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第九章 机械和功
第二节 滑轮
北师·八年级物理下册
预习检测
1.常见的滑轮分为________和________。中间的轴固定不动的滑轮叫________，轴和重物一起移动的滑轮叫________。
2.升旗的时候，我们看到的旗手用力向下拉绳子，旗就升上去了，这是因为旗杆顶端有一个____
______。这个事例告诉我们，这种简单机械能够改变__________。
3.使用动滑轮时，理论上可以省______的力，但是不能改变__________。
定滑轮
动滑轮
定滑轮
动滑轮
定
滑轮
力的方向
一半
力的方向
预习检测
4.滑轮组由____滑轮和____滑轮组成，它既能______，又能改变力的______。
5.使用滑轮组时动滑轮和重物由n段绳子承担，提起物体所用的力就是总重的________。公式表示为F=______。绳子自由端移动的距离是物体移动距离的______。
定
动
省力
方向
G
n倍
情境导入
杠杆是一种常见的简单机械。除了杠杆之外，滑轮也是一种常用的简单机械。大家在生活中见过滑轮吗？
探究新知
知识点1 滑轮的种类
1. 滑轮及其结构：用绳索或链条绕过具有转动轴的圆轮，这个装置叫作滑轮，如图所示。
这两种滑轮有什么区别？
轴固定在旗杆上
轴和物体一起上升
2. 滑轮的种类：
定滑轮：使用时，轴固定不动的滑轮。
动滑轮：滑轮跟物体一起运动的滑轮。
定滑轮
动滑轮
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滑轮组：
在实际生产生活中，常常把定滑轮和动滑轮组合在一起使用，构成滑轮组。
滑轮组可以由多个定滑轮和多个动滑轮组成。
知识点2 滑轮的工作特点
定滑轮、动滑轮与滑轮组在使用过程中各有什么特点呢？
探究不同滑轮的工作特点
实验探究
【提出问题】
【实验步骤】
b. 分别安装定滑轮和动滑轮，挂上钩码，如图②和③；
c. 匀速竖直拉动弹簧测力计，使钩码上升相同高度，将拉力方向和弹簧测力计的示数记录在实验表格中；
d. 用刻度尺测出钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离并记录在实验表格中。
①
②
③
定滑轮与动滑轮的特点
a. 如图①，匀速竖直拉动弹簧测力计，使钩码匀速上升，将拉力方向和示数记录在实验表格中；
点击图片播放视频
实验序号 实验装置 重物移动的距离h/m 拉力作用点移动的距离s/m 拉力的方向 弹簧测力计的示数F/N
1 用弹簧测力计直接提升物体
2 定滑轮
3 动滑轮
0.1
0.1
向上
2
0.1
0.1
向下
2
0.1
0.2
向上
1.2
【实验数据】
【分析讨论】
1. 比较1、2两次实验，使用定滑轮与不使用定滑轮直接提升物体相比，拉力的大小和方向有什么不同？拉力作用点移动的距离是否相同？
①
②
方向与钩码升高的方向相反
F = G物
s绳 = h（忽略绳重与摩擦）
使用定滑轮时：
2. 比较1、3两次实验，使用动滑轮与不使用动滑轮直接提升物体相比，拉力的大小和方向有什么不同？拉力作用点移动的距离是否相同？
①
③
方向与钩码被提升的方向相同
s绳 = 2h（忽略绳重、动滑轮重与摩擦）
使用动滑轮时：
【小结】
使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。
使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，而且“费距离”。
为什么使用定滑轮不省力，而使用动滑轮省力呢？你能参考下图，根据杠杆的平衡条件，说明定滑轮和动滑轮的这一特点吗？
定滑轮
动滑轮
定滑轮
定滑轮的实质
定滑轮的中心轴为支点，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，由杠杆平衡条件可知，动力F1和阻力F2大小相等
点击画面播放视频
——等臂杠杆
动滑轮
动滑轮的实质
动滑轮可以看成是支点在一侧的杠杆，动力臂等于滑轮的直径，阻力臂等于滑轮的半径，即动力臂是阻力臂的2倍，由杠杆平衡条件可知，动力F1是阻力F2的二分之一。
点击画面播放视频
——省力杠杆
定滑轮 动滑轮
拉力方向 与物体运动的方向相反 与物体运动的方向相同
拉力作用点移动距离 等于物体移动距离 等于物体移动距离的2倍
省力情况 不省力 省一半力
能否改变力的方向 能 不能
实质 等臂杠杆 省力杠杆
定滑轮和动滑轮的比较
拓 展
使用定滑轮和动滑轮的几种情况
定滑轮 动滑轮 图示
表达式
说明：忽略绳重、滑轮重及绳与滑轮间的摩擦；物体全部做匀速运动，物体重为G，受到的摩擦力为f
练习
如图所示，物体重 G=50 N，在 F=5 N 的拉力作用下向左以 0.1 m/s 的速度匀速运动，若不计绳重、滑轮重和绳与滑轮间的摩擦，则物体受到地面摩擦力的大小为________N；3 s 后，绳子自由端移动的距离为________m。
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0.6
【实验步骤】
a. 如图①，匀速竖直拉动弹簧测力计，使钩码匀速上升，将拉力方向和示数记录在实验表格中；
