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10.2 滑轮及其应用
第10章 机械与人
教师
xxx
沪科版 八年级全一册
滑轮
动滑轮
滑轮组
01
03
02
04
CONTANTS
目 录
定滑轮
04
05
其他简单机械
请同学们欣赏一幅漫画
胖子与瘦子在提米的过程中，使用了什么工具，为什么会出现这种情况？
啊？你怎么上来了？
请您帮忙抓住，我到楼上接袋子。
好的
不行，救命！
情景引入
旗杆顶部上的滑轮
除了杠杆之外，滑轮也是一种常见的简单机械，它在日常生活中的应用非常广泛。
大家在生活中见过滑轮吗？使用滑轮有什么特点呢？
健身房器材上的滑轮
起重机上的滑轮
情景引入
滑轮
01
1.滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的小轮。
轴
轮
槽
2.滑轮有两种分类：
定滑轮和动滑轮
定滑轮
动滑轮
探究新知
下面两个滑轮在使用上有什么不同呢
国旗上升时，旗杆顶端的
滑轮轴不随物体一起移动。
叫定滑轮。
叫动滑轮。
货物上升时，起重机下面的
滑轮轴随物体一起移动。
旗杆顶端的滑轮
定滑轮
起重机下面的滑轮
动滑轮
探究新知
定滑轮
02
定滑轮：
使用时，轴固定不动的滑轮，叫定滑轮。
使用定滑轮时，有什么特点？
使用定滑轮是否省力（或更费力）？
使用定滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？
探究新知
探究动滑轮与定滑轮的特点
探究实验
探究新知
探究定滑轮的特点
【实验器材】
实验需要测量的物理量如下表格
铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计
物重G/N 物体移动方向 物体移动 距离h/cm 拉力F/N 拉力 方向 拉力移动
距离S/cm
【实验装置】
如图所示，把定滑轮固定在铁架台上，钩码挂在细线的一端；弹簧测力计挂在细线的另一端，用力缓慢拉动弹簧测力计向下匀速运动。
【数据表格】
G
拉力 F
探究新知
（1）用弹簧测力计直接测出钩码的重力 G。
【实验步骤】
h物
F
s绳
G
（2）使用定滑轮缓缓提升钩码，记录整个过程中拉力的大小 F、钩码上升的距离 h物、拉力移动的距离 s绳 及拉力的方向。
探究新知
（3）改变拉力的方向
分别沿竖直方向拉升、斜着拉升、水平拉升钩码，观察拉力F1、 F2、 F3、的大小。把实验数据记入表格中。
F1
F2
F3
（4）改变钩码的重力，重复上述实验。
探究新知
（1）拉力与重力的大小关系：F=G，即使用定滑轮不省力。
（2）拉力的方向：可以改变。
（3）拉力（绳末端）移动距离S绳与钩码上升高度h物的关系： S绳=h物，相等。
钩码重 G/N 钩码移动 方向 钩码移动 距离h/m 拉力 F/N 拉力 方向 拉力移动
距离s/m
1.5 竖直向上 0.3 1.5 竖直向下 0.3
1.5 竖直向上 0.3 1.5 斜向下 0.3
1.0 竖直向上 0.4 1.0 竖直向下 0.4
【实验数据】
【分析数据】
探究新知
使用定滑轮不省力； 不省距离，可以改变力的方向。
【归纳结论】
可以改变力的方向是指：
拉力的方向与物体运动方向相反（或不同）。
物体运动方向
拉力方向
探究新知
G
F
定滑轮的实质——等臂杠杆
0 .
如图所示，定滑轮的轴心O为支点，动力臂l1与阻力臂l2都是滑轮的半径r。
F＝G
F1l1=F2l2
l1=l2=r
l1
Fl1=Gl2
通过理论分析可知，定滑轮实质上
是一个等臂杠杆，所以不省力。
l2
探究新知
用平衡力的知识研究定滑轮的特点
在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以拉力F跟物体的重力G是一对平衡力。
F＝G 。
F
G
使用定滑轮不省力，可以改变力的方向。
物体向上运动，用力却是往下拉，所以，使用定滑轮能改变力的方向.
