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第2节 滑轮
第2课时 滑轮组和其他简单机械
【教学目标】
一、知识与技能
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.
二、过程与方法
经历组装滑轮组的过程，学会按要求组装滑轮组.
三、情感、态度与价值观
1.关心生活、生产中有关滑轮组、斜面和轮轴的实际使用.
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.
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.
【教学重点】探究滑轮组的特点，会按要求组装.
【教学难点】了解轮轴和斜面的工作原理.
【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.
【教学课时】1课时
【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 现实生活中我们除了应用定滑轮和动滑轮，还使用了其他简单机械，如我们可以将动滑轮和定滑轮组装起来，形成一种新的简单机械，并研究它的特点和组装方式，请同学们说说生活中你还见过哪些简单机械.
生：扳手、水龙头等.
教师提示：其实我们生活中还有很多常见的简单机械，比如汽车在蜿蜒盘旋的公路上行驶到山顶便是利用了斜面这种简单机械；而汽车使用方向盘改变方向、开门时使用门把手将门打开便是利用了轮轴这种简单机械.下面我们就一起来探究滑轮组、斜面、轮轴这三种简单机械吧.
【进行新课】
知识点1 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2 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
【教师结束语】
通过这节课，我们共同学习了滑轮组的特点和组装；了解了轮轴和斜面的工作原理和使用方法；我们还知道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.总之，使用机械给我们的生活、生产带来了方便.好，谢谢大家！
课后作业
完成本课时对应练习.
1.教师在教学过程中始终记住，学生是学习的主体，尤其是在进行探究实验教学中，教师要充分发挥学生的主观能动性，合理适时地引导学生，做到既要避免放羊式课堂，又要使每个学生参与教学中，动手探究，感受到自己在探究中求得知识，尝到学习成功的喜悦，体会到学习的轻松、快乐.总之，教师要想熟练地驾驭课堂教学非一日之功，要经常不断地积累和锤炼.
2．对于阅读材料的教学把握，我认为应在完成本节课程标准规定的内容并且时间充裕的条件下，教师才适当进行教学，通常还是留给学生课后自学处理.
1.滑轮组
（1）定义：由两个以上的滑轮组合而成的装置叫滑轮组.
（2）好处：既省力又改变用力的方向.
（3）缺点：多移动距离；结构复杂，需要较多的滑轮.
（4）滑轮组中拉力F、物重G与绳子股数n的关系：
（5）物体移动的距离h、自由端移动的距离s与绳子股数n的关系：.
2.轮轴和斜面
（1）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.
（2）斜面：是一个费了距离但能省力的简单机械.

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