所以，使用定滑輪能改變力的方向.【歸納結(jié)論】使用定滑輪不省力，可以改變力的方向?！静シ乓曨l】——《探究定滑輪的特點》【例題1】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(guān)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。甲乙【答案】①拉力、重力；②F1=F2=F3；③可以改變力的方向?！窘馕觥竣儆萌鐖D甲所示裝置研究定滑輪的特點，需要測量的物理量是彈簧測力計對繩子末端的拉力和物體的重力.②圖乙是一個定滑輪，使用定滑輪不省力，所以F1=F2=F3.③定滑輪可以改變力的方向，能夠方便我們升降國旗。4.動滑輪我們還可以像下圖所示，使用動滑輪把物體提到高處。動滑輪動滑輪起重機(jī)的動滑輪【提出問題】使用動滑輪是否省力（或費力）？使用動滑輪是否省距離（或需要移動更大的距離）？（1）實驗探究——動滑輪的特點【設(shè)計實驗】①實驗器材：鐵架臺、動滑輪、細(xì)線、鉤碼、刻度尺、彈簧測力計②把繩子一端固定在鐵架臺上，另一端通過動滑輪掛在測力計的掛鉤上；鉤碼掛在動滑輪的軸上，用力緩慢拉動彈簧測力計豎直向上勻速運動。記錄整個過程中用力大小、鉤碼升高的距離及拉力移動的距離?！具M(jìn)行實驗】①用彈簧測力計直接測出鉤碼的重力；②使用彈簧測力計緩緩豎直向上拉動滑輪提升鉤碼，記錄整個過程中用力大小F、鉤碼升高的距離h及拉力移動的距離s。③將測量結(jié)果填入表格。改變鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實驗過程。注意：單獨使用動滑輪時，拉力的方向為豎直向上即物體運動的方向與拉力的方向朝向一致。實驗數(shù)據(jù)：物重G/N物體移動方向物體移動距離h/m拉力F/N拉力方向拉力移動距離s/m2豎直向上0.41.1豎直向下0.82豎直向上0.31.2豎直向下0.61豎直向上0.20.6豎直向下0.4【分析論證】①拉力與重力的關(guān)系：F＜G，即使用動滑輪省力。若不計動滑輪的重力及摩擦力時，則拉力：F=G/2。②拉力的方向：不能改變。③拉力（繩末端）移動距離S與鉤碼上升高度h的關(guān)系：S繩=2h物。【歸納結(jié)論】使用動滑輪可以省力，但不改變力的方向，且費距離。（2）動滑輪的實質(zhì)動滑輪的實質(zhì)是一個動力臂為阻力臂二倍的杠桿。如圖所示，動滑輪相當(dāng)于一根杠桿，支點在繩和輪相切的O處；拉力F1是動力，重物的拉力是阻力F2；動力臂l1是輪直徑、阻力臂l2是輪半徑。根據(jù)杠桿的平衡條件：F1.l1=F2.l2因為l1＝2l2，所以F1＝EQ\F(1,2)F2＝EQ\F(1,2)G（不計摩擦和動滑輪重）繩子自由端移動的距離S繩和物體升高的高度h物的關(guān)系：S繩=2h物動滑輪的實質(zhì)物體的受力分析（3）用平衡力的知識研究動滑輪的特點EQ\F(1,2)GEQ\F(1,2)【播放視頻】——《探究動滑輪的特點》【提出問題】這個故事中使用的是什么滑輪？為什么瘦子會被吊起來？【分析】圖中滑輪為定滑輪。胖子對繩子的拉力與物體的重力大小相等，且胖子重力大于物體重力，因此胖子可將物體通過定滑輪吊到二樓。而瘦子對繩子的拉力小于物體的重力，且瘦子的重力小于物體的重力，因此瘦子被吊到二樓。【例題2】一輛小汽車陷進(jìn)了泥潭，司機(jī)按如圖所示的甲、乙兩種方式安裝滑輪，均能將小汽車從泥潭中拉出，甲方式中滑輪的作用是__________；設(shè)兩種方式將汽車?yán)龅淖钚×Ψ謩e是F1、F2，則F1____F2（均選填“＞”、“＜”或“=”）?！敬鸢浮扛淖兞Φ姆较?，＞。【解析】甲方式中的滑輪是一個定滑輪，不省力，可以改變力的方向。乙方式中的滑輪是一個動滑輪，省力，不能改變力的方向。汽車受到的阻力為f是不變的，則F1=f，F(xiàn)2=f/2，所以F1＞F2.5.定滑輪和動滑輪的區(qū)別機(jī)械名稱機(jī)械名稱定義實質(zhì)特點定滑輪滑輪軸固定不動等臂杠桿不省力，能改變力的方向動滑輪滑輪和重物一起移動動力臂是阻力臂二倍的杠桿能省力，不能改變力的方向記錄實驗數(shù)據(jù).