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第十一章 简单机械和功
第二节 滑 轮
定滑轮和动滑轮
探究定滑轮和动滑轮工作时的特点
滑轮组
轮轴
我家住在四楼，装修时，长木料无法通过楼梯运上楼，用什么方法才能把木料运上楼呢？
你可以用滑轮试一试！
在完成类似提升重物的任务时，人们常常用到滑轮这种简单机械，滑轮的主要部分是能绕轴转动的轮子。
滑轮 周边有槽，能绕轴转动的轮子．
定滑轮
(1)定义：轴的位置固定不动的
滑轮，如图1 甲所示．
知识点
定滑轮和动滑轮
1
(2)实质：定滑轮可以看成一个支点在中心，动力臂和阻力臂都等于滑轮半径的等臂杠杆，如图乙所示．
(3)特点：不能省力，但能改变力的方向．
深度思考
使用定滑轮的过程中，人拉绳移动的距离和物体上升的高度之间有什么关系？
深度理解
使用定滑轮时，物体上升的高度h 和绳端移动的距离相等s( 如图3 所示).
动滑轮
(1)定义：轴的位置随被拉动的物体一起运动的滑轮，如图2 甲所示．
(2)实质：当拉力F 竖直向上时，
动滑轮可以看成一个支点在
一端，动力臂(等于滑轮直径)
是阻力臂(等于滑轮半径)两倍的杠杆，如图2 乙所示．
(3)特点：不能改变施力的方向, 最多可以省一半力.
深度思考
使用动滑轮时，人拉绳移动的距离和物体升高的高度之间有什么关系？
深度理解
使用动滑轮时，绳端移动的距离是物体上升的高度的两倍(如图4).
[上海模拟] 如图5 所示，用竖直向上的力F 匀速提
起重力为20 N 的物体，若不计摩擦、绳和滑轮的重力，则拉力F 的大小为( )
A.5 N B.10 N
C.20 N D.40 N
例1
B
解题秘方：用动滑轮提升重物时，不计摩擦、绳和滑轮重的情况下，拉力F= ；不计摩擦、绳重的情况下，拉力F= .
解析：若不计摩擦、绳和滑轮的重力，使用动滑轮时能省一半力，则拉力F= G物= ×20 N=10 N.
1．[ 锡山期中] 用如图6 所示的滑轮， 拉力沿不同方向将一重物提起(不计摩擦)，那么用的拉力大小是( )
A.F1 大
B.F2 大
C.F3 大
D. 一样大
D
1. 定滑轮工作时的特点
实验设计：用弹簧测力计直接测量钩码的重力G；
如图7 所示，组装定滑轮；匀速竖直向下拉动弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数F；改变钩码个数和弹簧测力计的施力方向进行多次实验.
知识点
探究定滑轮和动滑轮工作时的特点
2
论证思考
(1)根据什么实验现象，说明使用定滑轮不能省力？
(2)根据什么实验事实，说明使用定滑轮可以改变施力的方向？
论证结果每次实验时，弹簧测力计示数都等于钩码的重.
论证结果使用定滑轮时，人们用一个方向向下的拉力就能使重物上升.
实验结论：使用定滑轮不能省力，可以改变施力的方向.
2. 动滑轮工作时的特点
实验设计：用弹簧测力计直接测量钩码和动滑轮的总重G；如图8 所示，组装动滑轮；匀速竖直向上拉动弹簧测力计，且读出弹簧测力计的示数F.
改变动滑轮下端所挂钩码的数量，进行多次实验，将实验数据记录在表格中.
实验次数 钩码和滑轮总G/N 弹簧测力计示数F/N
1 1.2 0.6
2 2.2 1.1
3 3.2 1.6
论证思考
使用动滑轮时，弹簧测力计示数与钩码和动滑轮的总重之间是什么关系？
论证结果
使用动滑轮时，弹簧测力计示数小于钩码和动滑轮的总重；弹簧测力计示数约为钩码和滑轮总重的.
实验结论：使用动滑轮时，最多可以省力一半，但不能改变施力的方向.
[泰兴期中] 小明同学在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，实验装置如图9 所示.
例2
(1)在探究定滑轮特点时，按图甲操作，觉得读数不方便，于是把测力计倒过来，即测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，测力计的示数会 ______(填“大于”“等于”或“小于”)物体的重力，其原因是
______________ (不计绳重及摩擦).
小于
测力计有重力
解题秘方：对定滑轮而言，测力计倒过来使用时，弹簧测力计受到绳子向上的拉力，受到向下的重力和手向下的拉力. 使用动滑轮提升重物时，动滑轮自重、转轴之间的摩擦和细绳的自重，都会导致拉力增大.
解析：手向下的拉力等于绳子自由端的拉力与测力计的重力之差. 所以在匀速拉动时，根据二力平衡条件可知实验会造成测量值小于物体的重力.
(2)在探究动滑轮特点时，按图乙操作，记录数据如表，分析表中的数据发现，测力计的示数F 大于物重G 的一半，
实验次数 物重G/N 使用动滑轮时测力计的示数F/N
1 1.00 0.65
2 1.50 0.90
3 2.00 1.15
其原因是______________. 如果不更换动滑轮，为了使测出的拉力接近物重的一半，请提出一条合理的建议：___________________.
