资源简介

11.2 课时1 定滑轮和动滑轮 教案
课题 11.2 课时1 定滑轮和动滑轮 课型 新授课
课时 1课时 教材版本 苏科版九年级上册
教学方法讲授法、实验探究法、讨论法
教学用具定滑轮、动滑轮、弹簧测力计、铁架台、钩码、细绳、刻度尺、多媒体课件
教材分析：本节为苏科版九年级上册第十一章第2节第1课时，在学生已学杠杆知识的基础上，进一步学习另一种简单机械——滑轮。本节通过实验探究定滑轮和动滑轮的特点，并从杠杆原理进行理论分析，帮助学生建立定滑轮相当于等臂杠杆、动滑轮相当于省力杠杆的物理模型。本节内容为后续学习滑轮组奠定基础，也是理解机械效率的前置知识。
学情分析：学生在八年级已学习简单机械中的杠杆，掌握了杠杆的五要素、力臂的画法及杠杆平衡条件，具备从杠杆角度分析简单机械的能力。九年级学生已具备一定的实验操作技能和数据分析能力，但对抽象的物理模型建构仍需引导。部分学生可能在生活中见过滑轮，但对其工作原理和分类缺乏系统认识。教学中应注重从生活实例引入，通过动手实验建立直观认识，再上升到理论分析。
一、教学目标
1. 知道什么是定滑轮和动滑轮，能根据轴的运动情况区分两种滑轮。
2. 通过实验探究，认识定滑轮不省力但可以改变力的方向、动滑轮能省一半力但不能改变方向的规律，掌握s=h和s=2h的距离关系。
3. 能运用杠杆平衡条件分析定滑轮和动滑轮的实质，理解定滑轮相当于等臂杠杆、动滑轮相当于动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆。
二、教学重难点
重点：定滑轮和动滑轮的特点；通过实验数据归纳两种滑轮的省力情况和距离关系。
难点：从杠杆角度理解定滑轮的等臂杠杆实质和动滑轮的省力杠杆实质；理解为何实验数据中拉力大小与物重不完全相等。
三、教学过程
（一）情境导入（约3分钟）
【教师活动】上课伊始，展示生活中滑轮应用的图片，包括建筑工地上用滑轮吊运材料、旗杆顶部的滑轮、晾衣架上的滑轮等场景，引导学生观察并思考：这些装置有什么共同特点？它们在我们的生活中扮演着什么角色？请同学们结合已有知识和生活经验，尝试描述这些装置的相似之处。
建筑工地上用滑轮吊运建筑材料
旗杆顶部的滑轮装置
【学生活动】观察图片，回忆生活中见过的滑轮装置，思考老师提出的问题。部分学生回答：这些装置都有一个可以转动的轮子，轮子边缘有凹槽，绳子可以卡在凹槽里。
【教师活动】非常好！同学们观察得很仔细。正如大家所说，这些装置都有一个周边有槽、可以绕轴转动的轮子，这种简单机械叫作滑轮。杠杆是我们学过的第一种简单机械，滑轮是第二种常见的简单机械。今天这节课，我们将通过观察、实验和理论分析三种方法，系统地认识定滑轮和动滑轮的结构、分类和工作特点，把感性认识上升为理性认识。
【过渡语】——下面我们先来认识滑轮的定义和结构特点。——
【知识点】（二）滑轮的定义与分类（约5分钟）
【教师活动】引导学生观察课件中展示的多种滑轮实物图和示意图，提问：这些滑轮在结构上有什么共同点？帮助学生归纳滑轮的定义。滑轮是一种常用的简单机械，主要部分是一个能绕轴自由转动、周边有槽的轮子。这个定义包含三个关键要素：第一，能绕轴自由转动；第二，周边有槽；第三，是轮子形状。这三个要素缺一不可。
滑轮实物结构示意图
【学生活动】观察图片，在笔记本上记录滑轮的定义，标注三个关键要素：绕轴转动、周边有槽、轮子形状。尝试用自己的语言描述滑轮的结构特点。
【教师活动】接下来请同学们思考一个问题：在实际使用中，滑轮的安装方式是否只有一种？展示两种不同安装方式的滑轮工作图，一种是轴固定不动的，另一种是轴随物体一起运动的。提问：这两种滑轮在使用时有什么不同？轴的运动情况一样吗？请同学们观察后回答。
轴固定不动的滑轮工作方式
轴随物体运动的滑轮工作方式
动滑轮工作动态示意
【学生活动】仔细观察两种滑轮的工作方式，比较轴的运动情况。第一种滑轮的轴固定在某个位置不动，只有轮子转动；第二种滑轮的轴随被拉动的物体一起上下运动。
