《滑轮》教学设计.docx

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《滑轮》教学设计

《滑轮》教学设计

一、教学目标

（一）知识与技能

1．能识别定滑轮和动滑轮，了解定滑轮和动滑轮的特点。

2．能根据实际需要选择合适的滑轮解决实际问题。

3．会安装滑轮组，并能根据安装情况分析施加的拉力与物重的关系。

（二）过程与方法

1．经历探究定滑轮和动滑轮工作特点的过程，进一步掌握用观察和对比来研究问题的方法。

2．经历组装滑轮组的过程，学会按要求组装滑轮组的方法。

（三）情感态度与价值观

1．对实际中的滑轮的工作特点具有好奇心，关心生活、生产中有关滑轮的实际应用。

2．具有对现实生活中简单机械的应用是否合理进行评价的意识，具有利用简单机械改善劳动条件的愿望。

3．通过了解简单机械的应用，初步认识科学技术对人类社会发展的作用。

二、教学重难点

重点：

研究定滑轮、动滑轮的特点。

难点：

判断滑轮组的省力情况，会根据实际要求组装简单的滑轮组。

【巩固复习】

教师引导学生复习上一课时内容，并讲解学生所做的课后作业，加强学生对知识的巩固.

【新课引入】

师同学们，我们在前面学习了杠杆，知道了杠杆的分类和特点.现实生活中我们还应用了其他简单机械.如我们每周一升国旗，升旗手用力向下拉绳子，我们会看到国旗缓缓上升；工人在动滑轮的帮助下，居然用50N的力提起重95N的物体，你知道这些是应用了什么吗？

生思考、讨论.教师对学生的回答先不急于解答.

师你们知道定滑轮和动滑轮有什么特点吗？

它们是如何工作的呢？

我们学习了本课知识后，你就会明白了.

【进行新课】

认识定滑轮和动滑轮

师好，请大家先看教材P81页图12.2-1漫画，并提出问题：

为什么大人能将重物吊到二楼，孩子却被重物吊了起来？

生思考、发表看法.

教师展示一架定滑轮、动滑轮装置，并利用它们分别提起钩码，对滑轮的构造简单介绍.引导学生注意观察它们在工作过程中有什么不同？

生：

定滑轮工作时，轴不动，轮转动；动滑轮工作时，轴随着物体一起上或下运动.师回答正确.好，下面请大家分组探究定滑轮、动滑轮的特点.

学生分组进行实验探究（可参照教材P82页《实验》）.教师参与实验指导，这样便于降低学生实验难度.

设计表格（供参考）

学生记录数据，进行分析，得出结论.

教师用多媒体播放课件“定滑轮和动滑轮的特点和实质”，并讲解.

定滑轮和动滑轮的特点和实质（多媒体课件）

（1）定滑轮是一个等臂杠杆.图甲中所示定滑轮两边的力与轮相切，中心轴为杠杆的支点，轮的直径可以看做是一根硬棒，动力和阻力作用在直径的两端，动力臂等于阻力臂.注意：

用定滑轮提升重物时，动力移动的距离等于重物升高的高度.

（2）动滑轮是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆.如图乙所示，动滑轮由于一边悬于固定点，重物的重力作用线通过滑轮中心轴，滑轮的“支点”位于固定边与轮相切的地方.过“支点”的轮的直径相当于杠杆，重物的重力为作用在杠杆上的阻力，人施加的力为动力，因此动力臂是直径，阻力臂是半径，动力臂是阻力臂的二倍.

板书：

定滑轮

定义：

使用时，轴固定不动的滑轮

实质：

等臂杠杆

特点：

不能省力，但可以改变动力的方向

动滑轮

定义：

工作时，轴随物体一起运动的滑轮

实质：

动力臂为阻力臂2倍的杠杆

特点：

能省力，但要多移动距离

师请同学结合刚才探究的结论，联系实际事例，说说在什么情况下使用定滑轮？

什么情况下使用动滑轮？

学生回答：

①需要改变用力的方向时，使用定滑轮，如站在地面上升旗的装置.②需要省力，用较小的力提起较重的物体时，使用动滑轮，如建筑工地上吊起建筑材料的装置.

例题1（用多媒体展示）一辆汽车不小心陷进了泥潭中，按如图所示的甲、乙两种方法安装滑轮，均可将汽车从泥潭中拉出.如果汽车的动力比阻力小800N，则甲图中人拉动汽车的拉力至少为_____N，乙图中人拉动汽车的拉力至少为_____N，其中比较省力的是_____图.（绳与滑轮间的摩擦不计）

解析：

图甲是定滑轮，图乙是动滑轮.由于定滑轮不省力，动滑轮省力.根据题目的已知条件，必须给汽车提供至少800N的拉力，因此，如果利用甲图，则人必须至少施加800N的力才能把汽车拖出泥潭.如果使用乙图，人只需提供400N的拉力即可拖出汽车.由此可见，乙图更省力.

