资源简介

11.2 课时2 滑轮组、轮轴 教案
课题 11.2 课时2 滑轮组、轮轴 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 滑轮组实验器材、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课时第二部分，在学生掌握定滑轮和动滑轮特点的基础上，进一步学习滑轮组和轮轴。滑轮组涉及绕线方法、省力分析和距离关系，综合性较强；轮轴是杠杆的变形，在生活中应用广泛。本节为后续学习机械效率奠定基础。
一、核心素养目标
1. 会安装滑轮组，能根据绕线方式分析拉力与物重的关系，掌握分割法确定承担物重绳子段数n的方法。
2. 认识轮轴的结构特点，能运用杠杆原理分析轮轴的省力情况，能在生活中识别轮轴类机械。
3. 经历滑轮组实验探究过程，培养观察、分析和归纳能力，体会从实验现象到物理规律的科学方法。
二、教学重难点
重点：滑轮组的省力分析与绕线方法；轮轴的省力原理。
难点：滑轮组的绕线方法；承担物重绳子段数n的判断；规定拉力方向时的反绕法应用。
三、教学过程
（一）情境导入（约3分钟）
【教师活动】展示工人用滑轮组吊运建筑材料的图片，创设真实问题情境：在建筑工地上，工人师傅需要将沉重的建筑材料提升到高处。如果只用定滑轮，可以改变力的方向，但不能省力；如果只用动滑轮，可以省力，但不能改变力的方向，而且拉力的方向向上很不方便。那么，能不能设计一种装置，既能让工人站在地面上向下拉绳子，又能省力呢？请同学们结合生活经验思考并回答。
【学生活动】可以把定滑轮和动滑轮组合起来使用，这样既能省力又能改变方向。
【教师活动】非常好！同学们联系生活实际提出了很好的想法。定滑轮可以改变力的方向但不能省力，动滑轮可以省力但不能改变方向。把两者组合起来构成滑轮组，就能同时实现省力和改变施力方向这两个功能。今天这节课，我们就来系统学习滑轮组的构成、绕线方法、省力规律，以及另一种生活中常见的简单机械——轮轴。
在本节课的学习中，我们将通过实验探究、理论分析和例题演练三个层次，逐步深入理解滑轮组的工作原理。希望同学们积极参与实验，认真观察现象，主动思考规律，把感性认识上升为理性认识。
【过渡语】——下面我们先来回顾定滑轮和动滑轮的特点，为学习滑轮组做好准备。——
【知识点】（二）定滑轮与动滑轮回顾（约3分钟）
【教师活动】带领学生快速回顾已学知识：定滑轮的本质是等臂杠杆，使用定滑轮不省力，也不省距离，但可以改变力的方向。动滑轮的本质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，使用动滑轮可以省一半的力，但不能改变力的方向，而且绳子自由端移动的距离是物体上升高度的2倍。在黑板上画出定滑轮和动滑轮的示意图，标出支点、动力臂和阻力臂，帮助学生从杠杆本质理解两种滑轮的特点。强调：定滑轮的支点在滑轮中心，动力臂和阻力臂都等于滑轮半径；动滑轮的支点在绳子与滑轮的切点，动力臂是滑轮直径，阻力臂是滑轮半径。
定滑轮等臂杠杆示意图
动滑轮省力杠杆示意图
【学生活动】回顾定滑轮和动滑轮的特点，在笔记本上画出两种滑轮的杠杆示意图，标注支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂。
【教师活动】通过回顾我们发现，单独使用任何一种滑轮都有明显的局限性。定滑轮能改变方向但不省力，动滑轮能省力但不能改变方向。在实际生产和生活中，人们常常需要既省力又改变方向，这就促使我们把两种滑轮组合起来，创造出功能更强大的滑轮组。
