11.2 滑轮（导学案）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理导学案聚焦“滑轮”核心内容，涵盖定滑轮、动滑轮、滑轮组及轮轴的特点、实质与应用。以“运木料”生活情境导入，引导学生观察实例，通过自主预习问题搭建学习支架，衔接课堂对滑轮特点的实验探究与杠杆本质的分析。 此导学案突出科学探究与科学思维，设计动滑轮、定滑轮实验让学生动手测量数据，用杠杆平衡条件揭示滑轮实质，培养模型建构能力。“奇动偶定”等方法点拨及分层例题，助力学生掌握滑轮组省力规律，提升物理观念与解决实际问题的能力。

11.2 滑轮（导学案） 【学习目标】 1. 知道什么是定滑轮、动滑轮，知道它们的特点。 2. 理解滑轮是杠杆的变形，能用杠杆的平衡条件分析定滑轮、动滑轮的特点。 3. 知道滑轮组既省力又能改变施力的方向，会判断承担物重的绳子段数并进行简单计算。 4. 了解轮轴，知道轮轴是杠杆的变形，能举出生活中应用轮轴的实例。 【学习重点】 1. 定滑轮、动滑轮的特点。2. 滑轮组的省力规律及其应用。 【学习难点】滑轮实质是杠杆的变形；滑轮组承担物重绳子段数的判断。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 滑轮的主要部分是能绕　　转动的轮子。工作时，轴　　　　　的滑轮称为定滑轮；轴随被拉动的物体　　　　　的滑轮称为动滑轮。 2. 使用定滑轮　　　省力，但可以改变　　　　　　；使用动滑轮，最多可以省　　　力，但　　　　施力的方向。 3. 定滑轮可以看成　　　杠杆，它的支点是滑轮的　　　　；动滑轮可以看成支点在一侧的不等臂杠杆，它的支点在滑轮　　　　　的点O处，动力臂是阻力臂的　　倍。 4. 人们常将动滑轮和定滑轮组合成　　　　，这样既可以　　　又可以　　　　　　　　。用滑轮组起吊重物时，滑轮组用几段绳子吊物体，所用的拉力就约为物重的　　　　　，即F＝　　　　。 5. 轮轴由具有共同转轴的　　　和　　　组成，也可看成杠杆的变形，根据杠杆原理可得　　　　　　　　。因为R＞r，所以F₁　　F₂，此时的轮轴相当于一种　　　杠杆。 【课堂探究】 探究一、定滑轮和动滑轮 【情境】小红家住在三楼，装修时，长木料无法通过楼梯运上楼，该怎么办呢？——可以用滑轮试一试！ 【观察】在提升重物时，人们常常用到滑轮。图11-20所示是应用滑轮的实例，你还能举出其他应用滑轮的例子吗？ 1. 定滑轮和动滑轮 工作时，轴固定不动的滑轮称为定滑轮（fixed pulley），如图11-20（a）所示；轴随被拉动的物体一起运动的滑轮称为动滑轮（movable pulley），如图11-20（b）所示。 2. 活动11.2 探究定滑轮和动滑轮的特点 （一）定滑轮的特点 【做一做】（1）测出钩码所受的重力，然后按图11-21组装定滑轮。竖直向下拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数。（2）增加钩码的个数，重复实验，把测得的数据填入下表。 实验序号 钩码所受的重力G/N 弹簧测力计的示数F/N ① ② ③ 【议一议】通过实验，你发现定滑轮在使用时有什么特点？ （二）动滑轮的特点 【做一做】（1）按图11-22组装动滑轮。竖直向上拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数。（2）增加钩码的个数，重复实验，把测得的数据填入自己设计的表格中。 【议一议】通过实验，你发现动滑轮在使用时有什么特点？ 【实验结论】使用定滑轮　　　　　，但可以　　　　　　　　；使用动滑轮，最多可以省　　　　，但　　　　施力的方向。 【注意】使用动滑轮时，只有沿竖直方向匀速拉动，且不计滑轮重和摩擦时，拉力才等于物重的一半；若考虑动滑轮重，则F＝　　　　　　　　　　。 【例题1】在“使用动滑轮”的实验中，竖直向上拉弹簧测力计，如图。弹簧测力计静止时的示数是F₁、F₂，则F₁、F₂的大小关系是______；若钩码匀速上升0.1m，则绳子自由端移动的距离是______m；使用该滑轮______力。 　 探究二、滑轮的实质 滑轮实质上是杠杆的变形。 1. 定滑轮的实质 如图11-23（a）所示，定滑轮可以看成　　　杠杆，它的轴心O是支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径r。由杠杆平衡条件可知，动力F₁与阻力F₂大小　　　，使用它可以改变施力的方向，但　　　　。 2. 动滑轮的实质 如图11-23（b）所示，动滑轮可以看成支点在一侧的不等臂杠杆，它的支点在滑轮左侧边缘的点O处，动力臂（2r）是阻力臂（r）的　　倍，使用它最多可以省　　　的力。 【例题2】如图所示是小明利用同一滑轮往高处搬运同一货物的两种方法。甲、乙两图中，物体匀速上升速度相同，不计滑轮重，不计绳重与摩擦，则（    ） 　 A．甲绳自由端的拉力等于乙绳自由端的拉力 B．甲绳自由端的拉力小于乙绳自由端的拉力 C．甲绳自由端移动速度等于乙绳自由端移动速度 D．甲绳自由端移动速度小于乙绳自由端移动速度 探究三、滑轮组 1. 滑轮组 在实际使用中，人们常将动滑轮和定滑轮组合成滑轮组，这样既可以　　　又可以　　　　　　　　。 2. 滑轮组的省力规律 图11-24（a）中的重物由　　段绳子吊着，每段绳子承担物重的　　　　　。用这个滑轮组提起重物，所用的拉力约为物重的　　　　　。 用滑轮组起吊重物时，滑轮组用几段绳子吊物体，所用的拉力就约为物重的几分之一，即F＝　　　　（n为承担物重的绳子段数）。 【想一想】图11-24（b）中所用的拉力约为物重的　　　　　。 【方法点拨】判断承担物重的绳子段数n：只数与　　　　相连的绳子段数。绕线时“奇动偶定”——n为奇数时绳子固定端系在　　　　的挂钩上，n为偶数时系在　　　　的挂钩上。 3. 滑轮组的应用 滑轮组在生产、生活中有着广泛的应用：用滑轮组提升重物、起重机上使用的滑轮组等，如图11-25所示。 【例题3】某同学使用图中装置探究滑轮组，物体重30 N，下面说法错误的是（　　 ） 　 A．该滑轮组由一个定滑轮和一个动滑轮组成，它可以省力但不可以改变力的方向 B．若不考虑绳重、滑轮重及摩擦，要提起重物，拉力至少为10 N C．若将重物提升3 cm，绳子自由端需要移动9 m D．实验中，该同学匀速提升物体，所用拉力大于10 N 【例题4】开学后，工人用如图所示滑轮将500 N的书本在10 s内匀速提高3 m，已知动滑轮重20 N，不计绳重及摩擦。求： 　 (1)绳子自由端的拉力大小； (2)绳子自由端的速度大小。 探究四、生活·物理·社会——轮轴 轮轴由具有共同转轴的大轮和小轮组成。如图11-26所示，轮轴也可看成杠杆的变形，轴心O为支点，大轮半径R和小轮半径r分别为　　　　和　　　　。根据杠杆原理可得F₁R＝F₂r。因为R＞r，所以F₁　　F₂，可见此时的轮轴相当于一种　　　杠杆。 门把手、汽车方向盘和扳手都是应用轮轴的实例，如图11-27所示。你能再举一些应用轮轴的例子吗？ 【精讲点拨】 1. 定滑轮、动滑轮的判断：看轴是否随物体移动。