【教师活动】观察得很到位！根据轴的运动情况不同，我们把滑轮分为两类。第一类，工作时轴固定不动的滑轮称为定滑轮。定滑轮的'定'字就是固定不动的意思，它的轴安装在墙壁、支架或横梁上，工作时只有轮子绕轴转动，轴本身不发生位置移动。第二类，工作时轴随被拉动的物体一起运动的滑轮称为动滑轮。动滑轮的'动'字表示运动，它的轴不固定，而是随物体一起升降或移动。这是区分定滑轮和动滑轮的根本标志。
需要特别强调的是，定滑轮和动滑轮的本质区别不在于滑轮本身的外观或大小，而在于安装方式和使用时轴是否运动。同一个滑轮，如果轴固定安装就是定滑轮；如果轴随物体运动就是动滑轮。这一点在后续的判断题中经常考查，同学们务必牢记。
【区分要点】判断定滑轮还是动滑轮，关键看轴是否随物体运动：轴固定不动的是定滑轮，轴随物体运动的是动滑轮。与滑轮本身的大小、形状无关。
【过渡语】——认识了滑轮的分类后，我们不禁要问：使用定滑轮和动滑轮各有什么好处？会省力吗？——
【知识点】（三）情境问题引入探究（约2分钟）
【教师活动】展示工人站在地面上利用滑轮将重物提升到楼上的情景图，创设真实问题情境：建筑工人需要将一袋水泥从地面运到二楼，他站在地面上向下拉绳子，重物就上升了。提问：这样使用滑轮有什么好处？使用定滑轮提升重物会省力吗？使用动滑轮又会怎样？请同学们结合已有知识和生活经验进行猜想。
工人利用滑轮从地面提升重物到楼上
【学生活动】结合生活经验进行猜想。有学生认为：向下拉比向上提方便，可以改变用力方向。有学生认为：可能会省力，因为滑轮是简单机械。也有学生认为：不一定省力，可能和杠杆一样，有的省力有的不省力。
【教师活动】同学们的猜想都很有价值。有的说会改变方向，有的说会省力，有的说不一定。究竟谁说得对呢？物理是一门以实验为基础的学科，猜想是否正确需要通过实验来验证。下面我们将分别对定滑轮和动滑轮进行实验探究，通过测量拉力大小、拉力方向和绳子移动距离，来揭开定滑轮和动滑轮的工作奥秘。
【过渡语】——首先我们来探究定滑轮的特点。——
【知识点】（四）定滑轮的特点实验探究（约12分钟）
【教师活动】在黑板上写下探究主题：（一）定滑轮的特点。引导学生明确需要探究的三个问题：第一，拉力方向不同时，拉力大小相同吗？第二，使用定滑轮是否省力（或费力）？第三，使用定滑轮是否省距离（或费距离）？这三个问题分别从力的方向、力的大小和距离三个维度来全面描述定滑轮的工作特点。请同学们将这三个问题记录在实验报告上。
提出问题：（1）拉力方向不同时拉力大小相同吗？（2）使用定滑轮是否省力（或费力）？（3）使用定滑轮是否省距离（或费距离）？
【教师活动】针对上述问题，我们先设计实验一：拉力方向不同时拉力大小如何？请同学们思考：实验中需要改变什么量？控制什么量不变？引导学生明确：保持钩码重力不变，改变拉力方向，分别沿竖直向下、水平向左、斜向下方等不同方向拉动弹簧测力计，读出每次拉力示数。实验器材：铁架台、定滑轮、细绳、弹簧测力计、钩码。实验步骤：将定滑轮固定在铁架台上，下端挂钩码，用弹簧测力计分别沿不同方向拉动绳子自由端，使钩码匀速上升，记录各次拉力大小。
【学生活动】理解实验设计思路，明确控制变量。分组检查实验器材，确认定滑轮转动灵活、弹簧测力计指针指零。
【教师活动】强调实验注意事项：第一，拉动弹簧测力计时必须匀速，只有匀速拉动时示数才等于拉力大小；第二，读数时视线要与刻度盘垂直，避免视差；第三，每次改变拉力方向前先让钩码静止，再重新匀速拉动。下面请同学们观看实验视频演示，仔细观察操作规范和读数方法。
【学生活动】认真观看视频演示，注意观察拉力方向变化和弹簧测力计示数变化，记录不同方向拉动的示数数据。
【教师活动】视频演示结束。从视频中可以看到，无论拉力方向是竖直向下、水平向左还是斜向其他方向，只要钩码匀速上升，弹簧测力计的示数都近似相等，且等于钩码的重力。这说明拉力方向不影响拉力大小。实验一结论：使用定滑轮从不同方向拉同一钩码，所用拉力的大小相等。接下来探究第二个和第三个问题：使用定滑轮是否省力？是否省距离？设计实验二：用弹簧测力计沿同一方向拉动绳子自由端，读出拉力F的大小，同时用刻度尺测量钩码上升高度h和绳子自由端移动距离s，将数据填入表格。
