人教版八年级下册12.2 滑轮学案设计

这是一份人教版八年级下册12.2 滑轮学案设计，共16页。学案主要包含了学习目标，学习重点，学习难点，自主预习，合作探究，设计实验，进行实验，分析论证等内容，欢迎下载使用。
1. 认识定滑轮和动滑轮。
2. 知道定滑轮、动滑轮的特点，并能根据需要选择合适的滑轮解决实际问题。
3. 会安装滑轮组，并能根据安装情况分析施加的拉力大小与物重的关系。
【学习重点】
研究定滑轮和动滑轮的特点。
【学习难点】
滑轮组的装配及省力情况。
【自主预习】
阅读教材，完成以下问题：
1．滑轮有定滑轮和动滑轮两种。使用时，滑轮的轴固定不动的叫定滑轮；滑轮的轴与物体一起运动的叫动滑轮。
2. 使用定滑轮不能省力，不能省距离（均选填“能”或“不能”），但是可以改变力的方向，定滑轮的实质是等臂杠杆。
3. 使用动滑轮的好处是省力，缺点是不能改变力的方向，且费距离。动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆。
4. 使用滑轮组的特点是：使用滑轮组既能省力又能改变力的方向 。若承担物重的绳子股数为n，不考虑动滑轮重和摩擦，则拉力F与物重G之间的关系为F＝ EQ \F(1,n) G。如果考虑动滑轮自重为G动，则该关系为F
＝ EQ \F(1,n)（G+G动），绳子自由端移动的距离s和重物提升的高度h之间的关系为 s = nh。
5. 轮轴和斜面也是常见的简单机械，在使用时，省力，费距离，属于省力机械。
【合作探究】
探究一、定滑轮和动滑轮
【看一看】观察图1所示滑轮的结构，什么是滑轮？
1.滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的小轮。
【想一想】图2和图3中两个滑轮在使用上有什么不同?
图2国旗上升时，旗杆顶端的滑轮轴不随物体一起移动，叫定滑轮。图3中的货物上升时，起重机下面的滑轮轴随物体一起移动，叫动滑轮（均选填“随”或“不随”）。
图1 滑轮 图2 旗杆顶端的滑轮 图3 起重机下面的滑轮
2. 滑轮有两种：定滑轮和动滑轮。
3. 定滑轮
【问题】使用定滑轮是否省力（或费力）？使用定滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？
（1）实验——探究定滑轮的特点
【设计实验】
①实验器材：铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计。
②把定滑轮固定在铁架台上，钩码挂在细线的一端；弹簧测力计挂在细线的另一端，用力缓慢拉动弹簧测力计向下匀速运动。记录拉力的大小、钩码上升的距离、拉力移动的距离及拉力的方向。
【进行实验】
①用弹簧测力计直接测出钩码的重力（图甲）。
②使用定滑轮缓缓提升钩码，记录整个过程中拉力的大小F、钩码上升的距离h物、拉力移动的距离s绳及拉力的方向（图乙）。
甲 乙 丙
③如图丙所示，用弹簧测力计竖直拉升、斜着拉升，改变拉力的方向，观察拉力大小。
实验数据：
【分析论证】
①拉力与重力的大小关系：F=G，即使用定滑轮不省力。
②拉力的方向：可以改变（可以/不可以）。
③拉力（绳末端）移动距离S绳与钩码上升高度h物的关系： S绳=h物.
【实验结论】使用定滑轮不省力，不省距离，可以改变力的方向。
（2）定滑轮的实质——等臂杠杆（等臂/不等臂）
【分析】如图甲所示，支点在轴心O处，拉力F1是动力，重物的拉力是阻力F2；两个力臂l1、l2都等于轮半径。根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，因为l1＝l2，所以F1＝F2＝G（不计摩擦）.
当改变拉力方向时，力臂不变，还是等臂杠杆，所以拉力不变 F＝G。
绳子自由端移动的距离S和物体升高的高度h的关系：S绳=h物
甲 乙
（3）用平衡力的知识研究定滑轮的特点
如图乙所示，在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以拉力F跟物体的重力G是一对平衡力，则：F＝G。
物体向上运动，用力的方向向下，所以，使用定滑轮能改变力的方向.
