找動滑輪支點的幾種方法

施科樺

摘 要：提高課堂教學的有效性，一直是受關注的問題，在教學過程中，為使學生對新知識更好地理解和接受，老師都是力求通過各種不同的方法來引導學生，而教學方法的不同，就會影響教學的有效性。動滑輪是省力杠桿，這個知識點是教學中的重點和難點，其中支點的位置是學生最為困惑。本文分析多種找動滑輪支點的教學方法，尋求提高課堂教學的有效性。

關鍵詞：動滑輪支點；“圓盤”模型；直接給定法；實驗法；臺階體驗法

在《滑輪及其應用》這一節(jié)中，我們在講動滑輪之前已先講過了定滑輪，而且我們在講定滑輪的時候利用杠桿的知識，教學生把圓看成是由無數根細棒——杠桿組成，這個學生很好理解，學生對于繞圓心轉動的圓是非常熟悉的，比如：生活中的車輪，摩天輪等等，因此他們很容易接受定滑輪的固定點在圓心。

唯物辨證法告訴我們一切事物都存在著兩個方面，這兩個方面既相互對立又相互統(tǒng)一，要求我們堅持用一分為二的觀點和全面的觀點看問題。前面所提及的生活中的這些現象，對于理解定滑輪的固定點有很大的幫助，但從學習動滑輪來看，這些生活現象反而對動滑輪固定點的教學帶來了阻力。因此動滑輪的支點在哪里學生就不好理解，為了突破這一難點，下面對幾種教學方法進行分析。

1 “圓盤”模型

在“圓盤”模型中把動滑輪看成是一個放在地面上的圓盤，只要過圓的中心畫一條圓的直徑，一開始使這個圓的直徑豎直在地面上與地面成90°角，在水平推力F的作用下，讓這個圓盤在水平面上做一個微小的滾動，為使此現象明顯，在這里我們可通過做一個PPT來演示，此時我們可以畫出這個圓盤在地面上微小滾動時候的情境，如圖1所示。

在講解時引導學生觀察圖1中圓直徑的微小轉動，用圓直徑的微小偏移來展示圓盤滾動時的支點O所在的地方。此時，提出一個問題“這個圓盤在地上滾起來，是以哪里為支撐？”或者可以這樣問“哪一點可以支撐圓盤的滾動？”這時有些學生就會想到是圓盤與地面接觸的地方，是圓盤轉動支撐點，根據杠桿的定義，把圓的直徑看成是一根硬棒，硬棒繞固定點轉動時，該固定點即為圓轉動時的支點。此時我們就順勢引出“這一點就是這個圓盤轉動的支點”。然后把這個模型轉移到動滑輪，讓圖1逆時針翻轉90°成如圖2動滑輪，引導學生把圖2中右邊豎直那條不動的繩看成是圖1中的地面，此時滑輪沿著這條繩向上走，圓與這條繩接觸的點就是該動滑輪的支點，在這里采用類比的方法使難點可以得到較好的解決。

這種教學方法不易操作的地方是需要學生進行抽象的思考，需要具備一定的空間思維和想象能力，其中圓的微小滾動轉化成杠桿的微小轉動，而杠桿的微小滾動是以哪里為固定點轉動，比較抽象，空間思維和想象能力相對薄弱的同學對于該方法的學習會較困難。

2 直接給定法

根據滑輪的定義，繞一固定點轉動的輪，那么在圖3中的動滑輪，從整幅圖來看，A點是固定不動的，在教學的過程中我們直接告訴學生：“可以把這個固定點A假設沿直線下移到O點，此時O點就是滑輪轉動的支點”。

這個方法簡便，學生接受起來也很容易，但學生是機械地記住老師告知他們的支點位置，實際上并沒有真正的領悟到為什么O點就是動滑輪支點。

3 實驗法

物理學是一門以實驗為基礎的科學，實驗是解決物理問題的重要手段，我們物理學的發(fā)展是以實驗為基礎的，因此實驗可以解決很多難點，而實驗探究也是新課程改革倡導的教學理念，所以教科書設置了相應的實驗探究環(huán)節(jié)，但教科書中并沒有把實驗表格列出來。

