第4節(jié)簡單機械第3課時（導(dǎo)學(xué)案）

咀學(xué)習(xí)目標

科學(xué)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(xué)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(xué)會比較。會應(yīng)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(xué)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(xué)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(xué)。通過學(xué)習(xí)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。

重占難占

1.走滑輪和動滑輪（重點）

2.滑輪組的特點（難點）

國課前預(yù)習(xí)

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。改變力的方向丕

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。丕能改變力的方向。

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=；G

fi

繩干自由端移動的距離S與物體上升的高度h的關(guān)系是一世

自由端移動速度V門和物體移動速度V物的關(guān)系”產(chǎn)nv為

水平拉物體：自由端拉力F和摩擦力f的關(guān)條是F=：f

繩子自由端移動的距離S口與物體移動距離s粉的關(guān)系是s尸ns物

自由端移動速度v臼和物體移動速度v物的關(guān)系v產(chǎn)2…

注：n為圍繞動滑輪上繩子的股數(shù)。

課堂探究

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？

VS

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(xué)習(xí)最簡單的兩種滑輪。

活動

（I）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(shè)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(shè)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f定滑輪的軸固定不變

動滑輪一動滑輪的軸隨鉤碼起移動

定滑輪和動滑輪的作用有什么區(qū)別呢？

活動

（I）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，觀察強?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

①Gl=F1

②改變拉力方向，拉力大小不變

③s=九

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

①F2=：G2

②s=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。

活動

在圖乙、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：

-iR=G、R,故F、=Gt

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：

-2x2R=G?_XR,故-2=2G2

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∮诳藦?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(yīng)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Go

（2）按如圖中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)

Flc

改宣力

的方向

?定C的方法

在定滑輪與動滑

鴕之間橫切一刀.

吊?動滑輪的樓

子口為n

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2045

（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)

F2c

改變力

的方向

繩子股數(shù)

《韁在動

滑輪上的

繩子糧?。?/p>

n=5

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2054

-2=^G

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=：G0

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:

思考與討論

繩子自由端移動的速度〃力和物體（動滑輪）移動速度〃物的之間的關(guān)系？

根據(jù)s=vt,I相同，故v門=nv憎

滑輪組規(guī)律（豎拉）

（1）F=-nG片.（忽略繩重及各處的摩擦力）

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=nh

繩子自由端移動的距離是動滑輪上升的高度的n倍。

⑶v自=nv物

繩子自由端移動的速度是動滑輪移動速度的n倍。

滑輪組規(guī)律（橫拉）

忽略繩、輪間的摩擦及繩重、動滑輪重，和川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=600N+20N=620N

因為總重是由2股繩子承擔，所以，所用的拉力為:

11

F=-G=-x620N=31ON

22

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)：

當堂檢測

1.如圖所示，在力B、F2、&的專用下，重物都處于靜止狀-態(tài)（不計摩擦），那么（）

A.F1>F2>F3

B.F1VF2VF3

C.F1=F2>F3

D.FI=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F尸F(xiàn)2=F3；

故選D。

2.如圖所示，物體G在豎直向上的拉力戶的作用下，勻速上升0.2m。已知G=18N,尸=10N。這一過程

中，不能得到的結(jié)論是（）

fF

G

A.繩子自由端上升0.4m

B.拉力F做功4J

C.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)〃=2,繩子自由端上升的高度廣泌=2x0.2m=0.4m,

故A正確；

B.拉力的功卬=Es=l（）NxO.4ni=4J,故B正確；

C.如果不考慮摩擦力，則G步行〃/G=2xl（）N18N=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W4=Ggl8NxO.2m=3.6J,故D正確。

故選C.

3.如下圖所示，F(xiàn)/=4N,B=3N,此時物體A相對于地面靜止，物體B以O(shè).lm/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O.3W

B.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6N

D.地面對物體A的摩擦力方向水平向左，大小為2N

【答案】B

B.如果增大增大B將做加速運動，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)尸=3F2=3x3N=9N,故C錯誤；

D.由圖知，水平使用滑輪組〃=2,物體B受到的摩擦力是/fi=2尸2=2x3N=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F/=4N向右拉著，A靜止，受力平衡，因而還受到地面的摩擦力為6N-4N=

2N,方向向右，故D錯誤。

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(xué)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E則牛木棍受到繩子的拉力為凡

【答案】甲5

【詳解】［1］由