轴不动的是定滑轮，轴随物体一起运动的是动滑轮。 2. 使用简单机械时，省力必然费距离（这一点将在后面学习“功”时进一步认识）：定滑轮不省力也不费距离；动滑轮省一半力，但绳端移动的距离是物体升高高度的2倍；滑轮组省几分之一的力，绳端移动的距离就是物体升高高度的几倍，即s＝nh。 3. 承担物重绳子段数n的判断：在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，只数与动滑轮直接相连的绳子段数（含系在动滑轮挂钩上的那一段）。 【归纳整理】11.2 滑轮 一、定滑轮：轴固定不动；实质是等臂杠杆；不省力，但可以改变施力的方向。 二、动滑轮：轴随物体一起运动；实质是动力臂为阻力臂两倍的杠杆；最多省一半力，但不改变施力的方向。 三、滑轮组：既省力又可以改变施力的方向；F＝G/n，s＝nh。 四、轮轴：杠杆的变形，F₁R＝F₂r，相当于省力杠杆，如门把手、方向盘、扳手。 【课堂练习】 1．如图是古人拉绳从井中汲卤制盐的场景，图中的简单机械M属于（　　） 　 A．定滑轮　　B．动滑轮　　C．斜面　　D．滑轮组 2．关于图中简易拉力器所用滑轮分析正确的是（　　） 　 A．是定滑轮，可以省力　　B．是动滑轮，可以省力 C．是定滑轮，可以改变力的方向　　D．是动滑轮，可以改变力的方向 3．如图所示，每个滑轮自重相等，不计绳重和摩擦，分别用甲、乙两个滑轮组匀速向上提升重物G₁、G₂时，甲、乙滑轮组绳端的拉力F恰好相等。已知G₁＝60N，G₂＝38N，则每个滑轮的重为（　　） 　 A．3N　　B．6N　　C．1N　　D．22N 4．如图所示为某学校升旗的情景，旗杆顶装的滑轮是_____滑轮，它的作用是________。当国旗缓缓上升10m时，旗手向下的拉力移动的距离为_____m。 　 5．如甲图是建筑工地搬运建材常见的升降机简化图，使用的A、B、C、D四个滑轮中属于动滑轮的是_______；小丽用缝衣剪刀剪布，如图乙所示，为了省力，她应该将布放在____（选填“A”或“B”）处。 　 6．小明站在地上将重物提高到二楼，请帮他在图甲中完成滑轮组绕线（按要求完成图） 　 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 11.2 滑轮（导学案） 【学习目标】 1. 知道什么是定滑轮、动滑轮，知道它们的特点。 2. 理解滑轮是杠杆的变形，能用杠杆的平衡条件分析定滑轮、动滑轮的特点。 3. 知道滑轮组既省力又能改变施力的方向，会判断承担物重的绳子段数并进行简单计算。 4. 了解轮轴，知道轮轴是杠杆的变形，能举出生活中应用轮轴的实例。 【学习重点】 1. 定滑轮、动滑轮的特点。2. 滑轮组的省力规律及其应用。 【学习难点】滑轮实质是杠杆的变形；滑轮组承担物重绳子段数的判断。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1. 滑轮的主要部分是能绕轴转动的轮子。工作时，轴固定不动的滑轮称为定滑轮；轴随被拉动的物体一起运动的滑轮称为动滑轮。 2. 使用定滑轮不能省力，但可以改变施力的方向；使用动滑轮，最多可以省一半力，但不改变施力的方向。 3. 定滑轮可以看成等臂杠杆，它的支点是滑轮的轴心O；动滑轮可以看成支点在一侧的不等臂杠杆，它的支点在滑轮左侧边缘的点O处，动力臂是阻力臂的两倍。 4. 人们常将动滑轮和定滑轮组合成滑轮组，这样既可以省力又可以改变施力的方向。用滑轮组起吊重物时，滑轮组用几段绳子吊物体，所用的拉力就约为物重的几分之一，即F＝G/n。 