【过渡语】——接下来我们认识滑轮组的构成和常见的绕线方法。——
【知识点】（三）滑轮组的定义与绕线方法（约7分钟）
【教师活动】讲解滑轮组的定义：在实际应用中，人们常常把定滑轮和动滑轮组合在一起，构成滑轮组。滑轮组既可以省力，又可以改变施力的方向，是定滑轮和动滑轮优点的结合。需要特别强调的是，滑轮组中定滑轮的作用主要是改变力的方向，动滑轮的作用主要是省力，两者缺一不可。
【教师活动】引导学生思考：给你一个定滑轮和一个动滑轮，要组装成滑轮组提升重物，绳子可以怎么绕？从哪个滑轮开始绕？自由端从哪个滑轮出来？组织学生小组讨论，鼓励学生在草稿纸上画出不同的绕线方案。
【学生活动】小组讨论，尝试在草稿纸上画出由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组的绕线方案。思考：从定滑轮开始绕和从动滑轮开始绕，各有什么特点？
【教师活动】巡视各小组的讨论情况，收集不同的绕线方案。请几位同学在黑板上展示自己的绕线图。引导学生比较不同方案的异同：从定滑轮开始绕，固定端拴在定滑轮挂钩上，绳子向下绕过动滑轮，再向上绕过定滑轮，自由端向下拉，此时动滑轮上有2段绳子承担物重；从动滑轮开始绕，固定端拴在动滑轮挂钩上，绳子向上绕过定滑轮，再向下绕过动滑轮，自由端向上拉，此时动滑轮上有3段绳子承担物重。两种绕法承担的绳子段数不同，省力情况也不同。
滑轮组绕线方式示意图
【教师活动】总结绕线的基本要领：第一，绳子不能交叉，每段绳子要独立且平行；第二，固定端先拴在挂钩上，然后按定滑轮和动滑轮交替绕行的原则进行；第三，自由端最后从某个滑轮引出，引出滑轮决定了拉力的方向。从定滑轮开始绕，绳子段数为偶数，拉力方向向下；从动滑轮开始绕，绳子段数为奇数，拉力方向向上。
需要特别注意的是，绕线时绳子必须按顺序逐一绕过滑轮，不能跳过某个滑轮或重复绕同一个滑轮。如果绕线顺序错误，可能导致绳子交叉、缠绕或自由端方向不符合要求。建议同学们在纸上多画几次，熟练后再在实物上操作。
【绕线要点】绕线时绳子不能交叉，要注意固定端和自由端的位置。固定端要先牢牢拴在滑轮挂钩上，绕线过程中每绕过一个滑轮，绳子都要紧绷且平行于其他绳段。
【过渡语】——了解了绕线方法后，我们通过实验来探究滑轮组的省力规律。——
【知识点】（四）滑轮组实验探究（约10分钟）
【教师活动】布置实验任务：请同学们按照教材要求，分别按甲、乙、丙三种方式组装滑轮组。甲方式只用一个动滑轮，乙方式用一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组且从定滑轮开始绕，丙方式同样用一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组但从动滑轮开始绕。实验过程中，用弹簧测力计沿竖直方向匀速拉动绳子自由端，读出拉力示数，同时用刻度尺测量钩码上升的高度和绳子自由端移动的距离，将数据填入实验表格。
【教师活动】详细讲解实验步骤和注意事项：第一步，检查器材，确认定滑轮、动滑轮转动灵活，弹簧测力计指针指零；第二步，按图甲组装，将动滑轮挂在铁架台上，下端挂钩码，上端用弹簧测力计竖直向上匀速拉动，使钩码匀速上升，记录拉力大小和方向，测量钩码上升高度和绳子自由端移动距离；第三步，按图乙组装滑轮组，将定滑轮固定在铁架台上端，动滑轮挂在下方，绳子一端固定在定滑轮挂钩上，向下绕过动滑轮，再向上绕过定滑轮，自由端用弹簧测力计竖直向下匀速拉动，记录各项数据；第四步，按图丙组装，绳子一端固定在动滑轮挂钩上，向上绕过定滑轮，再向下绕过动滑轮，自由端竖直向上拉动，记录数据。
