人教版八年级下册12.2 滑轮教案

滑轮（教学设计）

教学目标

知识与技能

1．认识定滑轮和动滑轮，理解定滑轮、动滑轮的作用。

2.会根据要求使用和组装滑轮组

过程与方法

1．通过观察和实验，得出定滑轮、动滑轮的工作特点；

2．通过自制教具以及杠杆的平衡条件，对定滑轮、动滑轮的工作特点进行分析，培养学生的分析观察能力，得出定滑轮是一种等臂杠杆、动滑轮是一种省力杠杆的变形；

3．在对实例的分析和解释中进一步理解定滑轮、动滑轮的应用。

情感、态度和价值观

1．意识到定滑轮和动滑轮的不同作用，提高探究简单机械的兴趣；

2．运用学过的科学知识解释生活中的滑轮，进一步感受到生活和科学的关系；

教学重点和难点

重点：定滑轮、动滑轮及滑轮组的作用及特点。

难点：1.定滑轮是一种等臂杠杆、动滑轮是一种省力杠杆的变形；

      2.找动滑轮的支点。

教学过程

一．引入：

演示：杠杆提水的实验

在杠杆的一端施加一个向下的动力，发现杠杆已经碰地了，小桶还没有离开井口。

提问：该怎么办呢？

将杠杆向上移动，就能使杠杆继续转动，小桶就会继续被举高。（边讲边做）如果杠杆能够连续转动，小桶就可以被举得更高。（演示）

提问：杠杆要是连续转动起来的话，大家想象一下，会是怎样的情况呢？

操作：转动红色的等臂杠杆

现象：看到它形成了一个圆。

操作：用自制教具改装。

讲授：像这样改装好的装置就叫做滑轮，滑轮实际上就是杠杆的变形，它也是一种简单机械。在现代化生产中，人们使用的往往是复杂的机械，但复杂机械中的许多部件就是由杠杆、滑轮等简单机械组合起来的。今天我们就开始学习滑轮。

二．新课教学：

请学生观察：滑轮由哪些部分组成呢？（PPT出现一个滑轮）

学生：有轮子    （轮子的边缘有什么特点呢？） 

学生：有凹陷    （我们把它称为槽。）

教师：轮子会不会转呢？   （会）

教师：绕着什么转？       （绕着圆心）

教师：也就是绕着通过圆心的轴转动。 

教师：轴用框固定。  

教师：框的上下还各有一个钩子。

引入定义：像这样能够绕轴转动的，边缘有槽的轮子就叫做滑轮。

板书：一、滑轮

1．              定义：能够绕……

2．              组成部分：轮  轴  框  钩

滑轮画法：（用PPT） 先画轮，再画轴，然后框，最后钩。

再请学生观察：这两个滑轮在构造有没有不同呢？（没有）

老师利用其中一个滑轮将这个重物举高：

1. 把滑轮挂在铁架台上
2. 在绳子的一端挂上重物
3. 将绳子绕过滑轮
4. 在绳子的另一端施加一个向下的拉力

思考：教师提供一套完全相同的器材，请学生用这个滑轮想出另一种方法，同样也把这个重物举高。

学生讨论：请同学你上来表演。

（学生操作过程中，滑轮会打翻，可以提示：先将重物挂在滑轮上）

（注意：举高后一定要将绳子的自由端固定好。）

总结：操作步骤：

1. 将绳子的一端固定在铁架台上
2. 把重物挂在滑轮的下方
3. 将绳子穿过滑轮
4. 在绳子的另一端施加一个向上的拉力，重物就被举高了

操作：教师同时利用这两个滑轮将重物举高。（操作：两边同时拉）

思考：这两个滑轮在构造上是相同的，大家认真观察，它们在工作过程中有什么不同呢？（一个滑轮会动，另一个不会动）哪一个不会动？ （左边）教师在左边这个滑轮上贴一个小圆点，当向下拉绳子的时候，看看滑轮有没在动？

总结：可见，不能说是滑轮不动，而是滑轮的轴不动。

而右边这个滑轮的轴会随着物体的运动而运动。（PPT）

定义：把在工作过程中轴固定不动的滑轮叫定滑轮。

  把在工作过程中轴随物体一起运动的滑轮叫动滑轮。

板书： 3. 分类：定滑轮：轴固定不动

            动滑轮：轴随物体一起运动    

　可见，定滑轮和动滑轮不是构造不同，也不是一个会动，一个不会动。

而是由在工作过程中轴会不会随着物体一起运动来区分的。

二、定滑轮的工作特点

1.利用定滑轮工作有什么好处呢？

分析：在没有利用定滑轮时，要将重物举高，力就要向上。（演示）

而用了定滑轮之后，力的方向可以向下。（边讲边演示）

总结：使用定滑轮的好处是：可以改变力的方向。

2.利用定滑轮工作能不能省力呢？

如果直接匀速向上（副板书：匀速）提起物体，需要多大的力？

测量:  拉力为多少牛？ (2N) 那么物体的重力也就是2N。

即阻力为2N, 记为F2=G=2N (副板书)

