最新人教版八年级物理下册第十二章《滑轮》教学设计.docx
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最新人教版八年级物理下册第十二章《滑轮》教学设计
教学设计
第2节 滑轮
“滑轮”是初中物理力学中一种比较重要的简单机械,它是在学生学习了杠杆后,对一些变形的杠杆的进一步认识,对生活中现象的进一步观察和应用。
滑轮按使用情况可以分为定滑轮、动滑轮和滑轮组,它们的特点是本节课的重点。
学生对滑轮组的绕线及段数的判断不容易理解,这是本节课的难点。
根据新课标的要求,知识的形成过程和结果一样重要,本节课将以学生的探究实验为主,让学生通过实验探究总结出定滑轮和动滑轮的特点,而教师只是起到组织和引导的作用。
本节课设计的基本思路是:
以学生观察和实验为基础,通过提出问题、猜测、设计实验方案、收集与处理数据、表达与交流、解释问题等过程,归纳得出定滑轮、动滑轮的工作特点。
通过物理建模的方法从理论上将滑轮抽象为杠杆,利用杠杆平衡条件分析滑轮的工作原理,然后再对已经测得的实验数据进行进一步分析解释,进一步理解滑轮的工作特点。
用杠杆的平衡条件去分析动滑轮省一半的力的原因时,“支点位置”的分析是一个难点,教学中不必涉及动滑轮使用时支点随时间变化的问题。
在教学过程中,以自主、协作的实验探究为主线,培养学生实验探究的能力,充分发挥学生的主体地位,让学生通过亲自动手实验、交流、讨论等方式参与到教学中。
三维目标
知识与技能
1.认识定滑轮、动滑轮;
2.知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用;
3.会根据要求使用和组装滑轮组。
过程与方法
1.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;
2.经历组装滑轮组的过程,学会按要求组装滑轮组的方法。
情感、态度与价值观
1.关心生活、生产中有关滑轮的实际使用,对实践中滑轮的工作特点具有好奇心;
2.具有利用简单机械改善劳动条件的愿望;
3.通过了解简单机械的应用,初步认识科学技术对人类社会发展的作用。
教学重点
动滑轮、定滑轮及滑轮组的作用及特点。
教学难点
1.定滑轮及动滑轮的实质;
2.滑轮组省力情况的判断,根据要求组装滑轮组。
课时安排
1课时
教学准备
滑轮、铁架台、钩码、细线、弹簧测力计、刻度尺、多媒体课件。
导入新课
上节课,我们一起学习了杠杆这一种常用的简单机械,请大家一起回忆一下杠杆的种类以及各类杠杆的特点:
省力杠杆:
省力但费了距离。
费力杠杆:
费力却省了距离。
等臂杠杆:
不省力,也不省距离,可以改变力的方向。
今天,我们要一起学习另一种简单机械——滑轮。
让学生观察和欣赏下面的三幅漫画,“胖子”利用滑轮将重物吊到二楼,“瘦子”想帮忙,却把自己吊了上去。
学生活动:
观察思考,讨论交流。
想想为什么会出现这样的笑话?
其中蕴含着什么科学道理?
学生会带着“滑轮到底有什么作用”这一问题开始本节课的学习。
多媒体投影展示生活中常见的使用滑轮的一些画面:
起重机吊臂上的滑轮、使用滑轮从井中提水、窗帘中的滑轮、升旗中的滑轮……
学生活动:
观察思考,讨论交流。
滑轮在我们的生活中应用很广泛,使用滑轮给我们的生活带来了哪些好处和方便呢?
滑轮的特点有哪些?
在实际应用中如何连接滑轮?
要想了解这些知识,需要学习本节课的内容。
引出课题:
滑轮。
推进新课
一、定滑轮和动滑轮
1.定滑轮和动滑轮的概念
教师活动:
生活中,人们常常使用滑轮来提升重物。
请你观察桌上摆放的滑轮,说出它的结构特点,想一想滑轮的这些结构在提升重物时有什么功能吗?
学生活动:
出示一个滑轮,让学生观察其结构,归纳:
滑轮就是边缘有槽、能绕轴心转动的轮子。
情景创设:
工人要装修三楼的房子,他们需要把货物从地面运到三楼。
工人甲在底楼地面,工人乙站在三楼。
他们都想利用一根绳子和一只滑轮将货物从地面运到三楼。
提出问题:
如果你是工人甲,你该怎么使用滑轮,将货物从地面运到三楼?