【学生活动】按照实验步骤分组进行实验，认真记录数据到实验表格中。注意弹簧测力计要竖直匀速拉动，读数时视线与刻度盘垂直。
【教师活动】巡视指导，重点关注以下问题：第一，弹簧测力计是否竖直向上或向下匀速拉动，不能忽快忽慢，否则示数不稳定；第二，读数时视线是否与刻度盘垂直，避免因视差导致读数偏差；第三，测量绳子自由端移动距离时，要在绳子自由端做明显标记，测量标记移动的距离，而不是随意估计；第四，钩码上升高度用刻度尺测量时，要记录钩码底部或顶部从初始位置到最终位置的竖直距离，确保准确。
实验数据记录：
实验方式 物重G/N 拉力F/N 物体上升高度h/m 绳子自由端移动距离s/m
甲（动滑轮） 2 2 0.1 0.1
乙（滑轮组） 2 1.2 0.1 0.2
丙（滑轮组） 2 0.8 0.1 0.3
【教师活动】组织学生分析讨论第一个问题：比较乙、丙两次实验中拉力的大小与方向，并与甲实验进行比较，使用滑轮组时拉力的大小和方向与仅使用一个滑轮时有什么不同？引导学生从数据中发现规律：甲实验拉力F=2N，等于物重，不省力；乙实验拉力F=1.2N，小于物重，省力约一半；丙实验拉力F=0.8N，小于物重，省力约三分之二。从方向上看，甲实验和乙实验拉力方向都是向下，丙实验拉力方向向上。
【学生活动】与甲实验相比，乙、丙两次实验提升同一重物所用的拉力更小，说明滑轮组可以省力。乙实验拉力方向向下，丙实验拉力方向向上，说明绕线方式不同，拉力方向也不同。
【教师活动】分析得很好。接下来讨论第二个问题：比较乙、丙两次实验中拉力作用点移动的距离与物体上升高度的关系。从实验数据中，乙实验s=0.2m，h=0.1m；丙实验s=0.3m，h=0.1m。请同学们计算s与h的比值，看看有什么规律。
【学生活动】乙实验中s/h = 0.2/0.1 = 2，丙实验中s/h = 0.3/0.1 = 3。绳子自由端移动距离是物体上升高度的整数倍。
【教师活动】非常正确。乙实验中动滑轮上有2段绳子承担物重，我们记作n=2，此时s=2h；丙实验中动滑轮上有3段绳子承担物重，记作n=3，此时s=3h。综合以上分析，我们可以得出滑轮组实验的重要结论：使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但是费距离。省力的倍数等于承担物重的绳子段数n，费距离的倍数也等于n。设重物被提升的高度为h，动滑轮上承担物重的绳子段数为n，绳子自由端移动的距离为s，则s=nh。进一步分析拉力与物重的关系：如果不计绳重和摩擦，也不计动滑轮自重，拉力F=G/n；如果考虑动滑轮自重，则拉力F=(G+G动)/n。
【教师活动】需要特别强调的是，这里的n是指承担物重的绳子段数，不是绳子的总段数。判断n的方法是分割法：在定滑轮和动滑轮之间画一条虚线，只数动滑轮一侧（包括挂钩）的绳子段数。这个方法我们稍后会详细讲解。另外，从能量角度理解：使用滑轮组不省功，拉力做的总功W总=Fs，克服物重做的有用功W有=Gh，因为s=nh，所以W总=F·nh，若F=G/n，则W总=Gh=W有。实际中由于要克服动滑轮重力和摩擦做额外功，W总略大于W有。
【实验注意】实验中要竖直向上或向下匀速拉动弹簧测力计，只有这样弹簧测力计的示数才等于拉力的大小。读数时视线要与刻度盘垂直，避免视差导致读数不准。测量距离时要在绳端做标记，确保测量准确。
【过渡语】——实验表明滑轮组可以省力，那么省力多少与什么因素有关呢？接下来我们学习如何判断承担物重的绳子段数。——
【知识点】（五）承担物重的绳子段数与绕线规则（约8分钟）
