九年级科学（华东师大版）上册《滑轮组》探究式教学设计

九年级科学（华东师大版）上册《滑轮组》探究式教学设计

一、教学内容与学情分析

（一）【基础】教材分析

本节课《滑轮组》是华东师大版九年级上册第五章《简单机械与功》的核心内容。本章遵循“从感性认识到理性分析”的认知规律，在学习了杠杆这一最基本的简单机械之后，引入了滑轮这一杠杆的变形。学生在第一课时已经分别探究了定滑轮和动滑轮的特点，知道了定滑轮可以改变力的方向但不省力，动滑轮可以省力但不能改变力的方向。本课时在此基础上，将二者组合成滑轮组，旨在解决生活中的实际问题——如何获得既省力又能改变力方向的机械。这一内容不仅是对前两节知识的综合应用，更是后续学习机械效率、功率等概念的基础，在整个力学知识体系中起着承上启下的关键作用。教材通过实验探究和理论分析，引导学生发现滑轮组的规律，体现了“科学探究”与“科学思维”的核心素养要求。

（二）【重要】学情分析

授课对象为九年级学生，他们正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期。在知识储备上，学生已经掌握了力的平衡、重力、摩擦力以及杠杆平衡条件，并通过上节课的学习，对定滑轮和动滑轮有了直观认识。然而，学生对于“连接体”的受力分析尚显生疏，特别是对于“同一根绳子上拉力处处相等”这一重要隐含条件的理解还不够深刻。在能力基础上，学生具备初步的实验操作能力和数据归纳能力，但对于从多组实验数据中抽象出物理模型（F=G/n，s=nh）并进行严谨的理论推导，仍存在一定困难。此外，学生对滑轮组在实际生活（如起重机、升降机）中的应用充满好奇，这为情境化教学提供了良好的心理基础。

二、教学目标与核心素养

（一）科学观念

理解滑轮组是由定滑轮和动滑轮组合而成的简单机械；掌握滑轮组省力的原理及其与绕线方式的关系；建立功的原理的初步观念，即省力必然费距离。

（二）【重点】科学思维

1.模型建构思维：能够将复杂的滑轮组系统抽象为绕在动滑轮上绳子的股数（n）这一核心物理模型。

2.推理与论证思维：通过受力分析，运用平衡力知识推导出拉力F与物重G动、滑轮重G动的关系；能够分析不同绕线方式下拉力大小和方向的变化。

3.归纳与演绎思维：通过实验数据，归纳出F=G/n和s=nh的定量关系，并能运用该规律解决实际问题。

（三）探究实践

1.能根据组装图，正确、规范地绕制滑轮组，并学会用弹簧测力计测量拉力的大小。

2.经历“提出问题—猜想假设—实验探究—分析论证—评估交流”的科学探究全过程，学习控制变量法和数据处理的技巧。

3.【难点】能区分动滑轮上绳子股数的判断方法，理解“奇动偶定”的绕线原则。

（四）态度责任

在小组合作组装滑轮组的过程中，培养严谨细致、实事求是的科学态度和团队协作精神；通过了解滑轮组在古代建筑、现代物流中的应用，体会古代劳动人民的智慧和科学技术对社会发展的推动作用，增强民族自豪感。

三、【核心】教学实施过程

（一）创设情境，激趣导入（预计5分钟）

1.情境呈现：【热点】教师播放一段古代修建宫殿时工人利用滑轮组运送巨木的视频片段，紧接着展示现代建筑工地上塔式起重机吊装重物的图片。教师提出问题：“视频中的工人和图片中的起重机，仅仅依靠一个人的力量，就能将数吨重的物体轻松吊起，他们究竟运用了什么机械奥秘？为什么既能省力，又能按照人的意愿向上或向下拉动？”

2.认知冲突：【非常重要】教师进一步引导：“通过上一节课的学习，我们知道定滑轮可以改变力的方向，但——（学生答：不省力）；动滑轮可以省力，但——（学生答：不能改变力的方向）。如果李奶奶家住在二楼，需要将800N的新冰箱运上楼，而安装师傅最大只能拉动500N，且只能站在楼下向下拉，我们能帮他们想个两全其美的办法吗？”

