初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）滑轮教学设计及反思

这是一份初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）滑轮教学设计及反思，共18页。教案主要包含了播放图片，提出问题，提出问题，设计实验，进行实验，分析论证，实验结论，播放视频，归纳结论等内容，欢迎下载使用。
年级
八年级
授课时间
课题
12.3 滑轮
教学
目标
1. 识别定滑轮和动滑轮，认识定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点，并能根据需要选择合适的滑轮解决实际问题。
2. 经历分析定滑轮、动滑轮、滑轮组工作特点的过程，进一步掌握运用观察、对比研究问题的方法。
3. 会安装滑轮组，并能根据安装情况研究施加的拉力大小和物重的关系。
4. 了解滑轮在生活生产中的应用，认识滑轮的使用对社会发展的作用，并具有利用简单机械改善工作条件的意识。
教材
分析
本节是在学习了二力平衡、功和功率、杠杆等知识的基础上进行的，是对简单机械学习的深化。它为机械效率的学习奠定了基础，是本章的核心内容之一。课程标准对本节的要求是让学生知道简单机械，了解机械的使用对社会发展的作用。
本节主要包括定滑轮和动滑轮、滑轮组两部分内容。本节的重点是研究定滑轮和动滑轮的特点。通过演示定滑轮和动滑轮特点的实验，引导学生对比定滑轮和动滑轮的特点（是否省力，是否可以改变力的方向，是否省距离），为学习滑轮组作好知识储备。引导学生从省力或省距离的角度认识并分析生活中的滑轮，分析它们各自的优缺点，培养学生辩证地认识事物的意识和习惯。本节的难点是滑轮组。可以让学生经历绕线组装滑轮组的过程，并通过教师的演示实验引导学生对比施加的拉力与物重的大小关系、绳子自由端移动距离和物体移动距离的大小关系。也可以引导学生从生活和生产实际出发，选择不同类型的滑轮组，达到省力或省距离的目的。
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或利用教师提供的相关资料进行了解。
学情分析
1. 知识基础：
（1）滑轮的基本概念和分类。大部分学生能够理解滑轮是将杠杆的中间部分加宽并绕中心轴转动的圆轮，但对于定滑轮和动滑轮的区别和特点，部分学生可能还存在混淆。
（2）滑轮的工作原理：学生对滑轮的工作原理有一定的理解，能够明白通过滑轮可以改变力的方向或大小。但对于滑轮如何改变力的方向和大小的具体过程，部分学生可能还不够清晰。
2. 认知能力：
（1）理解抽象概念困难：滑轮的工作原理涉及到力的方向和大小的变化，这些变化往往是抽象的，需要学生具备一定的空间想象能力。部分学生可能在这方面存在困难。
（2）缺乏实际操作经验：滑轮的学习需要结合实际操作，通过亲手操作滑轮来感受力的变化。但部分学生可能由于实验条件限制或自身操作不当，导致缺乏实际操作经验，从而影响对滑轮原理的理解。
（3）知识迁移能力不足：学生在面对新的物理问题时，往往需要将已有的知识迁移到新的情境中。部分学生可能由于知识迁移能力不足，导致在解决滑轮相关问题时感到困难。
3. 教学建议：
（1）采用多种教学方法：教师可以通过实验、动画演示、小组讨论等多种方式，帮助学生更好地理解滑轮的工作原理和应用。
（2）鼓励实践操作：教师应尽可能地为学生提供实践操作的机会，让学生在亲手操作滑轮的过程中感受力的变化，加深对滑轮原理的理解。
（3）培养学生的迁移能力：教师可以通过设置具有启发性的物理问题，引导学生将已有的知识迁移到新的情境中，培养学生的知识迁移能力。
教学重点
研究定滑轮和动滑轮的特点。
教学难点
滑轮组。
教学
器材
定滑轮、动滑轮、弹簧测力计、钩码、刻度尺等。
多媒体ppt，包含视频：《探究定滑轮的特点》、《探究动滑轮的特点》等。
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）有时我们会看到工人站在地面上，利用滑轮将重物提升到楼上。这样使用滑轮有什么好处？会省力吗？
（2）胖子与瘦子在提米过程中，使用了什么工具？为何会出现这种情况？
观看漫画，思考问题，进入情境。
学习新课 一、定滑轮和动滑轮
1. 滑轮
【播放图片，提出问题】观察滑轮的结构，什么是滑轮？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?
滑轮 旗杆顶端的滑轮 起重机用的滑轮
【分析】滑轮的主要部分是一个能绕轴自由转动、周边有槽的轮子。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。