【教师活动】讲解：滑轮组绕线的方式不同，承担物重的绳子段数n就不同，所需要的拉力大小也不同。动滑轮被几段绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一，即F=G/n，其中n为承担物重的绳子段数，G为物重，F为绳子自由端的拉力。这个公式是滑轮组计算的核心，正确判断n是解题的关键。
动滑轮被三段绳子吊起，n=3
【教师活动】展示两种不同绕线方法的滑轮组，引导学生仔细观察并比较：绳子的起点分别在哪里？拉力的方向各是什么？拉力的大小有什么关系？绳子自由端移动的距离有什么不同？通过对比分析，帮助学生建立绕线方式与省力情况之间的对应关系。
【学生活动】从定滑轮开始绕，n为偶数，拉力方向向下；从动滑轮开始绕，n为奇数，拉力方向向上。绕线起点不同，n的奇偶性不同，拉力方向也不同。
【教师活动】总结绕线规则：①从轮子数量少的钩子开始，这样可以确保绕线合理且不交叉；②定滑轮和动滑轮要交替绕行，不能连续绕同一个滑轮两次；③就近原则，每绕完一个滑轮后，选择距离最近的另一个滑轮继续绕；④奇动偶定——当n为奇数时，固定端拴在动滑轮上，从动滑轮开始绕；当n为偶数时，固定端拴在定滑轮上，从定滑轮开始绕。这个规律可以确保自由端从正确的滑轮引出。详细讲解"奇动偶定"的含义：n为奇数时固定端拴在动滑轮挂钩上，n为偶数时固定端拴在定滑轮挂钩上，这样可确保绕线完成后自由端从正确的滑轮引出。当题目没有规定拉力方向时，按此原则绕线即可。
两种绕线方法比较
【教师活动】进一步讲解"反绕法"：当题目规定了拉力方向时，比如要求拉力方向向下，但按照奇动偶定原则绕出的自由端方向不符合要求，就需要采用反绕法。反绕法的核心思想是：从外向内绕绳，确保自由端从指定滑轮引出。具体做法是：先确定自由端应该从哪个滑轮引出以满足拉力方向要求，然后从这个滑轮的对侧开始，由外及内逐层绕线。例如，要求n=3且拉力向下，n=3是奇数，按奇动偶定应从动滑轮开始，正常绕法自由端向上；但题目要求向下，所以采用反绕法，从定滑轮的外侧开始反向绕行，最终使自由端从定滑轮向下引出。
【教师活动】讲解分割法确定承担物重的绳子段数n：在定滑轮和动滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，只数绕在动滑轮上的绳子段数（包括挂在动滑轮挂钩上的那段固定端），即为承担物重的绳子段数n。分割法的关键是只数动滑轮一侧的绳子段数，定滑轮一侧的绳子不计入n。下面通过多组图示来练习分割法的应用，请同学们跟着老师一起数。
【判断技巧】分割法的关键是在定滑轮和动滑轮之间画虚线，只数动滑轮一侧（包括挂钩）的绳子段数，定滑轮一侧的绳子不计入n。牢记：挂钩上的固定端也算一段。
【过渡语】——掌握了滑轮组的绕线和省力规律后，我们来总结计算公式并学习典型例题。——
【知识点】（六）滑轮组计算公式（约4分钟）
【教师活动】总结滑轮组计算中的核心等量关系。第一，距离关系：绳子自由端移动的距离等于物体移动距离的n倍。如果物体上升高度为h，则绳子自由端移动距离s=nh。第二，速度关系：绳子自由端移动的速度等于物体移动速度的n倍。如果物体上升速度为v物，则绳子自由端移动速度v绳=nv物。这两个关系在实际解题中经常用到，需要熟练掌握。
其中s绳为绳子自由端移动的距离，s物为物体移动的距离（或上升高度h），v绳为绳子自由端移动的速度，v物为物体移动的速度。
滑轮组计算公式示意图