如果你是工人乙,你又该怎么使用滑轮,将货物从地面运到三楼?
模拟实验:
下面我们用钩码代替货物,利用细线、滑轮在铁架台上分别模拟甲、乙工人提起重物。
【演示】分别用定滑轮和动滑轮提起一个重物,如图所示。
学生活动:
①(小组合作)探究滑轮的使用方法;(体验实验、观察比较)
②个别学生上台演示交流滑轮的使用方法。
教师活动:
①用PPT再现滑轮的使用;
②提问:
仔细观察两种情况下滑轮的运动情况,比较装置的不同之处。
归纳总结:
(板书)定滑轮:
使用时,轴固定不动的滑轮叫做定滑轮;
动滑轮:
使用时,轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮。
思考:
什么地方会用到这两种滑轮?
分析用哪种方法更省力?
为什么呢?
定滑轮:
旗杆的顶端、起重机的吊臂顶端等。
动滑轮:
起重机的吊钩上等。
过渡:
通过学习,我们知道省力的杠杆一定费距离,费力的杠杆一定省距离,那么在滑轮中是否也存在一样的现象呢?
让我们通过实验来探究这两个问题:
①使用滑轮是否省力?
②使用滑轮是否省距离?
2.探究:
定滑轮的特点
(1)按图所示方式组装定滑轮;
仔细观察实验,注意力的方向及大小;注意物体移动的距离和绳子自由端移动的距离。
(2)在它的右侧挂钩码,左侧竖直向下拉弹簧测力计,观察比较弹簧测力计示数与钩码所受重力大小有什么样的关系?
(将测得的数据填入表格里)
实验次数
钩码的重力G/N
作用在绳子自由端的拉力F/N
重物移动的距离h/cm
绳子自由端移动的距离s/cm
1
2
(3)改变弹簧测力计拉力的方向,观察弹簧测力计的示数是否发生变化?
(4)改变钩码的个数,当物重增大时,重做上述实验,观察测力计的示数怎样变化?
(5)分析表格中的几次数据,得出的结论是:
_________________________________。
实验注意事项:
(1)实验时要提升两个以上的钩码并且匀速拉动。
(2)各小组要密切配合,团结协作,也要分工明确(如:
甲同学匀速拉动弹簧测力计并读数,乙同学观察钩码上升的距离,丙同学观察拉力移动的距离,丁同学竖直放置尺子)。
(3)实验时,滑轮、钩码、弹簧测力计等不能与尺子摩擦。
(4)实验数据要及时记录在表格中。
结论1:
定滑轮不省力,但可以改变力的方向。
学生探究:
应用杠杆的平衡条件,说说使用定滑轮不省力的道理。
如图所示是一个定滑轮的杠杆变形示意图。
假定在某一瞬间滑轮静止不动,定滑轮的轴心为支点(支点不动),动力、阻力作用点分别在绳子与轮相切的圆周边缘。
显然,动力臂、阻力臂都等于圆的半径,根据杠杆平衡条件,有F=G,即不省力。
学生分析后,教师归纳:
结论2:
定滑轮的实质是:
等臂杠杆,既不省力,也不省距离。
3.探究:
动滑轮的特点
(1)按如图所示方式组装动滑轮;
(2)竖直向上拉弹簧测力计,使钩码保持平衡状态,读出弹簧测力计示数,并思考这个示数与钩码所受重力大小的关系。
(将实验数据记录在表格中)
实验次数
钩码的重力G/N
作用在绳子自由端的拉力F/N
重物移动的距离h/cm
绳子自由端移动的距离s/cm
1
2
(3)改变钩码的个数,重做上述实验,进行观察和比较。
(4)分析表中的数据,得出的结论是:
_______________________________________。
根据实验测得的数值分析得出,使用动滑轮提升钩码,弹簧测力计的示数约是钩码重的二分之一。
教师指出:
在提升钩码的过程中也把动滑轮提升起来,当钩码重远大于动滑轮重时,动滑轮才可忽略不计,从而得出使用动滑轮可以省一半力的结论。
结论1:
使用动滑轮可以省一半力,此时钩码由两段绳子吊着,每段绳子只承担钩码重的一半。
但是动滑轮不能改变动力的方向,且要多费距离。
学生探究:
应用杠杆的平衡条件,说说使用动滑轮省一半力的道理。
如图所示是一个动滑轮的杠杆变形示意图。
