八年级下册物理第2节 滑轮(导学案)
第2节滑轮
课
题
滑轮课型新授课
随
风
潜入夜,润物细无声。出自杜甫的《春夜喜雨》◆令公桃知识与技
能
1.知道定滑轮、动滑轮,并能识别它们.
2.理解定滑轮、动滑轮的特点与实质,并能用它们来解决
简单的问题.
1.知道滑轮组的结构、特点和应用,会根据要求使用和组
装滑轮组.
2.了解其他简单机械如轮轴和斜面的工作原理和使用方
法.
过程与方
法
经历探究定滑轮、动滑轮工作特点的过程,进一步掌握用
观察、对比来研究问题的方法.经历组装滑轮组的过程,学
会按要求组装滑轮组.
情感、态度
与价值观
1.关心生活、生产中有关定滑轮、动滑轮、滑轮组、轮轴
和斜面的实际使用.
2.对实践中的定滑轮、动滑轮、滑轮组及其他简单机械的
工作特点有好奇心.
3.具有利用简单机械改善劳动条件的愿望.
目
标
教
学
重
点
探究定滑轮、动滑轮的特点和应用.
教具准
备
多媒体课件、定滑
轮、动滑轮、钩码、细
绳、弹簧测力计、扳手、
水龙头、长木板等.
教
学
难
点
会按要求组装滑轮组,并画出它的
绕线教学课
时
1课时
课
前
预
习
1.常见的滑轮分为定滑轮和动滑轮.中间的轴固定不动的滑轮叫定
滑轮,轴和重物一起移动的滑轮叫动滑轮.
2.升旗的时候,我们看到的旗手用力向下拉绳子,旗就升上去了,
这是因为旗杆顶端有一个定滑轮.这个事例告诉我们,这种简单机械能够改变力的方向.
3.使用动滑轮时,理论上可以省一半的力,但是不能改变力的方向.
4.常见的滑轮分为定滑轮和动滑轮.中间的轴固定不动的滑轮叫定
滑轮,轴和重物一起移动的滑轮叫动滑轮.
5.使用滑轮组时动滑轮和重物由n段绳子承担,提起物体所用的力
就是总重的
1
n
.公式表示为F=
1
G
n
.绳子自由端移动的距离是物体移动距离的n倍.
6.轮轴可以看成是连续转动的杠杆,使用轮轴可以省力.使用斜面
可以省力,在高度一定时,斜面越长越省力.
知识拓展:
滑轮是一种变形杠杆,因为滑轮可以连续旋转,所以滑轮可以看作是一个连续旋转的杠杆.
生:定滑轮工作时,轴不动,轮转动;动滑轮工作时,轴随着物体一起向上或向下运动.
进
行
新
课
师回答正确.好,下面请大家分组探究定滑轮、动滑轮的特点
学生分组进行实验探究(可参照教材P82《实验》.教师参与实验指导,这样便于降低学生实验难度.
设计表格(供参考
学生记录数据,进行分析,得出结论.
教师用多媒体播放课件“定滑轮和动滑轮的特点和实质”,并讲解.
定滑轮和动滑轮的特点和实质(多媒体课件)
(1)定滑轮是一个等臂杠杆.图甲中所示定滑轮两边的力轮相切,中心轴为杠杆支点,轮的直径可以看作是一根硬棒,动力和力作用在直径的两端,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.
(2)动滑轮是一个动力臂为阻力臂二倍
的杠杆.如图乙所示,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,人施加的力为动力,因此动力臂是直径,阻力臂是半径,动力臂阻力臂的二倍.
特别提醒:
使用定滑轮不省力,F=G;使用动滑轮省一半的力,F=1
2
G.这均是理想化的状态,即不考虑滑轮与
轴之间、绳与轮之间的摩擦以及动滑轮重力时的情况.要考虑这些因素,实际使用定滑轮不仅不省力,反而费力;使用动滑轮也达不到省一半力的效果.
知识总结:
使用定滑轮和动滑轮的几种情况(图中物体全部匀速运动)
定滑轮:图示及表达式
动滑轮:图示及表达式
进
行
新
课
师请同学结合刚才探究的结论,联系实际事例,说说在什么情况
下使用定滑轮?什么情况下使用动滑轮?
学生回答:①需要改变用力的方向时,使用定滑轮,如站在地面上升旗的装置.②需要省力,用较小的力提起较重的物体时,使用动滑轮,如建筑工地上吊起建筑材料的装置.
