黑箱实验在滑轮教学中的应用_高中学习网-人民教育出版社人教版部编同步解析与测评答案-电子课本资料下载-知识点学习方法与技巧补课解题技巧学习计划表总结-人教网-高中试卷网题库网-中学学科网

   物理新课程标准将科学探究和物理实验纳入了内容标准，对学生的科学探究能力有了更高层次的要求。而黑箱实验教学集智力和游戏于一体，能够显著地发展学生的逆向思维、发散性思维和逻辑性思维。控制论认为，黑箱就是一时无法直接观测其内部结构或完成某一特定的认识任务的观察系统。对于电学黑箱和光学黑箱，我们已经了解很多，而力学黑箱实验在课本和试卷中都很少出现，笔者将通过例题，来探讨黑箱实验在滑轮教学中的应用。
    1问题描述
    在初中物理滑轮的教学中，多数教师往往总结出类似以下的结论：①定滑轮：可以改变力的方向，但不省力，拉力等于物体重力；②动滑轮：不改变拉力的方向，但省力，拉力是物体重力的1／2；③滑轮组：既可以改变力的方向，也省力，拉力是物体重力的1／N。在一般情况下，这些结论会有效地帮助学生解题，但是同时也会使学生的思维僵化，形成思维定势。而不去深究滑轮的本质。学生若是遇到灵活的滑轮题目，比如说有关滑轮的黑箱问题，就会无从下手。
    2设计思想
    下面将通过设计的三个有关滑轮的黑箱实验例题，来训练学生的思维，加深学生对滑轮本质的理解。
    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。（Ａ、Ｂ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，加深对黑箱本质的了解。这类滑轮黑箱与电学和光学黑箱相比，它更注重动手操作，要求学生通过自己亲自设计方案、动手尝试，经历探究的过程来解决问题。
    4结束语
    黑箱只有输入信号和输出信号，看不到中间过程，要弄清其内部结构就要求学生有相当的钻研精神。有了这种精神，才会有克服一切困难的毅力，也才有探究的劲头。运用“黑箱”可以创造激励学生积极思维的情境；黑箱之谜，能培养学生的观察和主动思考能力；黑箱之谜，能培养学生的创新和探索精神；黑箱之谜，还能提高教师实验设计能力。
     (责任编辑：admin)

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