尋支點，求本質，培能力

陸偉波

摘要：學習動滑輪，關鍵在于理解動滑輪的本質，而對動滑輪本質的認識的難點在于動滑輪支點的尋找，本文中列舉了5種常見的方法來介紹如何尋找動滑輪的支點，同時也對5種方法進行了自己的分析，每一種方法都有其優劣，我們應根據學生的實際情況，合理的選擇教學方法進行教學。

關鍵詞：動滑輪 支點

華師大科學九年級上冊第5章第2節 《滑輪》這一節教學中，教材中僅給出了動滑輪的簡單定義：滑輪工作時，它的軸隨重物一起移動的就是動滑輪。設計了動滑輪的一個簡單的活動，要求學生分析測量數據，并發現使用動滑輪能省一半的力的特點。但是如果不從動滑輪的本質上去理解動滑輪，那么所得的知識僅僅是停留在表面。那么如何引導學生理解動滑輪的本質，關鍵在于引導學生尋找動滑輪的支點。而動滑輪支點的尋找，無論是對老師的教，還是對學生的學而言都是一個難點，為了突破這一難點，對下面幾種教學方法進行分析。

1.分析法

把動滑輪看作是一個剛體，那么動滑輪在拉力的作用下向上運動，可以等效的看作是豎直向上的平動和繞圓心轉動兩者的合運動。在C點施加向上的拉力時，動滑輪就向上運動。若動滑輪平動速度為V1，動滑輪繞圓心轉動的速度為V2，在相同的時間內，平動所經過的路程和繞圓心轉動所經過的路程是相等的，由此可知V1=V2. a點受到向上平動的速度V1，同時也受到繞圓心轉動向下的速度V2，即Va=V1-V2=0，而b點受到向上平動速度為V1，因繞圓心轉動，所以未受到轉動的速度V2，所以Vb=V1.c點受到向上的平動速度V1和向上的轉動速度V2，所以Vc=V1+V2=2V1.因此把abc三點所在的動滑輪看成一個杠桿，因a點的速度為0，所以a點是繞著杠桿轉動的點，即支點。但是這個支點并不是固定不變的，而是在不斷的向上移動，這個支點是這一時刻轉動時的瞬時支點。

這種方法能從理論上解決動滑輪的支點問題，但將動滑輪的轉動看作平動和繞圓心轉動這兩者的合運動，較為抽象，對于初中階段的學生而言，理解難度較大，不容易接受，會挫傷學生學習科學的熱情.所以在動滑輪新授課中不建議采用此方法，但是在培優或滑輪復習中能采用此方法引導學生更深層次的理解動滑輪的本質，可以促進學生思維能力的培養。

2.臺階法

當一圓盤在滾動的過程中遇到一個臺階，為了使圓盤能滾上臺階，則在圓盤上施加一個水平推力F，此時圓盤能繞圓盤與臺階接觸點發生滾動，即此時圓盤的支點為該圓盤和臺階的接觸點。當臺階變小時，支點O就越靠近圓盤與地面的接觸點。利用極限思維法，當臺階無限小時，則支點O就無限接近于圓盤和地面的接觸點，地面與圓盤的接觸點即為支點O.

接下來采用類比法，將此模型遷移到動滑輪，讓圖4逆時針旋轉90度，并引導學生將圖5中固定在天花板上的繩子看成是圖4中的地面，把圖5中自由端的力看成是圖4中的推力F，成為圖5中的動滑輪裝置，此時動滑輪沿著右邊的繩子向上滾動，則圓盤與右邊繩子相切的那一點即為動滑輪的支點。隨著動滑輪不斷向上滾動，滑輪與右邊繩子的相切點也不斷上移，即支點不斷變化向上移動，但始終是滑輪和右邊繩子相切的點。

臺階法判斷圓盤和障礙物間的支點對學生而言有一定的生活經驗和體驗，所以此法盡管采用了極限思維和類比的方法，但是在初中科學中都有被較多的應運，對于學生而言也并不陌生.因此能很好的幫助學生尋找到動滑輪的支點，學生也比較容易理解和接受。同時這些方法和能力的培養也是初中科學核心素養的一種重要體現。

3.實驗觀察法

將兩個鐵架臺、及動滑輪等按圖6所示方法安裝好，并用紅色記號筆連接AB兩點，同時將一條白色棉線綁在兩個鐵架臺上，要求白色棉線恰好經過AB兩點。然后緩慢提起動滑輪繩子自由端較小角度，并觀察紅色記號筆標注的各點與白色棉線之間的距離的變化。B點與白色棉線之間的距離較大，動滑輪軸所在位置與棉線之間的距離較小，而A點與白色棉線之間幾乎沒有移動。由此可以發現動滑輪圍繞著A點發生轉動，即動滑輪的支點為A點。

用此方法尋找動滑輪的支點，也能尋找出動滑輪的支點，但由于實驗室所能提供的動滑輪一般相對較小，作為演示實驗，效果并不是特別明顯，同時由于動滑輪偏轉角度較小，觀察時相對比較吃力。建議采用此方法時，可以用實物投影或用手機的慢鏡頭攝錄后再進行視頻播放，效果相對明顯一點。

4.實驗反推法

根據教材中的活動，選擇輕質動滑輪，并適當增加鉤碼的個數，進行實驗探究，多次測出鉤碼和動滑輪的總重力及繩子自由端的拉力大小，并尋找相應的規律。這里建議教師先引導學生為什么要測鉤碼和滑輪的總重力而不是僅測鉤碼的重力，因為此時不僅提升了鉤碼，同時也提升了滑輪，因此這樣能夠更為精確的得出G和F的數值，便于學生更好的尋找規律.

根據杠桿平衡條件F1L1=F2L2，可以得出L1=2L2，再根據力臂的定義：“支點到力的作用線的距離”，反推支點的位置。在圖中因為動力F1和阻力F2 均在豎直方向上，且L1=2L2，由此可知支點O必定在固定在天花板的那條直線上，又因支點必須與動滑輪接觸，則該支點為動滑輪與右邊直線相切的那一點。

采用這種方法來尋找動滑輪的支點，從而認識動滑輪的本質，是符合學生認知的發展規律的。認識事物本質是建立在大量事實基礎之上的，本方法先采用實驗探究的方法，讓學生尋找拉力和重力之間的關系，然后再根據已學的杠桿的知識，推導出力臂之間的關系，再從力臂的關系之中，反推支點的位置，從而得到動滑輪的本質動力臂是阻力臂兩倍的省力杠桿。動滑輪本質的探尋過程，充分的體現了新課程的學習方式，改變了死記硬背機械練習的現狀，學生在探尋動滑輪本質的過程中，主動的參與，積極的思考，培養了學生發現問題、解決問題的能力。但是缺點就是不夠形象直觀，對于中等偏下的學生利用反推法得到支點的位置還是會存在一定的困惑.

5.杠桿形變法

取一個如圖所示的動力臂為阻力臂兩倍的直杠桿，學生很容易確定杠桿的支點。讓杠桿在原有的基礎上逐漸發生形變，如圖8至圖11，這樣學生很容易理解動滑輪的支點在固定端繩子與動滑輪相切的點。

采用此方法尋找動滑輪的支點，看上去比較簡單，學生也比較容易接受，但是實際在一定程度上違反了學生的認知規律，存在一定的缺陷，同時也在一定程度上束縛了學生的科學探究能力，不利于培養學生科學的思維方法和能力.因此個人不建議采用采訪進行教學，但是對于班級中理解能力相對比較薄弱的學生使用此法能起到立桿見影的效果.

除了上述5種尋找動滑輪支點的方法，還有一些類似的方法，不在此處一一贅述，任何一種方法或學習方式都有其自身的優點和不足，對于不同層次的學生，可以根據班級學生的實際情況，采用不同的教學方法，或者是多種方法并用，使學生收獲知識的同時，也得到能力的提升。

結語：

本著讓學生自主探究學習，實現自主發展的目標，在動滑輪學習過程中，應該設計一系列的探究活動，以激活學生原有的知識儲備，擴展學生實踐研究的范圍，誘發學生主體探究的動機，使學生在深層次的探索活動中，體驗探索的艱辛和成功，激發學生探索興趣和熱情，培養學生的創新情惑，從而培養學生的創新意識和創新能力。

教師是教學的組織者，應“領著學生走進知識，而不是領著知識靠近學生”。使學生學會歸納、整合、建構知識體系。培養學生大膽猜想、探究創新的精神。并讓學生體會到老師是朋友，老師是學生學習的幫助者，是知識的共同探究者。

參考文獻：

[1]將文蓮 《如何認識定滑輪和動滑輪的實質》課堂內外 2011.2.28

[2]施科樺《找動滑輪支點的幾種方法》中學理科園地 第12卷總第67期

[3]陸為友 《演示動滑輪支點的建議實驗》

[4]梁龍凱 張紹宇 《關于動滑輪支點的判定教學》

浙江省慈溪市天元初級中學 浙江省慈溪市 315300