11.2 滑轮（教学课件）-【上好课】九年级物理上册同步高效课堂（苏科版）

江苏凤凰科学技术出版社 九年级物理 上册 义务教育教科书 第十一章 简单机械和功 从我们吃饭用的筷子 到航天器使用的机械臂 机械已深入到人类生活的方方面面 无论多么复杂的机械都是由简单机械组成的 我们在叹服于机械的神奇和人类伟大智慧的同时 不禁产生许多遐想…… 这些机械是依据什么原理工作的呢？ 致老师、同学 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约80MB. 本ppt共有61张、3段视频，可根据需要选择点播. 本ppt使用PowerPoint制作，建议使用PowerPoint播放. 视频 资源 ①演示实验——《探究定滑轮的特点》 ②演示实验——《探究动滑轮的特点》 ③课堂总结——《滑轮》 免责 声明 ppt中的部分视频来源于自有媒体，其版权归原作者所有，如涉及版权问题，请及时联系我们删除。 导入新课 1. 请同学们欣赏一幅漫画 胖子与瘦子在提米的过程中，使用了什么工具，为什么会出现这种情况？ 啊？你怎么上来了？ 请您帮忙抓住，我到楼上接袋子。 好的 不行， 救命! 导入新课 第二节 滑轮 旗杆顶部上的滑轮 2. 想一想 同学们在生活中见过滑轮吗？使用滑轮有什么特点呢？ 滑轮也是一种简单机械，它在日常生活中的应用非常广泛。 健身器材上的滑轮 起重机上的滑轮 学习目标 1 知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的构造及工作时的特点。 2 了解定滑轮、动滑轮的实质。 3 3 能识别生产和生活中常见的滑轮，能根据要求组装简单的滑轮组。 实践与练习 03 学习新课 01 课堂总结 02 综合提升训练 04 目录导航 01 学习新课 第二节 滑轮 知识一 定滑轮和动滑轮 1. 滑轮 （1）定义：滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的轮子。 请你观察滑轮的结构： 轴 轮 槽 （2）滑轮的分类 ①定滑轮：工作时，轴的位置固定不动的滑轮，称为定滑轮。 ②动滑轮：轴的位置随被拉动的物体一起运动的滑轮，称为动滑轮。 国旗上升时，旗杆顶端的 滑轮轴不随物体一起移动。 货物上升时，起重机下面的 滑轮轴随物体一起移动。 旗杆顶端的滑轮 定滑轮 起重机下面的滑轮 动滑轮 知识一 定滑轮和动滑轮 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，记录整个过程需要用力的大小、物体移动的距离及动力移动的距离、动力的方向，然后由数据分析得出结论。 G 拉力F 铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计. 实验器材 2. 定滑轮 知识一 定滑轮和动滑轮 （1）探究定滑轮工作时的特点 G 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。 进行实验 h物 F s绳 知识一 定滑轮和动滑轮 F1 F2 F3 ③改变拉力的方向： 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。 进行实验 知识一 定滑轮和动滑轮 ①拉力与重力的大小关系：F=G，即使用定滑轮不省力。 ②拉力的方向：可以改变。 ③拉力（绳末端）移动距离与钩码上升高度的关系：s绳=h物 钩码重 G/N 钩码移动 方向 钩码移动 距离h/m 拉力 F/N 拉力 方向 拉力移动 距离s/m 1.5 竖直向上 0.3 1.5 竖直向下 0.3 1.5 竖直向上 0.3 1.5 斜向下 0.3 1.0 竖直向上 0.4 1.0 竖直向下 0.4 分析论证 知识一 定滑轮和动滑轮 使用定滑轮不省力； 不省距离，可以改变力的方向。 可以改变力的方向是指：拉力的方向与物体运动方向相反（或不同）。 物体运 动方向 拉力 方向 知识一 定滑轮和动滑轮 实验结论 （2）用滑轮是杠杆的变形研究定滑轮的特点 分析：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，它实质上可以看成是能够连续转动的等臂杠杆；所以使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。 如图所示，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。 F1l1=F2l2 l1=l2=r F1=F2 知识一 定滑轮和动滑轮 （3）用平衡力的知识研究定滑轮的特点 分析：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。 F G 结论：使用定滑轮不省力，可以改变力的方向. 知识一 定滑轮和动滑轮 演示实验——《探究定滑轮的特点》 知识一 定滑轮和动滑轮 （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，记录整个过程需要用力的大小、物体移动的距离及动力移动的距离、动力的方向，然后由数据分析得出结论。 铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计。 