答案：

800400乙

定滑轮和动滑轮的综合运用

教师引导学生思考：

定滑轮可以任意改变力的方向；那么动滑轮是否能在任何时候都可以省一半的力？

学生猜想：

这是肯定的，因为动滑轮是动力臂为阻力臂2倍的杠杆.

教师出示以下例题，帮助学生纠正错误观点.

例题2（用多媒体展示）如图所示，某同学用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体.不计摩擦，则该同学所用拉力F的可能值是（）

A.20NB.25NC.30ND.35N

解析：

利用动滑轮提升物体时能省一半的力是有条件的，那就是自由端拉力的方向应与阻力方向相反，且在一条直线上，从图示装置看，力F的大小要大于动滑轮与重物总重的一半，答案为D.

答案：

D

知识点3滑轮组

师我们知道使用定滑轮可以改变力的方向，使用动滑轮可以省力，那能否把二者的优点都利用起来，组合在一起构成一个新机械呢？

生讨论、交流.

师请同学们按你们的设想，将刚才的一个定滑轮、一个动滑轮组合起来，看哪一组做的又好又快，并且进行实验，来验证是否既省力，又可以改变力的方向.

学生分组实验进行探究，教师巡视指导.学生完成实验，交流实验结论.

师像这样把定滑轮和动滑轮组合在一起就是滑轮组，当用滑轮组提升重物时拉力与物重之间有何关系？

请大家分组进行实验探究，找出其关系.

教师参与实验指导，并在黑板上画出甲、乙两组不同的滑轮组，并演示组装，然后请一名学生上台用甲、乙两个滑轮组将同一个钩码提起来.

要求学生注意观察、记录弹簧测力计的示数，并说说甲、乙两个滑轮组中动滑轮的绕线方法有何不同.

师两次示数不同的原因是什么？

学生观察、讨论后回答：

承担钩码的绳子段数不同.

师你能数出有几段绳子吊着钩码吗？

学生观察、讨论后进行回答：

甲有2段，乙有3段.

教师进一步引导学生总结数绳子段数的方法：

数绕在动滑轮上和固定在动滑轮上的绳子段数.有几段绳子吊着物体，拉力就是钩码重的几分之一.但是在实际情况中动滑轮的重力不能忽略，所以在实验中得出的拉力并不是钩码重的几分之一，而是稍大于这个值.

教师在黑板上画出股数分别是2、3、4、5的滑轮组的绕法图，如图所示，让学生数数是几段绳子吊着物体，判断滑轮组的省力情况.（让学生体会相同数目的滑轮采用不同的绕线方式，承担重物的绳子段数不同，导致省力多少不同.）

教师让学生观察四个不同的绕法图，引导学生找出其中的规律，得出关于绳子绕法的结论：

奇动偶定（绳子的固定端在动滑轮上，则为奇数段绳子；绳子的固定端在定滑轮上，则为偶数段绳子），并且进一步总结出绳子自由端拉力移动距离s和物体移动距离h之间的关系：

s=nh.

教师用多媒体播放课件“滑轮组的组装”，并讲解.

滑轮组的组装（多媒体课件）

组装滑轮组需要解决三个方面的问题：

（1）确定承担物重的绳子段数.由滑轮组的省力情况

或

，可得承担物重的绳子段数

，n应取整数，且要采用进位法.也可以根据绳子自由端移动距离s与物体上升高度h之间的关系确定，即

.

（2）确定滑轮个数.当承担物重的绳子段数n为偶数时，按照每个动滑轮有2段绳子承担，则动滑轮个数为n/2，定滑轮个数为

，即比动滑轮少1个，若要改变力的方向，则需要再加一个定滑轮，这时动滑轮和定滑轮个数相等.当n为奇数时，如不需要改变力的方向，则动滑轮和定滑轮个数相等，均为

；若要改变力的方向，则需要再加1个定滑轮，即动滑轮个数为

，定滑轮个数为

.滑轮组中动滑轮和定滑轮的个数可按“一动配一定，偶数减一定，变向加一定”的方法确定.

（3）确定绳子的起点.当承担物重的绳子股数n为偶数时，绳子的起点在定滑轮上；当承担物重的绳子段数n为奇数时，绳子的起点在动滑轮上.即按“奇动偶定”的方法确定.

例题1（用多媒体展示）同一物体沿相同水平地面做匀速移动，如图所示，拉力分别为F甲、F乙、F丙，不计滑轮与轻绳间的摩擦，比较它们的大小，则（）

A.F甲＜F乙＜F丙B.F甲＞F乙＞F丙C.F甲＞F乙＝F丙D.F甲＝F乙＞F丙

解析：

甲图为一个定滑轮，因为定滑轮不省力，故拉力大小等于阻力f，即F甲＝f；图乙是动滑轮，省一半的力，故拉力F乙＝1/2f；图丙由一定滑轮和一个动滑轮组成，有三段绳子承担，故拉力F丙＝1/3f.综上所述，符合题意的是B项.

