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2. 滑轮

生活中的简单机械 · 四年级
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

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”。
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练一道
基础题
一个重100N的物体,使用一个定滑轮匀速提升,不计摩擦和绳重,求拉力F的大小。
变式
一个重200N的物体,使用一个动滑轮匀速提升,不计摩擦、绳重和动滑轮重,求拉力F的大小及绳子自由端移动的距离(物体上升2m)。
试试手自己判
检测题
用滑轮组提升重物,若绳子自由端移动了6米,物体上升了2米,且不计摩擦和滑轮重,物体重300N,求拉力F。
看答案和判分标准
答案:150N
判对标准:
1. 能正确判断承担物重的绳子段数 n = s/h = 6/2 = 3段。
2. 能应用公式 F = G/n = 300N / 3 = 100N。(注:此处原题若为动滑轮单组,n=2,s=4m;若s=6m, h=2m,则n=3,为滑轮组。题目设定为滑轮组更合理。若严格按“滑轮”单指,则题目应调整为s=4m, h=2m, n=2, F=150N。为严谨起见,修正题目为:绳子自由端移动4米,物体上升2米。)
修正后题目:用动滑轮提升重物,绳子自由端移动了4米,物体上升了2米,不计摩擦和滑轮重,物体重300N,求拉力F。
修正后答案:150N
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