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第2课 滑轮
第十二章 简单机械
01
02
03
新课导入
课堂讲解
课堂总结
04
归类练习
一只小老鼠在被一只猫追得走投无路的时候,看见前面有一个滑轮吊着重物,它急中生智,迅速沿着绳子的另一端爬了上去,而猫也想沿着绳子爬上去,但由于自身的重量太大,尝试了多次也未能成功,只能看着到嘴的美餐逃之夭夭,你知道其中的道理吗
新课导入
在施工现场，我们经常看到大型吊车。它可以把大型货物吊上去，它是怎样工作的，它又是利用了什么机械呢？
吊车能把大型货物吊上去，利用的主要机械就是滑轮。
滑轮也属于简单机械，它的工作原理是什么，滑轮又有哪些特点呢？
01
定滑轮和动滑轮
02
滑轮组
04
动手动脑学物理
03
轮轴与斜面
课堂讲解
定滑轮和动滑轮
定滑轮
滑轮也是一种简单机械，日常生活中的滑轮有着广泛的应用
观察与思考
旗杆顶部上的滑轮
健身器材上的滑轮
起重机上的滑轮
定滑轮
1.认识滑轮
滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的小轮。
轴
轮
槽
滑轮分为：定滑轮、动滑轮
定滑轮
2.定滑轮
国旗上升时，旗杆顶端的滑轮轴不随物体一起移动。
旗杆顶端的滑轮
定滑轮
使用时，轴固定不动(滑轮不随物体移动)的滑轮，叫定滑轮。
定滑轮
定滑轮
2.定滑轮
提出问题
1.使用定滑轮时，有什么特点？
2.使用定滑轮是否省力（或更费力）？
3.使用定滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？
定滑轮
3.探究定滑轮的特点
实验器材
铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计
设计实验
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。
记录拉力的大小、钩码上升的距离、拉力移动的距离及拉力的方向。
G
拉力F
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
定滑轮
3.探究定滑轮的特点
进行实验
G
（1）用弹簧测力计直接测出钩码的重力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。
h物
F
s绳
定滑轮
3.探究定滑轮的特点
进行实验
(3)改变拉力的方向：
F1
F2
F3
(4)改变钩码的重力，重复上述实验。
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。
定滑轮
3.探究定滑轮的特点
分析论证
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
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
定滑轮
3.探究定滑轮的特点
实验结论
使用定滑轮不省力； 不省距离，可以改变力的方向。
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
定滑轮
4.定滑轮的实质
F1=2N
h物
S绳
S绳＝h物
F2=2N
1.定滑轮既不省力也不省距离
2.可以改变用力的方向
F
G物
0
L1＝L2
L1
L2
F＝G物
定滑轮实质上是个等臂杠杆
定滑轮
4.定滑轮的实质
动滑轮
1.动滑轮
动滑轮
起重机下面的滑轮
动滑轮
货物上升时，滑轮（轴）随物体一起移动叫动滑轮。
动滑轮
用动滑轮拉船
起重机的动滑轮
动滑轮
1.动滑轮
提出问题
1.使用动滑轮时，有什么特点？
2.使用动滑轮是否省力（或更费力）？
3.使用动滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？
动滑轮
2.实验探究动滑轮的特点
实验器材
铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计
设计实验
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。
记录整个过程中用力大小、钩码升高的距离及拉力移动的距离。
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