探究新知
例题1. 用定滑轮匀速提升重物，所用拉力的方向如图所示，
不计摩擦，比较拉力F1、F2、F3的大小（ ）
A. F1>F2>F3　　 B. F1=F2=F3
C. F1F3>F1
B
典型例题
例题2.在旗杆顶端安装小轮，其主要目的是为了（　　）
A．改变力的方向 　　B．省力
C．省距离 　　　　　D．省功
A
典型例题
动滑轮
03
动滑轮：工作时，轴随着物体移动的滑轮叫动滑轮。
动滑轮
使用动滑轮时，有什么特点？
使用动滑轮是否省力（或费力）？
使用动滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？
起重机的动滑轮
用动滑轮拉船
探究新知
探究动滑轮的特点
【实验器材】
实验需要测量的物理量如下表格
铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计
物重G/N 物体移动方向 物体移动 距离h/cm 拉力F/N 拉力 方向 拉力移动
距离S/cm
【实验装置】
如图所示，把绳子一端固定在铁架台上，另一端通过动滑轮挂在测力计的挂钩上；钩码挂在动滑轮的轴上，用力缓慢拉动弹簧测力计竖直向上匀速运动。
【数据表格】
探究新知
（1）用弹簧测力计直接测出钩码的重力G。
（2）使用弹簧测力计缓缓竖直向上拉动滑轮提升钩码，记录整个过程中用力大小F、钩码升高的距离h及拉力移动的距离s。
【实验步骤】
F
（3）将测量结果填入表格。改变钩码的个数，重复上述实验过程。
h
s
G
探究新知
物重 G/N 物体移动 方向 物体移动 距离h/m 拉力 F/N 拉力 方向 拉力移动
距离s/m
2 竖直向上 0.3 1.1 竖直向上 0.6
2 竖直向上 0.3 1.2 竖直向上 0.6
1.0 竖直向上 0.2 0.6 竖直向上 0.4
【实验数据】
探究新知
（1）拉力与重力的关系：F＜G，即使用动滑轮省力。
若不计动滑轮的重力及摩擦力时，则拉力：F=G/ 2。
（2）拉力的方向：不能改变。
（3）拉力（绳末端）移动距离S与钩码上升高度h的关系： S绳=2h物。
【分析数据，归纳结论】
探究新知
使用动滑轮可以省力， 但不改变力的方向，且费距离。
拉力（绳末端）移动距离S是物体上升高度h的2倍：S拉=2h物。
【结论】
探究新知
F1
F2
动滑轮的实质
l1
l2
动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。
动滑轮相当于一根杠杆，支点在绳和轮相切的O处；拉力F1是动力，重物的拉力是阻力F2；动力臂l1是轮直径、阻力臂l2是轮半径。
根据杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2
l1＝2l2　 F1＝ F2＝ G
（不计摩擦和动滑轮重）
1
2
1
2
O.
探究新知
用平衡力的知识研究动滑轮的特点
在忽略动滑轮的重力和摩擦的情况下，物体受到重力G和两段绳子的两个拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以两个拉力F跟物体的重力G是平衡力。
2F＝G ，F。
若考虑动滑轮的重力，忽略绳重、摩擦的情况下，由于物体匀速上升，所以四个力平衡，满足：
2F＝（ G + G 动）， F
F
F
G
G动
探究新知
例题 3. 如图所示，工人用动滑轮匀速提升重物，这样做（　　）
A．省力，不改变施力的方向
B．不省力，改变施力的方向
C．既省力，也改变施力的方向
D．既不省力，也不改变施力的方向
A
例题 4. 用如图所示的滑轮将重3 N的物体A匀速提升10 cm，如果动滑轮的重为1 N，忽略摩擦，则下列说法正确的是（　　）
A. 拉力F=1.5 N
B. 拉力F=2 N
C. 绳子向上移动的距离为10 cm
D. 绳子向上移动的距离为5 cm
B
典型例题
例题5.在下图中，物体 A 重为 G，在拉力 F 的作用下，物体沿水平桌面做匀速直线运动，已知物体受到的摩擦力为 f，则人对绳的拉力 F 的大小等于(　　)
A. 0.5G
B. 2G
C. 0.5f
D. 2f
C
典型例题
滑轮组
04
定滑轮能改变拉力的方向,动滑轮能省力. 把两者结合在一起，小孩能在地面上把这袋东西拉上去。
1.滑轮组：将定滑轮和动滑轮组合在一起就组成了滑轮组。
由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组有几种组合 这样的组合各有什么特点？
讨论交流
探究新知
2.滑轮的组合
n:承担重的绳子段数.