【教师活动】强调：使用滑轮组时，省力必然费距离，省几倍力就要费几倍距离，这符合功的原理。因为使用任何机械都不省功，滑轮组虽然省力，但拉动的距离增加了，总功W=Fs基本不变（忽略摩擦和滑轮重力）。从能量角度深入理解：拉力做的功等于克服物重和动滑轮重力做的功，即W总=W有+W额，其中W有=Gh是有用功，W额=G动h是额外功。实际计算中，如果考虑动滑轮的重力，拉力应为F=(G+G动)/n，其中G动为动滑轮的重力。这是因为动滑轮随物体一起上升，也需要被提升，所以拉力不仅要克服物重，还要克服动滑轮的重力。
【学生活动】如果不计绳重和摩擦，拉力F=(G+G动)/n，绳子自由端移动距离s=nh，总功W=Fs=(G+G动)h。
【教师活动】很好。这就是滑轮组计算的基本思路：先确定n，再分析受力，最后应用公式计算。要注意区分题目条件——如果题目说"不计绳重和摩擦"，才用F=(G+G动)/n；如果只说"不计摩擦"，则还要考虑绳重；如果什么都没说，实际拉力会比理论值大一些。因此解题时务必仔细审题，明确已知条件和适用公式。建议同学们在解题前先写出已知条件和所求量，再选择合适的公式，这样可以减少错误。另外，要注意区分定滑轮和动滑轮的重力，只有动滑轮的重力才需要由拉力来分担。
在解题过程中，还要注意单位的统一。如果题目中给出的高度单位是厘米，要先换算成米；如果时间单位是分钟，要换算成秒。单位不统一是导致计算错误的常见原因之一。此外，对于多段绳子的情况，画图是帮助理解的好方法，建议同学们养成先画图、再标注、后计算的习惯。
【理解要点】滑轮组省力的倍数等于承担物重的绳子段数n，但绳子自由端移动的距离也相应增加为物体移动距离的n倍。使用滑轮组不省功，这是能量守恒的体现。
【过渡语】——下面通过两道典型例题来巩固滑轮组的知识。——
【知识点】（七）例题精讲（约8分钟）
【教师活动】例1：工人站在地面上，使用如图所示的滑轮组将重物从地面提升到楼顶，要求绳子的自由端要向下拉。请你用笔画线代替绳子，画出滑轮组最省力的绕绳方法。
滑轮组绕绳作图题
【教师活动】思路分析：这道作图题需要综合运用我们学过的绕线规则。首先明确题目要求——工人站在地面上拉绳子，自由端要向下拉，这意味着绳子自由端必须从定滑轮出来。其次，题目要求"最省力"，就要使承担物重的绳子段数n最大。图中有一个定滑轮和一个动滑轮，n最大可以是3（一个动滑轮最多被3段绳子吊起）。n=3是奇数，按照"奇动偶定"原则，固定端应拴在动滑轮挂钩上。但正常从动滑轮开始绕，自由端会向上，不符合"向下拉"的要求，因此需要采用反绕法。具体画法：固定端拴在动滑轮挂钩上，绳子向上绕过定滑轮，再向下绕过动滑轮，最后从定滑轮向下拉出，这样既满足n=3最大，又满足拉力方向向下。
【学生活动】n=3是奇数，按照"奇动偶定"原则，固定端应拴在动滑轮上。但要求拉力向下，所以用反绕法，从定滑轮的外侧反向绕行，最终自由端从定滑轮向下引出。
【教师活动】正确。注意绕线时绳子不能交叉，每段绳子要紧绷且平行。画图时用直尺画直线表示绳子，在固定端和自由端标出箭头表示力的方向。检验画得是否正确，可以数一动滑轮上的绳子段数是否为3，以及自由端是否从定滑轮向下。另外，要记住最省力的绕法就是让n最大，在滑轮个数一定时，n的最大值取决于动滑轮的个数和绕线方式。
【解题技巧】滑轮组绕线问题先确定拉力方向要求，再确定n的最大值，然后按"奇动偶定"或"反绕法"确定起点和绕线顺序。检验时从两个角度验证：n是否正确，拉力方向是否符合要求。
作图题是滑轮组考查的重要形式，建议同学们准备直尺和铅笔，按照"一确定n、二确定起点、三按序绕线、四标方向"的步骤规范作图。作图时要注意线条清晰、不交叉，并用箭头标出拉力方向。