而用了定滑轮之后，需要的拉力为多大呢？

测量：此时拉力为多少？（2.1N）这是动力，记为F1=5.2N (副板书)

分析：因为动力大于阻力， 所以使用定滑轮不省力。

3.为什么使用定滑轮不能省力呢？这个问题如何分析？谁想出来了？（请同学发言）

分析：刚才我们已经知道了滑轮实际上就是杠杆的变形，（出示教具）现在我们再把它变回杠杆进行分析。（将滑轮变回杠杆）

引导：大家观察一下，当提起重物时，支点在哪？（在轴上）

   这是动力作用线，这是阻力作用线，（边讲边用手比划）

从支点到动力作用线的距离为动力臂；从支点到阻力作用线的距离为阻力臂。（用手比划）

发现：动力臂等于半径，阻力臂也等于半径，即l1=l2。

也就是说定滑轮的实质是一个什么杠杆？（等臂杠杆）（再点PPT）

 证明：当匀速举起重物时，杠杆处于平衡状态。

根据杠杆的平衡条件：F1×l1=F2×l2    因为l1= l2    所以F1 =F2

可是刚才我们测出F1=2.1，F2=2N；为什么实际过程中F1略大于F2呢？

分析：因为轮在绕着轴转动时，轴与轮之间会产生摩擦，同时绳子与槽之间也有摩擦。若忽略摩擦力的话，则F1等于F2。

 4.如果沿着不同方向拉绳子，一样可以将物体匀速举高，那么力的大小会一样吗？（会&不会）用实验来验证。

演示： 向下拉时，F1=2.1N

        斜向下拉，F1‘=2.1N

        水平拉时，F1‘‘=2.1N

       无论沿哪个方向拉，力的大小都不变。这又是为什么呢？

    5.为什么沿不同方向拉绳子，力的大小都不变呢？

分析：斜拉时，阻力和阻力臂不变，现在动力是沿着这个方向的，发现动力臂还是等于半径，即定滑轮还是个等臂杠杆。因此F1‘= F2。

水平拉时，动力臂仍然等于半径，说明它仍然是一个等臂杠杆，则F1‘‘= F2

总结：所以，无论我们沿什么方向拉，定滑轮始终是一个等臂杠杆。

         综上所述，定滑轮工作的特点是：

板书：  1.可以改变力的方向    2.不能省力     3.实质：等臂杠杆

三、动滑轮的工作特点

1.利用动滑轮工作会不会改变力的方向呢？请一个同学来分析。

分析：在没有利用动滑轮时，要将重物竖直向上举高，力的方向要竖直向上。而用了动滑轮，力的方向还是竖直向上。（边讲边演示）

总结：利用动滑轮不能改变力的方向。

 2.利用动滑轮工作能不能省力呢？

演示：现在我用了动滑轮也把重物匀速举高，所需要的拉力为多少呢？再用弹簧测力计测一下。（1.3N）记为动力F1=1.3N

发现动力小于阻力，所以使用动滑轮可以省力。

3.为什么使用动滑轮可以省力呢？该如何分析？

再将动滑轮变回杠杆来分析。

分析：当提起重物的时候，支点在哪里？

　 在绳子和轮接触的地方这是动力作用线，这是阻力作用线，（边讲边用手比划）把动力臂和阻力臂画出来从支点到动力作用线的距离为动力臂；从支点到阻力作用线的距离为阻力臂。（先用手比划）动力臂等于直径，阻力臂等于半径，即l1=2l2。