定滑轮 动滑轮
【归纳】（1）滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的轮子。
（2）滑轮的分类：有定滑轮和动滑轮两种。
①定滑轮：使用时，轴固定不动的滑轮，叫定滑轮。
②动滑轮：使用时，轴随着物体一起运动的滑轮叫动滑轮。
2. 定滑轮
（1）实验：探究定滑轮的特点
【提出问题】
①使用定滑轮是否省力（或更费力）？
②使用定滑轮是否省距离（或费距离）？
③什么情况下使用定滑轮?
【设计实验】分别使同一物体在不使用滑轮、使用定滑轮时匀速运动，记录实验时弹簧测力计拉力的大小和方向，以及弹簧测力计和钩码移动的距离。然后由数据分析得出结论。
【进行实验】
①用弹簧测力计直接测出钩码的重力G。
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。
③分别沿竖直方向拉升、斜着拉升、水平拉升钩码，观察拉力F1、 F2、 F3的大小。把实验数据记入表格中。
④改变钩码的重力，重复上述实验。
⑤数据记录
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/m
1.0
竖直向上
0.5
1.0
竖直向下
0.5
1.0
竖直向上
0.4
1.0
斜向下
0.4
1.0
竖直向上
0.6
1.0
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定滑轮可以改变拉力的方向。
③拉力（绳末端）移动距离与钩码上升的高度相等：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）从杠杆的角度研究定滑轮的特点
如图所示，定滑轮相当于如图所示的无数个可绕支点O转动的杠杆AB组成。定滑轮的轴心O为支点，动力臂l1与阻力臂l2都是滑轮的半径r，它实质上是一个能够连续转动的等臂杠杆，所以，F1=F2，即使用定滑轮不省力。
改变拉力方向，力臂不变，还是等臂杠杆。所以使用定滑轮，无论拉力方向怎样改变，拉力的大小不变。
（3）用平衡力的知识研究定滑轮的特点
如图，在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F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，大小相等，即F=G。物体向上运动，用力的方向却是向下，所以，使用定滑轮能改变力的方向。
结论：使用定滑轮不省力，可以改变力的方向。

物体受到平衡力 例题1图
【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。
【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。
3. 动滑轮
（1）实验：探究动滑轮的特点
【提出问题】
①使用动滑轮是否省力（或更费力）？
②使用动滑轮是否省距离（或费距离）？
③什么情况下使用动滑轮?
【设计实验】分别使同一物体在不使用滑轮、使用动滑轮时匀速运动，记录实验时弹簧测力计拉力的大小和方向，以及弹簧测力计和钩码移动的距离。然后由数据分析得出结论。
【进行实验】
①用弹簧测力计直接测出钩码的重力G。
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。
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/m
2.0
竖直向上
0.4
1.1
竖直向上
0.8
2.0
竖直向上
0.3
1.2
竖直向上
0.6
1.0
竖直向上
0.2
0.6
竖直向上
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动滑轮不能改变拉力的方向。
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，但不能改变力的方向，且费距离。
（2）从杠杆的角度研究动滑轮的特点
动滑轮相当于由图所示的无数个可绕支点O转动的杠杆组成，定滑轮O点为支点，动力臂l1为滑轮的直径，阻力臂l2为滑轮的半径，它实质上可以看成是能够连续转动的动力臂是阻力臂2倍的杠杆。根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，因为l1＝2l2，所以 F1＝ EQ \F(1,2)F2 （不计摩擦和动滑轮重），即动力是阻力的一半。
（3）用平衡力的知识研究动滑轮的特点
在忽略动滑轮的重力和摩擦的情况下，物体受到重力G和两段绳子的两个拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以两个拉力F跟物体的重力G是平衡力。则： 2F＝G，F= EQ \F(1,2)G
若考虑动滑轮的重力，忽略绳重、摩擦的情况下，由于物体匀速上升，所以四个力平衡，满足2F＝（G + G动）， 所以F= EQ \F(1,2)（G + G动）。
【播放视频】——《探究动滑轮的特点》
【例题2】如图，甲、乙两人将同一物体拉到相同高度，不计滑轮重力和摩擦，下列说法正确的是（ C ）
A．甲、乙两人用力一样大
B．甲使绳索移动的距离大于乙使绳索移动的距离
C．乙用力比甲小
D．甲乙使绳索移动的距离相等
【详解】AC．由甲乙两图可知，甲图的滑轮是定滑轮，乙图的滑轮是动滑轮，不计滑轮重和摩擦，则甲的拉力等于物体重力，乙的拉力等于物体重力的1/2，所以乙用力比甲小，故A错误，C正确；
BD．将同一物体拉到楼顶，即物体上升高度相同，甲使绳索移动距离等于物体上升的高度，乙使绳索移动距离等于物体上升高度的两倍，所以甲使绳索移动的距离小于乙使绳索移动的距离，故BD错误。故选C。
观察滑轮的结构，认识滑轮，知道定滑轮和动滑轮。
思考问题，与老师一起设计并进行实验，收集证据。

