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记得上次有个学生跟我聊天的时候说,物理课上最让他崩溃的就是滑轮组的题目。不是不会算功和力,而是拿到题目之后,根本不知道那根绳子应该怎么绕。明明老师讲的时候觉得懂了,换一道题又懵了。这种情况在一对一辅导中太常见了,很多孩子卡壳的地方根本不是公式,而是最开始的绕线判断。今天我想把这个难点拆开来讲讲,分享一些我们在实践中觉得真正管用的判断技巧。
说实话,滑轮组绕线这个问题之所以难,跟教材的编排方式有点关系。课本上通常是先讲定滑轮、动滑轮的定义,然后直接给出几种标准绕法。但孩子们在实际做题时,面对的题目往往是"画出不计摩擦和滑轮重的情况下最省力的绕线方式",这时候需要自己设计方案,而很多学生脑子里根本没有一个清晰的思考路径。
我观察下来,学生最容易掉进的坑有两个。第一个是被图上已经画了一部分的绳子干扰,本来想从零开始分析,结果被现有的绕法带偏了思路。第二个是一看到动滑轮和定滑轮混在一起,就分不清到底应该从哪个滑轮开始绕线。这两个问题其实指向同一个症结:没有掌握判断绕线方式的底层逻辑。
在讲绕线技巧之前,我们得先把最基础的概念嚼透。定滑轮的特点是轴固定不动,它只改变力的方向,不省力。动滑轮的轴会跟着物体一起移动,它能省一半的力,但也会让物体移动的距离变成原来的两倍。这个区别听起来简单,却是判断绕线方式的起点。
为什么这么说呢?因为在设计滑轮组的时候,我们本质上是在决定:到底用几个定滑轮来改变方向,用几个动滑轮来承担货物。改变方向这件事交给定滑轮就够了,通常一个定滑轮就能把向下拉的力变成向上拉的力。而承担货物这件事需要动滑轮,用的动滑轮越多,绳子段数越多,省力效果就越明显。

这里有个公式很重要:F = G/n,其中F是拉力,G是货物重力,n是绕过动滑轮的绳子段数。这个n到底怎么数?很多学生数着数着就把自己数糊涂了。我教给他们一个方法:看有几段绳子是直接连接在动滑轮框架上的,这几段就是有效工作段数。
举个例子,如果一个动滑轮,绳子从定滑轮绕下来之后,一端固定在墙上,另一端被人拉着向上,那么连接动滑轮框架的只有一段绳子,这时候n=1,不省力。如果绳子从动滑轮框架下方穿过去,绕过定滑轮后再穿回来连接在框架上,这时候就有两段绳子同时承担货物重量,n=2,拉力就是重力的一半。这个数段数的方法,比死记硬背"奇数段偶数段"要靠谱得多。
这是我在一对一辅导中最常用的切入点。拿到题目之后,先问学生一个问题:你要用什么方向的力来拉绳子?题目一般会要求"最省力的绕线方式",而最省力的前提是确定用力方向。通常情况下,我们肯定希望向下拉绳子,因为这样符合日常习惯,也容易施力。
确定了用力方向之后,事情就变得简单了。如果要让力向下,那么最后一根绳子必须从定滑轮的下端绕出来,这样人站在高处向下拉的时候,绳子才能顺畅地滑动。反过来,如果最后一根绳子从定滑轮的上端出来,那力就只能向上,那就要站在下面往上拉,既不方便也不符合常规出题意图。所以拿到题目先看终点,再反推起点,这是第一个技巧。
确定了最后一根绳子的位置之后,接下来要数的是题目给了几个动滑轮。动滑轮的数量直接决定了绳子最多能有多少段。比如题目要求最省力,而给了一个动滑轮和两个定滑轮,那么最理想的情况就是让三段绳子同时承担货物重量——两段在动滑轮上,一段在定滑轮上起转向作用。