定滑輪的實質(zhì)是等臂杠桿用杠桿的平衡條件推導(dǎo)出動滑輪的特點，知道動滑輪的實質(zhì)是一個動力臂為阻力臂二倍的杠桿。從結(jié)構(gòu)、使用的特點兩方面區(qū)分定滑輪和動滑輪。學(xué)習(xí)新課二、滑輪組【提出問題】我們知道：定滑輪可以改變力的方向，但不能省力。動滑輪可以省力，但不能改變力的方向。能否得到這樣一種機(jī)械，它既可以省力，又可以改變力的方向呢？1.滑輪組把定滑輪和動滑輪組合在一起，就構(gòu)成了滑輪組。2.由一個定滑輪和一個動滑輪組成滑輪組的省力與費距離情況【提出問題】由一個定滑輪和一個動滑輪組成滑輪組有幾種組合？這樣的組合各有什么特點？【分析】①繩端的固定點不同：甲固定在動滑輪的軸上，乙固定在定滑輪的軸上。②拉力的方向不同：甲通過動滑輪向上，乙通過定滑輪向下。甲甲乙（1）甲滑輪組的省力與費距離的情況：【分析】動滑輪受四個力的作用而平衡，得出F1+F2+F=G物。甲圖中的重物由三段繩子通過動滑輪吊著，若物體升高的距離為h時，則每段繩子都要縮短h，三段繩子縮短的距離都要被拉力拉走，所以拉力移動的距離為s=3h。甲甲乙（2）乙滑輪組的省力與費距離的情況圖中的重物由二段繩子通過動滑輪吊著，若物體升高的距離為h時，則每段繩子都要縮短h，所以拉力移動的距離為2h。3.由兩個定滑輪和兩個動滑輪組成滑輪組的省力與費距離情況丙丙?。?）丙滑輪組的省力與費距離的情況（不計動滑輪重和摩擦）：丙丙?。?）丁滑輪組的省力與費距離的情況（不計動滑輪重和摩擦）：EQ\F(1,5)G【答案】見右圖?！窘馕觥坷@線方法見圖。動滑輪上的繩子股數(shù)有3段，所以拉力的大小為：F＝EQ\F(1,n)G=EQ\F(300N,3)=100N人拉繩子的長度：s=nh=3m×3=9m【例題4】分別使用圖中四種裝置勻速提升同一重物，不計滑輪重、繩重和摩擦，最省力的是（）AABCD【答案】A。【解析】A．承重繩子的段數(shù)n=3，則拉力F1＝EQ\F(1,3)GB．承重繩子的段數(shù)n=2，則拉力F2＝EQ\F(1,2)GC．定滑輪相當(dāng)于等臂杠桿，則拉力F3=D．動滑輪相當(dāng)于省力杠桿，則拉力F4＝EQ\F(1,2)G綜上，四種裝置勻速提升同一重物，最省力的是A中的裝置。與老師一起分析由一個定滑輪和一個動滑輪組成的兩種滑輪組的使用特點。歸納出滑輪組使用的普遍規(guī)律.做例題并進(jìn)行交流，學(xué)生代表回答。做例題并進(jìn)行交流，學(xué)生代表回答。學(xué)習(xí)新課三、輪軸和斜面1.輪軸【根據(jù)圖片進(jìn)行講解】①輪軸的組成：由兩個半徑不等的圓柱固定在同一軸線上組成，大的稱為輪，小的稱為軸。②輪軸省力原理【師生分析】輪軸可以看成一個可連續(xù)轉(zhuǎn)動的不等臂杠桿。如圖所示，輪軸作為杠桿的支點在軸心0，輪半徑R是動力臂，軸半徑r是阻力臂。根據(jù)杠桿的平衡條件：F1R=F2r得：F1R=Gr因為R>r，所以F1<G?！窘Y(jié)論】當(dāng)動力作用在輪上時，輪軸是一個省力杠桿，但費距離。③生活中的一些輪軸2.斜面①斜面：是一個與水平面成一定夾角的的傾斜平面。②斜面省力原理【師生分析】如圖所示，把重為G的物體，沿著長為l，高為h的斜面，用大小為F的力推上去的過程中：光滑的斜面光滑的斜面根據(jù)功的原理，如果不計斜面和物體的摩擦，則Gh=FL，所以F=Gh/L【結(jié)論】斜面長是斜面高的幾倍，拉力就是物體重力的幾分之一。斜面是一種省力的機(jī)械。③螺旋——特殊的斜面螺旋可以看做是繞在圓柱上的斜面，除了省力，還可以將旋轉(zhuǎn)運動與沿軸向運動進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化。千斤頂千斤頂木螺絲閱讀教材有關(guān)內(nèi)容p83，與老師共同分析歸納出輪軸的省力原理.與老師共同分析歸納出斜面的省力原理.課堂練習(xí)課堂練習(xí)1．小剛站在地面上想要緩慢提升重物，在圖中畫出一種可行的細(xì)繩繞系方案。圖1圖2【答案】見圖2。【解析】由小剛站在地面上可知，繩子自由端的拉力方向應(yīng)向下，則繩子應(yīng)先系在定滑輪的掛鉤上，然后再繞過下面的動滑輪，再向上繞到定滑輪上，如圖所示。2.