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第2节　滑轮
知识与技能：
1．知道定滑轮、动滑轮，并能识别它们。
2．知道定滑轮、动滑轮和滑轮组的作用。
3．会根据要求使用和组装滑轮组。
4．了解其他简单机械(轮轴、斜面等)的一些应用。
过程与方法：
1．通过观察和实验，了解定滑轮和动滑轮的结构。
2．通过探究，了解定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点。
情感、态度与价值观：
1．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。
2．对实践中的滑轮、轮轴、斜面的工作特点具有好奇心。
3．具有利用简单机械改善劳动条件的愿望。
重点：探究定滑轮、动滑轮的特点及实质，滑轮组省力情况判断。
难点：理解定滑轮、动滑轮是变形的杠杆。
第1课时　定滑轮与动滑轮
多媒体课件、滑轮、钩码若干、弹簧测力计、刻度尺、细绳。
一、情景导入
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时，国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50 N的力提起重95 N的物体。你们知道这些装置是什么吗？带着这些问题我们开始今天的学习。
当我们参加升旗仪式时，看到站在地面上的人向下拉绳子，国旗就徐徐升起了。你知道旗杆顶端有一个什么机械帮助把国旗升上去的吗？你了解它的作用与实质吗？你还能举出它在其他方面的应用吗？下面就开始我们今天这节课的学习。
二、合作探究
　滑轮
多媒体展示图片：各种各样的滑轮。
　
同学们交流讨论上述滑轮的特点，并归纳得出滑轮的定义。
中心有轴，周边有凹槽，可以绕着中心轴转动的轮子叫做滑轮。
滑轮的产生
关于滑轮的绘品最早出现于一幅公元前八世纪的亚述浮雕。这幅浮雕展示的是一种非常简单的滑轮，只能改变施力方向，主要目的是方便施力，并不会给出任何机械利益。在中国，滑轮装置的绘制最早出现于汉代的画像砖、陶井模。在《墨经》里也有记载关于滑轮的论述。
古希腊人将滑轮归类为简单机械。早在公元前400年，古希腊人就已经知道如何使用复式滑轮了。大约在公元前330年，亚里士多德在著作《机械问题》(《Mechanical Problems》)里的第十八个问题，专门研讨“复式滑轮”系统。阿基米德贡献出很多关于简单机械的知识，详细地解释滑轮的运动学理论。据说阿基米德曾经独自使用复式滑轮拉动一艘装满了货物与乘客的大海船。公元一世纪，亚历山卓的希罗分析并且写出关于复式滑轮的理论，证明了负载与施力的比例等于承担负载的绳索段的数目，即“滑轮原理”。
1608年，在著作《数学纪要》(《Mathematical Collection》)里，荷兰物理学者西蒙·斯特芬表明，滑轮系统的施力与负载之间移动路径的长度比率，等于施力与负载之间的反比率。这是雏型的虚功原理。
1788年，法国物理学者约瑟夫·拉格朗日在巨著《分析力学》里，使用滑轮原理推导出虚功原理，从而揭开了拉格朗日力学的序幕。
　定滑轮
我们可以直接用手将物体提升，但如果高度太高，手够不到怎么办呢？比如把国旗提升到顶端，这个时候就要用到滑轮了，现在我们就来模拟用滑轮提升国旗。
定滑轮在使用时有什么样的特点？使用机械的作用在于省力或者省距离，那么定滑轮的作用是什么呢？
实验过程：教师展示一架定滑轮装置，利用它提起钩码，并对定滑轮的构造简单介绍。
实验记录表格：
实验 次数 物体重 力G/N 物体升高的 高度h/cm 弹簧测力计 示数F/N 弹簧测力计升 高的高度s/cm 用力的 方向
1
2
3
定滑轮的特点和实质：定滑轮是一个等臂杠杆。图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。
定滑轮
①定义：使用时，轴固定不动的滑轮；
②实质：等臂杠杆；
③特点：不能省力，但可以改变动力的方向。
　动滑轮
动滑轮有什么特点？它是如何工作的呢？
实验过程：教师展示一架动滑轮装置，利用它提起钩码，并对动滑轮的构造简单介绍。
实验记录表格：
实验 次数 物体重 力G/N 物体升高的 高度h/cm 弹簧测力计 示数F/N 弹簧测力计升 高的高度s/cm 用力的 方向
1
2
3
动滑轮的特点和实质：动滑轮是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆。如图所示，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2倍。
动滑轮
①定义：工作时，轴随物体一起运动的滑轮；
②实质：动力臂为阻力臂2倍的杠杆；
③特点：能省力，但不改变力的方向，而且费距离。
第2节　滑轮
第1课时　定滑轮和动滑轮
本节知识具有承上启下的作用：滑轮是继上一节“杠杆”之后学生学习的又一种重要的简单机械，滑轮实质上是杠杆的变形，可以通过杠杆平衡条件来分析；同时滑轮也是以后学习机械效率的基础。通过对滑轮特点的理论分析，再次体会从具体到抽象的研究方法。首先从实物引入，通过观察让学生认识滑轮、利用滑轮、区分滑轮；然后让学生探究使用定滑轮和动滑轮的好处，并从理论上分析滑轮的实质。
第2课时　滑轮组及其他简单机械