3.揭示课题：学生经过短暂讨论，自然提出将定滑轮和动滑轮组合起来的设想。教师顺势板书本课标题，并明确本节课的任务就是探究这种组合机械——滑轮组的奥秘。

（二）任务驱动，初步建模——认识滑轮组与绕线（预计8分钟）

1.模型拆解：【基础】教师出示滑轮组教具（由一个定滑轮和一个动滑轮组成的简单滑轮组），引导学生观察其结构，明确其组成部分。

2.自主尝试：【重要】分发实验器材（两个滑轮、细线、钩码、铁架台），布置第一个挑战任务：“请同学们两人一组，尝试利用桌上的器材，组装一个滑轮组，要求人站在地上向下拉绳子，就能将钩码提起来。”

3.展示交流：选取两种典型的组装方式（绳子的固定端挂在定滑轮的挂钩上和挂在动滑轮的挂钩上）通过投影展示。

4.概念辨析与【难点】突破：

（1）教师讲解“承担重物的绳子股数（n）”这一核心概念。明确指出：所谓“承担重物的绳子”，是指那些直接与动滑轮接触，或者从动滑轮出来的、共同拉着物体和动滑轮总重的绳子。引导学生数一数两种组装方式中，动滑轮上分别有几段绳子。

（2）总结规律：【高频考点】“奇动偶定”。教师引导学生发现：当绳子的固定端系在动滑轮挂钩上时，动滑轮上的绳子股数是奇数（3股）；当绳子的固定端系在定滑轮挂钩上时，动滑轮上的绳子股数是偶数（2股）。这个口诀是后续正确绕线和判断省力情况的关键。

（三）合作探究，定量分析——探究滑轮组省力规律（预计18分钟）

1.【重点】提出问题：两种绕法的滑轮组，拉力F究竟有多大？它和物重G、动滑轮重G动以及绳子股数n之间有什么关系？

2.设计实验：各小组根据实验器材（弹簧测力计、钩码若干），讨论实验方案。

（1）变量控制：保持提升的钩码重力不变，改变绕线方式（即改变n）。

（2）测量方法：缓慢、匀速竖直向上拉动弹簧测力计（强调“匀速”和“竖直”是保证读数准确的关键），记录拉力F的大小。

（3）测量距离：用刻度尺测量钩码上升的高度h和绳子自由端移动的距离s。

3.分组实验，收集证据：

学生以4-6人小组为单位进行实验，教师巡视指导，纠正不规范的操作（如拉力的方向不竖直、读数时弹簧未静止等）。指导学生将实验数据记录在预先设计好的表格中。

（实验数据表示例）

|实验次数|绕线方式（n=？）|钩码重G/N|动滑轮重G动/N|拉力F/N|钩码上升高度h/cm|自由端移动距离s/cm|

|:---|:---|:---|:---|:---|:---|:---|

|1|2股绳|2|0.5||5||

|2|2股绳|4|0.5||5||

|3|3股绳|2|0.5||5||

|4|3股绳|4|0.5||5||

4.数据分析，寻找规律：

实验结束后，各小组汇报数据，教师利用Excel表格现场汇总，引导全体学生观察数据。

（1）纵向对比：对比实验1和2（或3和4），物重增加，拉力如何变化？（结论：物重越大，拉力越大）

（2）横向对比：【非常重要】对比实验1和3（物重相同，n不同），拉力有何不同？（结论：n越大，拉力越小）

（3）深入挖掘：【难点】引导学生计算F与G总（G+G动）的比值，看看有什么发现？学生通过计算会发现，F约等于（G+G动）的1/2（当n=2时）或1/3（当n=3时）。