【归纳结论】使用定滑轮不省力，可以改变力的方向。
【例题1】研究定滑轮的特点：
①在研究使用定滑轮是否省力时，用如图甲所示装置匀速提升重物，需要测量的物理量是_______和________。
②如图乙所示，分别用拉力F1、F2、F3匀速提升重物，则三个力的大小关系是 。
③旗杆顶部有一个定滑轮，给我们升国旗带来了便利，这是利用定滑轮 的特点。
甲 乙
【答案】①拉力、重力；②F1=F2=F3；③可以改变力的方向。
【解析】①用如图甲所示装置研究定滑轮的特点，需要测量的物理量是弹簧测力计对绳子末端的拉力和物体的重力.
②图乙是一个定滑轮，使用定滑轮不省力，所以F1=F2=F3.
③定滑轮可以改变力的方向，能够方便我们升降国旗。
4.动滑轮
【问题】使用动滑轮是否省力（或费力）？使用动滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？
（1）实验探究——动滑轮的特点
【设计实验】
①实验器材：铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计
②把绳子一端固定在铁架台上，另一端通过动滑轮挂在测力计的挂钩上；钩码挂在动滑轮的轴上，用力缓慢拉动弹簧测力计竖直向上匀速运动。
记录整个过程中用力大小、钩码升高的距离及拉力移动的距离。
【进行实验】①用弹簧测力计直接测出钩码的重力；
②使用弹簧测力计缓缓竖直向上拉动滑轮提升钩码，记录整个过程中用力大小F、钩码升高的距离h及拉力移动的距离s。
③改变钩码的个数，重复上述实验过程。
将测量结果填入表格。
注意：单独使用动滑轮时，拉力的方向为竖直向上即物体运动的方向与拉力的方向朝向一致。

实验数据：
【分析论证】
①拉力与重力的关系：F＜G，即使用动滑轮省力。若不计动滑轮的重力及摩擦时，则拉力F=G/2。
②拉力的方向：不能改变（能/不能）。
③拉力（绳末端）移动距离S与钩码上升高度h的关系：S绳=2h物。
【归纳结论】使用动滑轮可以省力， 不能（能/不能）改变力的方向，且费距离（省/费）。
（2）动滑轮的实质
动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。
如图1所示，动滑轮相当于一根杠杆，支点在绳和轮相切的O处；拉力F1是动力，重物的拉力是阻力F2；动力臂l1是轮直径、阻力臂l2是轮半径（直径/半径）。
根据杠杆的平衡条件：F1.l1=F2.l2
因为l1＝2l2，所以 F1＝ EQ \F(1,2)F2＝ EQ \F(1,2)G （不计摩擦和动滑轮重）
绳子自由端移动的距离S绳和物体升高的高度h物的关系：S绳=2h物
图1 动滑轮的实质 图2 物体的受力分析
（3）用平衡力的知识研究动滑轮的特点
如图2所示，在忽略动滑轮的重力和摩擦的情况下，物体受到重力G和两段绳子的两个拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以两个拉力F跟物体的重力G是平衡力，则2F＝G ，所以拉力 F= EQ \F(1,2)G
若考虑动滑轮的重力，忽略绳重、摩擦，由于物体匀速上升，所以四个力平衡，满足 2F＝（G + G动）
所以拉力 F= EQ \F(1,2)（G + G动）.
【想想议议】这个故事中使用的是什么滑轮？为什么瘦子会被吊起来？
【分析】图中滑轮为定滑轮。
胖子对绳子的拉力等于物体的重力，且胖子重力大于物体重力，因此胖子可将物体通过定滑轮吊到二楼。而瘦子对绳子的拉力小于物体的重力，且瘦子的重力小于物体的重力，因此瘦子被吊到二楼（均选填“等于”、“大于”或“小于”）。

【例题2】一辆小汽车陷进了泥潭，司机按如图所示的甲、乙两种方式安装滑轮，均能将小汽车从泥潭中拉出，甲方式中滑轮的作用是__________；设两种方式将汽车拉出的最小力分别是F1、F2，则F1 ____ F2 （均选填“＞”、“＜”或“=”）。
【答案】改变力的方向，＞。
【解析】甲方式中的滑轮是一个定滑轮，不省力，可以改变力的方向。
乙方式中的滑轮是一个动滑轮，省力，不能改变力的方向。汽车受到的阻力为f 是不变的，则F1= f，F2= f /2，所以F1＞F2.