答案：

B

例题2（用多媒体展示）电气化铁路的高压输电线，无论严冬还是盛夏都要绷直，才能使高压线与列车的电极接触良好，这就必须对高压线施加恒定的拉力.为此，工程师设计了如图所示的恒定拉力系统，其简化原理图如图所示.实际测量得到每个水泥块的体积为1.5×10-2m3，共悬挂20个水泥块.已知水泥块的密度为2.6×103kg/m3，g取10N/kg.

（1）请指出图中的动滑轮、定滑轮；

（2）每个水泥块的重力是多少？

（3）滑轮组对高压线的拉力是多大？

解：

（1）图中C是动滑轮，A、B是定滑轮.

（2）每个水泥块质量m1=ρV=2.6×103kg/m3×1.5×10-2m3=39kg.每个水泥块的重量为G1=m1g=39kg×10N/kg=390N.

（3）水泥块对钢丝绳的拉力为F1=20G1=20×390N=7.8×103N.由图可知，动滑轮由3段绳子承担，所以滑轮组对高压输电线的拉力为F2=3F1=3×7.8×103N=2.34×104N.

师我们通过学习杠杆，知道有的杠杆省力，有的杠杆省距离，定滑轮不省力，动滑轮省一半的力，但要费二倍的距离.大家思考，有没有一种机械既省力，又省距离呢？

生思考、交流、讨论：

省力的机械就必定费距离，省距离的机械必定费力，没有一种机械既省力又省距离.

知识点4轮轴和斜面

1.轮轴

师同学们通过阅读教材P83页《科学世界》及图12.2-5中实例，归纳它们的共同特征，总结出轮轴的概念.

生1：

由一个轴和一个大轮组成，并能绕共同的轴线转动的简单机械叫轮轴.

生2：

轮轴上中间靠近转动轴线半径较小的是轴，离轴线较远半径较大的是轮.

生3：

动力一般是作用在轮上，阻力作用在轴上，因此，轮轴是省力机械.

教师引导学生分析：

轮轴也相当于一个杠杆.（如图）轮和轴的中心O点是支点，作用在轮上的力F1是动力，作用在轴上的力F2为阻力，轮半径为R，轴半径为r，由杠杆平衡条件可知F1R=F2r，R＞r，F1＜F2，所以轮轴省力.

板书：

轮轴：

由一个轴和一个大轮组成能绕共同的轴线转动的简单机械，实质是一个可以连续转动的杠杆，使用轮轴可以省力.

注意：

轮轴使用时，当轮半径是轴半径的n倍时，在不计摩擦情况下，作用在轮上的力的大小为作用在轴上的力的大小的n分之一.

师轮轴在生活中的应用也有很多，你发现周围还有哪些物体是轮轴？

生1：

用螺丝刀拧螺丝时，手抓的木柄较粗的部分是轮，金属杆部分较细的是轴，因此螺丝刀拧螺丝是轮轴.

生2：

拖拉机或汽车用人工发动时使用的摇把也是一个轮轴.

生3：

电视中见过以前农村常用的辘轳也是轮轴.

生4：

卷扬机的摇杆也是轮轴.

2.斜面

师了解了轮轴，再来讨论斜面为什么也是简单机械，这种简单机械对我们有什么用呢？

请同学们想想骑自行车上坡直线行驶和弯曲行驶时的情景，然后按教材P84页图12-2-6的模拟实验做一做.

（学生操作、讨论，然后交流）

生1：

使用斜面看起来是费了距离，但是省了力，如果从山下直通山顶需要很大的力，不容易爬下去，而沿着弯弯曲曲的盘山公路行走就可以用较小的力爬上山顶.

生2：

我们常见的螺丝钉就可以认为是一种斜面.

板书：

斜面：

是一个费了距离但能省力的简单机械.

注意：

斜面长是斜面高度的n倍时，在不计摩擦的情况下，所用的推力为物重的n分之一.

师斜面在生活和生产中也有许多的应用，希望同学们留心观察，做生活的有心人.

例题3人们在生产劳动的过程中表现出了非凡的创造性和聪明才智.如图甲是使用扳手拧螺母，它其实是一个_____，当作用在手柄上的力为F1时，则拧开螺母的力F2_____F1（选填“＞”、“＝”或“＜”）.如图乙是工人师傅将货物搬运到车上的情形，工人师傅这么做利用的科学知识是_______________________.

解析：

图甲中的扳手可以看成是一个轮轴，当动力作用在轮上时可以省力，即在手柄处用一个较小的力可以在螺母处产生一个较大的力.图乙中的装置是一个斜面，使用它可以省力.

答案：

轮轴＞斜面省力

课后作业

完成本课时对应练习.