假定在某一瞬间滑轮也静止不动。
支点在一边绳子与轮相切的位置,支点上下移动,而动力作用点在绳子与轮相切的另一边,阻力的作用点在轴心。
显然动力臂为阻力臂的两倍,故依据杠杆平衡条件
,即省一半力。
学生分析后,教师归纳:
结论2:
动滑轮的实质是:
动力臂为阻力臂两倍的杠杆,所以使用动滑轮能省一半力。
归纳总结:
1.定滑轮:
(1)可以改变力的方向
(2)不省力
(3)不省也不费距离
(4)实质:
l1=l2,等臂杠杆,F1=F2
2.动滑轮:
(1)不改变力的方向
(2)省一半力
(3)要多移动距离
(4)实质:
l1=l2,动力臂为阻力臂二倍的杠杆,F1=
F2
[即学即练]如图,利用定滑轮、动滑轮匀速向上提升重物。
已知物体的重力都是60N,则:
(1)不计动滑轮重及绳子与滑轮的摩擦,拉力F甲、F乙分别是多少?
(2)如果滑轮的重为10N,不计摩擦,拉力F甲、F乙分别是多少?
(3)如果物体被提升了2m,则绳子自由端移动的距离s甲、s乙分别是多少?
答案:
(1)60N 30N
(2)60N 35N (3)2m 4m
二、滑轮组
提出问题:
定滑轮和动滑轮有不同的特点,这也决定了它们有不同的用途,在什么时候我们需要使用定滑轮、什么时候需要用动滑轮呢?
想要设计出一种既省力又可以改变力的方向的机械,可以做到吗?
交流讨论:
需要改变用力方向时用定滑轮,需要省力时用动滑轮。
把定滑轮和动滑轮组合起来,就可以既能省力、又能改变用力方向。
学生活动:
绕线组成滑轮组。
当把定滑轮和动滑轮组合起来,就形成了滑轮组。
接下来请大家尝试利用一个定滑轮和一个动滑轮,组合连接成一个滑轮组,并探究滑轮组的规律。
要求:
①连接成功时,把连接的图画出来。
②通过实验探究两个问题:
是否省力?
是否省距离?
用数据说明问题。
③有多少种连接方法?
④能否归纳出缠绕滑轮组的方法?
通过学生自己探索、组间交流和教师的现场辅导,大部分学生能够连接成功并得出结论。
同样让学生展示并解说自己的设计方案、实验结论,可以得出以下两种连接方式:
教师总结:
滑轮组的连接方法:
①绳子的起点只可能在定滑轮下方的挂钩或动滑轮上方的挂钩;
②起点连接完毕后,本着从上而下、从下而上的原则,按照固定的方向依次绕过每个滑轮;
③每个滑轮只能使用一次。
(引导学生分析,滑轮组能省多少力实际上是由动滑轮部分决定的。
)
思考问题:
使用滑轮组可以省力,能省距离吗?
实验探究:
请学生观察钩码上升1个格时,绳子的自由端下降了几个格。
使用滑轮组提升物体时,物体上升的高度h和绳子自由端移动的距离s的关系是s=nh。
结论:
不考虑动滑轮重和摩擦时,如果动滑轮部分由n根绳子连接,则:
F=
,s=nh
特别提醒:
使用滑轮组要注意几个问题
(1)区分“最方便”和“最省力”的含义。
“方便”是指人站在地上用力向下拉绳子,既省力又方便;而“最省力”是指尽量多地增加动滑轮上相连的绳子的股数。
(2)滑轮组一般是省力的,省力的多少是由吊起(或承担)动滑轮的绳子股数决定的。
(3)设拉力移动距离为s,拉力移动的速度为v,重物上升的高度为h,重物上升的速度为v物,则存在以下关系s=nh,v=nv物,n为动滑轮上绳子的股数。
(4)滑轮组绳子的绕法是各种各样的,其绕法也是本节的一个重点。
由关系式F=_G,当n为奇数时,绳子在动滑轮上打结开始绕;当n为偶数时,绳子在定滑轮上打结开始绕,也就是按“奇动偶定”的方法绕绳子。
(如图所示)
拓展延伸:
教师指导学生阅读教材83页“科学世界”:
轮轴和斜面的应用
根据学生的阅读,引导学生说出日常生活中常见的轮轴:
阀门、内门锁、自行车车把、板子、方向盘等。
由学生说出轮轴的组成:
由轮和轴组成。
再引导学生说出常见的斜面:
盘山公路、斜坡等。
斜面也是一种简单机械,而且在我们生活中的应用非常的广泛,例如盘山公路等。
利用斜面想要把一个重物提升到一定高度,想更省力,如何实现?
