摘 要: 滑輪組的組裝和設(shè)計問題,一直是初中物理簡單機械中的一個教學(xué)難點,作者在長期的教學(xué)實踐中,總結(jié)出一法——“奇偶性法”對滑輪組進行組裝和設(shè)計,也是滑輪組組裝和設(shè)計中較好的學(xué)法指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞: 滑輪組 設(shè)計和組裝 奇偶性法
滑輪組的設(shè)計和組裝,一直是初中物理教學(xué)的一個難點,本文通過對典型例題的解法指導(dǎo)和中考題例分析,歸納總結(jié)出“奇偶性法”的解題之法。用此法解決較難的滑輪組的設(shè)計和組裝問題,就可迎刃而解,只要確定繩子股數(shù)的奇偶性,依照“奇偶性法”就能很快、很容易地得到解答,且材料最省。實踐告訴我們用這種方法教學(xué),不僅教師講得省力,而且學(xué)生能從中總結(jié)出規(guī)律性的東西,運用起來也得心應(yīng)手,效果較好。
以下是我在教學(xué)實踐中總結(jié)出來的體會,難免會有些不盡如人意的地方,把它總結(jié)出來,求教于方家。
例如有這樣一道題目:在如圖1所示的方框下已注明使用滑輪組提升重物時,拉力F與物重G的關(guān)系,請你在方框里畫出滑輪組及其繞線方法。(動滑輪和強的自重及摩擦力不計)
這是一道典型的滑輪組組裝設(shè)計題目,學(xué)生面對此題很難下筆,即使試著解出來,也走了不少彎路。如果將F=G改成F=G,F(xiàn)=G,F(xiàn)=G……學(xué)生會感到更加手足無措,為使學(xué)生解答此類題目有的放矢,我們不妨就采用“奇偶性法”解答此類問題。
“奇偶性法”是:在F=G中,當n為奇數(shù)時,首先系住動滑輪;動滑輪個數(shù)為,定滑輪個數(shù)分為:不需改變施力方向時為:;需要改變施力方向為:;當n為偶數(shù)時,首先系住定滑輪,動滑輪個數(shù)為:,定滑輪個數(shù)同蘇分為不改變施力方向時為:-1,需改變施力方向時為:.可歸納為表格形式或分類形式。這兩種形式根據(jù)學(xué)生具體情況進行選擇,具體形式如下表。
分類形式:
F=G中的n奇數(shù)時,先系動動滑輪個數(shù)為:定滑輪個數(shù)為不改變施力方向時為:需改變施力方向時為:?搖?搖偶數(shù)時,先系定動滑輪個數(shù)為:定滑輪個數(shù)為不改變施力方向時為:-1改變施力向時為:?搖?搖
用這種方法來解決滑輪組組裝設(shè)計問題,只要對照此法做,就會很快很容易地得到解決。
引用這個方法再來解決上述題目(如圖1所示),F(xiàn)=G中4為偶數(shù)先系定滑輪,動滑輪個數(shù)為:==2;因為需改變施力方向定滑輪的個數(shù)則為:==2。這樣可得答案如圖2所示。
圖1中的F=G改成F=G時,則有:5為奇數(shù),先系動滑輪,動滑輪個數(shù)為==2,由于需要改變施力方向,定滑輪個數(shù)為:==3。這樣可得答案如圖3所示。
如果上題中F=G不需改變施力方向,如何設(shè)計呢?據(jù)“奇偶性法”則有:F=G中5為奇數(shù),先系動滑輪,動滑輪的個數(shù)為:==2,由于不需改變施力方向,定滑輪個數(shù)為:==2,答案如圖4所示。
如果上題中改為F=G不需改變施力方向。則有:F=G中6是偶數(shù),先系定滑輪,動滑輪個數(shù)為:==3,因為不需改變施力方向,定滑輪個數(shù)為:-1=-1=2。答案如圖5所示。
在上類問題中(使用一根繩子,且動滑輪和繩自重及摩擦力不計),只要確定了n的奇偶性,依照“奇偶性法”題目就能很快很容易地得到解答,且材料(主要指滑輪數(shù)量及繩子根數(shù))最省。
現(xiàn)在我們就用“奇偶性法”來解決近幾年中考中的題例。
例1(2010·廣東):如圖所示,某人站在A處用一根繩子和兩個滑輪提起物體B,畫出最省力的繞線。
分析:此題很多省市都出過這樣的中考題,利用“奇偶性法”解答此題非常容易。此題是一個動滑輪(或一個定滑輪)并且不改變施力方向,動滑輪個數(shù):n=(或n=),n=2n+1=2×1+1=3(或者n=2n+1,n=2×1+1=3),再據(jù)“奇偶性法”:n=3,為奇數(shù),先系動滑輪,得答案如圖。
例2:(2010·浙江蕭山)如圖所示,有一根繩子從一黑箱的左側(cè)穿進去,又從箱子右側(cè)孔中穿出,左側(cè)的線上拴一個玩具卡車,右側(cè)的線上拴一個玩具汽車,用手拉右側(cè)的玩具,左側(cè)的玩具也向前動了一動,當繼續(xù)把汽車向前拉時,汽車才走出約10cm,卡車已前進20cm,黑箱里有什么神秘的東西使卡車走得比汽車快?試畫出該裝置的示意圖。
分析:此題黑箱里的機械就是滑輪組,正是滑輪組組裝和設(shè)計的問題,根據(jù)汽車才走出約10cm,卡車已前進了20cm,得知n=2,利用奇偶性法:n=2是偶數(shù),而且不改變施力方向,動滑輪個數(shù):n===1;n=-1=-1=0,所以只有一個動滑輪,得解答如圖。
“奇偶性法”不僅突破了滑輪組組裝和設(shè)計教學(xué)中的難點,而且為學(xué)生在中考解題中提供了有效的解題方法,在實踐中值得我們推廣。
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