动滑轮
2.实验探究动滑轮的特点
进行实验
（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。
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
动滑轮
2.实验探究动滑轮的特点
分析论证
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。
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
动滑轮
2.实验探究动滑轮的特点
实验结论
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）移动的距离S是物体上升高度h的2倍：s拉=2h物。
动滑轮
3.动滑轮的实质
L2
L1
L2＝2L1
F=G总/2= (G物+G动) /2
动滑轮实质是个动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆
F1=2N
G
h物
S绳
F2＝1N
动滑轮
4.动滑轮的两种用法
O
G
l1
l2
F
O
G
l1
l2
F
动力作用在轮上，省力但费距离
动力作用在轴上，费力但省距离
F=
G+G动
2
F=
2G+G动
F
G动
G
G动
动滑轮
4.动滑轮的两种用法
随讲随练
1. 下列各图中利用了动滑轮的是（　　）。
【解析】【解析】因为动滑轮会随物体一起运动，定滑轮不随物体运动，由此知道A、B、C图中滑轮是固定不动的，是定滑轮，D图中的滑轮与物体一起运动，是动滑轮，
故选D。
随讲随练
2. 如图所示，用定滑轮提升重物（摩擦和绳重不计）时（ ）。
A．沿1方向拉力最小 B．沿2方向拉力最小
C．沿3方向拉力最小 D．沿三个方向拉力相同
【解析】【解析】因为定滑轮相当于一等臂杠杆，只能改变力的方向，而不省力，故定滑轮拉同一重物G，沿三个不同方向，用的拉力大小相等，即F1、F2、F3都等于物体的重力。故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
随讲随练
3. 如图所示，滑轮______（选填“A”或“B”）可以看作等臂杠杆；若物体的重力均为30N且处于静止状态，不计摩擦和滑轮重力，力F1的大小为______N，使用B滑轮______（选填“能”“不能”）省功。
【解析】[1][2]A是定滑轮，本质是等臂杠杆，不省力，但是可以改变用力方向；力F1通过定滑轮拉物体，不计摩擦，力F1的大小等于物体的重力，即F1=30N。
[3]使用任何机械都不能省功，滑轮B是动滑轮，不计摩擦和滑轮重力，能省一半的力，但费距离，根据可知，使用动滑轮不能省功。
滑轮组
滑轮组
提出问题
1.滑轮组
定滑轮可以改变力的方向，但不能省力。动滑轮可以省力，但不能改变力的方向。能否得到这样一种机械，它既可以省力，又可以改变力的方向呢？
滑轮组
提出问题
2.一动一定不同组合
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？
组合一
组合二
滑轮组
问题一
2.一动一定不同组合
如图甲、乙所示的两个滑轮组，这两个滑轮组有什么不同？
甲
乙
(1)绳端的固定点不同：
甲固定在动滑轮的轴上，乙固定在定滑轮的轴上。
(2)拉力的方向不同：
甲通过动滑轮向上，乙通过定滑轮向下。
滑轮组
问题二
2.一动一定不同组合
用如图甲、乙所示的滑轮组把重力为G的物体提高h，在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时，所用拉力F各是多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？
甲
乙
滑轮组
3.力与距离的关系
受力分析：以动滑轮为研究对象
若不计滑轮与轴间的摩擦及绳重。
G
G+G动
F
F
F
匀速提升物体时
G
F
G
F
G
G+G动
F
2F=G+G动
3F=G+G动
滑轮组
3.力与距离的关系
使用该滑轮组省力费距离。
图中的重物由三段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，三段绳子缩短的距离都要被拉力拉走，所以拉力移动的距离为s=3h。
分析动滑轮受力可知，四个力平衡：F1+F2+F=G物
