师：同学们，大家好，今天我们一起来学习第二节滑轮及其应用。上节课我们学习了十分有用的简单机械——杠杆。杠杆有5个要素，分别是支点、动力、动力臂、阻力和阻力臂。根据杠杆平衡条件“动力×动力臂 = 阻力×阻力臂”以及力臂的关系，我们把杠杆分成三类。第一类，当动力臂大于阻力臂时，动力小于阻力，这是省力杠杆；第二类，当动力臂小于阻力臂时，动力大于阻力，这是费力杠杆；第三类，当动力臂等于阻力臂时，动力等于阻力，这是等臂杠杆。
这节课我们要学习新内容，大家观察这三张图片，看看它们有什么共同结构。第一张图片展示的是起重机模型，上面有三个小轮；第二张是中国的国之重器——重型龙门吊，由上海振华重工设计生产，目前世界上绝大多数国家大型船只生产都需它起吊重型部件，图片展示的是英国生产航母时的吊装工作；第三张图片是五星红旗冉冉升起，升旗时拉着绳子往下，国旗升起，旗杆顶端有个重要部件——小轮。今天我们要学习的新知识就是滑轮。那滑轮的构造是什么样的呢？大家认真看这两个图片。
我们发现，滑轮是周边有槽、能绕固定轴转动的小轮。滑轮具体有什么作用呢？同学们可以探究一下，利用一个滑轮提升钩码，设计看看能有几种方法，现在就利用身边器材进行探究。
老师和大家一起完成这个探究过程。第一种方法，把钩码挂在绳端固定滑轮，向下拉时钩码向上提升，这和升旗过程几乎一样。第二种方法，把钩码挂在滑轮下方，绳子绕过滑轮，一端固定（叫绳子固定端），另一端自由提升，同样能完成钩码提升。同学们是不是也设计了这两种方法？根据一个滑轮提升钩码的这两种方法，我们把滑轮分成两大类。第一类，使用时滑轮的轴固定不动，我们称之为定滑轮；第二类，使用时滑轮的轴随物体一起运动，我们称之为动滑轮。定滑轮和动滑轮都能提升物体高度，它们各自有什么不同特点呢？同学们可以进一步探究。
我们把刚才的实验拓展一下，用弹簧测力计探究拉力F和物重G有什么具体关系，并且改变拉力方向，观察F的大小有无变化，同学们动手实践一下，老师和大家一起探究。为让实验结论更具普遍性，每组实验测三组数据。首先提升两个钩码，此时重物是1牛，用弹簧测力计通过定滑轮向下拉伸，匀速缓慢向下拉伸过程中，读出此时拉力大小为1牛，记录到表格中。接着改变步骤，使用定滑轮拉伸2牛的物体，匀速缓慢向下拉伸时，弹簧测力计示数为2牛，记录数据。然后拉伸3牛的物体，缓慢拉伸过程中，读出此时示数为3牛，记录到表格中。此时弹簧测力计都是在竖直方向拉伸，为进一步探究，把物体挂在绳端，弹簧测力计拉另一端，竖直向下拉是2牛，改变倾斜角度多次，读出弹簧测力计示数一直是2牛，所以拉力大小并未发生变化。
这是使用定滑轮提升物体的实验，接下来完成动滑轮提升物体的实验。首先用动滑轮提升1牛的物体，把钩码放在滑轮下方，与滑轮一起运动，缓慢竖直往上提升，此时弹簧测力计示数为0.5牛，记录到表格中。接着改变物重多次实验，使用动滑轮提升2牛的物体，沿竖直方向缓慢往上提升，此时弹簧测力计读数为1牛。然后用动滑轮提升3牛的物体，缓慢竖直往上提，此时弹簧测力计示数约1.5牛。接下来进一步探究，不断改变拉力方向，发现弹簧测力计示数随倾斜程度变大而不断变大。
实验数据记录完成，现在我们分析实验现象和数据，完成论证工作。先看使用定滑轮提升物体的特点，根据三组实验数据，发现拉力大小等于物重，所以使用定滑轮提升物体的第一个特点是不省力也不费力。而且观察发现，绕过定滑轮的是一根绳子，一端连接弹簧测力计，另一端是物体，所以拉伸距离s和物体上升高度h相等。第二，改变拉力方向时，发现拉力F等于物重，角度变化但拉力大小不变，所以定滑轮有个重要作用——可以改变动力方向。这是为什么呢？我们揭示一下定滑轮的本质，大家看视频。
我们在定滑轮上贴了纸条，使用定滑轮提升物体时，发现和上节课用杠杆提升物体过程几乎一样。整个滑轮的轴固定不动，相当于杠杆的支点O，拉力相当于动力，物体对绳子的拉力相当于阻力。完成作图画出力臂后，发现动力臂和阻力臂都是滑轮的半径，动力臂等于阻力臂，根据杠杆平衡条件，动力等于阻力，所以定滑轮的实质是等臂杠杆。改变拉力方向，支点依然是滑轮的轴，力臂还是滑轮的半径，所以动力臂和阻力臂永远等于滑轮半径，还是等臂杠杆。
我们归纳一下，定滑轮使用时不省力也不费力，不省距离也不费距离，主要作用是改变力的方向。在忽略摩擦的情况下，动力等于阻力，即拉力和物重相等，距离关系是拉绳子移动的距离和物体上升高度永远相等。而定滑轮作为杠杆，其实质是等臂杠杆。我们用同样方法分析使用动滑轮提升物体高度的特点。
观察实验数据，发现拉力F基本上等于物重的一半，所以在理想情况下，不考虑动滑轮重、绳重和摩擦，动滑轮能省一半力。但改变拉力方向，增加倾斜程度时，拉力不断增大，所以省力时若想省一半力，就不能改变力的方向。这是什么原因呢？我们看看动滑轮的实质。
通过动画演示，使用动滑轮提升物体高度时，和用杠杆提升物体方式几乎一样，只不过此时杠杆的支点变成了滑轮直径最左端的点。通过作图发现，动力在直径最右端，阻力是轴下面物体重力提供的。画出力臂后，发现动力臂是滑轮直径，阻力臂是滑轮半径，因此动力臂是阻力臂的两倍，根据杠杆平衡条件，动力是阻力的一半，能省一半力。所以动滑轮相当于动力臂是阻力臂两倍的省力杠杆，能省一半力。它的支点在直径一端，可描述为绳子固定端和整个滑轮相切的点，竖直向上拉能省一半力，因为力臂是直径。若改变倾斜程度斜拉，通过作图发现力臂比原来短，就会更费力。所以使用动滑轮提升物体可以省力，但不能改变力的方向。具体力的关系是，不计摩擦、绳重和动滑轮重时，动力是物重的一半，能省一半力。距离关系是绳端移动的距离是物体移动距离的两倍，即s = 2h。所以动滑轮的实质是动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆。