第4節(jié)簡單機械第3課時（導學案）科學觀念：區(qū)分定滑輪和動滑輪，了解其特點及實質(zhì)；了解滑輪組的特點；科學思維：歸納定滑輪和動滑輪的特點；經(jīng)歷從具體到抽象的研究過程，學會比較。會應用公式進行簡單計算。探究實踐：通過利用滑輪提升重物的活動，培養(yǎng)學生動手操作觀察和描述的能力；通過畫圖的方法尋找滑輪的五要素，能得出滑輪的實質(zhì)就是杠桿的結(jié)論。態(tài)度責任：學會合作和交流，體驗成功探究帶來的樂趣，感悟生活中處處有科學。通過學習體會提高機械效率對節(jié)約能源和促進社會發(fā)展的重要意義。1.定滑輪和動滑輪（重點）2.滑輪組的特點（難點）1.定滑輪：滑輪軸固定不動；動滑輪：滑輪軸隨鉤碼一起移動。2.定滑輪實質(zhì)是等臂杠桿，只能改變力的方向，不能改變力的大小。不省力也不省距離。改變力的方向不會改變力的大小。動滑輪實質(zhì)上是一個動力臂為阻力臂２倍的省力杠桿。省力費距離。不能改變力的方向。若力的方向不與動滑輪直徑垂直，則省的力小于一半，不是最省力的方法。動力移動的距離大于鉤碼上升的距離。3.豎直拉物體：自由端拉力F和總重力G的關(guān)系是F繩子自由端移動的距離s與物體上升的高度h的關(guān)系是s＝nh自由端移動速度v自和物體移動速度v物的關(guān)系v自=nv物水平拉物體：自由端拉力F和摩擦力f的關(guān)系是F繩子自由端移動的距離s自與物體移動距離s物的關(guān)系是s自＝ns物自由端移動速度v自和物體移動速度v物的關(guān)系v自=nv物注：n為圍繞動滑輪上繩子的股數(shù)。起重機上安裝著一種叫做滑輪的簡單機械。你知道它的結(jié)構(gòu)是怎樣的嗎？一、定滑輪和動滑輪認識滑輪觀察圖片，滑輪的結(jié)構(gòu)有哪些特點？滑輪結(jié)構(gòu)特點①周邊有槽②能繞軸轉(zhuǎn)動為了認識滑輪的作用，我們先來學習最簡單的兩種滑輪?；顒樱?）觀察滑輪，并指出它的結(jié)構(gòu)特點。（2）請用滑輪、細線、鐵架臺等設計兩種方案，要求利用滑輪把鉤碼提升起來，在圖中畫出實驗裝置示意圖。（3）利用設計的方案，組裝好裝置，提升鉤碼。觀察滑輪動態(tài)過程，這兩種滑輪有什么區(qū)別？使用滑輪工作時，根據(jù)滑輪軸的位置是否移動，可將滑輪分成定滑輪→定滑輪的軸固定不變動滑輪→動滑輪的軸隨鉤碼一起移動定滑輪和動滑輪的作用有什么區(qū)別呢？活動（1）如圖甲所示，用彈簧測力計測出鉤碼的重G1。（2）如圖乙所示，通過定滑輪用彈簧測力計勻速向下拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的讀數(shù)F1，并與鉤碼的重相比較。改變拉力的方向，觀察彈簧測力計的讀數(shù)是否發(fā)生變化？同時注意觀察F1拉過距離s與重物上升高度h間的關(guān)系。實驗現(xiàn)象①G1=F1②改變拉力方向，拉力大小不變③s=h由此可知：使用定滑輪不能省力，但能夠改變力的作用方向。（3）先用彈簧測力計測出鉤碼和滑輪的總重G2。如圖丁所示，通過動滑輪用彈簧測力計勻速向上拉動鉤碼，記錄彈簧測力計的讀數(shù)F2，并與鉤碼和滑輪的總重相比較。同時注意觀察F2拉過距離s與重物上升高度h間的關(guān)系。（忽略摩擦）實驗現(xiàn)象①F②s=2h由此可知：使用動滑輪可以省一半力，但不能改變力的作用方向，而且動力移動的距離大于鉤碼上升的距離（費距離）。為什么定滑輪和動滑輪的作用有很大的差異呢？滑輪實質(zhì)上是杠桿，上述實驗中得出的結(jié)論，我們可以用杠桿的平衡條件來分析論證?；顒釉趫D乙、丁中分別作出定滑輪、動滑輪的動力臂和阻力臂，并找出動力臂和阻力臂之間的關(guān)系。分析為什么使用定滑輪不省力，而使用動滑輪可以省一半力。定滑輪實質(zhì)定滑輪的動力臂和阻力臂相等，均為半徑，故定滑輪的實質(zhì)是等臂杠桿；根據(jù)杠桿平衡條件列式：F1R=改變拉力的方向，動力臂和阻力臂不變，還是半徑，故力的大小不變。動滑輪實質(zhì)動滑輪的動力臂是直徑2R，阻力臂是半徑R。根據(jù)杠桿平衡條件列式：F2×2故動滑輪的實質(zhì)是一個動力臂是阻力臂2倍的省力杠桿。改變拉力的方向，動力臂減?。ㄐ∮谥睆?R），阻力和阻力臂不變，故動力F2減小，說明拉力方向改變，雖然省力但幅度變小。二、滑輪組實際應用時，我們常常將定滑輪和動滑輪組合在一起使用，結(jié)合定滑輪和動滑輪的作用，你知道滑輪組有什么作用嗎？滑輪組——既可以省力又可以改變力的方向那么，使用滑輪組時，拉力的大小究竟跟什么因素有關(guān)呢？活動（1）用彈簧測力計測出鉤碼和動滑輪的總重G。（2）按如圖甲所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)n和彈簧測力計的讀數(shù)F1。實驗鉤碼和動滑輪的總重（牛）承重繩子股數(shù)彈簧測力計的拉力（牛）甲2045F（3）按如圖乙所示方式勻速拉動繩子，記錄此時承擔重物和動滑輪總重的繩子股數(shù)n和彈簧測力計的讀數(shù)F2。實驗鉤碼和動滑輪的總重（牛）承重繩子股數(shù)彈簧測力計的拉力（牛）乙2054F實驗結(jié)論使用滑輪組時，重物和動滑輪的總重由幾股繩子承擔，提起重物所用的力就是總重的幾分之一。（忽略繩重及各處的摩擦力）F=以上實驗過程中可觀察并記錄繩子自由端（末端）移動的距離s和物體（動滑輪）上升高度h的之間的關(guān)系。據(jù)此可知：繩子自由端移動的距離s與物體上升的高度h的關(guān)系是：s思考與討論繩子自由端移動的速度v自和物體（動滑輪）移動速度v根據(jù)s=vt，t相同，故v滑輪組規(guī)律（豎拉）（1）F=1使用滑輪組時，重物和動滑輪的總重由幾（n）股繩子承擔，提起重物所用的力就是總重的幾分之一。（2）s繩子自由端移動的距離是動滑輪上升的高度的n倍。（3）v繩子自由端移動的速度是動滑輪移動速度的n倍?；喗M規(guī)律（橫拉）F=①F=②s③v忽略繩、輪間的摩擦及繩重、動滑輪重，和用滑輪組吊重物的原理相同，只是把重物的重力換成了摩擦力思考與討論杠桿、滑輪等簡單機械，有的省力、有的不省力，使用它們時，有的可以少移動距離，有的卻要多移動距離。在使用簡單機械時，你認為省力或費力、省距離或費距離，它們之間有什么關(guān)系？當動力臂等于阻力臂時，杠桿既不省力，也不費力，既不省距離，也不費距離；當動力臂大于阻力臂時，杠桿省力，但是費距離；當動力臂小于阻力臂時，杠桿費力，但是省距離。【例題】纏繞滑輪的繩子能承受的最大拉力為300牛，用它連接成如圖所示的滑輪組，能否提升600牛的重物？