“定起、動(dòng)起”和“少起”

摘要：讓學(xué)生經(jīng)歷自主合作探究滑輪組的過程，推導(dǎo)出“定起、動(dòng)起”和“少起”時(shí)承擔(dān)重力的繩子段數(shù)以及省力規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、推理能力、合作能力以及求真的科學(xué)精神.

關(guān)鍵詞：滑輪組；繞法；“定起、動(dòng)起”“少起”；規(guī)律

作者簡(jiǎn)介： 江永盛 （1973-），男，四川成都，大學(xué)本科 ，中學(xué)一級(jí)教師，主要研究初中物理教學(xué).《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)：“義務(wù)教育階段，應(yīng)重視對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)愿望，科學(xué)探究能力，創(chuàng)新意識(shí)以及科學(xué)精神”的培養(yǎng)；讓學(xué)生“經(jīng)歷基本的科學(xué)探究實(shí)踐”.“滑輪組”是初中物理“簡(jiǎn)單機(jī)械”里的重要內(nèi)容之一，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的重要素材.《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》也要求“通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)會(huì)使用簡(jiǎn)單的機(jī)械改變力的大小和方向”.因此，我把本節(jié)設(shè)計(jì)為“學(xué)生自主合作探究”課型，讓學(xué)生經(jīng)歷探究滑輪組的過程，得到滑輪組繞法和承擔(dān)重力的繩子段數(shù)及省力規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、推理能力、合作能力以及求真的科學(xué)精神.

1條件限定

本節(jié)只探究用一根繩子繞成的含一組定滑輪和一組動(dòng)滑輪的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的滑輪組，重點(diǎn)探究其繞法和承擔(dān)重力的繩子段數(shù)以及省力規(guī)律.

2幾個(gè)名稱

“對(duì)稱”滑輪組：是指定滑輪和動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)相等，滑輪的總個(gè)數(shù)是偶數(shù)的滑輪組.

“不對(duì)稱”滑輪組：是指定滑輪和動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)不相等，滑輪的總個(gè)數(shù)是奇數(shù)的滑輪組，即要么定滑輪的個(gè)數(shù)多一個(gè)，此結(jié)構(gòu)可叫作不對(duì)稱的“定多”，要么動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)多一個(gè)，此結(jié)構(gòu)可叫作不對(duì)稱的“動(dòng)多”.

“定起”：是指線結(jié)從定滑輪的下掛鉤起繞.

“動(dòng)起”：是指線結(jié)從動(dòng)滑輪的上掛鉤起繞.

“少起”：是指不對(duì)稱滑輪組，線結(jié)從較少滑輪的掛鉤起繞.

3自主探究過程

第一步以畫圖的方法探究滑輪組滑輪分配及繞法

把學(xué)生分成6個(gè)小組，并布置各小組任務(wù)，分別以畫圖的方法探究滑輪個(gè)數(shù)為2、3、4、5、6、7中的一種情況的滑輪分配及繞法，然后各組進(jìn)行成果交流.同時(shí)把探究滑輪個(gè)數(shù)是2、4、6的小組稱為偶數(shù)組，是3、5、7的小組稱為奇數(shù)組.

學(xué)生經(jīng)過探究和交流后得出：

（1）偶數(shù)個(gè)滑輪的滑輪組定、動(dòng)個(gè)數(shù)平均分配，繞法兩種，“定起”和“動(dòng)起”.

（2）奇數(shù)個(gè)滑輪的滑輪組有兩種分配，即“定多”或“動(dòng)多”，而繞法只有一種“少起”.

第二步實(shí)驗(yàn)探究各繞法繩子段數(shù)n與滑輪個(gè)數(shù)N的關(guān)系及省力情況

按上面分組方式及任務(wù)安排，各小組組裝滑輪組，實(shí)驗(yàn)探究各種繞法承重繩子段數(shù)n及省力情況.如：偶數(shù)組探究2個(gè)滑輪的小組，就要分別組裝“定起”和“動(dòng)起”結(jié)構(gòu)，探究承重繩子段數(shù)n，及其與滑輪個(gè)數(shù)N關(guān)系和省力情況，并填入表1對(duì)應(yīng)欄.奇數(shù)組也同樣，并填入表2對(duì)應(yīng)欄.

表1

繞法滑輪個(gè)數(shù)N承重繩子段數(shù)n省力情況對(duì)稱滑輪組（偶數(shù)個(gè)滑輪）定起動(dòng)起221244346656232345456767表2

繞法滑輪個(gè)數(shù)N及分配承重繩子段數(shù)n省力情況不對(duì)稱滑輪組（奇數(shù)個(gè)滑輪）只能少起357定多323動(dòng)多434定多545動(dòng)多656定多767動(dòng)多878第三步分析推理，歸納結(jié)論

偶數(shù)組三個(gè)小組學(xué)生一起綜合分析偶數(shù)滑輪組表格數(shù)據(jù)，奇數(shù)組三個(gè)小組學(xué)生一起綜合分析奇數(shù)滑輪組表格數(shù)據(jù)，并推理歸納結(jié)論，然后展示交流.

于是，總結(jié)出如下結(jié)論：

對(duì)稱滑輪組定起n=N即承重繩子段數(shù)等于

滑輪個(gè)數(shù)

動(dòng)起n=N+1即繩子段數(shù)等于滑

輪個(gè)數(shù)加1

不對(duì)稱滑輪組均少起定多n=N即承重

繩子段數(shù)等于

滑輪個(gè)數(shù)

動(dòng)多n=N+1即繩

子段數(shù)等于滑

輪個(gè)數(shù)加1

省力倍率等于承重繩子段數(shù)n，即F=G/n

第四步結(jié)論的理解與記憶

上面結(jié)論不難看出，標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)滑輪組承重繩子段數(shù)n，要么等于滑輪個(gè)數(shù)N，要么等于滑輪個(gè)數(shù)N加1.是N，還是N+1，可對(duì)應(yīng)于定滑輪、動(dòng)滑輪作用“定滑輪不省力，動(dòng)滑輪省力”來理解記憶：“定起”“定多”是定滑輪占優(yōu)，當(dāng)然不多省力，所以承重繩子段數(shù)n等于滑輪個(gè)數(shù)N，即n=N；“動(dòng)起”“動(dòng)多”是動(dòng)滑輪占優(yōu)，當(dāng)然要多省力，所以繩子段數(shù)n等于滑輪個(gè)數(shù)N加1，即n=N+1 .

第五步應(yīng)用及推廣

（1）程躍要提起重800N的物體，但是他的最大拉力只有300N.于是，他找來了一些滑輪，想利用滑輪組提起這個(gè)重物.已知每個(gè)滑輪重20N，程躍想站在地上向下拉繩，他最好選擇（圖1）中哪個(gè)滑輪組？

解析：據(jù)圖重物和滑輪總重820N或840N，最大拉力只有300N，所以至少需要3段；而A圖2個(gè)滑輪，可繞成2或3段，但3段時(shí)拉力方向向上；B圖3個(gè)滑輪，動(dòng)多，繞成4段，但拉力方向也向上；只有C圖，3個(gè)滑輪，定多，繞成3段，拉力方向向下；因此選C.

（2）如圖2，不計(jì)滑輪重和摩擦，則F=G

解析：圖中滑輪組不是所探究的標(biāo)準(zhǔn)滑輪組，但我們可以把它看作由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)滑輪組構(gòu)成，左邊部分，兩個(gè)滑輪，動(dòng)起，因此是3段，于是F′∈=1/3G；右邊部分，兩個(gè)滑輪，動(dòng)起，因此也是3段，所以F=13F′=19G.

物理教學(xué)中，用來培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、推理能力、合作能力以及求真的科學(xué)精神，可挖掘和深化的素材還很多，上面對(duì)滑輪組自主合作探究的思考，僅作拋磚引玉，力求共同發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

[1]吳祖仁主編《義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)下冊(cè)》[M].北京：教育科學(xué)出版社，2012年第一版

[2]吳祖仁主編《物理教師教學(xué)用書八年級(jí)下冊(cè)》[M].北京：教育科學(xué)出版社，2013年