以上是典型的滑轮组设计及绕绳问题.这在实际生活和物理实验中经常用到.它又是初中物理教学的一个难点.本文结合笔者的教学实践提供一种切合实际,易于掌握的组装方法.
滑轮组是定滑轮和动滑轮的综合运用.它之所以有着广泛的应用,无非是因为它具备三大优点:①能省力.②可改变施力方向.⑧能提高效率.从生活实际的这三点切入,从整体考虑设计和装配滑轮组是本文的基本思想. 一、省力?—确定动滑轮数
1.确定绳子股数.一般有二种途径:一是根据省力情况,用拉力与物重的比值来求得,如题1,n≥G/F=1000/400=2.5,n取3.二是通过绳端和物体移动距离的比值来确定,如题2中,n=S/h=0.4/0.1=4.
2.确定动滑轮数.绳子股数一旦确定,仅根据滑轮的构造特点就很容易确定动滑轮的个数.对一个动滑轮来讲,至少提供2股,最多提供3股(如图甲),例如,题1中n=3,所以只需用1个动滑轮即可,且须从滑轮上钩缠起;题2中n=4>3,则需2个动滑轮(如图乙).实践证明:n≥5时,学生仍能通过其构造特点很快确定出动滑轮的个数. 二、动力方向?一确定定滑轮数
3.明确施力方向.动力方向的改变是靠定滑轮来完成的.那么,分析动力方向就显得格外重要.当然,有些题目的施力方向是直接给出的(如题1),有的则标明“(不)改变力的方向”.而有些实际问题则需要我们从中挖掘隐含,分析出施力方向.如题2,从“钩码上升??,绳子向上移动”得到施力方向向上;题3中,由“站在地面??吊到楼上”可知,施力方向一定向下.
4.推断定滑轮个数.我曾尝试着根据n的奇偶性和动力方向总结出四种情况的公式,得出了一般规律.但有些学生(尤其后进生)却往往苦于忘记“规律”而适得其反.为此我改用“虚设删除法”和“反向缠绕法”,收到了意外的好效果.如题2,先画2个动滑轮,虚设2或3个定滑轮,然后按反向缠绕法,从绳端起,逆着动力方向
由外向里依次缠绕,直到满足实际股数为止,最后将虚设的多途定滑轮删掉.由图丙可知,本题需要2个定滑轮.到此,组装工作已基本完成.同理,题3需用2个定滑轮(如图丁).
三、机械效率?一尽可能少用滑轮
我们干任何事情都要有效率意识,在设计滑轮组时也不例外.我们应在符合省力和施力方向符合条件的前提下,以最少的滑轮使机械效率得到最大限度的提高.这种思想应贯穿解决问题始终.如题1,我们只用1个动滑轮由3股绳子承担重物,而不采用4股以上或用更多滑轮.其根本原因是设法节约动滑轮,减少额外功,提高机械效率. 四、绕绳问题 对已确定动滑轮、定滑轮个数的滑轮组的绕绳问题,我在反复实践中总结了三种方法.简单易行(篇幅限制,不再举例).
I.奇动偶定法.是指利用绳子股数的奇偶性确定绳子的固定端,然后依次由内向外缠绕。”为奇数时,应把绳子一端拴在动滑轮上;n为偶数时,一定从定滑轮(下钩)缠起.它适用于绳子股数已知的任何情况!
1.反向缠绕法.它最适用于动力方向已确定的情况.由绳子自由端起,逆着动力方向由外向内缠绕,直到定滑轮下钩或动滑轮上钩.
3.“最省力起于动”.是指题目只要求“最省力”时,一定要从动滑轮上钩开始顺次缠绕.它只适用定、动滑轮个数相等的情况.
本文介绍的方法似乎没有明显的规律,更无一般性的定量公式,但它能着眼于生活实际,引导学生会抓住主要矛盾来解决这类问题.它还使学生从本已繁多的规律公式中解脱
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出来.因此,这种思路方法更实用.正如一位老师所说:“只有经常从生活实际切人问题,才能把物理教活、学活”。
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