5. 轮轴由具有共同转轴的大轮和小轮组成，也可看成杠杆的变形，根据杠杆原理可得F₁R＝F₂r。因为R＞r，所以F₁＜F₂，此时的轮轴相当于一种省力杠杆。 【课堂探究】 探究一、定滑轮和动滑轮 【情境】小红家住在三楼，装修时，长木料无法通过楼梯运上楼，该怎么办呢？——可以用滑轮试一试！ 【观察】在提升重物时，人们常常用到滑轮。图11-20所示是应用滑轮的实例，你还能举出其他应用滑轮的例子吗？ 1. 定滑轮和动滑轮 工作时，轴固定不动的滑轮称为定滑轮（fixed pulley），如图11-20（a）所示；轴随被拉动的物体一起运动的滑轮称为动滑轮（movable pulley），如图11-20（b）所示。 2. 活动11.2 探究定滑轮和动滑轮的特点 （一）定滑轮的特点 【做一做】（1）测出钩码所受的重力，然后按图11-21组装定滑轮。竖直向下拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数。（2）增加钩码的个数，重复实验，把测得的数据填入下表。 实验序号 钩码所受的重力G/N 弹簧测力计的示数F/N ① ② ③ 【议一议】通过实验，你发现定滑轮在使用时有什么特点？ （二）动滑轮的特点 【做一做】（1）按图11-22组装动滑轮。竖直向上拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数。（2）增加钩码的个数，重复实验，把测得的数据填入自己设计的表格中。 【议一议】通过实验，你发现动滑轮在使用时有什么特点？ 【实验结论】使用定滑轮不能省力，但可以改变施力的方向；使用动滑轮，最多可以省一半力，但不改变施力的方向。 【注意】使用动滑轮时，只有沿竖直方向匀速拉动，且不计滑轮重和摩擦时，拉力才等于物重的一半；若考虑动滑轮重，则F＝(G物＋G动)/2。 【例题1】在“使用动滑轮”的实验中，竖直向上拉弹簧测力计，如图。弹簧测力计静止时的示数是F₁、F₂，则F₁、F₂的大小关系是______；若钩码匀速上升0.1m，则绳子自由端移动的距离是______m；使用该滑轮______力。 　 【答案】相等/F₁=F₂；0.2；省 【详解】由图可知该滑轮为动滑轮，动滑轮上同一根绳子上的拉力相等，所以F₁=F₂。 动滑轮承担物重的绳子段数n=2 所以绳子自由端移动的距离为s=nh=2×0.1m=0.2m 动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，故使用该滑轮省力。 探究二、滑轮的实质 滑轮实质上是杠杆的变形。 1. 定滑轮的实质 如图11-23（a）所示，定滑轮可以看成等臂杠杆，它的轴心O是支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径r。由杠杆平衡条件可知，动力F₁与阻力F₂大小相等，使用它可以改变施力的方向，但不省力。 2. 动滑轮的实质 如图11-23（b）所示，动滑轮可以看成支点在一侧的不等臂杠杆，它的支点在滑轮左侧边缘的点O处，动力臂（2r）是阻力臂（r）的两倍，使用它最多可以省一半的力。 【例题2】如图所示是小明利用同一滑轮往高处搬运同一货物的两种方法。甲、乙两图中，物体匀速上升速度相同，不计滑轮重，不计绳重与摩擦，则（    ） 　 A．甲绳自由端的拉力等于乙绳自由端的拉力 B．甲绳自由端的拉力小于乙绳自由端的拉力 C．甲绳自由端移动速度等于乙绳自由端移动速度 D．甲绳自由端移动速度小于乙绳自由端移动速度 【答案】D 【详解】AB．