12-2 滑轮 教学设计 初中物理新人教版八年级下册（2022~2023学年）

12.2滑轮（教案）年级八年级授课时间课题第2节滑轮教学目标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。教材分析本节是在学习了二力平衡、功和功率、杠杆这些知识的基础上进行的，是对功和功率学习的延续，是对简单机械学习的深化。它为机械成效率的学习奠定了基础，是本章的核心内容之一。本节内容由“定滑轮和动滑轮”和“滑轮组”两部分构成。教学的重点是研究定滑轮和动滑轮的特点，教学的难点是滑轮组。要引导学生完成好研究定滑轮和动滑轮特点的实验，让学生亲身体验，找出定滑轮和动滑轮的特点，加深对滑轮的认识，并为学习滑轮组作好知识储备。学生通过实验总结出定滑轮、动滑轮的作用和特点后，要通过对比（是否省力，是否可以改变力的方向，是否省距离）找出它们各自的优缺点，这样有利于培养学生辩证地认识事物的意识和习惯。对于滑轮组的特点，可在教科书的基础上进行必要的拓展，为学习滑轮组的机械效率作好铺垫，分散教学的难点。另外，“科学世界”栏目介绍了轮轴和斜面两种常见的简单机械，可以引导学生通过自主阅读对它们有所了解。教学器材教学过程教师活动学生活动导入新课【播放图片，提出问题】①胖子与瘦子在提米的过程中，使用了什么工具？为何会出现这种情况？②除了杠杆之外，滑轮也是一种常见的简单机械，它在日常生活中的应用非常广泛。同学们在生活中还见过哪些滑轮？使用滑轮有什么特点呢？今天我们一起学习《12.2滑轮》。学习新课一、定滑轮和动滑轮【播放图片，提出问题】观察滑轮的结构，什么是滑轮？滑轮1.滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的小轮。【追问】旗杆顶部的滑轮与起重机下面吊物体的滑轮，它们在使用上有什么不同呢？【给出滑轮的种类】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。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。2.滑轮有两种：定滑轮和动滑轮。定滑轮动滑轮3.定滑轮【提出问题】使用定滑轮是否省力（或更费力）？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】甲乙丙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）。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：物重G/N物体移动方向物体移动距离h/m拉力F/N拉力方向拉力移动距离s/m1竖直向上0.51竖直向下0.51竖直向上0.41斜向下0.41竖直向上0.61竖直向下0.6【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。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）.改变拉力方向，力臂不变，还是等臂杠杆，F＝G。所以使用定滑轮，无论拉力方向怎样改变，拉力的大小不变。绳子自由端移动的距离S和物体升高的高度h相等：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。【播放视频】——《探究定滑轮的特点》【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.动滑轮我们还可以像下图所示，使用动滑轮把物体提到高处。动滑轮动滑轮起重机的动滑轮【提出问题】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将测量结果填入表格。改变钩码的个数，重复上述实验过程。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：物重G/N物体移动方向物体移动距离h/m拉力F/N拉力方向拉力移动距离s/m2竖直向上0.41.1竖直向下0.82竖直向上0.31.2竖直向下0.61竖直向上0.20.6竖直向下0.4【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力时，则拉力：F=G/2。②拉力的方向：不能改变。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，但不改变力的方向，且费距离。（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。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物动滑轮的实质物体的受力分析（3）用平衡力的知识研究动滑轮的特点EQ\F(1,2)GEQ\F(1,2)【播放视频】——《探究动滑轮的特点》【提出问题】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。胖子对绳子的拉力与物体的重力大小相等，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。【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机械名称机械名称定义实质特点定滑轮滑轮轴固定不动等臂杠杆不省力，能改变力的方向动滑轮滑轮和重物一起移动动力臂是阻力臂二倍的杠杆能省力，不能改变力的方向记录实验数据.定滑轮的实质是等臂杠杆用杠杆的平衡条件推导出动滑轮的特点，知道动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。从结构、使用的特点两方面区分定滑轮和动滑轮。学习新课二、滑轮组【提出问题】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【提出问题】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】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。甲甲乙（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。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。甲甲乙（2）乙滑轮组的省力与费距离的情况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。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丙丙丁（1）丙滑轮组的省力与费距离的情况（不计动滑轮重和摩擦）：丙丙丁（2）丁滑轮组的省力与费距离的情况（不计动滑轮重和摩擦）：EQ\F(1,5)G【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（）AABCD【答案】A。【解析】A．承重绳子的段数n=3，则拉力F1＝EQ\F(1,3)GB．承重绳子的段数n=2，则拉力F2＝EQ\F(1,2)GC．定滑轮相当于等臂杠杆，则拉力F3=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。与老师一起分析由一个定滑轮和一个动滑轮组成的两种滑轮组的使用特点。归纳出滑轮组使用的普遍规律.做例题并进行交流，学生代表回答。做例题并进行交流，学生代表回答。学习新课三、轮轴和斜面1.轮轴【根据图片进行讲解】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。②轮轴省力原理【师生分析】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<G。【结论】当动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。③生活中的一些轮轴2.斜面①斜面：是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。②斜面省力原理【师生分析】如图所示，把重为G的物体，沿着长为l，高为h的斜面，用大小为F的力推上去的过程中：光滑的斜面光滑的斜面根据功的原理，如果不计斜面和物体的摩擦，则Gh=FL，所以F=Gh/L【结论】斜面长是斜面高的几倍，拉力就是物体重力的几分之一。斜面是一种省力的机械。③螺旋——特殊的斜面螺旋可以看做是绕在圆柱上的斜面，除了省力，还可以将旋转运动与沿轴向运动进行互相转化。千斤顶千斤顶木螺丝阅读教材有关内容p83，与老师共同分析归纳出轮轴的省力原理.与老师共同分析归纳出斜面的省力原理.课堂练习课堂练习1．小刚站在地面上想要缓慢提升重物，在图中画出一种可行的细绳绕系方案。图1图2【答案】见图2。【解析】由小刚站在地面上可知，绳子自由端的拉力方向应向下，则绳子应先系在定滑轮的挂钩上，然后再绕过下面的动滑轮，再向上绕到定滑轮上，如图所示。2.在图中用线代表绳子，将三个滑轮连成省力的滑轮组，要求人用力往下拉绳使重物升起，且绕线符合图中要求。【答案】右图。【解析】由图可知，物体上升的高度为0.5m，绳子自由端通过的距离为1.5m，绳子自由端通过的距离为物体上升高度的3倍，则有三段绳子拉着动滑轮。先把绳子固定在动滑轮的上面的挂钩上，然后依次连接下面的定滑轮、动滑轮、最上面的定滑轮，连接到人的手上，如图所示。3．用如图3所示的滑轮将重3N的物体A匀速提升10cm，如果动滑轮的重为1N，忽略摩擦，则下列说法正确的是（）A.拉力F=1.5NB.拉力F=2NC.绳子向上移动的距离为10cmD.绳子向上移动的距离为5cm【答案】B。【解析】这是一个动滑轮，不计摩擦，所用拉力是物重与动滑轮重力之和的二分之一，即F＝EQ\F(1,2)（G+G动）＝EQ\F(1,2)（3N+1N）=2N绳子自由端移动的距离是物体升高距离的2倍，为20cm。所以选B。图图3图44.分别用图4中所示的装置甲和乙把同一重物吊到同一高度时（）A．用装置甲吊起重物比用装置乙省力B．用装置乙吊起重物比用装置甲省力C．用装置甲或装置乙吊起重物所用拉力相同D．用装置乙吊起重物，动力移动的距离比用装置甲小【答案】B。【解析】此图是滑轮组，忽略摩擦力和绳重，甲图绕在动滑轮上的绳子有2股，则F甲=12G+G动；故用装置乙吊起重物比用装置甲省力；动力移动的距离甲图为2h，乙图为3h，故ACD不符合题意，B符合题意。所以选B。5.如图5所示，用大小为500N的拉力F通过滑轮组将重为800N的物体匀速提升10cm，不计绳重与摩擦，拉力F移动的距离为