【学生活动】按照实验步骤进行分组实验。用弹簧测力计竖直向下匀速拉动绳子自由端，记录拉力F的大小；用刻度尺测量钩码上升高度h和绳子自由端移动距离s，将数据填入实验表格。
【教师活动】巡视各组实验情况，指导学生规范操作。提醒：弹簧测力计要竖直向下匀速拉动；测量距离时要在绳端和钩码上做标记；读数时视线与刻度盘垂直。注意仔细观察实验中力的方向及大小。
实验次数 物重G/N 拉力F/N 物体上升高度h/cm 绳子自由端移动距离s/cm
1 2 2 10 10
2 3 3 15 15
3 4 4 20 20
【教师活动】实验结束，请各组汇报数据。从实验数据中可以发现：第一，比较拉力F和物重G，F=G，即使用定滑轮不省力；第二，比较s和h，s=h，即不省距离；第三，拉力方向向下，物体向上运动，说明定滑轮改变了力的方向。实验二结论：使用定滑轮不省力，不省距离；但可以改变力的方向。接下来我们不仅要知其然，还要知其所以然。为什么定滑轮有这样的特点？我们可以从杠杆的角度进行理论分析。请同学们在草稿纸上画出定滑轮的示意图，标出支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂。
【学生活动】分析实验数据，小组讨论后得出结论：定滑轮不省力、不省距离，但可以改变力的方向。
理论分析：定滑轮相当于一个等臂杠杆。转轴固定不动相当于支点O，拉力F1相当于动力，物体对绳子的拉力F2相当于阻力。动力臂l1和阻力臂l2都等于滑轮半径R，因此l1=l2，不省力也不费力。
【教师活动】根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，因为l1=l2，所以F1=F2，即拉力等于物重。这就是定滑轮工作特点的理论解释。那么，为什么实验数据中拉力大小和物重有时不完全相等呢？这是因为实际中存在绳子与滑轮之间的摩擦以及滑轮自身的重力，导致实验值与理论值略有偏差。如果不计绳重、摩擦和滑轮重力，拉力严格等于物重。
【学生活动】在笔记本上画出定滑轮的杠杆示意图，标注支点O、动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2。理解定滑轮相当于等臂杠杆的实质。
【理解要点】定滑轮的实质是等臂杠杆，动力臂和阻力臂都等于滑轮半径。因此使用定滑轮不省力也不费力，但可以改变力的方向。实验中由于摩擦和滑轮重力的影响，拉力示数可能略大于物重。
【实验注意】实验中必须竖直匀速拉动弹簧测力计，只有这样示数才等于拉力大小。读数时视线要与刻度盘垂直，避免视差。测量距离时做好标记，确保数据准确。
【过渡语】——定滑轮的特点已经清楚了，那么动滑轮又有什么特点呢？下面我们继续探究。——
【知识点】（五）动滑轮的特点实验探究（约12分钟）
【教师活动】在黑板上写下探究主题：（二）动滑轮的特点。引导学生明确需要探究的两个问题：第一，使用动滑轮是否省力（或费力）？第二，使用动滑轮是否省距离（或费距离）？与定滑轮不同，动滑轮的轴随物体一起运动，这决定了它的工作特点可能与定滑轮有很大不同。请同学们先进行猜想。
动滑轮提升重物工作动态示意
【学生活动】根据动滑轮的结构特点进行猜想。有学生猜想：动滑轮可能省力，因为有两段绳子拉着动滑轮。有学生猜想：可能费距离，因为绳子自由端移动的距离可能比物体上升的高度大。
【教师活动】同学们的猜想都有道理。动滑轮确实有两段绳子参与提升，这是否意味着可以省一半力呢？我们设计实验来验证。实验器材与定滑轮类似，只是把定滑轮换成动滑轮。实验中，将动滑轮下端挂钩码，上端用弹簧测力计竖直向上匀速拉动，记录拉力F的大小，同时测量钩码上升高度h和绳子自由端移动距离s。
提出问题：（1）使用动滑轮是否省力（或费力）？（2）使用动滑轮是否省距离（或费距离）？
【教师活动】针对上述问题设计实验。实验器材：铁架台、动滑轮、细绳、弹簧测力计、钩码、刻度尺。实验步骤：将动滑轮下端挂钩码，上端绳端固定在铁架台上，用弹簧测力计钩住动滑轮上端的挂钩，竖直向上匀速拉动，使钩码匀速上升，记录拉力F、物体上升高度h和绳子自由端移动距离s。