不计滑轮重，不计绳重与摩擦，甲图使用的是定滑轮，拉力F甲=G，乙图使用的是动滑轮，拉力F乙=1/2G，所以F甲>F乙，即甲绳自由端的拉力大于乙绳自由端的拉力，故AB不符合题意； CD．甲、乙两图中，物体匀速上升速度相同，甲图使用的是定滑轮，甲绳自由端移动速度等于物体上升的速度，乙图使用的是动滑轮，乙绳自由端移动速度等于物体上升的速度的2倍，所以甲绳自由端移动速度小于乙绳自由端移动速度，故D符合题意，C不符合题意。 故选D。 探究三、滑轮组 1. 滑轮组 在实际使用中，人们常将动滑轮和定滑轮组合成滑轮组，这样既可以省力又可以改变施力的方向。 2. 滑轮组的省力规律 图11-24（a）中的重物由三段绳子吊着，每段绳子承担物重的三分之一。用这个滑轮组提起重物，所用的拉力约为物重的三分之一。 用滑轮组起吊重物时，滑轮组用几段绳子吊物体，所用的拉力就约为物重的几分之一，即F＝G/n（n为承担物重的绳子段数）。 【想一想】图11-24（b）中所用的拉力约为物重的二分之一。 【方法点拨】判断承担物重的绳子段数n：只数与动滑轮相连的绳子段数。绕线时“奇动偶定”——n为奇数时绳子固定端系在动滑轮的挂钩上，n为偶数时系在定滑轮的挂钩上。 3. 滑轮组的应用 滑轮组在生产、生活中有着广泛的应用：用滑轮组提升重物、起重机上使用的滑轮组等，如图11-25所示。 【例题3】某同学使用图中装置探究滑轮组，物体重30 N，下面说法错误的是（　　 ） 　 A．该滑轮组由一个定滑轮和一个动滑轮组成，它可以省力但不可以改变力的方向 B．若不考虑绳重、滑轮重及摩擦，要提起重物，拉力至少为10 N C．若将重物提升3 cm，绳子自由端需要移动9 m D．实验中，该同学匀速提升物体，所用拉力大于10 N 【答案】C 【详解】A．由图可知，该滑轮组由一个定滑轮和一个动滑轮组成，拉力方向向上，物体运动方向向上，力的方向未改变，即可以省力，但不可以改变力的方向，故A正确； BD．由图可知承担物重的绳子段数n=3，若不考虑绳重、滑轮重及摩擦，拉力F=G/n=30N/3=10N 实际实验中需克服动滑轮重、绳重及摩擦做功，所用拉力大于10N，故BD正确； C．绳子自由端移动距离s=nh=3×3cm=9cm 故C错误。 本题选择错误的，故选C。 【例题4】开学后，工人用如图所示滑轮将500 N的书本在10 s内匀速提高3 m，已知动滑轮重20 N，不计绳重及摩擦。求： 　 (1)绳子自由端的拉力大小； (2)绳子自由端的速度大小。 【答案】(1)260N (2)0.6m/s 【详解】（1）根据动滑轮的特点，绳子拉力等于总重力的一半，即F=(G+G动)/2=(500 N+20 N)/2=260 N （2）绳子自由端移动的距离为s=nh=2×3m=6m 绳子移动速度为v=s/t=6 m/10 s=0.6 m/s 探究四、生活·物理·社会——轮轴 轮轴由具有共同转轴的大轮和小轮组成。如图11-26所示，轮轴也可看成杠杆的变形，轴心O为支点，大轮半径R和小轮半径r分别为动力臂和阻力臂。根据杠杆原理可得F₁R＝F₂r。因为R＞r，所以F₁＜F₂，可见此时的轮轴相当于一种省力杠杆。 门把手、汽车方向盘和扳手都是应用轮轴的实例，如图11-27所示。你能再举一些应用轮轴的例子吗？ 【精讲点拨】 1. 定滑轮、动滑轮的判断：看轴是否随物体移动。轴不动的是定滑轮，轴随物体一起运动的是动滑轮。 2. 使用简单机械时，省力必然费距离（这一点将在后面学习“功”时进一步认识）：定滑轮不省力也不费距离；动滑轮省一半力，但绳端移动的距离是物体升高高度的2倍；滑轮组省几分之一的力，绳端移动的距离就是物体升高高度的几倍，即s＝nh。 