【教师活动】例2：如图所示的滑轮组，每个滑轮重50N，用这个滑轮组把质量为40kg的重物在2s内匀速提升2m。不计绳重和摩擦，下列说法中不正确的是（g取10N/kg）（　　）
A. 作用在绳子自由端的拉力F为150N
B. 重物上升的速度是1m/s
C. 绳子自由端移动的距离为6m
D. 绳子自由端移动的速度是2m/s
滑轮组计算选择题
【教师活动】详细分析：第一步，确定承担物重的绳子段数n。观察图示，用分割法在定滑轮和动滑轮之间画虚线，数动滑轮一侧的绳子段数，可以判断n=3。第二步，计算物重G=mg=40kg×10N/kg=400N。第三步，分析滑轮重力：题目说"每个滑轮重50N"，图中有两个滑轮，一个是定滑轮（固定不动，重力由支架承担，不计入拉力），一个是动滑轮（随物体上升，需要拉力克服），所以G动=50N。计算拉力：F=(G+G动)/n=(400N+50N)/3=450N/3=150N，因此A选项正确。第四步，计算重物上升速度v物=h/t=2m/2s=1m/s，B选项正确。第五步，计算绳子自由端移动距离s=nh=3×2m=6m，C选项正确。第六步，计算绳子自由端移动速度v绳=nv物=3×1m/s=3m/s，也可以用v绳=s/t=6m/2s=3m/s验证。D选项说绳子自由端移动速度是2m/s，与计算结果3m/s不符，因此D不正确。本题答案选D。
【教师活动】补充说明：这道题容易出错的地方有两个。一是滑轮重力的处理，有些同学会把定滑轮的重力也加进去，得到G动=100N，这样拉力F=(400+100)/3≈167N，就找不到正确选项了。要记住：只有动滑轮的重力才需要由拉力分担，定滑轮的重力由支架承担。二是速度关系的应用，v绳=nv物=3×1=3m/s，而不是2m/s，有些同学会误以为是2m/s。
【学生活动】计算时注意区分定滑轮和动滑轮的重力，只有动滑轮的重力需要计入拉力计算。速度可以用距离除以时间计算，也可以用v绳=nv物计算，两种方法可以互相验证。
【易错提示】计算滑轮组拉力时，"每个滑轮重50N"要判断有几个动滑轮，只有动滑轮的重力才需要加上去分担。定滑轮的重力由支架承担，不影响拉力大小。速度计算务必注意倍数关系是n倍。
【过渡语】——学习了滑轮组后，我们再来认识另一种简单机械——轮轴。——
【知识点】（八）轮轴（约5分钟）
【教师活动】引入：除了滑轮组，生活中还常用到轮轴这种简单机械。展示汽车方向盘、阀门旋钮、辘轳等图片，提问：这些工具有什么共同特点？引导学生观察：它们都有一个大的圆盘（或把手）和一个小的轴，两者绕同一轴线转动。
汽车方向盘
阀门旋钮和辘轳
【学生活动】都有一个大的圆盘和一个小的轴，两者绕同一个轴转动。
【教师活动】对。轮轴的准确定义是：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫作轮，小轮叫作轴。汽车方向盘、阀门旋钮、辘轳都是轮轴类机械。从杠杆的角度深入分析：轮轴可以看成是一种变形的杠杆。轮轴的支点在轮和轴的共同圆心，动力作用在轮的边缘，动力臂等于轮半径R；阻力作用在轴的边缘，阻力臂等于轴半径r。根据杠杆平衡条件F1×动力臂=F2×阻力臂，得到F1R=F2r。因为R>r，所以F1【教师活动】引导学生计算：如果R=0.8m，r=0.2m，省力倍数R/r=0.8/0.2=4，可以省力4倍。也就是说，在轮上施加的力只有轴上阻力的四分之一。轮轴的省力倍数由轮半径和轴半径的比值决定，比值越大越省力，但轮半径太大不便于操作，实际应用中要综合考虑。在实际应用中，为了使用方便或节约材料，常用杆状物体来代替大轮。比如门把手、自行车把手、水龙头开关、扳手等，这些虽然看起来不像"轮"，但本质上仍是轮轴的变形。动力作用在杆的末端，相当于作用在轮的边缘，动力臂是杆长；阻力作用在轴上，阻力臂是轴半径。