实验器材 知识一 定滑轮和动滑轮 3. 动滑轮 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。 F h s G 知识一 定滑轮和动滑轮 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拉力的方向：不能改变。 ③拉力（绳末端）移动距离与钩码上升高度的关系：s绳=2h物。 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 竖直向上 0.3 1.1 竖直向上 0.6 2 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 知识一 定滑轮和动滑轮 使用动滑轮可以省力， 但不改变力的方向，且费距离。 拉力（绳末端）移动的距离s是物体上升高度h的2倍： s拉=2h物 实验结论 知识一 定滑轮和动滑轮 （2）用滑轮是杠杆的变形研究动滑轮的特点 分析：动滑轮相当于由图所示的无数个可绕支点O转动的杠杆OA组成，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。 如图所示，定滑轮O为支点，动力臂l1为滑轮的直径，阻力臂l2为滑轮的半径，在不计摩擦和动滑轮重时，动力是阻力的一半。 F1l1=F2l2 l1=2l2 F1= F2 知识一 定滑轮和动滑轮 （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 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）， F F F G G动 同一根绳上的 两个拉力相等 知识一 定滑轮和动滑轮 演示实验——《探究动滑轮的特点》 知识一 定滑轮和动滑轮 4. 定滑轮和动滑轮的区别 机械名称 定 义 实 质 特 点 定滑轮 动滑轮 滑轮轴 固定不动 等臂杠杆 不省力，能改 变力的方向 滑轮和重物 一起移动 动力臂是阻力臂 二倍的杠杆 能省力，不能 改变力的方向 知识一 定滑轮和动滑轮 AC．图中甲是动滑轮，动滑轮不能改变力的方向，可以省力，故A正确，C错误； BD．乙是定滑轮，相当于等臂杠杆，定滑轮不能省力，也不能省距离，只能改变力的方向，故BD错误。 【例题1】下图是滑轮甲和乙，不考虑滑轮重和摩擦，下列说法正确的是（　　） A．甲是动滑轮，可以省力 B．乙是定滑轮，可以省力 C．甲是动滑轮，能改变拉力的方向 D．乙是定滑轮，可以省距离 A 故选A。 知识一 定滑轮和动滑轮 甲方式用定滑轮，可以改变力的方向，但不省力；而乙方式用动滑轮，省力但费距离，是物体移动距离的2倍，所以F1>F2；乙方式中人拉绳头移动了1m，那么小汽车被拉动了 【例题2】一辆小汽车陷进了泥潭，司机按如图所示的甲、乙两种方式安装滑轮，均可能将小汽车从泥潭中拉出，不计滑轮重、绳重和摩擦，设两种方式将汽车拉出的最小力的大小分别是F1和F2 ；则F1 F2（填“>”“<”或“=”），甲方式中滑轮的作用是 ；如按乙方式，人拉绳头移动了1m，那么小汽车被拉动了 m。 改变拉力的方向 > 0.5 知识一 定滑轮和动滑轮 1. 滑轮组 （1）概念：把定滑轮和动滑轮组合在一起，就构成了滑轮组。 想一想： 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？ 知识二、滑轮组 （2）两种简单的滑轮组 想一想：由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组，有几种组合？ 组合一 组合二 知识二、滑轮组 想一想：如图甲、乙所示的两个滑轮组，这两个滑轮组有什么不同？ ①绳端的固定点不同： 甲固定在定滑轮的轴上，乙固定在动滑轮的轴上。 ②拉力的方向不同： 甲通过定滑轮向下，乙通过动滑轮向上。 知识二、滑轮组 想一想： 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？ 2. 滑轮组的特点 知识二、滑轮组 ①用力情况：图中的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（忽略动滑轮的自重与摩擦） ②距离情况：图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2h. （1）理论分析甲滑轮组的特点 ② F G ① 拉力F；拉力移动的距离为 s=2h，使用该滑轮组省力费距离。 结论 知识二、滑轮组 （2）理论分析乙滑轮组的特点 拉力F；拉力移动的距离为 s=3h，使用该滑轮组省力费距离。 结论 F F1 F2 G ① ③ ② 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（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. 知识二、滑轮组 组合一 组合二 想一想： 利用两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组，可以怎样绕绳子呢？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？ （3）两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组 定滑轮 动滑轮 知识二、滑轮组 ①有两种组合：如甲、乙所示。 图甲、乙是利用两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组，它们有什么不同？ 绳端的起点（固定点）不同：甲固定在定滑轮的钩上；乙固定在动滑轮的钩上。 拉力的方向不同：甲中拉力的方向向下，乙中拉力的方向向上。 甲 乙 知识二、滑轮组 F 乙 4是动滑轮上绳子的段数 F 甲 图甲滑轮组，承担物重的绳子段数为4，所以拉力F，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。 F 图乙滑轮组，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 G ②分析两个滑轮组的特点（不计动滑轮重和摩擦） 5是动滑轮上绳子的段数 F 知识二、滑轮组 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， 图乙所示的滑轮组中，与动滑轮相连的绳子段数为n =5，则 F， 温馨提示：n是连接动滑轮的绳子段数。 （4）确定承担物重绳子段数n的方法（“分离法”） n=4 甲 乙 n=5 知识二、滑轮组 （1）确定绕绳的有效段数 根据 F可得绳子的有效段数n ，也可以根据 得n，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，绳子承受的力最大为100N，利用滑轮组将重为500N的物体匀速提高（绳、滑轮的自重及摩擦不计），则可以判断绳子的有效段数至少为 n=G/F=500N/100N=5。 3. 滑轮组的组装 知识二、滑轮组 （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”。 n=2 n=3 n=3 n=4 n=4 n=5 知识二、滑轮组 （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 ①（n为奇数时）；②（n为偶数时） （4）定滑轮个数的确定 ①施力方向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。 n=5（奇数） 动滑轮的个数为 ： =2（个） 定滑轮的个数与动滑轮的相同，N=2 n=5 知识二、滑轮组 【例题3】用如图所示滑轮组提升重物，已知滑轮质量均为1kg，物体重100N，绳子能承受的最大拉力为50N，请画出绳子的正确绕法，并在绳的末端标出力F的方向。 滑轮质量1kg，重力为10N，故物体和滑轮的总重力 因为绳子能承受的最大拉力F=50N，即2F＜G＜3F 故该动滑轮上绳子段数为n=3，如图所示： 知识二、滑轮组 【例题4】用如图所示的滑轮组将重为3.6N的物体竖直向上匀速提升0.5m，拉力F为1.5N，不计绳重与摩擦，则该动滑轮的重力为________ N。 由于不计绳重与摩擦，滑轮组承担重物的绳子股数为n=3，则由 该动滑轮的重力为 G动=nF-G物=3×1.5N-3.6N=0.9 N 知识二、滑轮组 0.9 【例题5】解释图中的科学漫画。一个人要拉起比他体重大的重物，用定滑轮行吗?应该怎么办? 要拉起比自己体重大的物体，使用定滑轮不行。因为定滑轮不省力，提升重物所需的力至少要等于自己的体重。 解决的办法是，大人可以使用动滑轮提升动物，因为这样他可以在楼上向上用力提升重物，不用小孩帮忙。如果孩子要帮忙，就要根据实际情况使用滑轮组提升重物。且体重是物重的几分之一，所组装的滑轮组中，动滑轮上的绳子段数应该是几。 知识二、滑轮组 知识三、轮轴 在生产、生活中，人们经常会用到轮轴。 1. 轮轴 由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。 门把手、汽车方向盘和扳手都是轮轴的实例。 轮 动力 阻力 轴 门把手 汽车方向盘 扳手 知识三、轮轴 支点O R r F F2=G F1 F2 O l1 l2 r R 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，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 FR=Gr，∵ R>r ∴ F<G 当动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，但费距离；当动力作用在轴上时，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。 知识三、轮轴 【例题6】图甲中的辘轳是由具有共同转动轴的大轮和小轮组成，提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶。提水时，辘轳可视为______杠杆，支点 是图乙中的_____点；图丙是 某种水龙头开关，为了更省力， 应选用开关___（选填①/②）。 辘轳的实质是轮轴，动力作用在轮上，动力臂大于阻力臂，可以省力，属于省力杠杆；支点是绕着转动的固定点，即B点。 