例题1(用多媒体展示)一辆汽车不小心陷进了泥潭中,按如图所示的甲、乙两种方法安装滑轮,均可将汽车从泥潭中拉出.如果汽车的动力比阻力小800N,则甲图中人拉动汽车的拉力至少为 N,乙图中人拉动汽车的拉力至少
为 N,其中比较省力的是
甲乙
解析:图甲是定滑轮,图乙是动滑轮.由于定滑轮不省力,动滑轮省力.根据题目的已知条件,必须给汽车提供至少800N的拉力,因此,如果利用甲图,则人必须至少施加800N的力才能把汽车拖出泥潭.如果利用乙图,人只需提供400N的拉力即可拖出汽车.由此可见,乙图更省力.
答案:800 400 乙
知识点2 滑轮组
师我们知道使用定滑轮可以改变力的方向,使用动滑轮可以省力,那能否把二者的优点都利用起来,组合在一起构成一个新机械呢?
生讨论、交流.
学生分组实验进行探究,教师巡视指导.学生完成实验,交流实验结论.
师像这样把定滑轮和动滑轮组合在一起就是滑轮组,当用滑轮组提升重物
之间有何关系?请大家分组进行实验探究,找出其关系.
教师参与实验指导,并在黑板上画出甲、乙两组不同的滑轮组,并演示组装,然后请一名学生上台用甲、乙两个滑轮组将同一个钩码提起来.
要求学生注意观察、记录弹簧测力计的示数,并说
说甲、乙两个滑轮组中动滑轮的绕线方法有何不同.
师两次示数不同的原因是什么?
学生观察、讨论后回答:承担钩码的绳子段数
不同.
师你能数出有几段绳子吊着钩码吗?
学生观察、讨论后进行回答:甲有2段,乙有3段.
易错提醒:
有的同学认为使用一个动滑轮能省一半的力,这是不对的.使用动滑轮能省一半力需满足两个条件:一是不考虑动滑轮重力及绳子与轮间的摩擦力;二是拉绳子的力的方向必须是竖直的(若滑轮水平放置,拉力的方向是水平的),且拉力作用在绳子上,阻力作用在动滑轮的轴上.两个条件缺一不可.
进
行
新
课
教师进一步引导学生总结数绳子段数的方法:数绕在动滑轮上和固定在动滑轮上的绳子段数.有几段绳子吊着物体,拉力就是钩码重的几分之一.但是在实际情况中动滑轮的重力不能忽略,所以在实验中得出的拉力并不是钩码重的几分之一,而是稍大于这个值.
教师在黑板上画出股数分别是2、3、4、5的滑轮组的绕法图,如图所示,让学生数数是几段绳子吊着物体,判断滑轮组的省力情况.(让学生体会相同数目的滑轮采用不同的绕线方式,承担重物的绳子段数不同,导致省力多少不同.)
教师让学生观察四个不同的绕法图,引导学生找出其中的规律,得出关于绳子绕法的结论:奇动偶定(绳子的固定端在动滑轮上,则为奇数段绳子;绳子的固定端在定滑轮上,则为偶数段绳子),并且进一步总结出绳子自由端拉力移动距离s和物体上升的高度h之间的关系:s=nh.
教师用多媒体播放课件“滑轮组的组装”,并讲解.
滑轮组的组装(多媒体课件)
组装滑轮组需要解决三个方面的问题:
(1)确定承担物重的绳子段数.由滑轮组的省力情况
1
F G
n
=或
1
F G G
n
=+
()
动
,可得承担物重的绳子段数
G
n
F
=或
G G
n
F
+
=动,n应
规律总结:
(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
1
F G
n
=
物
(n为吊动滑轮和重物绳子段数).若考虑动滑轮重G动,则
为
1
F G G
n
=+
物
()
动
(当不计绳重及摩擦时).
(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 nv
=
物
绳
.
(4)确定承担重物的绳子的段数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.
和定滑轮个数相等,均为
1
2
n -;若要改变力的方向,则需要再加1个定滑轮,即动滑轮个数为
12n -,定滑轮个数为1
2
n +.滑轮组中动滑轮和定滑轮的个数可按“一动配一定,偶数减一定,变向加一定”的方法确定.
(3)确定绳子的起点.当承担物重的绳子段数n 为偶数时,绳子的起点在定滑轮上;当承担物重的绳子段数n 为奇数时,绳子的起点在动滑轮上.即按“奇动偶定”的方法确定.
