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第2节滑轮课题滑轮课型新授课教学目标知识与技能1．知道定滑轮、动滑轮，并能识别它们.2．理解定滑轮、动滑轮的特点与实质，并能用它们来解决简单的问题.1．知道滑轮组的结构、特点和应用，会根据要求使用和组装滑轮组.2．了解其他简单机械如轮轴和斜面的工作原理和使用方法.过程与方法经历探究定滑轮、动滑轮工作特点的过程，进一步掌握用观察、对比来研究问题的方法.经历组装滑轮组的过程，学会按要求组装滑轮组.情感、态度与价值观1.关心生活、生产中有关定滑轮、动滑轮、滑轮组、轮轴和斜面的实际使用.2.对实践中的定滑轮、动滑轮、滑轮组及其他简单机械的工作特点有好奇心.3.具有利用简单机械改善劳动条件的愿望.教学重点探究定滑轮、动滑轮的特点和应用.教具准备多媒体课件、定滑轮、动滑轮、钩码、细绳、弹簧测力计、扳手、水龙头、长木板等.教学难点会按要求组装滑轮组，并画出它的绕线教学课时1课时课前预习1.常见的滑轮分为定滑轮和动滑轮.中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮，轴和重物一起移动的滑轮叫动滑轮.2.升旗的时候，我们看到的旗手用力向下拉绳子，旗就升上去了，这是因为旗杆顶端有一个定滑轮.这个事例告诉我们，这种简单机械能够改变力的方向.3.使用动滑轮时，理论上可以省一半的力，但是不能改变力的方向.4.常见的滑轮分为定滑轮和动滑轮.中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮，轴和重物一起移动的滑轮叫动滑轮.5.使用滑轮组时动滑轮和重物由n段绳子承担，提起物体所用的力就是总重的1n.公式表示为F=1Gn.绳子自由端移动的距离是物体移动距离的n倍.6.轮轴可以看成是连续转动的杠杆，使用轮轴可以省力.使用斜面可以省力，在高度一定时，斜面越长越省力.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.知识拓展：滑轮是一种变形的杠杆，因为滑轮可以连续旋转，所以滑轮可以看作是一个连续旋转的杠杆.新课导入师同学们，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，我们会看到国旗通过一种装置缓缓上升；工人在一种装置的帮助下，居然用50N的力提起重95N的物体，你们知道这些装置是什么吗？生思考、讨论.师像这种周边有槽，能绕轴转动的小轮，我们称它为滑轮，那它有什么特点吗？它们是如何工作的呢？我们学习了本课知识后，你们就会明白了.进行新课知识点1认识定滑轮和动滑轮师好，请大家先看教材P81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，轴随着物体一起向上或向下运动.进行新课师回答正确.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《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，轮的直径可以看作是一根硬棒，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.特别提醒：使用定滑轮不省力，F=G；使用动滑轮省一半的力，F=12G.这均是理想化的状态，即不考虑滑轮与轴之间、绳与轮之间的摩擦以及动滑轮重力时的情况.要考虑这些因素，实际使用定滑轮不仅不省力，反而费力；使用动滑轮也达不到省一半力的效果.知识总结：使用定滑轮和动滑轮的几种情况（图中物体全部匀速运动）定滑轮：图示及表达式动滑轮：图示及表达式进行新课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，其中比较省力的是甲乙解析：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.如果利用乙图，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乙知识点2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.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.易错提醒：有的同学认为使用一个动滑轮能省一半的力，这是不对的.使用动滑轮能省一半力需满足两个条件：一是不考虑动滑轮重力及绳子与轮间的摩擦力；二是拉绳子的力的方向必须是竖直的（若滑轮水平放置，拉力的方向是水平的），且拉力作用在绳子上，阻力作用在动滑轮的轴上.两个条件缺一不可.进行新课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和物体上升的高度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1FGn或1FGGn（）动，可得承担物重的绳子段数GnF或GGnF动，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snh.规律总结：（1）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，当不计动滑轮重、绳重及摩擦时，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即1FGn物（n为吊动滑轮和重物绳子段数）.若考虑动滑轮重G动，则为1FGGn物（）动（当不计绳重及摩擦时）.（2）若物体升高距离h，则绳子自由端移动距离s=nh.（3）绳子自由端移动的速度v绳与物体移动的速度v物的关系式：vnv物绳.（4）确定承担重物的绳子的段数n的方法.在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只计算绕动滑轮上的绳子段数.在不考虑摩擦及动滑轮受到的重力的情况下，使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一.进行新课（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2n，定滑轮个数为12n，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12n；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12n，定滑轮个数为12n.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.当承担物重的绳子段数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2（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FFF甲乙丙、、，不计滑轮与轻绳间的摩擦，比较它们的大小，则（）A.FFF甲乙丙＜＜B.FFF甲乙丙＞＞C.FFF甲乙丙＞＝D.FFF甲乙丙＝＞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Ff甲＝；图乙是动滑轮，省一半的力，故拉力12Ff乙＝；图丙由一个定滑轮和一个动滑轮组成，由三段绳子承担，故拉力13Ff丙＝.综上所述，符合题意的是B项.答案：B例题3(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.进行新课（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332312.610/1.51039mVkgmmkg.每个水泥块的重力为113910/390GmgkgNkgN.(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.知识点3轮轴和斜面1.轮轴师同学们通过阅读教材P83《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图12.2-