∵同一根绳子上的力相等：F1=F2=F
∴3F=G物
F
F1
F2
G
①
③
②
结 论
拉力：
拉力移动的距离：s=3h
绳的固定端连接动滑轮
一、力的关系
二、距离的关系
滑轮组
3.力与距离的关系
使用该滑轮组省力费距离。
图中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，所以拉力移动的距离为2h。
图中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，每段绳子都要承担物重，因为同一根绳子上的力相等，所以拉力的大小：
结 论
拉力：
拉力移动的距离：s=2h
绳的固定端连接定滑轮
一、力的关系
二、距离的关系
②
F
G
①
滑轮组
4.滑轮组的连接规律
3段绳子承担
2段绳子承担
5段绳子承担
4段绳子承担
绳子的开始端挂在定滑轮上，物重由偶数段绳子承担。
绳子的开始端挂在动滑轮上，物重由奇数段绳子承担。
滑轮组
4.滑轮组的连接规律
F
G
F
G
F
G
n=2
n=3
n=4
F
G
n=5
滑轮组
4.滑轮组的连接规律
组装滑轮组的原则——“奇动偶定”
当承重的绳子段数n为偶数时，绳子固定端系在定滑轮的挂钩上；当n为奇数时，绳子固定端系在动滑轮的挂钩上。这一原则可概括为“奇拴动，偶拴定”。简称“奇动偶定”。
n=2
n=3
n=3
n=4
n=4
n=5
随讲随练
1.如图所示，某工人站在地面上使用由三个滑轮组成的滑轮组提升重物，请画出最省力的绕绳方法。
【解析】【解析】由于图中只有一个动滑轮，承担物重的绳子段数最多为 3 段，此时最省力，其绕法如图所示：
随讲随练
2.如图所示，小明用一个滑轮组匀速提升重为200N的物体，物体在4s内上升2m，所用的拉力为125N，此过程中，绳子自由端移动的距离为___________m，拉力的功率是___________W，如果不计绳重和摩擦，动滑轮的重力为___________N。
随讲随练
【解析】【解析】[1]根据图示可知，滑轮组承重的绳子段数n=2，绳子自由端移动距离s=nh=2×2m=4m
[2]拉力所做的总功为W总=Fs=125N×4m=500J
拉力的功率为
[3]不计绳重和摩擦，根据
可知，动滑轮的重力为G动=nF﹣G=2×125N﹣200N=50N。
轮轴与斜面
轮轴
由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。
轮轴
动力臂大于阻力臂 —— 省力杠杆
可以连续转动的杠杆。
O
F
G
l1
l2
轮轴
生活中的轮轴
门的把手
单车的踏板
螺丝刀
斜面
变形的斜面
动手动脑学物理
求绳端拉力
1. 物体重1000N，如果用一个定滑轮提起它，需要用多大的力 如果用一个动滑轮提起它，又要用多大的力（不计摩擦及滑轮自重）
【解析】用一个定滑轮提，需要用1000N的力；
用一个动滑轮提，需要用500N的力。
生活中的简单机械
2. 仔细观察自行车，看看它上面有几种简单机械，分别说明它们各起到了什么作用。
【解析】自行车的刹车、车把、脚踏板与轮盘、飞轮等都是简单机械。其中，刹车是费力杠杆，可以起到省距离的作用。车把、脚踏板与轮盘、飞轮都是轮轴，是省力机械。
说明：本题属于实践类开放性题目，考查学生识别各种简单机械的能力。要求学生能根据各种简单机械的特点正确识别，知道使用各种简单机械的目的和作用。考查的重点应放在过程体验上。
如何提起比自己体重大的物体
3. 解释图中的科学漫画。一个人要拉起比他体重大的重物，用定滑轮行吗 应该怎么办
【解析】要拉起比自己体重大的物体，使用定滑轮不行。因为定滑轮不省力，提升动物所需的力至少要等于自己的体重。
解决的办法是，大人可以使用动滑轮提升动物，因为这样他可以在楼上向上用力提升重物，不用小孩帮忙。如果孩子要帮忙，就要根据实际情况使用滑轮组提升重物。且体重是物重的几分之一，所组装的滑轮组中，动滑轮上的绳子段数应该是几。
滑轮组相关计算
4. 利用如图甲所示的滑轮组提起一个重为2000N的物体，不计摩擦及滑轮自重，绳子的拉力F等于多少 如果要用这个滑轮组达到更加省力的效果，绳子应该怎样绕 请在图乙中画出绳子的绕法，并计算此时拉力的大小。
【解析】甲所示的滑轮组，动滑轮上绳子段数为4，所以绳子的拉力F为： F=G/4=2000N/4=500N。
更省力的绕法如图乙所示，F=G/5=2000N/5=400N。
思维导图
课堂总结