cm，动滑轮重力是

N。【答案】20，200.【解析】由题图可知，动滑轮上的绳子股数n=2，则拉力F移动的距离s=2h=2×10cm=20cm，不计绳重及摩擦，由F=(G+G动)/2可得动滑轮的重力：G动=2F-G=2×500N-800N=200N。图5图66.如图6所示，用20N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5m（不计绳重和摩擦）。则下列说法不正确的是（）A.绳子自由端移动的距离为15mB.动滑轮重为10NC.物体上升的速度为1m/sD.绳子自由端拉动的速度为6m/s【答案】D.【解析】A.由图知n=3，绳子自由端移动距离s=3h=3×5m=15m，故A正确；B.不计绳重和摩擦，拉力F=(G+G动)/3，则动滑轮的重力：G动=3F-G=3×20N-50N=10N，故B正确；CD.物体上升的速度v物=h/t=5m/5s=1m/s，绳子自由端拉动的速度：v=3v物=3×1m/s=3m/s，故C正确、D错误。所以选D。7．物体的重力为G，用滑轮组把它提上来，在绕过滑轮组的绳子的一端所用的力是G/5，最少需要的定滑轮和动滑轮数分别为（）A．两个定滑轮和两个动滑轮B．一个定滑轮和两个动滑轮C．一个定滑轮和一个动滑轮D．两个定滑轮和一个动滑轮【答案】A.【解析】绳子股数n=5，即作用在动滑轮上的绳子股数为5，则最少需要2个动滑轮和2个定滑轮。绕绳的方法见图7。所以选A.图7图88.一名重为600N的建筑工人想把建筑材料提升至楼顶。请你利用三个滑轮帮他组装一个滑轮组，使站在地面上的他每次能够提升尽可能多的建筑材料，已知每个滑轮的重均为20N，绳子能够承受足够大的拉力。画出你设计的滑轮组，并求出他每次最多能够提起的建筑材料的重力。【答案】如图8所示；1780N.【解析】根据题意设计的滑轮组如答案图所示。因为建筑工人每次最多能够施加的拉力等于其重力，而拉力F=1n所以G物=nF-G动=3×600N-20N=1780N9.如图所示，在绳子自由端拉力F作用下重为20N的物体沿水平面以0.01m/s的速度匀速行驶20s，受到的摩擦力为30N。拉力F=N，绳子自由端拉动的速度是

m/s。（忽略绳子和滑轮的重力及轮与轴、绳子与滑轮间的摩擦）【答案】10，0.03.【解析】由题图知，动滑轮绳子股数n=3，摩擦力为f=30N，则拉力F＝EQ\F(1,3)f=EQ\F(30N,3)=10N物体运动的速度v物=0.01m/s，绳子自由端拉动的速度是vF=3v物=3×0.01m/s=0.03m/s10.工人用如图所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计。若某一次