S:绳子末端移动的距离.
在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时:
使用滑轮组省了力，但是费距离。
n=2
S=2h
n=3
S=3h
探究新知
3.使用滑轮组的特点：
（1）拉力 F 的大小与吊起动滑轮的绳子段数 n 有关。动滑轮被几段绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一即:
（2）拉力 F(绳子自由端)移动距离 s 是物体上升高度 h 的 n 倍，即: s = nh.
F= （G + G动）
1
n
不计绳重和摩擦但考虑滑轮重：
F =
1
n
G
不计动滑轮重、绳重和摩擦：
(3)绳子自由端的速度与被物体的速度的关系：
V绳=n.V物
探究新知
4.滑轮组的组装
用n= — 或 n= — 来求，当n不是整数时，要采用只入不舍的“进一法”处理小数位。
G
F
s
h
（1）确定绳子的段数
（2）滑轮组的绕绳方法
当承重绳子的段数n为奇数时，绳子的固定端在动滑轮上；
当承重绳子的段数n为偶数时，绳子的固定端在定滑轮上；
概括为“奇动偶定”。
探究新知
G = ______
h = ______
F=100 N
s=3m
F=_____
s=_____
G=100 N
h=1 m
F=100 N
s=______
G = ____
h=1.5 m
F
v= ____
物体以0.2 m/s的
速度匀速上升
300N
1m
300N
4.5m
2m
50N
例题6 用如图所示的滑轮组提高物体，根据已知条件，请填写空白处（不计绳重、摩擦及动滑轮自重 ）。
0.8m/s
典型例题
例题7 楼下有一箱重力为300牛的货物，要将它用滑轮组提到二楼（每层楼高为3米），若想最省力，应该如何绕线？计算出力的大小、人拉绳子的长度。 （不计绳重、摩擦及动滑轮自重 ）
绕线方法见图。
动滑轮上的绳子股数有3段，所以拉力的大小为：
F=100N
人拉绳子的长度:
s=nh=3m × 3=9m
典型例题
其他简单机械
05
除了杠杆和滑轮，简单机械家族中还有轮轴、斜面、螺旋等。
1.轮轴
(1)轮轴：由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。
轮轴
各种轮轴
探究新知
(2)轮轴的实质：
轮轴实质可看做是一个可以连续转动的杠杆
如图所示：轮轴作为杠杆的支点在轴心0，轮半径R是动力臂，轴半径r阻力臂.