【学生活动】R/r=0.8/0.2=4，可以省力4倍。轮轴的本质是变形杠杆，轮半径越大越省力。
轮轴与滑轮组虽然都是简单机械，但它们的结构和原理有所不同。滑轮组通过多段绳子分担物重来实现省力，轮轴则通过增大动力臂来实现省力。两者都遵循杠杆平衡条件，也都符合功的原理——省力必然费距离。在实际生活中，选择哪种机械要根据具体情况而定：需要提升重物时常用滑轮组，需要转动或拧动时常用轮轴。
门把手
自行车把手
水龙头
【生活链接】轮轴的本质是变形杠杆，轮半径越大越省力，但手转动的距离也越长，符合省力费距离的规律。生活中很多工具都是轮轴的变形，如螺丝刀、摇柄等。
【过渡语】——下面我们对本节课的知识进行梳理总结。——
【知识点】（九）知识框架梳理（约3分钟）
【过渡语】——知识梳理完毕，我们通过练习来检验学习效果。——
【知识点】（十）课堂练习（约6分钟）
1. 小明利用如图所示的装置探究滑轮组的特点，他将重为5N的物体匀速提高了1m，每个滑轮重均为1N，不计绳重及摩擦，则绳端移动距离是____m，施加在绳端的拉力F是____N，悬挂定滑轮处拉力F′是____N。
解析：第一空，观察装置图，用分割法在定滑轮和动滑轮之间画虚线，数动滑轮一侧的绳子段数，n=2。绳端移动距离s=nh=2×1m=2m。第二空，每个滑轮重1N，即G动=1N，拉力F=(G+G动)/n=(5N+1N)/2=3N。第三空是难点，求悬挂定滑轮处的拉力F′，需要对定滑轮进行受力分析：定滑轮受到自身重力G定=1N向下，以及三段绳子向下的拉力（定滑轮上绕了三段绳子，每段拉力都是F=3N），总向下力为G定+3F=1N+9N=10N。定滑轮静止，悬挂处的拉力F′与总向下力平衡，所以F′=10N。本题答案：2，3，10。
点评：前两空考查滑轮组的基本计算，第三空考查定滑轮的受力分析，是易错点。很多同学第三空会填错，关键是要注意定滑轮上有几段绳子向下拉它。受力分析是解决力学问题的基本功，一定要养成画图分析的习惯。
2. 图甲是《天工开物》中记载的一种取水工具——辘轳，它可以看成不等臂杠杆——轮轴，如图乙，若r=0.2m，R=0.8m，桶和水的总重量为120N，取水时匀速转动辘轳，力F为____N。
辘轳轮轴计算题
解析：辘轳是轮轴，可以看成变形杠杆。根据杠杆平衡条件F1R=F2r，这里F作用在轮上（动力），G=120N作用在轴上（阻力）。轮半径R=0.8m是动力臂，轴半径r=0.2m是阻力臂。代入数据：F×0.8m=120N×0.2m，解得F=(120N×0.2m)/0.8m=24N·m/0.8m=30N。
验证：轮轴省力倍数=R/r=0.8/0.2=4，所以F=G/4=120N/4=30N，结果一致。也可以从杠杆角度理解：动力臂是阻力臂的4倍，所以动力是阻力的四分之一，即省力4倍。本题答案：30N。
点评：本题以《天工开物》中的辘轳为背景，体现了我国古代劳动人民的智慧，也说明了物理知识源于生活、服务于生活。解题时要注意区分轮半径和轴半径，不能混淆。在轮轴中，动力作用在轮上，动力臂是轮半径；阻力作用在轴上，阻力臂是轴半径。
【解题思路】轮轴问题关键是识别轮半径R和轴半径r，确定动力臂和阻力臂，然后应用杠杆平衡条件F1R=F2r求解。注意动力和阻力要对应正确的力臂。

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