5.理论分析，验证规律：

为了让学生不仅“知其然”更“知其所以然”，教师引导学生进行受力分析。

（1）以动滑轮和钩码整体为研究对象，进行受力分析。

（2）提问：这个整体受到哪些力的作用？学生回答：向下的重力（G物+G动），向上的几段绳子的拉力。

（3）【重要】强调关键条件：不计绳重和摩擦时，同一根绳子上的拉力处处相等。因此，若有n股绳子拉着动滑轮，则向上的总拉力就是n×F。

（4）根据二力平衡条件，得出关系式：nF=G物+G动。进而推导出F=（G物+G动）/n。

（5）同理，引导学生思考距离关系。通过观察绳子自由端和重物移动的同步过程，理解“绳子自由端移动的距离s”与“物体上升高度h”的关系。因为动滑轮随物体一起上升，每股绳子都要分担长度，因此s=nh。从而验证了“省力必然费距离”的功的原理。

6.得出结论：【高频考点】学生总结出滑轮组的两大基本规律：拉力F=（G物+G动）/n（不计绳重和摩擦）；绳子自由端移动的距离s=nh。

（四）学以致用，解决实际问题（预计8分钟）

1.回归情境：【热点】回到课始的“搬冰箱”问题。如果冰箱重800N，动滑轮总重40N，安装师傅最大拉力500N，且只能向下拉。请学生设计一个滑轮组，并计算出需要几段绳子承担重量？

（1）学生计算：n=（G物+G动）/F=（800N+40N）/500N=1.68。因为n必须是整数，且要大于1.68，所以取n=2。

（2）设计绕法：n=2为偶数，根据“奇动偶定”，绳子的固定端应拴在定滑轮的挂钩上。这样既能省力，又能满足人向下拉改变力的方向的要求。

2.变式训练：【基础】如果条件不变，但人需要站在二楼向上拉，又该如何设计？（此时需要改变力的方向向上，但省力情况不变，因此仍然需要n=2，但绕线方式需要调整，或者再加一个定滑轮。）

3.挑战升级：【难点】出示一个更复杂的滑轮组（如由两个动滑轮和两个定滑轮组成的），引导学生数出n，并快速说出F和s与h的关系。

4.跨学科链接：【非常重要】简单介绍滑轮组在电梯、旗杆、吊桥以及现代机械臂中的应用，将物理知识与工程技术、日常生活紧密联系，拓宽学生视野。

（五）总结反思，内化提升（预计4分钟）

1.知识梳理：引导学生从知识、方法、情感三个层面进行总结。你学到了什么？（滑轮组的定义、特点、规律）你学会了什么方法？（受力分析法、数绳子股数的方法）你有什么感悟？（机械给人类带来的便利）

2.思维导图：师生共同构建本节课的思维导图，板书于黑板右侧。

3.问题延伸：我们今天的讨论，都是基于理想情况（不计绳重和摩擦）。在实际生产中，绳重和摩擦是不可避免的，那时拉力会比我们今天算出来的大还是小？额外的那部分功去哪了？这为我们下一节课学习《机械效率》埋下伏笔。

四、板书设计

九年级科学（华师大版）上册§5.2滑轮组（第二课时）

一、定义：定滑轮和动滑轮的组合。

二、【重点】基本规律（不计绳重和摩擦）

1.拉力F=（G物+G动）/n

（n：承担重物的绳子股数）

2.距离s=nh

（费距离）

三、【难点】绕线法则：“奇动偶定”

（奇数段绳子，从动滑轮开始绕；偶数段绳子，从定滑轮开始绕。）

四、受力分析模型

以动滑轮和物体整体为研究对象

向上：nF

向下：G物+G动

平衡：nF=G物+G动

五、【重要】作业设计与评价

（一）课堂检测（形成性评价）

1.【基础】如图，用滑轮组匀速提升重物A，请在图1上画出最省力的绕线方式，并标出n的值。

2.【高频考点】如图2，不计滑轮重和摩擦，物体重100N，则拉力F=____N。若物体上升1m，绳子自由端需拉过____m。

（二）课后拓展（分层作业）

1.基础性作业（必做）：完成课本课后练习题，并总结本节课的知识点，形成笔记。

2.探究性作业（选做）：【跨学科实践】查阅资料，了解中国古代桔槔、辘轳与现代起重机中滑轮组的异同。尝试用硬纸板、木棍、棉线等材料，制作一个能够吊起一定重量物体的简易滑轮组模型，下节课带来展示交流。

3.预习性作业：思考“使用机械能否省功”？如