探究新知
(3)轮轴的原理：
根据杠杆的平衡条件：F1· R = F2 · r
当动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。
由F2=G
得：F1· R = G · r
当动力作用在轴上，轮轴又将起到什么作用？
因为： R >r
所以：F1探究新知
2.斜面
(1)斜面：是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。
(2)使用斜面可以省力。
通过斜面将一个大箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬到车厢省劲多了斜面可以省力。
徒手搬运
利用斜面搬运
探究新知
(3)斜面的原理
根据功的原理,如果不计斜面和物体的摩擦： Gh=FL F=Gh/L
如果不计摩擦，斜面长是斜面高的几倍，拉力就是物体重力的几分之一。斜面是一种省力的机械。
如图所示：把重为G的物体，沿着长为L，高为h的斜面，用大小为F的力推上去的过程中：
斜面的分析
盘山公路
探究新知
斜面的分析
实验证明，沿斜面向上推重物所需的推力F小于物体所受的重力G。即利用斜面可以省力，当斜面高度h一定时，长度L不同的斜面所需要的推力F也不同；L越长，F越小，越省力。
螺旋——特殊的斜面
螺旋可以看做是绕在圆柱上的斜面。
螺丝钉较容易被旋进木板,螺旋千斤顶能轻松把汽车顶起来,都是利用斜面的原理.除了省力,还可以将旋转运动与沿轴向运动进行互相转化。
螺杆
木螺丝
千斤顶
把三角形的纸片绕在铅笔上,你可以体会到斜面变形成为螺旋的过程
讨论交流
探究新知
1、如图，使用定滑轮提升重物，当分别在A方向、B方向和C方向拉重物时（ ）
D
A、A方向的拉力F1最小
B、B方向的拉力F2最小
C、C方向的拉力F3最小
D、三个方向拉力一样大
A
C
C
课堂练习
2、使用滑轮组可以（ ）
C
A、省力又省距离
B、可以省力，但不能改变力的方向
C、既可以省力又可以改变力的方向
D、费了力，但可以省距离
课堂练习
3、如图所示，物重为G的物体在不同简单机械中均处于平衡状态（不计机械自重和摩擦），拉力大小错误的是（　　）
A．
B．
C．
D．
C
课堂练习
4、如图，把质量相同的A、B物体挂在如图滑轮组下面，不计绳子、滑轮的重力和摩擦，放手后（ ）
B
A、A上升
B、A下降
C、A、B均静止
D、无法判断
课堂练习
5、工人们为了搬运一个笨重的机器进入厂房，他们设计了如图所示的四种方案（机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的横切面）。其中最省力的方案是（ ）
C
课堂练习
5、如图所示，用三个滑轮分别拉同一个物体，沿同一水平面做匀速直线运动，所用的拉力分别是F1、F2、F3，比较它们的大小应是（ ）
D
A、F1＞F2＞F3 B、F1＜F2＜F3
C、F2＞F1＞F3 D、F2＜F1＜F3
课堂练习
6、如图所示，用20 N的拉力向上拉动绳子，使重为50 N的物体5 s内匀速升高5 m(不计绳重和摩擦)。则下列说法不正确的是（ ）
A. 绳子自由端移动的距离为15 m
B. 动滑轮重为10 N
C. 物体上升的速度为1 m/s
D. 绳子自由端拉动的速度为6 m/s
解析：由图知：n=3，绳子自由端移动的距离: s=3h=3×5m=15 m，故A正确；
不计绳重和摩擦，拉力F= (G+G动)/3，则动滑轮的重力:
G动=3F-G=3×20 N-50 N=10 N，故B正确；
物体上升的速度:v物=h/t=5m/5s=1 m/s，绳子自由端拉动的速度:
v=3v物=3×1 m/s=3 m/s，故C正确、D错误。所以选D。
D
课堂练习
7、如图所示，在绳子自由端拉力F作用下重为20 N的物体沿水平面以0.01 m/s的速度匀速行驶20 s，受到的摩擦力为30 N。拉力F=　　N，绳子自由端拉动的速度是　　 m/s。(忽略绳子和滑轮的重力及轮与轴、绳子与滑轮间的摩擦)
答案：15；0.02。
解析：由题图知，n=2，摩擦力为f=30 N ，则拉力F= = =15 N;
物体运动的速度v物=0.01 m/s，绳子自由端拉动的速度是
vF=2 v物=2×0.01 m/s=0.02 m/s。
水平使用动滑轮或滑轮组时,与它发生作用的力不是重力而是摩擦力.
15
0.02
课堂练习
滑
轮
及其应用
定滑轮
滑轮组
使用时，轴的位置固定不动的滑轮。
使用动滑轮时可以省一半的力，但是不能改变力的方向。
绕线方法：奇动偶定， 从里向外。
使用定滑轮时不能省力，但可以改变力的方向。
实质：等臂杠杆。
实质：省力杠杆。
定滑轮与动滑轮
定滑轮与动滑轮的组合叫做滑轮组。
滑轮组自由端拉力的大小。
动滑轮
使用时，轴的位置随被拉的物体一起运动的滑轮。
滑轮：中间有轴，周边有凹槽，并可以绕轴转动的轮子。
课堂小结

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