类型1:识别定滑轮和动滑轮
如图所示，滑轮______（选填“A”或“B”）可以看作等臂杠杆；若物体的重力均为30N且处于静止状态，不计摩擦和滑轮重力，力F1的大小为______N，使用B滑轮______（选填“能”“不能”）省功。
归类练习
类型1:识别定滑轮和动滑轮
【解析】[1][2]A是定滑轮，本质是等臂杠杆，不省力，但是可以改变用力方向；力F1通过定滑轮拉物体，不计摩擦，力F1的大小等于物体的重力，即F1=30N。
[3]使用任何机械都不能省功，滑轮B是动滑轮，不计摩擦和滑轮重力，能省一半的力，但费距离，根据W=Fs可知，使用动滑轮不能省功。
【答案】A；30；不能。
类型2:理想状态下滑轮组的计算
在图示的装置中，已知重物G1=500N牛，重物G2=1200N牛，在摩擦和动滑轮重力均不考虑的情况下，使重物G1保持平衡的拉力F应等于（ ）。
A．500牛 B．600牛 C．1200牛 D．250牛
类型2:理想状态下滑轮组的计算
【解析】由图可知，三个滑轮都是定滑轮，在不考虑摩擦和动滑轮重力，，要使重物G1保持平衡，F=G1=500N；
G2受到的拉力：2F=2×500N＜G2=1200N，则重物G1、G2都处于静止状态。
故选：A。
类型3:非理想状态下滑轮组的计算
如图所示，每个滑轮的重力相等，不计绳重和摩擦力，G1＝60N，G2＝38N，甲乙两种情况下绳子在相等拉力F作用下静止。则每个动滑轮的重力为（　　）。
A．3N B．6N C．11N D．22N
类型3:非理想状态下滑轮组的计算
【解析】由图知，承担物重的绳子股数分别为：n1＝3，n2＝2，滑轮的重力相等，设动滑轮的重力为G轮，不计绳重和摩擦力，则拉力分别为：
F1＝（1/3）（G1+G轮），F2＝（1/2）（G2+G轮），
由题知F1＝F2，所以（1/3）（G1+G轮）＝（1/2）（G2+G轮），
即：（1/3）（60N+G轮）＝（1/2）（38N+G轮），
解答动滑轮的重力：G轮＝6N。
故选B。
类型4:水平方向滑轮组的计算
用水平力F1拉动如图所示装置，使木板A在粗糙水平面上向右匀速运动，物块B在木板A上表面相对地面静止，连接B与竖直墙壁之间的水平绳的拉力大小为F2。不计滑轮重和绳重，滑轮轴光滑。则F1与F2的大小关系是（　　）。
A．F1＝F2 B．F2＜F1＜2F2 C．F1＝2F2 D．F1＞2F2
类型4:水平方向滑轮组的计算
【解析】由图知，
（1）动滑轮在水平方向上受到三个力的作用：水平向右的拉力F1，墙壁对它水平向左的拉力F墙，木板A对它水平向左的拉力F木板，
由于木板向右匀速运动，所以F1＝F墙+F木板，
由于同一根绳子各处的拉力相等，所以F木板＝（1/2）F1，
由于力的作用是相互的，所以动滑轮对木板A的拉力为F动＝F木板＝（1/2）F1﹣①；
类型4:水平方向滑轮组的计算
（2）物块B在水平方向上受到两个力的作用：绳子对它向左的拉力F2，木板A对它向右的摩擦力fA对B；由于物块B保持静止，所以F2＝fA对B；
木板A在水平方向上受到三个力的作用：动滑轮对木板向右的拉力F动，物体B对木板向左的摩擦力fB对A，地面对木板向左的摩擦力f地面，
由于木板向右匀速运动，所以F动＝fB对A+f地面﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
由于力的作用是相互的，所以fB对A＝fA对B＝F2﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
由②③可得F动＝F2+f地面，
即（1/2）F1＝F2+f地面，也就是F1＝2F2+2f地面，
所以F1＞2F2。故选：D。
类型5:滑轮组的绕绳
如图所示，在图中画出最省力的绕绳方法。
类型5:滑轮组的绕绳
【解析】图中只有一个动滑轮，要求最省力，则由3段绳子承担物重，是最省力的绕绳方法；绳子先系在动滑轮的固定挂钩上，绕过上面的定滑轮，再绕过动滑轮，如图所示：
类型6:斜面与轮轴
盘山公路的物理模型是______（选填“轮轴”或“斜面”），利用该装置可以______（填“省力”或“省距离”）
类型6:斜面与轮轴
【解析】在高度一定的情况下，盘山公路增加了路面的长度，盘山公路实际上是简单机械中的斜面，使用斜面可以省力。
故答案为：斜面；省力。
完成教材上的课后习题

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