5. 定滑轮和动滑轮的区别
探究二、滑轮组
【问题】我们知道：定滑轮可以改变力的方向，但不能省力。动滑轮可以省力，但不能改变力的方向。能否得到这样一种机械，它既可以省力，又可以改变力的方向呢？
1. 滑轮组
把定滑轮和动滑轮组合在一起，就构成了滑轮组。
2. 由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组的省力与费距离情况
【想想议议】由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组有几种组合?这样的组合各有什么特点？
【分析】可以组成甲、乙所示的两个滑轮组，这两种绕线方法的不同之处：
①绳端的固定点不同：甲固定在动滑轮的轴上，乙固定在定滑轮的轴上。
②拉力的方向不同：甲通过动滑轮向上，乙通过定滑轮向下。
甲 乙
【提问】用如图甲、乙所示的滑轮组把重力为G的物体提高h，在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时，所用拉力F多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？
（1）甲滑轮组的省力与费距离的情况：
【分析】动滑轮受四个力的作用而平衡，得出F1+F2+F=G物，因为同一根绳子上的力相等，F1=F2=F，所以得出F= G物/3。
甲图中的重物由三段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，三段绳子缩短的距离都要被拉力拉走，所以拉力移动的距离为s=3h。.
【结论】拉力F=G物/3，拉力移动的距离s=3h；使用该滑轮组省力费距离。
甲 乙
（2）乙滑轮组的省力与费距离的情况
【分析】乙图中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，每段绳子都要承担物重，因为同一根绳子上的力相等，所以拉力的大小F= G物/2；图中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，所以拉力移动的距离为2h。
【结论】拉力F= G物/2，拉力移动的距离s=2h。使用该滑轮组省力费距离。
3. 由两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组的省力与费距离情况
【想想议议】用两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组，怎样绕绳子？有几种方法？绕线方法有什么不同？
丙 丁
【分析】如图所示，可以组成丙、丁所示的两个滑轮组，这两种绕线方法的不同之处：
①绳端的起点（固定点）不同，丙在定滑轮的钩上；丁在动滑轮的钩上。
②拉力的方向不同，丙中拉力的方向向下，丁中拉力的方向向上。
（1）丙滑轮组的省力与费距离的情况（不计动滑轮重和摩擦）：
【分析】对丙动滑轮受力分析：F1+F2+ F3+ F4 =G，同一根绳子上的力相等：F1=F2= F3=F4 = F
结论：F=14G；拉力移动的距离s=4h（4是动滑轮上绳子的段数）
丙 丁
（2）丁滑轮组的省力与费距离的情况（不计动滑轮重和摩擦）：
动滑轮受力分析：F1+F2+ F3+ F4 + F5=G，同一根绳子上的力相等：F1=F2= F3=F4 =F5= F
结论：F = EQ \F(1,5)G；拉力移动的距离 s=5h（5是动滑轮上绳子的段数）
4. 总结：滑轮组的特点
①省力情况：若有n段绳子与动滑轮连接，则所用的力就是物重的n分之一。
即：F=1nG物 （不计绳重，动滑轮重和摩擦）。
不计绳重和摩擦但考虑滑轮重：则F=1n（G+G动）
②费距离情况：绳子自由端移动距离s是物体上升高度h的n倍，即s=nh。
【例题3】楼下有一箱重力为300N的货物，要将它用滑轮组提到二楼（每层楼高为3m），若想最省力，应该如何绕线？计算出力的大小、人拉绳子的长度。 （不计绳重、摩擦及动滑轮自重）
【答案】见右图。
【解析】绕线方法见图。
动滑轮上的绳子股数有3段，所以拉力的大小为：
F＝ EQ \F(1,n) G = EQ \F(300N,3) =100N
人拉绳子的长度：s=nh=3m×3=9m
【例题4】分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（ ）
A B C D
【答案】A。
【解析】A．承重绳子的段数n=3，则拉力F1＝ EQ \F(1,3)G
B．承重绳子的段数n=2，则拉力F2＝ EQ \F(1,2)G
C．定滑轮相当于等臂杠杆，则拉力F3=G
D．动滑轮相当于省力杠杆，则拉力F4＝ EQ \F(1,2)G
综上，四种装置匀速提升同一重物，最省力的是A中的装置。
探究三、轮轴和斜面
1. 轮轴
①轮轴的组成：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。
轮轴 轮轴工作原理
②轮轴省力原理
【分析】轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。
如图所示，轮轴作为杠杆的支点在轴心0，轮半径R是动力臂，轴半径r是阻力臂。根据杠杆的平衡条件：F1R = F2r得：F1R = Gr，因为R >r，所以F1