例题2(用多媒体展示)同一物体沿相同水平地面做匀速移动,如图所示,拉力分别为F F F 甲乙丙、、,不计滑轮与轻绳间的摩擦,比较它们的大小,则( )
A.F F F 甲乙丙<<
B.F F F 甲乙丙>>
C.F F F 甲乙丙>=
D.F F F 甲乙丙=>
解析:甲图为一个定滑轮,因为定滑轮不省力,故拉力大小等于阻力f ,即F f 甲=;图乙是动滑轮,省一半的力,故拉力1
2
F f 乙=
;图丙由一个定滑轮和一个动滑轮组成,由三段绳子承担,故拉力13
F f 丙=.综上所述,符合题意的是B 项. 答案:B
例题3 (用多媒体展示)电气化铁路的高压输电线,无论严冬还是盛夏都要绷直,才能使高压线与列车的电极接触良好,这就必须对高压线施加恒定的拉力.为此,工程师设计了如图所示的恒定拉力系统,其简化原理图如图所示.实际测量得到每个水泥块的体积为1.5×10-2m3,共悬挂20个水泥块.已知水泥块的密度为2.6×103kg/m3,g 取10N/kg.
进行新课
(1)请指出图中的动滑轮、定滑轮;
(2)每个水泥块的重力是多少?
(3)滑轮组对高压线的拉力是多大?
解:(1)图中C是动滑轮,A、B是定滑轮.
(2)每个水泥块质量3323
1
2.610/ 1.51039
m V kg m m kg
ρ-
==???=.
每个水泥块的重力为
11
3910/390
G m g kg N kg N
==?= .
(3)水泥块对钢丝绳的拉力为F1=20G1=20×390N=7.8×103N.由图可知,动滑轮由3段绳子承担,所以滑轮组对高压输电线的拉力为
F2=3F1=3×7.8×103N=2.34×104N.
知识点3 轮轴和斜面
1.轮轴
师同学们通过阅读教材P83《科学世界》及图12.2-5中实例,归纳它们的共同特征,总结出轮轴的概念.
生1:由一个轴和一个大轮组成,并能绕共同的轴
线转动的简单机械叫轮轴.
生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.
生3:动力一般是作用在轮上,阻力作用在轴上,因此,轮轴是省力机械.
教师引导学生分析: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,F1<F2,所以轮轴省力.
板书:轮轴:由一个轴和一个大轮组成能绕共同的轴线转动的简单机械,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n分之一.
师轮轴在生活中的应用也有很多,你发现周围还有哪些物体是轮轴?
生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.
生2:拖拉机或汽车用人工发动时使用的摇把也是一个轮轴.
生3:电视中见过以前农村常用的辘轳也是轮轴.
生4:卷扬机的摇杆也是轮轴.
2.斜面
师了解了轮轴,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,然后按教材P84图12.2-6的模拟实验做一做.
特别提醒:
使用轮轴时,当动力作用在轮上,用于省力;当动力作用在轴上是费力的,但能省距离.
进行新课
(学生操作、讨论,然后交流)
生1: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顶.
生2:我们常见的螺丝钉就可以认为是一种斜面.
板书:斜面:是一个费了距离但能省力的简单机械.
注意:斜面长是斜面高度的n倍时,在不计摩擦的情况下,所用的推力为物重的n分之一.
师斜面在生活和生产中也有许多的应用,希望同学们留心观察,做生活的有心人.
例题3人们在生产劳动的过程中表现出了非凡的创造性和聪明才智.如图甲是使用扳手拧螺母,它其实是一个,当作用在手柄上的力为F1时,则拧开螺母的力F2 F1(选填“>”“=”或“<”).如图乙是工人师傅将货物搬运到车上的情形,工人师傅这么做利用的科学知识是 .
解析:图甲中的扳手可以看成是一个轮轴,当动力作用在轮上时可以省力,即在手柄处用一个较小的力可以在螺母处产生一个较大的力.
图乙中的装置是一个斜面,使用它可以省力.
答案:轮轴>斜面省力
教
学
板
书
1.列表比较定滑轮和动滑轮
2.
规律总结:
1.理想情况下斜面公式:F l=Gh.
2.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.
课堂小通过这节课的学习,我们共同学习了定滑轮、动滑轮的特点,知道了定滑轮不省力,但能改变力的方向;动滑轮省一半的力,但要移动两倍的距离.同时,我们学习了滑轮组的特点和组装;了解了轮轴和斜面这两