小组内交流得出结论:
延长斜面的长度可以更省力。
多媒体展示生活中利用斜面的例子。
1.如图所示,人对绳的拉力都是F,将各重物匀速提起。
不计动滑轮重,物重最大的是( )。
A.G1B.G2C.G3D.G4
解析:
图
(1)是定滑轮:
其作用是不省力。
拉力大小与物重相同,即G1=F。
图
(2)是动滑轮:
其作用是省一半力,拉力F是物重的1/2,即G2=2F。
图(3)是滑轮组:
承担重物和动滑轮的绳子有三股,拉力F是物重的1/3,即G3=3F。
图(4)是滑轮组:
承担重物和动滑轮的绳子有两股,拉力F是物重的1/2,即G4=2F。
物重最大的是G3,正确的选项是C。
答案:
C
2.如图所示,若拉力F=900N,物体A重1500N,不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦。
当绳子自由端移动3m,则沿水平方向匀速拉动物体A前进时,物体A与地面间摩擦力是________N,物体A移动________m。
解析:
这是一类滑轮组常见的问题。
不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦,但是物体A与地面间是有摩擦力的。
分析可知,有3段绳子分担了对A向左的拉力,即F=
F拉,因为物体A沿水平方向匀速前进,根据二力的平衡条件可知,水平方向上物体A受的拉力与摩擦力大小相等,题中物体A的重力是干扰条件,所以f=F拉。
由此可知:
f=3F=3×900N=2700N,绳子自由端移动距离s与物体A移动距离s′间有如下关系:
s=3s′,所以
s′=
=
=1m。
答案:
2700 1
3.如图所示,利用定滑轮、动滑轮及滑轮组匀速向上提升重物。
已知作用在绳子自由端的拉力F甲=F乙=F丙=50N。
则:
(1)不计动滑轮重和绳与滑轮之间摩擦时,提升的物重分别是G甲=________N,G乙=________N,G丙=________N。
(2)动滑轮重3N,不计绳与滑轮之间的摩擦,提升的物重分别是G甲=________N,G乙=________N,G丙=________N。
(3)当物体被提升2m时,绳子自由端移动的距离分别是s甲=________m,s乙=______m,s丙=________m。
(4)如果物体被提升的速度都是0.2m/s时,绳子自由端移动的速度分别是:
v甲=________m/s,v乙=________m/s,v丙=________m/s。
解析:
定滑轮的实质是等臂杠杆,它的作用:
不省力,但是可以改变用力方向。
动滑轮实质是动力臂是阻力臂2倍的杠杆,它的作用是:
省力,但不能改变用力方向。
首先分清滑轮是定滑轮、动滑轮还是滑轮组,然后找F与G的关系。
答案:
(1)50 100 150
(2)50 97 147 (3)2 4 6 (4)0.2 0.4 0.6
4.如图所示,不计动滑轮重及一切摩擦,若加在绳的自由端的拉力F=G/3,试画出绳子的绕法。
解析:
若使拉力F=G/3,则承担重物和动滑轮的绳子应是三段。
绳子的起始端应先勾在动滑轮上,然后,再依次通过定滑轮和动滑轮,如图。
答案:
如图所示
5.一根绳子只能承担5000N的力,用它提起1.8×104N的重物,应选什么样的滑轮组?
怎样绕线?