在圖中用線代表繩子，將三個滑輪連成省力的滑輪組，要求人用力往下拉繩使重物升起，且繞線符合圖中要求。【答案】右圖?！窘馕觥坑蓤D可知，物體上升的高度為0.5m，繩子自由端通過的距離為1.5m，繩子自由端通過的距離為物體上升高度的3倍，則有三段繩子拉著動滑輪。先把繩子固定在動滑輪的上面的掛鉤上，然后依次連接下面的定滑輪、動滑輪、最上面的定滑輪，連接到人的手上，如圖所示。3．用如圖3所示的滑輪將重3N的物體A勻速提升10cm，如果動滑輪的重為1N，忽略摩擦，則下列說法正確的是（）A.拉力F=1.5NB.拉力F=2NC.繩子向上移動的距離為10cmD.繩子向上移動的距離為5cm【答案】B?！窘馕觥窟@是一個動滑輪，不計摩擦，所用拉力是物重與動滑輪重力之和的二分之一，即F＝EQ\F(1,2)（G+G動）＝EQ\F(1,2)（3N+1N）=2N繩子自由端移動的距離是物體升高距離的2倍，為20cm。所以選B。圖圖3圖44.分別用圖4中所示的裝置甲和乙把同一重物吊到同一高度時（）A．用裝置甲吊起重物比用裝置乙省力B．用裝置乙吊起重物比用裝置甲省力C．用裝置甲或裝置乙吊起重物所用拉力相同D．用裝置乙吊起重物，動力移動的距離比用裝置甲小【答案】B?！窘馕觥看藞D是滑輪組，忽略摩擦力和繩重，甲圖繞在動滑輪上的繩子有2股，則F甲=12G+G動；故用裝置乙吊起重物比用裝置甲省力；動力移動的距離甲圖為2h，乙圖為3h，故ACD不符合題意，B符合題意。所以選B。5.如圖5所示，用大小為500N的拉力F通過滑輪組將重為800N的物體勻速提升10cm，不計繩重與摩擦，拉力F移動的距離為

cm，動滑輪重力是

N?！敬鸢浮?0，200.【解析】由題圖可知，動滑輪上的繩子股數(shù)n=2，則拉力F移動的距離s=2h=2×10cm=20cm，不計繩重及摩擦，由F=(G+G動)/2可得動滑輪的重力：G動=2F-G=2×500N-800N=200N。圖5圖66.如圖6所示，用20N的拉力向上拉動繩子，使重為50N的物體5s內(nèi)勻速升高5m（不計繩重和摩擦）。則下列說法不正確的是（）A.繩子自由端移動的距離為15mB.動滑輪重為10NC.物體上升的速度為1m/sD.繩子自由端拉動的速度為6m/s【答案】D.【解析】A.由圖知n=3，繩子自由端移動距離s=3h=3×5m=15m，故A正確；B.不計繩重和摩擦，拉力F=(G+G動)/3，則動滑輪的重力：G動=3F-G=3×20N-50N=10N，故B正確；CD.物體上升的速度v物=h/t=5m/5s=1m/s，繩子自由端拉動的速度：v=3v物=3×1m/s=3m/s，故C正確、D錯誤。所以選D。7．物體的重力為G，用滑輪組把它提上來，在繞過滑輪組的繩子的一端所用的力是G/5，最少需要的定滑輪和動滑輪數(shù)分別為（）A．兩個定滑輪和兩個動滑輪B．一個定滑輪和兩個動滑輪C．一個定滑輪和一個動滑輪D．兩個定滑輪和一個動滑輪【答案】A.【解析】繩子股數(shù)n=5，即作用在動滑輪上的繩子股數(shù)為5，則最少需要2個動滑輪和2個定滑輪。繞繩的方法見圖7。所以選A.圖7圖88.一名重為600N的建筑工人想把建筑材料提升至樓頂。請你利用三個滑輪幫他組裝一個滑輪組，使站在地面上的他每次能夠提升盡可能多的建筑材料，已知每個滑輪的重均為20N，繩子能夠承受足夠大的拉力。畫出你設(shè)計的滑輪組，并求出他每次最多能夠提起的建筑材料的重力?！敬鸢浮咳鐖D8所示；1780N.【解析】根據(jù)題意設(shè)計的滑輪組如答案圖所示。因為建筑工人每次最多能夠施加的拉力等于其重力，而拉力F=1n所以G物=nF-G動=3×600N-20N=1780N9.如圖所示，在繩子自由端拉力F作用下重為20N的物體沿水平面以0.01m/s的速度勻速行駛20s，受到的摩擦力為30N。拉力F=N，繩子自由端拉動的速度是

m/s。（忽略繩子和滑輪的重力及輪與軸、繩子與滑輪間的摩擦）【答案】10，0.03.【解析】由題圖知，動滑輪繩子股數(shù)n=3，摩擦力為f=30N，則拉力F＝EQ\F(1,3)f=EQ\F(30N,3)=10N物體運動的速度v物=0.01m/s，繩子自由端拉動的速度是vF=3v物=3×0.01m/s=0.03m/s10.工人用如圖所示的滑輪組運送建材上樓，每次運送量不定，滑輪與鋼繩間的摩擦力及繩重忽略不計。若某一次