1、引言

在之前的视频中,我觉得已经把滑轮问题解释得非常清楚了,并且还举一反三,所以才取名《滑轮终结者》。可事实上,不信的人依然不信。虽然,视频中没有列出具体的计算公式,但是已经明确表示基于动量矩守恒原理,可以准确地计算出笼中人的手速和其自身的上升速度是存在着2倍关系的,这就意味着手上拉2米,人体才提升1米。同时,笼中人只需要使出一半的力,就可以提升自己。正是基于力、位移的这2个2倍关系,才确定这个滑轮具备了动滑轮的特征,就是一个动滑轮。

滑轮不能改变力的原因 滑轮问题引发的思考(1)

动定滑轮?

我真的很难理解这部分人,严肃的推理过程你不信,非要信自己那狭隘的知识点。甚至,有人还讽刺动滑轮的人为九漏鱼,还看到一个中学物理老师,把书本都搬出来了,说固定不动的就是定滑轮。以初中的水平,理解定、动滑轮,书上确实没问题。但是,很多问题都是开放式的。在强调初中滑轮定义的同时,也应该提供一个缺口,让学生具备开放的思想。

2、吐槽一下

在开始之前,我需要吐槽一下我们的中学物理教学,这也是我从教十年力学的一些真实想法。工科类接触的第一门力学课就是理论力学,它包含静力学、运动学、动力学。其实大部分的概念,中学物理都讲过。但是,每次上课,特别是前几次课,都会非常累。因为,我需要先纠正中学物理的习惯,我称之为陋习。比如中学物理受力点都画在质心,有了向左的箭头,就必须要有向右的箭头,以示平衡。从刚刚说的那个物理老师的教法,其实就已经说明了问题。为了教学的方便,将知识教条化,简单地以动或不动来区分滑轮,殊不知运动本身就是相对的。前段时间我提到的惯性力,网友们的各种污言秽语,扑面而来,也是如此。如果过分执拗于书本的教条,扼杀了学生的创造性思维,其实是学生的悲哀,更是中学教育的悲哀。

回到这个滑轮问题,先不管它到底是定滑轮,还是动滑轮,属性问题你可以有自己的定义。但是力和位移的性质,那是不以你的定义为转移的。省力问题大部分同学都能明白,实际使出的力是体重的一半,这是客观存在的事实。但还是有很多同学依然不理解为什么手拉了2米,人才上升1米。为此,我特地买了个滑轮,今天就用试验的方式,看看是不是真的这样。

滑轮不能改变力的原因 滑轮问题引发的思考(2)

实验装备

3、实验过程

很抱歉,实在没有条件做吊人的大滑轮实验,我买的是小滑轮,只能做类似的小实验,实验的原理是一样的。这个是我做的铁丝小笼子,里面有个橡皮泥捏的小人。这题的关键其实是小人的手,没有办法让它的手真的动起来拉绳,所以我就以一个环代替它的手,绳子穿过这个环,就代表小人抓着这根绳子。从运动的效果上来看,我代替小人拉动下端的绳子,跟笼中小人自己拉动绳子,是完全一样的。不过,受力是不一样的。

滑轮不能改变力的原因 滑轮问题引发的思考(3)

背景墙标记初始位置

我在背景墙上做下标记,这是笼中人的初始高度,我们就以这个笼子的底部作为测量依据。铁环也给他弄矮一点,代表这人是趴着拉伸的,这样便于我们标记距离。这是绳子末端的初始位置,以及这是往下10cm的位置,一会我们就往下拉10cm。还有笼中人初始抓的位置,在绳子上也需要标记一下。好了,全部设置完成,我开始往下拉,拉到刚刚标记的10cm的位置,然后固定住。新标记,我用蓝色来表示,人的末状态,笼子底部的位置,铁环中绳子的位置。

滑轮不能改变力的原因 滑轮问题引发的思考(4)

背景墙标记末状态

我们可以对比这些距离,笼中人上升了10cm,另一端的绳子下降了10cm,但是穿过铁环的绳子却经历了20cm。如果里面是真人,那么这根绳子就要从他的手上穿过的距离就是20cm,这就代表着,这个笼中人需要拉20cm的绳子才行。这题中,运动的相对性体现得淋漓尽致,等你们学到理论力学,就真的明白了。我也可以举个例子:两人相向而行,速度大小都一样,那么两人之间的相对速度就是2倍的人的速度了。在这滑轮题里面,人体向上速度和绳子下降速度大小一样,所以两者相对速度就是2倍关系。

滑轮不能改变力的原因 滑轮问题引发的思考(5)

位移的2倍关系

4、总结

希望中学物理不要过分执拗于书本,哪怕提一句:“未来,这个知识点会有所变动。”就一句也行。

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