定义 滑轮是一种周边有槽、能绕轴转动、边缘挂绳的轮子,用于改变力的方向或省力。
从哪来 它建立在9. 简单机械原理之上。滑轮本质上是变形的杠杆,其省力或改变方向的特性源于杠杆平衡条件(动力×动力臂=阻力×阻力臂)。
为什么 滑轮分为定滑轮和动滑轮,其原理均源于杠杆:
1. 定滑轮:轴固定不动。实质是等臂杠杆(动力臂=阻力臂=半径)。根据杠杆原理,不省力也不费力,但可以改变力的方向(如向下拉绳子使物体上升)。
2. 动滑轮:轴随物体移动。实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆(支点在轮缘与绳接触点,阻力作用在轴心,动力作用在另一侧轮缘)。因此能省一半力,但不能改变力的方向,且费距离(绳端移动距离是物体上升距离的2倍)。
讲法
实物拆解法
适合:具象思维强、喜欢动手操作的学生
拿出一个定滑轮和一个动滑轮模型。
1. 先让学生用手直接提起重物,感受重量。
2. 挂上定滑轮,让学生向下拉绳子,问:“力方向变了吗?省力了吗?”(结论:变向,不省力)。
3. 挂上动滑轮,让学生向上拉绳子,问:“省力了吗?方向变了吗?”(结论:省力,不变向)。
4. 最后组合成滑轮组,让学生体验既省力又变向的效果。通过触觉和视觉对比,建立直观认知。
讲法
杠杆映射法
适合:逻辑推理能力强、擅长抽象思维的学生
在黑板上画出滑轮的侧视图,标出支点、动力点、阻力点。
1. 定滑轮:支点在轴心,动力和阻力都在轮缘,力臂相等(r=r),所以 F=G。
2. 动滑轮:支点在绳子固定端与轮接触点(瞬时支点),阻力在轴心(力臂r),动力在绳子自由端(力臂2r)。根据 F1×L1=F2×L2,得出 F=G/2。
通过几何关系推导,让学生理解滑轮是“杠杆的变形”,而非孤立的新知识。
讲法
生活情境法
适合:好奇心强、联系生活经验的学生
从“升旗”和“吊重物”两个场景切入。
1. 问:“为什么国旗手向下拉,国旗却向上走?”引出定滑轮改变方向的作用。
2. 问:“为什么工人用滑轮吊水泥袋时,感觉轻了一半?”引出动滑轮省力的作用。
3. 问:“为什么起重机既省力又能控制方向?”引出滑轮组。
将抽象原理嵌入具体生活痛点,让学生明白“为什么需要滑轮”。