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文档简介

力学黑箱练习例1.如图1、图2所示的两个黑箱中都只包含一个定滑轮。图1中物体重为G，要求人用拉力T1=G使物体匀速上升，图2中人自身重为G，要求地面上的人用拉力T2=1/2G将自己匀速提起，不考虑摩擦和滑轮重力的影响，请设计这两个黑箱。(A、B为黑箱上两小孔)例2如图3、图4、图5所示的三个黑箱中都只包含一个动滑轮，图中物体重均为G。图3要求人用拉力T1=1/2G使物体保持静止，图4要求人用拉力T2= 2G使物体保持静止，图5要求人用拉力T2= 使物体保持静止，且拉力方向和重力方向问有夹角，不考虑摩擦和滑轮重力的影响，请设计各个黑箱。 (A、B为黑箱上两小孔) 例3如图6、图7所示的两个黑箱中都只包含两个滑轮，图中物体重均为G。图6要求人用拉力T1=1/3G使物体匀速上升，图7要求人用拉力T2=1/4G使物体匀速上升，不考虑摩擦和滑轮重力的影响，请设计各个黑箱。（、为黑箱上两小孔）3 黑箱分析分析1：图1、图2的黑箱考察的是定滑轮的相关知识。在图1的黑箱中，T1=G，拉力等于重力。此黑箱很容易设计。该黑箱的设计方案如图8所示。在图2的黑箱中，使用定滑轮，且用力T2=1/2G将自己提起。使用定滑轮省力，这与给出的结论不一致，往往会使学生摸不着头脑，此时学生便会尝试一些非常规的方案。该黑箱的一种设计方案如图9所示。在图9中我们看到，有两根绳系在人的身上，每根绳的拉力为人重的一半，即人只需要用拉力T2=1/2G就可使用定滑轮将自己匀速提起。分析2：图3、图4、图5的黑箱考察的是动滑轮相关知识。图3要求人用拉力T1=1/2G使物体保持静止。此黑箱很容易设计，该黑箱的设计方案如图1O所示。图4要求人用拉力T2=2G使物体保持静止。使用动滑轮还费力，学生依据结论又难以解决问题，学生又得去探究问题的答案。该黑箱的一种设计方案如图11所示。图11中，动力臂是阻力臂的1/2，所以拉力是重力的2倍。图5要求人用拉力T2= 使物体保持静止，拉力方向与重力方向还有夹角，这种情况学生也很少看到。该黑箱的一种设计方案如图12所示，两段绳的夹角为600，两段绳中拉力的合力与重力平衡。分析3：图6、图7的黑箱考察的是滑轮组的相关知识。图6中要求拉力是重力的1/3，只要有三段绳子拉住重物即可，该黑箱的设计方案如图13所示。图7中要求拉力是重力的1/4，一般情况下，由两个滑轮组成的滑轮组，拉力最小只能是重力的1/3。现在重力是拉力的1/4，看来需要两个动滑轮，而两个动滑轮一般至少和一个定滑轮才能组成滑轮组。在图14所示的设计方案中，我们用两根绳子就解决了这个问题。在以上三组关于滑轮的黑箱实验中，如果学生只是牢记教材或教师给的结论，学生只能解决每组的第一个黑箱实验问题。三组黑箱中每组黑箱的表面特征都很相似，只是拉力的大小不同，而设计的方案却差别很大。通过这三组黑箱实验的例题，学生会与先前的认知发生冲突，通过探究最终认识到黑箱的本质是变形的杠杆，加深对黑箱本
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