这里有个关键点:动滑轮的数量决定了绳子段数的上限。如果有两个动滑轮,最多可以让四段绳子同时工作(每个动滑轮分担两段)。但怎么让绳子恰好形成这个段数?这时候就需要从动滑轮出发,一段一段往上绕,看最终能不能把最后一根绳子引到定滑轮的下端。整个过程就像铺铁轨,要从货车(动滑轮)开始铺,一直铺到人站的地方(施力点)。
这个方法特别适合那些"脑子里有概念但下手就乱"的学生。具体操作是:先把动滑轮和货物作为一个整体放在一边,然后问自己——要支撑这个整体,需要几根绳子?假设需要n根,那这n根绳子都要从动滑轮框架的同一侧或两侧穿过去。
穿过去之后呢?这些绳子要汇总到一个定滑轮上,由定滑轮来改变方向。所以下一步就是把每个动滑轮出来的绳子端点都汇集到定滑轮上。最后,看这些汇集的绳子能不能形成题目要求的最后一根绳子。如果中间出现绳子交叉或者多出来的情况,就说明某个动滑轮的绕法可以调整。
听起来可能有点抽象,我举个小例子。假设题目给了一个动滑轮和两个定滑轮,要求最省力。我会让学生这样想:一个动滑轮最多提供两段绳子同时工作,所以n=2。那么这两段绳子都要从动滑轮框架下方穿过去,一股脑儿往上走到定滑轮那里。第一段从动滑轮左边出来,绕到左边定滑轮再出来;第二段从动滑轮右边出来,绕到右边定滑轮再出来。这时候两段绳子都在人的正下方往下垂,人站在中间位置同时拉两根绳子或者把两根绳子系在一起拉,都是符合题目要求的画法。
在一对一辅导中,我把学生容易犯的错误整理成了一个对照表。这个表是我多年教学经验的总结,希望能够帮助大家避开这些坑。
| 常见误区 | 错在哪里 | 正确做法 |
| 把定滑轮也算进绳子段数 | 定滑轮只改变方向,不承担货物重量,不应该算进n里 | 只数直接连接动滑轮框架的绳子段数 |
| 绳子从动滑轮轴心穿过去 | 这样绳子会跟着轴一起转,无法有效拉起货物 | 绳子必须从动滑轮框架的下端穿过去,平行于货物移动方向 |
| 最后一根绳子从定滑轮上方出来 | 这样拉力的方向就会向上,不符合常规省力要求最后一根绳子必须从定滑轮下方出来,这样人可以向下用力 | |
| 动滑轮数量和绳子段数直接相等 | 一个动滑轮可以对应两段绳子,不是简单的一一对应关系 | 动滑轮数量乘以二,就是最多可能的绳子段数 |
| 画图时绳子相互交叉 | 绳子交叉会导致摩擦增大,而且通常不是最简绕法 | 尽量让绳子平行排列,避免不必要的交叉 |
这个表格在我辅导学生的时候经常用到。有时候学生自己看题目想不通,对照一下表格立刻就能发现自己的问题出在哪里。我建议大家在做题的时候也养成这样的习惯:画完图之后对照检查一遍,看看有没有踩进这些误区。
说实话,滑轮组绕线这个知识点,如果只是听老师讲、自己看例题,进步会比较慢。原因在于每个人的思维习惯不一样,卡住的地方也不同。有的孩子是空间想象能力弱,画不出绳子怎么绕;有的孩子是原理理解不到位,数段数的时候总是漏;有的孩子是眼高手低,看着题目觉得简单,自己动手就一团糟。
这就是一对一辅导的价值所在。在金博教育的物理课堂上,我会先花一点时间观察学生做题的过程,看他到底是哪一步出了问题。如果是空间想象的问题,我会让他先用笔画出简化的示意图,把动滑轮、定滑轮、货物、施力点这四个要素先定位好,然后再逐步添加绳子。如果是原理不清的问题,我会让他把每个滑轮的作用写下来,甚至做个小实验,用真实的滑轮感受一下不同绕法带来的用力变化。
针对性训练的另一个好处是可以及时纠错。比如有的学生养成了错误的数段数习惯,如果不及时纠正,这个错误会一直带到中考考场上。一对一辅导中,我会在学生每次画图之后立刻指出问题,让他当场修改。反复几次之后,正确的方法就会形成肌肉记忆,再遇到类似的题目就能自动反应了。
滑轮组绕线这个知识点,确实需要花一点时间才能彻底弄通。但我想告诉大家的是,它没有想象中那么难,关键是要找到适合自己的思考路径。有的人喜欢从起点往终点画,有的人喜欢从终点往起点推,这两种方法都可以,关键是反复练习,直到闭上眼睛都能在脑子里浮现出完整的绕线路径。
学习物理这件事,急不得,但也怕拖。有时候卡在一个地方太久,容易产生畏难情绪,反而更难进步。如果在自学过程中遇到了怎么都想不通的地方,不妨找一位有经验的老师聊一聊。有时候一句话就能点透一层窗户纸,剩下的路就好走多了。

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