（已知動滑輪重20牛，摩擦及繩的質(zhì)量不計）解：在圖349所示的滑輪組中，重物和動滑輪的總重G因為總重是由2股繩子承擔，所以，所用的拉力為：F=可見，拉力大于繩子所能承受的最大拉力，所以不能用來提升600牛的重物。答：該滑輪組不能用來提升600牛的重物。課堂小結(jié)：1.如圖所示，在力F1、F2、F3的作用下，重物都處于靜止狀-態(tài)（不計摩擦），那么（）A．F1＞F2＞F3 B．Fl＜F2＜F3C．Fl＝F2＞F3 D．Fl＝F2＝F3【答案】D【詳解】圖中滑輪是定滑輪，因使用定滑輪可以改變力的方向，但不省力。故1、2、3三個不同位置時的拉力都是相等的，所以它們的大小關(guān)系是F1=F2=F3；故選D。2．如圖所示，物體G在豎直向上的拉力F的作用下，勻速上升0.2m。已知G＝18N，F(xiàn)＝10N。這一過程中，不能得到的結(jié)論是（）A．繩子自由端上升0.4m B．拉力F做功4JC．動滑輪重為2N D．物體克服重力做功3.6J【答案】C【詳解】A．由圖示可知，滑輪承重繩子的有效股數(shù)n=2，繩子自由端上升的高度s=nh=2×0.2m=0.4m，故A正確；B．拉力的功W=Fs=10N×0.4m=4J，故B正確；C．如果不考慮摩擦力，則G滑輪=nFG=2×10N18N=2N，實際上滑輪是存在摩擦的，因此滑輪的重力小于2N，故C錯誤；D．物體克服重力做功W有=Gh=18N×0.2m=3.6J，故D正確。故選C。3．如下圖所示，F(xiàn)1=4N，F(xiàn)2=3N，此時物體A相對于地面靜止，物體B以0.1m/s的速度在物體A表面向左做勻速直線運動（不計彈簧測力計、滑輪和繩子的自重及滑輪和繩子之間的摩擦）。下列說法正確的是（）A．F2的功率為0.3WB．如果增大F2，物體A相對于地面仍靜止C．彈簧測力計讀數(shù)為6ND．地面對物體A的摩擦力方向水平向左，大小為2N【答案】BB．如果增大增大F2，B將做加速運動，B對A的壓力和接觸面的粗糙程度不變，B與A之間的摩擦力不變，A受力不變，同理可知，A受到地面的摩擦力也不變，即A的受力情況不變，還是處于靜止狀態(tài)，故B正確；C．不計彈簧測力計、滑輪和繩子的自重及滑輪和繩子之間的摩擦，由力的平衡條件可得，彈簧測力計的示數(shù)F=3F2=3×3N=9N，D．由圖知，水平使用滑輪組n=2，物體B受到的摩擦力是fB=2F2=2×3N=6N，根據(jù)B向左做勻速直線運動可知，物體A對B的摩擦力的方向向右，根據(jù)力的作用是相互的可知，物體B對物體A的摩擦力向左，大小為6N，而F1=4N向右拉著，A靜止，受力平衡，因而還受到地面的摩擦力為故選B。4．如圖所示，取兩根光滑的木水甲、乙，將繩子的一端系在甲木棍上，再依次繞過兩根木棍。甲、乙兩根木棍分別由兩位同學在木棍的兩端握緊。用力緩慢拉繩子的自由端，（甲、乙）木棍受到繩子的拉力更大，已知繩端拉力為F，則甲木棍受到繩子的拉力為F。【答案】甲5【詳解】[1]由圖可知，甲木棍上有5段繩子相連，乙木棍上有4段繩子相連，且每段繩子上的拉力大小相等，所以甲受到的拉力大于乙受到的拉力；[2]甲乙組合類似于滑輪組，甲木棍上有5段繩子相連，則甲木棍受到的拉力為F甲5．按照題目要求作圖（2）如圖乙所示，O為杠桿AC的支點，在B處掛一小球，AO=OB=BC，為使杠桿在水平位置平衡，畫出施加在杠桿上最小動力F1的力臂L，并標出F1的方向。【答案】（1）【詳解】（1）根據(jù)題意知道，此滑輪組由三段繩子承擔物重，所以滑輪組要