1、自制简易教具巧析滑轮本质摘要：滑轮归属于杠杆类机械，在使用滑轮的理论分析中，需要将外观圆形的滑轮看成连续转动的细长杠杆。但此建模过程要求初中生具有较强的空间想象力和抽象思维能力，是滑轮学习的难点。所以笔者自制了滑轮的杠杆本质演示器作为课堂教具，将滑轮标识、简化和放大，方便学生观察其使用过程中的隐藏杠杆。教具化抽象为形象，教师巧妙突破，学生印象深刻，后续还能拓展用于滑轮的受力分析和绳子移动距离的实验探究，一举多得。关键词：滑轮本质，杠杆，教具，建模引言：义务教育物理课程标准（2011年版）在课程基本理念中明确指出：物理课程编排要符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣，让学生通过探索掌握基本知
2、识和技能。沪粤版八年级物理下册第六章力和机械的第5、6两节按照先杠杆再滑轮的顺序编排，就要求学生在能分辨杠杆五要素、探究并了解杠杆的平衡条件后，再去学习滑轮。而滑轮并不是区别于杠杆的两类机械，相反，它归属于杠杆类机械。在了解它的构造和分类后，我们需要定性分析它省费力和距离情况，再定量计算力的大小和距离的长短。而这些学习目标的达成和提高，都基于学生能抽象出滑轮的杠杆模型。笔者的教具一一滑轮的杠杆本质演示器，很好地实物化了滑轮的杠杆模型。一、教具简介L教具原理：（1）定滑轮本质为支点O在轴心处的等臂杠杆（图1）：轴心。为定滑轮支点，动力F和阻力F都作用在轮槽边沿。动力臂L=阻力臂L=定滑轮半径R。
3、图1定滑轮图2动滑轮（2）动滑轮本质为支点O在轮槽最边的杠杆（图2）：点。为动滑轮支点，滑轮的轴A为阻力作用点，动力F作用在轮槽右边沿。动力臂L=阻力臂L=定滑轮半径R，所以竖直上提使用动滑轮时，相当于一个支点。在轮槽最边处且动力臂是阻力臂2倍的杠杆。2 .所用材料（图3）：废弃的圆形塑料框架、螺丝、螺母、吸管、三色颜料、刷子和长绳。图3所用材料3 .制作方法：（1）先取出两片圆形塑料框架将其对齐，再将其固定；（2）用黄、橙、蓝三色颜料分别给同一条直线上的塑料架上色，颜料涂抹均匀后，放在通风处晾干；（3）将6根截好的等长塑料吸管，支在两片圆形塑料框架中间；（4）将长绳搭在吸管上，绕过圆形塑料框
4、架。（5）演示时用螺丝、工字钉等固定在展示架上。4 .成品展示（图4）：图4成品展示5 .使用说明：（I）定滑轮的杠杆本质演示器：将定滑轮的轴心处用螺丝和螺丝刀固定在展示板上；绳的一端挂重物，另一端从定滑轮上部绕过，用力竖直下拉，观察绕轴心旋转到水平位置的黄、橙、蓝三色支架；定滑轮的杠杆本质实物化展示：定滑轮的支点在螺丝固定的轴心处，动力、阻力都竖直向下时，它可视为一个转到水平位置的等臂杠杆（动力臂=阻力臂=定滑轮半径）；（2）动滑轮的杠杆本质演示器：将动滑轮轮槽最边处，中水平位置的黄色支架左端，用螺丝和螺丝刀固定在展示板上；动滑轮的轴心处挂重物，将绳一端用工字钉固定在展示板高处，另一端从动滑
5、轮下部绕过，用力竖直上提；动滑轮的杠杆本质实物化展示：动滑轮的支点在螺丝固定的轮槽最左端,动力竖直向上，阻力竖直向下时，它可视为一个转到水平位置动力臂为阻力臂2倍的杠杆（动力臂=动滑轮直径、阻力臂=动滑轮半径）。二、教具的实际课堂应用情况L常态课堂应用本教具借用螺丝固定来模拟滑轮的支点定位，巧妙攻克了教学难点。使滑轮的杠杆本质实体化，使单调的机械通过拆解后不再神秘。再搭配展示板使用，轻巧便携，在常态化教学中可使用性极强，化静为动，化虚为实，化繁为简，动、定滑轮的杠杆本质前后对比鲜明，教具自身色彩明艳，可视性强，极易吸引学生注意力，让学生印象深刻，从而大大提高了学生对机械本质探索的兴趣。6 .教