水龙头开关的设计也应用了轮轴，增大轮的半径可以增大动力臂，在阻力和阻力臂一定时，可以减小动力，故选择图中的①可以更省力。 ① 省力 B 02 课堂总结 第二节 滑轮 课堂总结（1） ①定义：轴固定不动的滑轮，实质是等臂杠杆. ②特点：不省力，但可以改变力的方向. ①定义：轴随物体一起运动的滑轮. ②实质：动力臂是阻力臂2倍的杠杆. ③特点：省力，但不能改变力的方向. ①定义：定滑轮和动滑轮组合在一起. ②特点：既可以省力又可以改变力的方向. ③省力：F＝（G动+G轮）/n. 费距离：s=nh ①组成：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成. ②特点：能省力，F1R=F2r ③应用：自行车脚踏板、汽车方向盘、门把手等. 滑轮组 定滑轮 滑轮 动滑轮 轮轴 课堂总结（2） 03 实践与练习 第二节 滑轮 1. 工人师傅用动滑轮将重600N的木箱吊到阳台上至少要用多大的拉力? 这是一个动滑轮， 当不计摩擦和动滑轮重力时所求得的拉力是最小值： F=300N 所以至少要用300 N的拉力。 实践与练习 实践与练习 2. 用绳和木棍体验“滑轮组”的威力。两位同学各持一根较光滑的木棍，在相距1m处面对面站立。另外一位同学取一根绳子，将绳子的一端系在其中一根木棍上，再按图所示依次绕过两根木棍，然后缓慢地拉动绳子的另一端，结果会怎样? 实验中发现，轻轻拉动绳子的自由端，用较小的力就可使两根木棍靠拢。绳子在木棍上绕的圈数越多，拉绳时所需的拉力F越小。 提示：绳子绕在木棍上就相当于绕在滑轮上，可把一根木棍当作定滑轮，另一根木棍当作动滑轮，绕的圈数越多，相当于动滑轮个数越多，所以越省力。 实践与练习 3. 观察自行车，它使用了哪些简单机械?其作用分别是什么? 自行车的车把是轮轴，车闸是几根杠杆的组合，车脚蹬是轮轴……其作用都是为了省力和方便。 04 综合提升训练 第二节 滑轮 综合提升训练 1．如图，甲、乙两人将同一物体拉到楼顶上，不计滑轮重力和摩擦，下列说法正确的是（　　） 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 C　 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。 综合提升训练 2．如图，工人站在地上利用滑轮组把货物提起来，请你把图中绳子的绕绳方法补充完整． 　　 答案：如图. 站在地上用滑轮组把物体提高，绳子的固定点要在定滑轮上。 3. 如图，用20N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5m（不计绳重和摩擦）。则下列说法不正确的是（ ） A. 绳子自由端移动的距离为15 m B. 动滑轮重为10 N C. 物体上升的速度为1 m/s D. 绳子自由端拉动的速度为6m/s A. 由图知n=3，绳子自由端移动距离: s=3h=3×5m=15m，故A正确； B. 不计绳重和摩擦，拉力F= (G+G动)/3，则动滑轮的重力: G动=3F-G=3×20 N-50 N=10 N，故B正确； CD. 物体上升的速度：v物=h/t=5m/5s=1m/s，绳子自由端拉动的速度: v=3v物=3×1 m/s=3 m/s，故C正确、D错误。 D 所以选D. 综合提升训练 4. 如图甲，方向盘相当于一个轮轴，若F1＝20N，轮盘的半径为20cm，轴的半径为2cm，不计摩擦阻力，该轮轴平衡时F2＝_____N．如图乙，门锁的把手相当于一个______（选填“省力”或“费力”）轮轴。 200 由题知，F1＝20N，盘的半径R＝20cm，轴的半径r＝2cm，轮轴的实质是杠杆的变形，根据杠杆的平衡条件可得F1R＝F2r 门锁的把手，外轮半径大于轴半径，动力作用在轮上，相当于一个省力轮轴。 省力 综合提升训练 综合提升训练 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。 根据题意设计的滑轮组如图所示。 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， 所以G物=nF-G动=3×600 N-20 N=1 780 N 6. 工人用如图所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计。若某一次工人将重800N的建材匀速竖直向上提升了6m，所用的拉力为300N，求： （1）动滑轮的重力； （2）钢绳自由端移动的距离； （3）当所运送建材的重为1100N时，工人作用在绳子上的拉力。 综合提升训练 综合提升训练 （1）由图可知，滑轮组承担重量的绳子股数n=3，滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计，由 F可得，动滑轮的重力 G动＝3F-G＝3×300N-800N＝100N （2）建材上升的高度为6m，则钢绳自由端移动的距离 s＝3h＝3×6m＝18m （3）滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计，当所运送 建材的重为1100N时，工人作用在绳子上的拉力为 F = Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$