动滑轮有重力
提升重力更大的物体
解题秘方：对定滑轮而言，测力计倒过来使用时，弹簧测力计受到绳子向上的拉力，受到向下的重力和手向下的拉力. 使用动滑轮提升重物时，动滑轮自重、转轴之间的摩擦和细绳的自重，都会导致拉力增大.
解析：使用动滑轮提升重物时，动滑轮的重力是影响拉力的主要原因. 使用动滑轮提升物体时，对相同的动滑轮而言，提升动滑轮和细绳的自重额外施加的拉力不变，物体越重，施加的拉力就越接近于物重的一半.
2．探究定滑轮和动滑轮的特点：
(1)在探究使用定滑轮是否省力时，用如图甲所示装置匀速提升重物，需要测量的物理量是 ______和_____________________.
物重
拉力(弹簧测力计示数)
(2)小明在探究动滑轮特点时，用动滑轮匀速竖直提升重物，如图乙所示，由此可知，使用动滑轮__________.
可以省力
1. 组成：动滑轮和定滑轮组合而成的.
2. 特点：既可以省力，又可以改变施力的方向.
深度思考
滑轮组中，定滑轮和动滑轮的作用各是什么？
深度理解
定滑轮的作用是改变施力的方向；动滑轮的作用是省力.
知识点
滑轮组
3
3. 承担物重的绳子的段数n
(1)n 等于与动滑轮相连的绳子的段数，可以利用隔离法判断n 的数值：如图11 所示，在动滑轮和定滑轮正中间画一条虚线，将两者隔离开，数出与动滑轮相连的绳子的段数．
4. 省力情况 使用滑轮组时，物体和动滑轮由 n 段绳子吊着：
(1)不计摩擦、绳重和动滑轮重：提起物体所用的力就是物重的n 分之一，即F= ．
(2)不计摩擦和绳重：提起物体所用的力就是物重和动滑轮重的n 分之一，即F= ．
5. 费距离情况 使用滑轮组时，若动滑轮上有n 段绳子承担物重，则绳子自由端移动的距离s 就是物体上升高度h 的n倍，即s=nh．
深度思考
使用滑轮组提升物体时，施力的方向是否一定改变？
深度理解
图11 甲的滑轮组省力，改变施力的方向；图11 乙的滑轮组省力，不改变施力的方向. 即滑轮组可以改变施力的方向，也可以不改变施力的方向.
[中考·徐州] 如图12 所示，用两个滑轮组成滑轮组提升重物，请画出滑轮组最省力的绕法.
例 3
解：如图13 所示.
解题秘方：先判断由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组的n 的最大值；再根据n 的奇偶性确定绳子的起始端所系的位置，最后由内至外依次绕线.
解析：使用由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组提升重物，n 的最大值为3，n 为奇数, 由滑轮组绕线“奇动偶定”的规律可知，绳子起始端应系在动滑轮上．
3.[陕西模拟] 如图14，有三个滑轮，请在图中画出最省力且又能改变动力方向的绳子绕法.
解：如图所示．
1. 定义 由具有公共转轴的轮和轴组成的简单机械，如图15 甲所示(通常把大轮叫轮，小轮叫轴)．
知识点
轮轴
4
2. 实质 轮轴可以看成一个可连续转动的杠杆，支点在轮轴的轴线上，如图乙所示．
3. 公式 F1R=F2r 或 = .
轮半径是轴半径的几倍，则作用在
轮上的力就是作用在轴上的力的几
分之一．
4. 特点 当动力作用在轮上， 阻力作用在轴上时， 由于R > r，则F1F1，此时轮轴会费力，也可改变力的方向，但会省距离．
知识关联
(1) 杠杆、滑轮、轮轴和后面学习的斜面都属于简单机械. 滑轮和轮轴可以看成是变形的杠杆，但斜面不能看成杠杆.
(2) 省力的简单机械都要费距离；省距离的简单机械一定费力. 使用简单机械时，省力和省距离不可能两全其美.
[ 苏州模拟] 古代城堡的建设中使用了如图16 所示的吊车，工人用脚踩动巨轮可以轻松地提起沉重的石材，同时也改变了____________，这种吊车实质上是_______ 与_______ 的组合．
例4
施力的方向
定滑轮
轮轴
解析：提升重物时，巨轮的轴是固定不动的，所以此吊车实质上是定滑轮与轮轴的组合；工人施加的动力作用在轮上，阻力作用在轴上，用脚向下踩动巨轮，重物会上升，这时既省了力，也改变了施力的方向．
4. 小明通过仔细观察，发现简单机械在生活中有很多应用， 如指甲剪、剪刀、钥匙等. 将如图17 所示的钥匙插入锁孔转动开锁时，钥匙相当于一个 ______，属于______ ( 填“ 省力”或“费力”)机械.
轮轴
省力
滑轮
定滑轮
省力
改变力的方向
动滑轮
滑轮组

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