6、具的拓展应用该教具极易加工改造，用于突破滑轮的其它知识重难点。例如：在“探究滑轮的作用这一实验中：具体到探究滑轮的受力分析和绳子移动距离的过程中，教师可以通过教具直观清楚地给学生演示实验、明晰步骤、收集数据，最后师生一起分析论证、交流讨论。该探究实验重点在于学生从定性分析滑轮省费力和距离情况过渡到定量测量力的大小和距离的长短，从而得到定、动滑轮不同作用的具体结论，因此真实、准确数据的重要性可见一斑。下面的教具拓展应用，大大避免了该实验的偶然性，便于得到实验的普遍规律：（1）可以通过往重物中加水的方式改变物重。它的优势在于：只挂一个重物，该重物可以连续改变自重。而课本实验中，滑轮提升的重物均为钩
7、码，虽然钩码可以利用重力和质量的关系，直接计算出自重，但是在实际实验时，在串联钩码改变物重时，钩码容易脱落，造成物重减小，而且自重离散，不能连续改变。可见教具的拓展应用，能从一定程度减小传统实验的误差，使实验结论更具普遍性；（2）用5N演示测力计定量测量定、动滑轮提升重物时的省、费力情况（图10）。演示用弹簧测力计，量程偏小，但是分度值偏大，能使得测量数据更精确，而且课堂展示实验时，学生看得见、看的清，大大增加了学生对数据的信任程度。实验时，可以往重物中连续加水改变其自重后，用弹簧测力计将其悬挂，待静止后测量。然后在绳的自由端拴住弹簧测力计挂钩，缓慢匀速提升重物测自由端拉力。分析与论证时，先直
8、观地定性分析出滑轮提升重物的省、费力情况，再定量分析绳的自由端拉力与物重的关系。（3）用展示板标注线，探究定、动滑轮的省、费距离情况。在展示板上每隔5cm贴上标注线，在利用滑轮提升重物时，记录重物底部和绳子自由端始末状态分别所处的标注线，方便学生直观地总结出：利用定滑轮提升重物时：重物上升的高度就是绳子自由端移动的距离；利用动滑轮提升重物时：重物上升的高度是绳子自由端移动距离的一半。三、教具对学生创新思维的培养教具除了对于滑轮重难点知识的突破，还因为制作材料都是日常废弃物品,所以大大增强学生废物再利用的意识，课后学生自主的利用身边的废纸盒、废塑料等动手做了一个个简易滑轮，探究滑轮的多种使用方法
9、甚至自主将动定滑轮的优点结合在一起，超课时探究出了滑轮组的用法。四、结语实验是学习物理的基本方法，更是提高科学素养的重要途径。中学物理的大部分实验属于探究性实验，在学习目标的设置上，主要是通过学生自主探究,观察实验现象，归纳实验规律。然而有些渗透了物理模型的探究实验，学生最多也只能停留在探究出基本规律，却不能归纳进已经建立的认知结构，更别提梳理知识脉络，所以就需要教师制作一些简单的模型当教具，帮助学生养成化繁为简、化虚为实的建模习惯，再循序渐进的展开实验，通过模型帮助理解,探究得出结论，双管齐下地达成学习目标。另外，笔者自己在自制教具的过程中，也在逐步调试、简化，再结合课本原有的探究实验，相
10、互取长补短，力争教具成为物理探究实验的点睛之笔，而且教师自主地改变传统的教学方法，发散自身的思维，提高创新能力，会为课堂营造一个求异、思变的宽松氛围，使得教学效果事半功倍。参考文献1中华人民共合国教育部制定：义务教育物理课程标准（2011年版），北京师范大学出版社，第3页。华东地区初中物理教材编写组：义务教育教科书物理八年级下册，上海科学技术出版社，广东教育出版社2012年6月第1版，第24-40页。华东地区初中物理教材编写组：义务教育教科书物理八年级下册，上海科学技术出版社，广东教育出版社2012年6月第1版，第33页。曾辉：基于实验为基础的动静结合有零有整的模型建构教学一一以“滑轮的实质分析为例，中学物理2020年2月第38卷第4期，第15页。
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