【学生活动】按照实验步骤分组进行实验。注意：拉动弹簧测力计时要竖直向上匀速拉动；测量距离时做好标记，确保数据准确。将实验数据填入表格。
【教师活动】巡视指导，重点关注：第一，绳子固定端和拉力端不要搞混；第二，测量s时要注意s是绳子自由端移动的距离，不是动滑轮移动的距离；第三，确保弹簧测力计始终竖直向上。注意仔细观察实验中力的方向及大小。
实验次数 物重G/N 拉力F/N 物体上升高度h/cm 绳子自由端移动距离s/cm
1 2 1 10 20
2 3 1.5 15 30
3 4 2 20 40
【教师活动】实验结束，请各组汇报数据。从实验数据中可以发现：第一，比较拉力F和物重G，F约为G的一半，即使用动滑轮可以省一半力；第二，比较s和h，s=2h，即费距离；第三，拉力方向向上，物体也向上运动，说明动滑轮不改变力的方向。
【学生活动】分析实验数据，小组讨论得出结论：动滑轮可以省力、费距离，但不改变力的方向。
实验结论：使用动滑轮可以省力；但费距离，且不改变力的方向。
【教师活动】同样，我们也要从杠杆的角度来分析动滑轮的实质。这是本节课的难点。动滑轮工作时，支点在哪里呢？引导学生分析：当动滑轮匀速上升时，绳子与滑轮的切点A位置不断变化，但在任一瞬时可以把A点看作支点。动力F作用在滑轮中心O处，动力臂等于滑轮直径2R；阻力作用在滑轮中心O处，阻力臂等于滑轮半径R。
理论分析：动滑轮的实质是省力杠杆。支点在绳子与滑轮的切点A处（不考虑绳重、摩擦和动滑轮的重力），动力臂=2R，阻力臂=R。
【教师活动】根据杠杆平衡条件F·2R=G·R，化简得F=G/2。这说明动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆，因此能省一半力。需要说明的是，这里的不计绳重、摩擦和动滑轮重力是理想情况。实际实验中，由于动滑轮有自重且存在摩擦，所以拉力F会比G/2略大。
【学生活动】在笔记本上画出动滑轮的杠杆示意图，标注支点A、动力F、阻力G、动力臂2R、阻力臂R。理解动滑轮相当于省力杠杆的实质。
【易错提示】动滑轮的支点不在滑轮中心，而在绳子与滑轮的切点A处。动力臂是滑轮直径（2R），阻力臂是滑轮半径（R）。实际实验中由于动滑轮自重和摩擦的存在，拉力会略大于G/2。
【方法总结】分析滑轮实质的三步法：第一步确定支点位置；第二步画出动力臂和阻力臂；第三步应用杠杆平衡条件F1l1=F2l2推导拉力与物重的关系。
【过渡语】——通过实验和理论分析，我们已经分别认识了定滑轮和动滑轮的特点。下面我们来做一个系统的对比总结。——
【知识点】（六）定滑轮与动滑轮对比总结（约4分钟）
【教师活动】引导学生回顾定滑轮和动滑轮的特点，从实质、力的关系、距离关系、力的方向、轴的运动情况五个维度进行对比。请同学们先独立思考，然后小组讨论，尝试填写对比表格。
【学生活动】独立思考并小组讨论，回顾定滑轮和动滑轮的特点，尝试从多个维度进行对比归纳。
【教师活动】请各组代表汇报讨论结果，教师进行补充和完善，形成完整的对比表格。
定滑轮和动滑轮结构及工作特点示意图
比较项目 定滑轮 动滑轮
实质 等臂杠杆 省力杠杆（动力臂是阻力臂2倍）
力的关系 F=G（不省力） F=G/2（省一半力）
距离关系 s=h（不省距离） s=2h（费距离）
力的方向 改变力的方向 不改变力的方向
轴的运动 轴固定不动 轴随物体运动
【教师活动】总结对比规律：定滑轮相当于等臂杠杆，不省力也不费力，不省距离也不费距离，但可以改变力的方向，轴固定不动。动滑轮相当于动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆，可以省一半力，但费距离（绳子自由端移动距离是物体上升高度的2倍），不改变力的方向，轴随物体一起运动。两者各有优缺点，在实际应用中常常根据需要选择使用，或者将两者组合起来使用（这就是下节课要学习的滑轮组）。