多媒体课件、滑轮若干、细绳。
一、情景导入
多媒体展示升降晾衣架。
同学们，你见过或使用过这样的晾衣架吗？这种衣架省力、方便又美观，在整个装置中应用到了一种机械——滑轮组，今天我们就来研究给我们生活带来方便的这种机械——滑轮组。
二、合作探究
　滑轮组
定滑轮和动滑轮使用时有不同的特点，我们可不可以据此设计出一种既省力又可以改变力的方向的机械呢？
大家是不是在想，需要改变用力方向时用定滑轮，需要省力时用动滑轮。把定滑轮和动滑轮组合起来，就可以既能省力、又能改变用力方向，这样问题不就解决了嘛。那么，组合之后是不是又会出现新的问题呢？我们可以看一段视频，你就明白了。(视频详见教学课件)
现在，大家明白滑轮组的工作特点了吧。下面，请同学们利用手边的仪器尝试利用一个定滑轮和一个动滑轮，组合连接成一个滑轮组，并验证一下滑轮组的规律。
　　
(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F＝G物(n为吊动滑轮和重物绳子段数)。若考虑动滑轮重G动，不计绳重及摩擦时，则F＝(G物＋G动)。
(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：v绳＝nv物。
(4)确定承担重物的绳子段数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。
　轮轴和斜面
1．轮轴
(1)由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械叫轮轴。
(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。
(3)动力一般作用在轮上，阻力作用在轴上，此时，轮轴是省力机械。
(4)
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，故F1＜F2，所以轮轴省力。
轮轴：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成的简单机械，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。
生活中的轮轴：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；②拖拉机或一些汽车用人工发动时使用的摇把也是一个轮轴；③电视中出现的以前农村常用的辘轳也是轮轴；④卷扬机的摇杆也是轮轴。
2.斜面
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。
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，不容易爬上去，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。
(1)斜面是一个费了距离但能省力的简单机械。
(2)理想情况下斜面公式：Fl＝Gh。
(3)斜面是一种省力的简单机械，斜面的倾角越小越省力，可见在高度一定的情况下，斜面越长越省力。
斜面的应用
斜面的记述和应用也是《墨经》中首先记载的，古时把斜面称为“梯”。叙述了放在梯上的物体不能水平和垂直放置，说明放在斜面上的物体要向下滑动。同时墨家还设计了“车梯”，利用它来提高重物可以节省人力。车梯的构造也很巧妙，它是一种装有滑轮的前低后高的斜面车。虽然当时没有提出利用斜面可以省力的道理，但省力的思想是包含在其中的。
到了汉代，王充对斜面做了进一步的叙述，大意是说载重之车在斜面上必须有强力拉或推，才能向上运动，如果失去拉力或推力，车就会向下运动。尖劈的运用在春秋战国以前就开始了，古人知道用它可以使小力发挥大力的作用，且两面的夹角愈小，发挥力的作用愈大。尖劈在我国的发展经过了漫长的岁月，从古猿人打猎用的石头尖劈，经长期的改进，发展到今天各式各样的金属尖劈，被广泛应用在生产工具、兵器和日常生活中。
日常生活中有很多事物应用斜面的原理而达到省力的目的，如楼梯、石梯、蜿蜒而上的山路等。
　　　　
(1)若将两个斜面结合在一起，则形成一种称为楔(或称为劈)的简易机械。楔在切割并分裂东西方面非常有用。刀、斧及人类的门牙均为楔的例子。
　　　
拉链巧妙地利用斜面原理，使两排可相连的链齿结合或分离。拉链的滑扣由几个楔组成，当你拉动时，它可以把原本很小的作用力转变成很大的力，使拉链拉开或闭合。
(2)若将斜面围绕在圆柱上，则形成称为螺旋的简易机械。常用来锁住物体的螺丝、附螺纹的瓶盖、螺旋式汽车千斤顶等都是应用螺旋的装置。
(3)上海南浦大桥的引桥是螺旋式的，是变形的斜面的应用。两岸引桥全长7 500 m，能使汽车省力(不省功)。螺旋式结构能大大节省空间。
第2节　滑轮
第2课时　滑轮组及其他简单机械
本节先回顾定滑轮、动滑轮的特点，后指出如果把定滑轮和动滑轮组合起来使用，就可以既省力又改变力的方向，接着研究使用滑轮组时拉力与物重的关系，最后介绍了另外两种常见的简单机械——轮轴和斜面。通过图片、视频等多媒体资料介绍我国古代对简单机械的利用情况，来拓宽学生的知识面，同时进行爱国主义教育。

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