b. 分别按照图④、⑤所示方式组装滑轮组，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，读出弹簧测力计的示数,测出钩码受到的重力、钩码上升的高度、绳子自由端移动的距离，并记录在实验表格中。
①
④
⑤
滑轮组的特点
实验序号 实验装置 重物移动的距离h/m 拉力作用点移动的距离s/m 拉力的方向 弹簧测力计的示数F/N
1 用弹簧测力计直接提升物体
4 用弹簧测力计通过第一种滑轮组合提升物体
5 用弹簧测力计通过第二种滑轮组合提升物体
0.1
0.1
向上
2
0.1
0.2
向下
1
0.1
0.3
向上
0.67
【实验数据】
【分析讨论】
1. 分析4、5两次实验中拉力的大小与方向，并与2、3两次实验进行比较，使用滑轮组时拉力的大小和方向与仅使用一个滑轮时有什么不同？
④
⑤
忽略动滑轮和绳所受的重力及滑轮轴的摩擦，拉力的大小与物体所受重力、滑轮上承担物重的绳子的段数的关系：
2. 比较4、5两次实验中拉力的大小与方向，以及拉力作用点移动的距离。你还有什么新的发现？
④
⑤
s=nh
绳子自由端通过的距离 s 与物体上升高度 h 的关系：
【小结】
使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但是“费距离”。
滑轮组的组装
这两种绕线方法有什么不同？
1．绳子的起点
2．拉力的方向
3．拉力的大小
4．移动的距离
在前面的实验探究中，4、5两次实验提升的物体相同，为什么弹簧测力计的示数会不同呢？
如果忽略动滑轮和绳所受的重力及滑轮轴的摩擦，使用滑轮组提升重物时，动滑轮上有几段绳子承担物重，提起物体所用的力就等于物重的几分之一。
④
⑤
当考虑动滑轮重，
忽略绳重和摩擦力时：
1.确定承担物重的绳子段数n
在定、动滑轮之间画一条虚线，将它们隔离开，绕在动滑轮上的绳子段数 n 即为承担物重的绳子段数。
分割法
1 2
1 2 3
1 2 3 4
n = 2
n = 3
n = 4
练习
如图所示的滑轮组，每个滑轮重50N，用这个滑轮组把质量为 40 kg 的重物在 2s 内匀速提升 2m。不计绳重和摩擦，下列说法中不正确的是(g取 10 N/kg)( )
作用在绳子自由端的拉力F为150N
重物上升的速度是1m/s
绳子自由端移动的距离为6m
绳子自由端移动的速度是2m/s
D
G = mg = 400 N
n = 3
√
√
s = nh = 3×2 m = 6 m
√
×
①从轮子数量少的钩子开始
②定动交替
③就近原则
④奇动偶定
2. 滑轮组的绕线
（1）当没有规定拉力方向时
（2）当规定拉力方向时
采用“反绕法”，即由外及内绕绳。
点击画面播放视频
练习
工人站在地面上，使用如图所示的滑轮组将重物从地面提升到楼顶，要求绳子的自由端要向下拉。请你用笔画线代替绳子，画出滑轮组最省力的绕绳方法。
F
思路分析：反绕法
知识点3 滑轮的应用
滑轮和滑轮组在生产生活中有着广泛的应用。
工程建设中常用的起重机和升降机
帆船控制装置
升降晾衣架
滑轮组的计算中等量关系的归纳
s绳=nh
v绳=nv物
力的计算：
距离计算：
速度计算：
1. 如图所示，工人用动滑轮匀速提升总重为 250 N 的水桶。若不计绳重、滑轮重及摩擦，则人对绳子A端的拉力大小为______N；若实际测得A端的拉力大小为 135 N，不计绳重及摩擦，则动滑轮重______N。
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自我检测
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2. 如图所示，货物重 1 000 N，动滑轮重 50 N，不计绳重及摩擦，人至少要用多大的拉力才能提起货物？如果每段绳子只能承受 400 N 的拉力，则用此滑轮组最多能提起多重的货物？
解：由图可知，承担动滑轮和货物重力的绳子段数 n = 3，则在绳子自由端至少需要施加的力
滑轮组最多能提起货物的重力
Gmax = nFmax - G动 = 3×400 N-50 N = 1 150 N。
3. 如图所示，如果用 200 N 的力将重为 1000 N 的货物吊起，应该怎样连接滑轮组？请在图中画出绕绳的方法。（不计动滑轮重、绳重及摩擦）。
如图所示。
4. 一辆汽车陷进了泥潭，司机按下图所示的甲、乙两种方式安装滑轮组，打算将汽车从泥潭中拉出。请你运用所学的滑轮知识分析司机使用哪种方式更合理。如果按乙方式，司机拉动绳子自由端移动了 1.5 m，在此过程中汽车被拉动了多远？
解：图甲中动滑轮上承担拉汽车的力的绳子段数n=2，图乙中动滑轮上承担拉汽车的力的绳子段数n' = 3，在对汽车施加的拉力相同的情况下，乙方式更省力，故司机使用乙方式更合理。按乙方式，根据滑轮组的特点，绳子自由端移动的距离s绳=n' s车，则按乙方式汽车被拉动的距离s车= s绳= ×1.5 m= 0.5 m.
课堂小结
滑轮
使用时，轴固定不动
不省力，但可以改变力的方向，实质是等臂杠杆
滑轮组
定滑轮
动滑轮
使用时，轴跟物体一起运动
省力但费距离，实质是动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆
省力，也可以改变力的方向，但费距离

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