【对比记忆】定滑轮'三不'：不省力、不费力、不省距离；'一改变'：改变方向。动滑轮'一省'：省一半力；'一费'：费距离；'一不变'：不改变方向。记住这个口诀，解题时就不容易混淆。
【过渡语】——知识梳理完毕，我们通过几道练习题来检验学习效果。——
【知识点】（七）课堂练习（约8分钟）
【教师活动】本环节安排了3道课堂练习题，涵盖了定滑轮和动滑轮的特点、杠杆实质分析以及滑轮在生活中的应用。请同学们认真审题，独立思考，将解答过程写在练习本上。完成后同桌之间互相检查，讨论有争议的问题。
1.如图所示，物体重G=50N，在F=5N的拉力作用下向左以0.1m/s的速度匀速运动，若不计绳重、滑轮重和绳与滑轮间的摩擦，则物体受到地面摩擦力的大小为________N；3s后，绳子自由端移动的距离为________m。
水平方向使用动滑轮拉动物体的装置图
【教师活动】引导学生分析：本题是动滑轮在水平方向使用的变式。图中滑轮随物体一起向左运动，是动滑轮。两段绳子向左拉物体，拉力F=5N，物体受到的拉力为2F=10N。物体匀速运动，受力平衡，摩擦力f=10N。绳子自由端移动速度v绳=2v物=0.2m/s，3s后s=v绳t=0.6m。
解析与点评：物体匀速运动，受力平衡。该滑轮为动滑轮，两段绳子拉物体，f=2F=10N；v绳=2v物=0.2m/s，3s后s=0.6m。答案：10，0.6。本题考查动滑轮水平使用，关键在判断滑轮类型并确定绳子段数。
2.用如图所示的甲、乙两种方式沿竖直方向匀速提升重均为20N的物体，其中滑轮______（选填'A'或'B'）是定滑轮；若不计摩擦、绳重和滑轮重，则绳端的拉力FA为______N，FB为________N；若物体上升2m，则绳子自由端移动距离较大的是________（选填'甲'或'乙'）方式。
甲方式使用定滑轮提升重物
乙方式使用动滑轮提升重物
【教师活动】引导学生分析：甲图中滑轮A轴固定不动，是定滑轮；乙图中滑轮B轴随物体运动，是动滑轮。定滑轮FA=G=20N；动滑轮FB=G/2=10N。物体上升2m，甲s=h=2m，乙s=2h=4m，故乙方式绳子自由端移动距离较大。
解析与点评：甲图中A是定滑轮，乙图中B是动滑轮。FA=20N，FB=10N；s甲=2m，s乙=4m。答案：A，20，10，乙。本题综合考查定滑轮和动滑轮的辨别及特点对比。
3.如图是汉代画像砖上描绘的《史记》中'泗水取鼎'画面，两边各有数人用绳子通过滑轮拉起掉落水中的鼎。图中的这种滑轮_____（选填'能'或'不能'）起到省力的作用；此时两边绳子对鼎竖直向上的拉力分别为F1、F2，鼎受到的拉力之和为_________。
汉代画像砖上的'泗水取鼎'滑轮装置
【教师活动】引导学生分析：图中滑轮轴固定在支架上，不随鼎运动，是定滑轮。定滑轮不省力，只能改变力的方向。鼎受到两边拉力F1和F2，均竖直向上，拉力之和为F1+F2。
解析与点评：图中为定滑轮，不能省力，鼎受拉力之和为F1+F2。答案：不能，F1+F2。本题以汉代画像砖为背景，体现我国古代劳动人民的智慧，解题关键在于准确判断滑轮类型。
【过渡语】——练习结束，我们来回顾本节课的核心内容。——
【知识点】（八）课堂小结（约3分钟）
【教师活动】带领学生回顾本节课的核心内容。第一，滑轮的定义：周边有槽、能绕轴转动的轮子。第二，定滑轮：轴固定不动，相当于等臂杠杆，不省力不省距离，但可以改变力的方向，F=G，s=h。第三，动滑轮：轴随物体运动，相当于动力臂是阻力臂二倍的省力杠杆，省一半力但费距离，不改变力的方向，F=G/2，s=2h。第四，从杠杆角度分析滑轮实质的方法：确定支点、画出动力臂和阻力臂、应用杠杆平衡条件。请同学们在理解的基础上记忆，不要死记硬背公式。物理知识源于生活，希望同学们在生活中多观察滑轮的应用，用所学知识解释实际问题。
【学生活动】回顾本节课内容，整理笔记，标记疑难问题。在笔记本上画出定滑轮和动滑轮的杠杆示意图，标注各要素，加深理解。
四、板书设计

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