因此，在這里老師要引導學生設計相應的表格，如下表1：

在這個表格中只要測出兩個量，一個是物重G，一個是拉力F，這里物重要比滑輪重大得比較多，從而減少系統(tǒng)誤差。通過分析數據，比較物重G和拉力F的大小關系，可得出G=2F，在根據杠桿的平衡條件F1L1=F2L2可得出動力臂L1 =2L2，在根據力臂的定義：“支點到力的作用線的垂直距離”，來進行反推力臂的位置和支點的位置。

在圖1中因為動力F這條力作用線正好是圓的切線，與切線垂直的線是過圓心的直線，從而再引導學生根據動力臂和阻力臂的比例分析可得出支點的位置O。

這種教學方法體現了物理的思想，實驗法不僅是要了解它提供的實驗結果，更重要的是要掌握實驗的構思方法和研究物理問題的思路。這種方法充分體現了新課程學生學習方式，改變了死記硬背、機械練習的現狀。學生主動參與、樂于探究、勤于動手、培養(yǎng)學生搜集信息和處理信息的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。教師在其中只起到了幫助、引導的作用。在概念與知識的形成過程中教師不是告之結論，而是在教師的幫助、引導下，由學生自主地去觀察、發(fā)現、搜集信息、并用已有知識對所獲信息進行歸整。給學生提供了許多創(chuàng)造性思維的學習機會，突出學生作為課堂主體的地位，而教師將成為課堂學習的一員，師生共同探究，發(fā)現問題，探索新知?！鞍颜n堂還給學生”，讓學生自主學習，自主思索，強調研究性學習，開闊了學生的思維，有利于學生的創(chuàng)新精神和實驗能力的培養(yǎng)。但該方法存在的不足在于切線這個知識點屬于數學知識，而數學切線這個知識點在初三才有學，所以在這里會對學生學習新知識有一個障礙。

4 臺階體驗法

臺階法是以例題為切入點，創(chuàng)設一個情景，為學生形成新知識創(chuàng)造一個最近發(fā)展區(qū)，從而有利于學生接受新知識。

例：一個球在滾動的時候遇到一個臺階，為了使這個球滾上這個臺階，此時在一個球的上端添加一個水平作用力F，如圖4（a）所示，問球是以哪一點為支點滾上臺 階的？

學生可以很容易地說是O點，在此再讓學生體驗一下O點的位置，此時我們運用體驗，用一個籃球來做實驗，把我們的手臂來代替臺階，讓球滾過手，學生就會體會到球是繞手臂轉動的，從而他們對支點O的位置更能體會并 接受。

我們根據原先的例題再進一步分析，接下來的分析要采用極值法。使這個臺階變小，此時這個支點O點就越來越靠近球的最底部，當這個臺階無限小的時候，支點O就是球與地面的接觸點，如圖3（b）所示。到這里學生都能理解，接下來采用類比法，把這個模型遷移到動滑輪，引導學生把圖4（c）中右邊豎直那條不動的繩看成是圖4（b）中的地面，把自由端的力看成是例題中的水平推力F，讓圖4（b）逆時針翻轉90°成如圖4（c）動滑輪，此時滑輪沿著這條繩向上滾動，圓與這條繩接觸的點就是該動滑輪的支點O。最后為了使學生回歸到對杠桿知識的建立上，因為動滑輪它的實質是杠桿，所以還要是要運用無限等分思想把圓看成是由無數多根硬桿組成，再進行講解。

在這里采用類比法和極值法使難點得到較好的解決。這樣學生很容易就能夠理解支點在哪里。極值法就是運用極限思維，使某些量的變化抽象成無限大或無限小去思考解決實際問題的一種解題方法。在初中物理解題過程中，有些題用一般的方法解比較繁瑣，而用極值法常常能收到立竿見影、豁然開朗的效果。這種方法雖然沒有太多的實驗，由學生的體驗再加上運用極值法通過抽象思維來解決問題，但這種方法教學也能使學生很好地掌握核心知識，而且能對于為什么O點是支點這個問題得到形象的理解。

上述討論找動滑輪支點的多種教學方法，任何一種學習方式都有其獨特的優(yōu)勢和不可避免的局限性，沒有在任何情況下都是絕對優(yōu)選的學習方式，因為還要根據學生的情況來確定教學方法。