画出绕线图。
解析:
先利用滑轮组计算拉力的公式F=
算出绳子的段数n。
n=
=
=3.6,应取4段绳子。
由此可以断定应把绳子固定在定滑轮上。
再确定滑轮组。
要使用2个动滑轮,才能有4段绳子承担重物。
如不改变力的方向,则只要1个定滑轮,如图甲所示。
如果改变用力的方向,则要2个定滑轮,如图乙所示。
答案:
见解析
本节课以科学探究的方式,学习了什么是滑轮及滑轮的分类和特点。
重点是怎样在生活中应用滑轮与滑轮组,要让学生在实验的基础上理解滑轮组省力的原理,而不是机械地死记硬背。
分类
特点
实质
优点
缺点
定滑轮
改变力的方向
不省力不省距离
等臂杠杆
动滑轮
省一半的力
费一倍距离不改变力的方向
动力臂是阻力臂2倍的杠杆
滑轮组
既可以改变力的方向又可以省力
第2节 滑轮
1.定滑轮
(1)使用特点:
可以改变力的方向,不省力也不费力;不省距离也不费距离。
(2)实质:
是一个等臂杠杆。
2.动滑轮
(1)使用特点:
能省一半力,但不改变力的方向;要多移动一倍距离。
(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;但不能既省力又省距离。
(2)公式:
F=
=
(不计滑轮摩擦)
s=nh
设计一个升降装置
将重物从楼下搬到楼上是很辛苦的。
有一个同学学习了滑轮的知识后,运用所学知识,利用滑轮设计了一个升降装置,在爸爸的帮助下把它安装在家里的阳台上,通过它把物体吊上楼来。
如果让你来设计,你能画出示意图吗?
试试看。
本节课采用“提出问题→实验探究→交流分析→得出结论”的教学模式,以学生为主体,较好地完成了教学任务。
滑轮是学生比较感兴趣的内容,将这样的内容交给学生自己进行探究,使学生在浓厚的兴趣中进行实验,可以使学生在快乐中学习和获得;进行探究定滑轮和动滑轮特点的实验之前,对实验的目的和方法作了比较好的铺垫,使学生的实验目的明确,过程清晰,绝大部分学生能得到正确的结论;在探究滑轮组的绕法时,让学生自己进行尝试,并给了学生足够多的时间,学生兴趣高涨,求知欲望强烈;本节设计真正做到以学生为主体,整节课都是以学生活动(包括实验、交流)贯穿始终,符合新课标的理念。
斜面的应用
我国古代的农业、手工业、建筑业和运输业是比较发达的,因此简单机械的成就也是辉煌的,斜面的应用非常广泛。
斜面的记述和应用也是《墨经》中首先记载的,古时把斜面称为“梯”。
叙述了放在梯上的物体不能水平和垂直放置,说明放在斜面上的物体要向下滑动。
同时墨家还设计了“车梯”,利用它来提高重物可以节省人力。
车梯的构造也很巧妙,它是一种装有滑轮的前低后高的斜面车。
虽然当时没有提出利用斜面可以省力的道理,但省力的思想是包含在其中的。
到了汉代,王充对斜面做了进一步的叙述,大意是说载重之车在斜面上必须有强力拉或推,才能向上运动,如果失去拉力或推力,车就会向下运动。
尖劈的运用在春秋战国以前就开始了,古人知道用它可以使小力发挥大力的作用,且两面的夹角愈小,发挥力的作用愈大。
尖劈在我国的发展经过了漫长的岁月,从古猿人打猎用的石头尖劈,经长期的改进,发展到今天各式各样的金属尖劈,被广泛应用在生产工具、兵器和日常生活中。
日常生活中有很多事物应用斜面的原理而达到省力的目的,如楼梯、蜿蜒而上的山路等。
请看下图:
(1)若将两个斜面结合在一起,则形成一种称为楔(或称为劈)的简易机器。
楔在切割并分裂东西非常有用。
刀、斧及人类门牙均为楔的例子。
拉链巧妙地利用斜面原理,使两排可互相连的链齿结合或分离。
拉链的滑扣由几个楔组成,当你拉动时,它可以把原本很小的作用力转变成很大的力,使拉链拉开或闭合。
(2)若将斜面围绕在圆柱上,则形成称为螺旋的简易机器。
常用来锁住物体的螺丝、附螺纹的瓶盖、螺旋式汽车千斤顶等都是应用螺旋的装置。
上海南浦大桥的引桥是螺旋式的,是变形的斜面的应用。
两岸引桥全长7500米,能使汽车省力不省功。
螺旋式结构能大大节省空间。
请看下面第一幅图。
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