3. 承担物重绳子段数n的判断：在动滑轮与定滑轮之间画一条虚线，只数与动滑轮直接相连的绳子段数（含系在动滑轮挂钩上的那一段）。 【归纳整理】11.2 滑轮 一、定滑轮：轴固定不动；实质是等臂杠杆；不省力，但可以改变施力的方向。 二、动滑轮：轴随物体一起运动；实质是动力臂为阻力臂两倍的杠杆；最多省一半力，但不改变施力的方向。 三、滑轮组：既省力又可以改变施力的方向；F＝G/n，s＝nh。 四、轮轴：杠杆的变形，F₁R＝F₂r，相当于省力杠杆，如门把手、方向盘、扳手。 【课堂练习】 1．如图是古人拉绳从井中汲卤制盐的场景，图中的简单机械M属于（　　） 　 A．定滑轮　　B．动滑轮　　C．斜面　　D．滑轮组 【答案】A 【详解】古人拉绳从井中汲卤制盐，由图可知，装置顶端是一个中间有槽，并可以绕轴转动的轮子，因此是滑轮，因为使用时，滑轮的轴的位置固定不变，因此是定滑轮；动滑轮是轴会随着被拉动的物体一起运动的滑轮；斜面是一种倾斜的平面；滑轮组是由定滑轮和动滑轮组合而成的机械，图中只有一个定滑轮，不是滑轮组，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．关于图中简易拉力器所用滑轮分析正确的是（　　） 　 A．是定滑轮，可以省力　　B．是动滑轮，可以省力 C．是定滑轮，可以改变力的方向　　D．是动滑轮，可以改变力的方向 【答案】C 【详解】图中滑轮轴心固定是定滑轮，由定滑轮的特点可知，可以改变力的方向，但不能改变力的大小，故选C。 3．如图所示，每个滑轮自重相等，不计绳重和摩擦，分别用甲、乙两个滑轮组匀速向上提升重物G₁、G₂时，甲、乙滑轮组绳端的拉力F恰好相等。已知G₁＝60N，G₂＝38N，则每个滑轮的重为（　　） 　 A．3N　　B．6N　　C．1N　　D．22N 【答案】B 【详解】设滑轮自重为G动，甲滑轮组绳子段数为3，因此甲中绳子拉力F=(G₁+G动)/3；乙滑轮组绳子段数为2，因此乙中绳子拉力F=(G₂+G动)/2； 甲、乙滑轮组绳子拉力相等，联立两式可得每个滑轮重G动=2G₁-3G₂=2×60N-3×38N=6N 故选B。 4．如图所示为某学校升旗的情景，旗杆顶装的滑轮是_____滑轮，它的作用是________。当国旗缓缓上升10m时，旗手向下的拉力移动的距离为_____m。 　 【答案】定；改变力的方向；10 【详解】由图可知，旗杆顶部滑轮的轴是固定的，所以该滑轮为定滑轮； 使用定滑轮的优点是可以改变力的方向，但不能省力也不费距离，则国旗缓缓上升10m，旗手向下的拉力移动的距离也为10m。 5．如甲图是建筑工地搬运建材常见的升降机简化图，使用的A、B、C、D四个滑轮中属于动滑轮的是_______；小丽用缝衣剪刀剪布，如图乙所示，为了省力，她应该将布放在____（选填“A”或“B”）处。 　 【答案】A；B 【详解】因A滑轮的轴随建材一起运动，故属于动滑轮。由杠杆平衡条件F₁l₁=F₂l₂可知，阻力与动力臂一定时，阻力臂越小，需要的动力越小，越省力，布放在B处时阻力臂更小，故为了省力应放在B处。 6．小明站在地上将重物提高到二楼，请帮他在图甲中完成滑轮组绕线（按要求完成图） 　 【答案】如图所示 　 【详解】因为是人站在地面上用滑轮组提升重物，所以由2段绳子承担物重，应从定滑轮开始绕线，绕过下面的动滑轮，再绕过上面的定滑轮。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $