深入解析省力滑轮

　　【摘要】 本文通过对省力滑轮(组)类问题的探讨、解析,旨在阐明如何在物理教学中利用变式训练的展示来解决问题的思维过程,从而培养学生的创新思维能力。　　【关键词】 动滑轮 滑轮组 一题多变 一题多问 创新思维　　【中图分类号】 G421 【文献标识码】 A 【文章编号】 1006-5962(2012)05(a)-0064-01　　1 一题多变,培养学生的思维变通能力　　分析近几年遂宁市的中考物理试题,很多省力滑轮(组)类问题都有似曾相识的感觉。这就要求我们要深入探究习题的内涵和外延,引导学生对新情景中出现的问题进行探讨,应多问几个为什么？假设题设条件变了又该怎么办？充分发挥例题以点带面的功能,从而激发学生主动思维的积极性,拓展学生思维变通能力。下面以动滑轮组做功为例来阐述:　　例1:用如图1所示的动滑轮提升重物A。如果绳子自由端的拉力为F,移动的距离为S,移动的速度为VF;重物的重力为G,提升的高度为h,提升的速度为VA,则:　　解析:理想情况下(注:后文所提及的“理想情况”均指“不计绳重及摩擦,且不计动滑轮重”):　　F=;　　变式1:在如图2所示的滑轮组中,各物理量的关系将如何改变呢？　　解析:图2与图1相比,相同点都是利用动滑轮在竖直方向上提升重物;不同点是各力的作用点发生变化。解答时须认清其实质,此题中,绳子自由端挂的是重物,而转轴处施加外力F。根据“动滑轮能省一半力,但要多费一倍的距离”可知:理想情况下:　　因为 所以(此时费力了)　　因为 所以(此时省距了)　　因为 所以　　变式2:在如图3所示的动滑轮中,各物理量的关系又将如何变化呢?　　解析:图3与图2相比,相同点利用的都是动滑轮,且F的作用点都在转轴处;不同点是图2利用动滑轮在竖直方向上提升重物,克服的是重物的重力做功,而图3利用动滑轮在水平方向上拉物体,克服的是摩擦力做功,不再与重力有关,设A所受摩擦力为,则理想情况下:　　因为 所以(此时费力了)　　因为 所以(此时省距了)　　因为 所以　　规律总结:动滑轮这种“省力机械”,不是在任何情况下都能省一半力,有时反而费力。“省一半力”的适用条件是指:外力F作用在绳子自由端。如果自由端所用力为F,转轴处所受力为G(),则(此时省力);反之,如果绳子自由端所受力为G(),转轴处所用力为F,则F=2G()(此时费力)。为什么会有如此相反的结论呢？原因是绳子自由端所用力的力臂是转轴处所用力的力臂的2倍,根据杠杆平衡条件,自由端的力当然要小于转轴处的力了。也就是说,如果自由端是外力F,则省一半力;如果外力F在转轴处,当然就费一倍力了。如此看来,只要认清了动滑轮的实质,利用杠杆原理,就不难处理类似问题了。至于各作用点移动距离的关系,结合功能原理(任何机械都不省功),也容易得出正确的结论。对于非理想情况下各作用点移动距离、速度的关系与理想情况相同,则不会因为要克服绳子与滑轮间的摩擦而改变。　　2 一题多问,训练思维的连续性　　一题多问,就是将题目所涉及的物理知识点尽可能多地挖掘出来生成问题,且设计不同层次的问题来诱发学生的积极思维,可有效促进学生思维的连续性。下面以滑轮组做功为例来阐述:　　例2:用如图5所示的滑轮组提升重1000N的物体,10s内绳子自由端被拉下16m,已知滑轮组做的额外功是800J,若绳重和摩擦不计,则可设计如下的一系列问题,来诱导学生的思维:　　一问:重物上升的速度？　　解一:　　因为 所以　　二问:动滑轮自身的重力?　　解二:因为 所以　　三问:滑轮组的机械效率？　　解三: W总=W有用+W额=4000J+800J=4800J　　综上所述,通过多种类型的变式训练,有意识地引导学生从变的现象中发现不变的本质(物理规律),从不变的本质中探究出变的规律。不仅能够理顺物理规律间的内在联系,使知识深化,起到以点带面,触类旁通的作用,而且可激发学生的求知欲望,拓宽解题思路,有利于学生创新思维的培养。