定义 动滑轮是轴随物体一起移动的滑轮,实质是动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆。
从哪来 本节为初二物理力学起点,无前置知识点记录,直接基于生活经验与杠杆平衡条件引入。
为什么 动滑轮的轴心随重物移动,其支点位于绳子与滑轮边缘的接触点(瞬时支点)。动力作用在绳子自由端,阻力作用在轴心。从几何关系看,动力臂是滑轮直径(2r),阻力臂是滑轮半径(r)。根据杠杆平衡条件 $F_1 L_1 = F_2 L_2$,即 $F \cdot 2r = G \cdot r$,推导出 $F = \frac{1}{2}G$。因此,动滑轮通过增加动力臂长度来减小所需动力,代价是绳子自由端移动距离是物体上升高度的两倍($s = 2h$)。
讲法
适合:空间想象力强、喜欢直观演示的学生
讲法:动态拆解法
1. 让学生手持动滑轮,挂上重物,固定绳子一端,拉动另一端。
2. 提问:“此时滑轮绕哪个点转动?”引导学生发现绳子固定端与滑轮接触点为瞬时支点。
3. 用粉笔在黑板上画出滑轮、支点、动力臂(直径)、阻力臂(半径)。
4. 强调:因为动力臂是阻力臂的2倍,所以力减半。
5. 让学生用手比划“2倍”和“1倍”的长度,建立直观比例感。
讲法
适合:逻辑推理能力强、偏好数学推导的学生
讲法:杠杆模型法
1. 明确动滑轮本质是杠杆,支点在绳子固定端接触点。
2. 列出杠杆五要素:支点O、动力F(绳端)、阻力G(轴心)、动力臂L1=2r、阻力臂L2=r。
3. 代入杠杆平衡公式:$F \times 2r = G \times r$。
4. 解得 $F = G/2$。
5. 结合功的原理:$F \cdot s = G \cdot h$,因 $F=G/2$,故 $s=2h$,验证能量守恒。
讲法
适合:动手能力强、喜欢实验探究的学生
讲法:实验对比法
1. 设置两组实验:A组用定滑轮,B组用动滑轮,均提升相同重物。
2. 用弹簧测力计测量拉力,用刻度尺测量绳端移动距离和物体上升高度。
3. 记录数据:A组 $F \approx G$,$s = h$;B组 $F \approx G/2$,$s = 2h$。
4. 引导学生分析:为什么B组省力但费距离?
5. 结论:动滑轮省力一半,但多移动一倍距离,符合“省力必费距离”规律。