分析论证，归纳出定滑轮的特点。
用杠杆的平衡条件推导出定滑轮的特点，知道定滑轮的实质是等臂杠杆。

用平衡力的知识推导出定滑轮的特点。
观看视频，进一步理解定滑轮的特点。
做例题1并进行交流回答，知道定滑轮的特点。
思考老师提出的问题，与老师共同设计实验，并观看演示实验（或学生实验）。
收集证据。
分析论证，归纳出动滑轮的特点。
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。
用平衡力的知识推导出动滑轮的特点。
观看视频，进一步理解动滑轮的特点。
做例题2，会用定滑轮和动滑轮的特点解决有关问题。
学习新课 二、滑轮组
1. 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）两种简单的滑轮组
【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?
【分析】可以组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，这两种绕线方法的不同之处：
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。
2. 滑轮组的特点
【提问】用如图甲、乙所示的滑轮组把重力为G的物体提高h，在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时，所用拉力F多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？
（1）理论分析甲滑轮组的特点
①用力情况：如下图甲所示，重物由二段绳子通过动滑轮吊着，每段绳子都要承担物重，因为同一根绳子上的力相等，所以拉力的大小：F=G/2（忽略动滑轮的自重与摩擦）。
②距离情况：图甲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s=2h。
【结论】拉力F=G物/2，拉力移动的距离s=2h，使用该滑轮组省力费距离。
（2）理论分析乙滑轮组的特点
①用力情况：动滑轮上有三段绳子，每段绳子都要承担物重，因为同一根绳子上的力相等，所以拉力的大小：F=G/3（忽略动滑轮的自重与摩擦）
②距离情况：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。
【结论】拉力F= G/3，拉力移动的距离s=3h，该滑轮组省力费距离。
（3）两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组
【提问】利用两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组，怎样绕绳子？有几种组装方法？所用拉力F各是多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？
①有两种组合：如下图所示，可以组成丙、丁所示的两个滑轮组，这两种绕线方法的不同之处：一是绳端的起点（固定点）不同，丙在定滑轮的钩上；丁在动滑轮的钩上。二是拉力的方向不同，丙中拉力的方向向下，丁中拉力的方向向上。
②分析两个滑轮组的特点（不计动滑轮重和摩擦）
如图丙所示，承担物重的绳子段数为4，所以拉力F=G /4，而最后那段从最上面的定滑轮绕下来的绳子只起到改变力的方向的作用，不承担物重。
结论：F=G/4；拉力移动的距离s=4h（4是动滑轮上绳子的段数）
如图丁所示，最后那段从下面的动滑轮绕上来的绳子也起到承担物重的作用，承担物重的绳子段数为5，所以拉力F=G/5，而最后那段从最下面的动滑轮绕下来的绳子也起到承担物重的作用。
结论：F=F=G/5；拉力移动的距离s=5h（5是动滑轮上绳子的段数）。
（4）确定承担物重绳子段数n的方法（“分离法”）
在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线，只考虑与动滑轮相连的绳子段数，图甲所示的滑轮组中，绳子段数为n =4，则F=G/4，s=4h
图乙所示的滑轮组中，绳子段数为n =5，则F=G/5，s=5h
注意：n是连接动滑轮的绳子段数。
3. 滑轮组的组装
（1）确定绕绳的有效段数
根据 F=1nG 可得绳子的有效段数为n=GF ，也可以根据 s=nh得n=sh，计算后本着“只入不舍”的原则取整数值n，即绳子的有效段数。
例如，人用100N的力利用滑轮组将重为500N的物体提高（绳、滑轮的自重及摩擦不计），则可以判断绳子的有效段数n=G/F=500N/100N=5。
（2）绕绳方式的判断——“奇动偶定”
当承重的绳子段数n为偶数时，绳的起始端系在定滑轮的挂钩上；当n为奇数时，绳的起始端系在动滑轮的挂钩上。这一原则可概括为“奇拴动，偶拴定”。简称“奇动偶定”。
（3）动滑轮个数的确定
当需要n段绳子承担物重时，需要动滑轮的个数N为：
①N=n-12（n为奇数时）；②N=n2（n为偶数时）
（4）定滑轮个数的确定
①施力方向向上（与物体运动方向相同）
a. n为偶数时，定滑轮比动滑轮少一个；
b. n为奇数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同。
②施力方向向下（与物体运动方向相反）
a. n为偶数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同；
b. n为奇数时，定滑轮比动滑轮多一个。
【例题3】通过如图所示的滑轮组，用向下的300N的拉力将重为900N的物体匀速提升到高处（绳、滑轮的自重及摩擦不计），请画出滑轮组上绳子的绕法。
【答案】见右图。
【详解】用300N向下的拉力将重为900N的物体匀速提升，绳、滑轮的自重及摩擦不计，此滑轮组承担物重的绳子的段数为n=G/F=900N/300N=3
根据偶定奇动，用力方向向下，如图所示。