也就是说动滑轮的实质是一个省力杠杆

4.那使用动滑轮可以省多少的力呢？请一个同学到黑板上证明：

          当匀速举起重物时，杠杆出于平衡状态。

根据杠杆的平衡条件：F1×l1=F2×l2      

因为l1=2 l2       所以F1 =1/2F2即使用动滑轮可以省多少的力？（一半）

　　　若学生没有写根据杠杆平衡条件四个字，就问学生，这个公式成立的条件是什么呢？（杠杆要平衡）那现在杠杆平衡了吗？（平衡了）

为什么呢？因为我们是匀速举起重物，杠杆是匀速转动，所以杠杆处于平衡状态。

     5.刚才我们测出F2=2N， F1=2.1N，为什么实际过程中F1略大于1/2F2？

　　　学生：因为有摩擦力。

补充：除了有摩擦力之外，还有其他原因吗？

刚才我们将物体举高的时候，什么也被举高了？（动滑轮也被举高了），如果忽略摩擦力，也忽略了动滑轮和绳子的重的话，则F1等于1/2F2。

综上所述，我们可以总结出利用动滑轮工作的特点是：

板书： 1.不能改变力的方向    2.可以省力     3.实质：省力杠杆

四．滑轮组

现在请大家欣赏一幅漫画：

(PPT第一幅图)大家看漫画里有两个人，一个胖子，一个瘦子，还有一袋很重的面粉。

（PPT第二幅图）他让瘦子帮他抓住绳子，自己上楼去搬，

提问：大家猜猜看，胖子会成功吗？

    （PPT打出第三幅图）：我们看到面粉落地了，瘦子反而被提起来了，   所以，胖子失败了。请大家分析一下胖子失败的原因是什么？

    （因为瘦子比面粉轻，瘦子力气不够大……）

PPT    失败原因： 1.   G瘦子<G面粉

    2. 使用定滑轮不能省力

思考：现在，还是这袋面粉，还是这个定滑轮，面粉和瘦子都在地面上，老师再给你一个滑轮，请你帮助他们想想办法，怎样才能让瘦子把面粉拉到二楼的窗口呢？大家讨论一下。

分析：

首先，老师提供给你的滑轮必须把它组装成动滑轮呢还是定滑轮呢？（动）对，因为我们要省力，所以必须把它组装成动滑轮，用它来省力；其次，原来的那个定滑轮还要不要用呢？（要）

还需要一个定滑轮来改变力的方向；

总结：那既要用动滑轮来省力，又要用定滑轮来改变力的方向，因此，我们就必须将动滑轮和定滑轮组合起来使用。怎么组合呢？也就是绳子怎么绕呢？（边说边组装成并列的滑轮组）实际上动滑轮固定在铁架台上的绳子可以直接挂在定滑轮的钩子上，也是一样的。

那我们来看一下正确的绕线方法：应当是从内到外绕的：

PPT: 应当是从内到外绕的：先从定滑轮的钩子开始从上往下绕过动滑轮，再从下往上绕过定滑轮，最后拉力的方向是往下的。

定义：像这样，将动滑轮和定滑轮组合在一起的装置就叫做滑轮组。它既可以省力，又可以改变力的方向。

思考；请大家思考一下，使用这样的滑轮组可以省多少的力呢？

分析：我们把面粉和动滑轮看成一个整体，大家想想这里是几段绳子在承担物重呢？现在我们把绳子剪断，大家可以看到这两段绳子是吊着物体的，而另外一段直接就落地了，所以承当物重的绳子只有这两段，即n＝2，若忽略了动滑轮的重的话，每一段绳子只承当二分之一的G物，即F拉＝1/2G物，也就是可以省一半的力。若面粉重300N,则拉力只要150N.

思考：再请大家思考一下，如果我要用100N即1/3 G物的力将面粉提到二楼，还是这个滑轮组，那又该如何组装呢？请大家讨论。

分析：首先力要用1/3 G物，那n要等于多少？也就是必须有三段绳子来承当物重。刚才吊着动滑轮的只有两段，现在还需要一段，该系在哪里呢？只能系在钩子上。

PPT:  绳子从动滑轮的钩子上开始往上绕过定滑轮，再往下绕过动滑轮，最后拉力的方向是向上得，所以此时，瘦子必须跑到二楼去拉。

       那这样的连接方式对不对呢？我们再用刚才的方法分析一下。

PPT:  我们再把绳子剪断，发现这三端都是吊这动滑轮的，可见每一段都承当1/3G物，即100N的力就可以把面粉提到二楼。

思考：再请大家看这个滑轮组，承当物重的绳子有几段？4

那这个滑轮组呢？承当物重的绳子有几段？5

     若用n来表示承担物重的绳子的段数的话，则F拉＝1/nG物

五．小结：

１．定滑轮：

（1）特点：可以改变力的方向，但不省力

（2）实质：是一个等臂杠杆

２．动滑轮：

（1）特点：不能改变力的方向，但可以省一半的力

（2）实质：动力臂是阻力臂二倍的杠杆

３．滑轮组：

（1）使用优点：既可省力，又可改变力的方向）公式