滑轮组教案
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教学过程
一、复习预习
复习:
1.概念:一根__棒,在力的作用下能绕着_______转动,这根硬棒叫做杠杆。
(2)杠杆的五要素:
①_______O:杠杆绕着转动的固定点。
②_____F1:使杠杆转动的力。
③_____F2:阻碍杠杆转动的力。
④______l1(L1):从支点到动力的作用线的距离。
⑤______l2(L2):从支点到阻力的作用线的距离。
(力臂:从_____到力的作用____的距离叫做力臂。)
(3)杠杆平衡条件(杠杆原理):动力×动力臂=阻力×阻力臂,公式表示:________。思考:定滑轮和动滑轮是否是特殊的杠杆?若是,各为什么杠杆?
预习:
(1)概念:滑轮是一个周边有槽的小轮,它可以绕着轴转动。
①滑轮组省力规律:使用滑轮组时,滑轮组用几股(段)绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物体和动滑轮总重力的几分之一。公式F= 。
②特点:滑轮组虽然省力,但是费了距离。绳子自由端移动距离s和重物升高距离h的关系为:s=nh。
二、知识讲解
考点/易错点1 定滑轮
①定义:中间的轴固定不动的滑轮。
②实质:定滑轮的实质是:等臂杠杆。
③特点:使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。
④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦)F=G。绳子自由端移动距离s F (或速度v F)=重物移动的距离s G(或速度v G)
定滑轮在生产、生活中比较常见,比如每周一早上升旗时就要用到滑轮。目的就是要改变动力的方向,人站在地上就可以把国旗升到旗杆顶。
生活中的定滑轮:旗杆的顶端、起重机、打桩机等。
看上图:为什么会出现这个现象?
因为定滑轮的实质是个等臂杠杆,动力=阻力。胖人受到的重力大于物体受到的重力,所以胖人可以安然地站在地上。而瘦人受到的重力小于物体受到的重力,所以物体安然地在地上,瘦人却被升到空中。
探究使用定滑轮的特点
1.按右图所示方式组装定滑轮。
2.在它的左侧挂钩码,右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的关系。(将实验数据记录在表中)
3.改变弹簧测力计拉力的方向,再进行观察和比较。
实验次数钩码所受的重力
F2/N 弹簧测力计的示数F1/N
1
2
3
定滑轮实质是一个等臂的杠杆。
定滑轮:①F=G,即不省力,也不费力;②s=h,即不省距离,也不费距离;③作用:改变用力的方向。
考点/易错点2 动滑轮
定义:和重物一起移动的滑轮。(可上下移动,也可左右移动)
②实质:动滑轮的实质是:动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
③特点:使用动滑轮能省一半的力,但不能改变动力的方向。
④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:F=1/2G;
只忽略轮轴间的摩擦则:F=1/2(G物+G动)
绳子自由端移动距离s F(或v F)=2倍的重物移动的距离s G(或v G)。
生活中的动滑轮:起重机、打桩机等。
探究使用定滑轮的特点
1.按右图所示方式组装动滑轮。
2.竖直向上拉弹簧测力计,使钩码保持平衡态,读出弹簧测力计示数,并思考这个示数与钩码所受重力的关系。(将实验数据记录在表中)
实验次数钩码所受的重力
F2/N 弹簧测力计的示数F1/N
1
2
3
动滑轮实质上是一个动力臂是阻力臂的二倍的省力的杠杆
动滑轮:①F=G/2,即使用动滑轮省一半力;②s=2h,即动力移动的距离是物体移动距离的两倍,动滑轮是一种费距离的机械;③不改变力的方向
考点/易错点3 滑轮组
研究并讨论:我们已经学过了定滑轮与动滑轮,生活中的吊车(下左图)其实就是由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组,其示意图如下右图。
据图,在脑中构思这样的画面:用手拉绳子自由端,物体上升。
使用动滑轮能省一半力。动滑轮由两根绳子共同承担重物,因此每根绳子各承担物重的一半。定滑轮的好处是可以改变动力的方向,动滑轮的好处是可以省一半力。如果既想省力又想改变动力的方向,怎么办呢?把定滑轮和动滑轮组合在一起。我们把定滑轮和动滑轮组合在一起,称它们为滑轮组。
定义:将定滑轮和动滑轮组合在一起的组合装置称为滑轮组。
特点:使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向。
1.确定承担物重的绳子的段数n的方法
在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线,将它们隔离开,只计算绕在动滑轮上的绳子段数。
理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F =1/nG 。 只忽略轮轴间的摩擦,则拉力F =1/n (G 物+G 动)。 2.拉力通过的距离s 与物体移动高度h 的关系
利用滑轮组提起物体时,动力F 通过的距离s 与物体被提高的高度h 的关系是s=nh (n 表示承担物重的绳子股数)
绳子自由端移动速度v F =n 倍的重物移动的速度v G 。 3.省力情况的确定方法
1)滑轮竖放时,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,滑轮组用几根绳子吊着物体,提起物体所用的力就是重物的几分之一。
2)滑轮组横放时,滑轮组用几段绳子拉着物体做匀速直线运动,拉力大小就是物体所受摩擦
力的几分之一。不计绳与滑轮之间的摩擦时,F=n 1
f 物,此时绳子自由端移动的距离s 与物体
移动的距离s 物的关系为:s=ns 物 4.组装和设计滑轮组
由省力情况判定绳的固定端位置 1. 利用F=n 1
G 总,求出承担总重的绳子股数n ,然后根据“奇动偶定”的原则。结合题
目的具体要求组装滑轮 2. 判定绳子固定端位置:n 为偶数,则绳子固定在定滑轮上;n 为奇数,则绳子固定在动滑轮上 3.
动滑轮个数为N,和动滑轮相连的绳子段数为n=2N 或n=2N+1时,使用的动力最小,
即最省力