【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（ A ）
【解析】A．承重绳子的段数n=3，则拉力F1＝ EQ \F(1,3)G
B．承重绳子的段数n=2，则拉力F2＝ EQ \F(1,2)G
C．两个定滑轮，不省力，不省距离，则拉力F3=G
D．动滑轮上绕两段绳，则绳子自由端的拉力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。
【例题5】一名重为600 N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20 N，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】如图所示；1780 N.
【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=1nG物+G动
所以G物=nF-G动=3×600N-20 N=1780 N
交流讨论，知道由一个定滑轮和一个动滑轮能组成两种不同的滑轮组。
与老师一起理论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。


交流讨论，得出由两个定滑轮、动滑轮可以组成两种滑轮组。
进行交流讨论，运用力的平衡知识，推导出由两个定滑轮、动滑轮组成的两种滑轮组的特点。
找出确定承担物重绳子段数n的方法（“分离法”）。
根据所学滑轮组的特点，会组装滑轮组，确定绕绳的有效段数n。
会判断绕绳方式的——“奇动偶定”。
会确定组装滑轮组时定滑轮与动滑轮的个数。
做例题3，会确定承担物重的绳子段数，会解决滑轮组的连线问题。
做例题4，会比较定滑轮、动滑轮与滑轮组的省力情况。
做例题5，会按照要求设计组装滑轮组。
学习新课 三、轮轴和斜面
除了杠杆和滑轮，简单机械家族中还有轮轴、斜面、螺旋等。
1. 轮轴
学生阅读教材第115页《轮轴和斜面》。了解什么是轮轴、斜面；知道轮轴与斜面的省力原理；找出生活中的一些轮轴与斜面。
【进行归纳】
（1）轮轴的组成：它们由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫作轮，小轮叫作轴。
（2）轮轴的特点：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O，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F1l1=F2l2 得 F1R=F2r，因为R>r，所以 F1