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第二节 滑轮
第九章 机械和功
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
学习目标
课时讲解
1
课时流程
2
滑轮的种类
定滑轮
动滑轮
滑轮组
知识点
知1－讲
感悟新知
1
滑轮的种类
1. 滑轮 用绳索或链条绕过具有转动轴的圆轮。
2. 滑轮的种类：
(1)定滑轮：如图1 甲，使用滑轮时，其轴固定不动的滑轮。
(2)动滑轮：如图1 乙，使用滑轮时，其轴随物体一起运动的滑轮。
知1－讲
感悟新知
3. 滑轮组 如图1 丙，定滑轮和动滑轮的组合装置。
知1－讲
感悟新知
方法点拨
化静为动判断滑轮种类：
为了确定滑轮的种类，需要假设滑轮正在被使用，然后根据其轴是否随物体一起运动，判断滑轮的种类。
感悟新知
知1－练
如图2，是手摇晾衣架的示意图。其中定滑轮是___________、动滑轮是_______。(均填对应的字母)
例 1
B、C、E、F
A、D
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知1－练
解题秘方：根据转动轴是否随物体一起运动来判断。
解析：在摇动手柄时，B、C、E、F 滑轮的轴固定不动，故B、C、E、F 是定滑轮，A、D 滑轮的轴随晾衣架一起运动，故A、D 是动滑轮。
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知1－练
1. 下列事例中，没有用到定滑轮的是( )
C
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知2－讲
知识点
定滑轮
2
1. 探究定滑轮工作时的特点
(1)实验装置及探究过程 如图3，图乙中两线之间的间距均为h。
感悟新知
知2－讲
① 如图甲所示，将一个钩码挂在弹簧测力计下，读出弹簧测力计示数(钩码的重力)。
② 如图乙所示，通过定滑轮匀速竖直向上拉同样的钩码，读出弹簧测力计的示数，记录钩码上拉力的作用点和绳子自由端拉力的作用点移动的方向和距离。
③ 改变钩码个数，重复①②步骤。
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知2－讲
(2)数据记录
实验 序号 提升钩码的拉力F′ 绳子自由端的拉力F 大小 方向 作用点移动距离 大小 方向 作用点移
动距离
1 1 N 竖直向上 h 1 N 竖直向下 h
2 2 N 竖直向上 2h 2 N 竖直向下 2h
3 3 N 竖直向上 1.5h 3 N 竖直向下 1.5h
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知2－讲
(3)实验结论 使用定滑轮不能省力，也不能省距离，但可以改变力的方向。
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知2－讲
2. 定滑轮的特点
工作情况 杠杆示意图 实质 特点
定滑轮 工作时轴心固定不动 是等臂杠杆，即L1=L2 不省力，也不省距离，可以改变力的方向
感悟新知
知2－讲
思路点拨
构建模型探究定滑轮工作的特点：
忽略定滑轮的材料、形状等因素，抓住定滑轮在动力、阻力的作用下，绕固定点O转动的特点，确定定滑轮实质是杠杆。
在确定杠杆的动力臂和阻力臂大小的基础上，结合杠杆的平衡条件，判断定滑轮所属的杠杆种类，从而确定定滑轮的工作特点。
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知识图解
定滑轮中，物体与绳子连接，使用时，物体上升的高度h与绳子末端通过的距离s相等，如图4所示。
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知2－练
[中考·天津] 高高的旗杆矗立在操场上。旗手缓缓向下拉绳子，旗子就会徐徐上升。这是因为旗杆顶部有一个滑轮，关于该滑轮的说法正确的是( )
A. 它是动滑轮 B. 利用它可以省力
C. 利用它可以省距离 D. 利用它可以改变力的方向
例2
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知2－练
解题秘方：根据定滑轮的定义及特点进行分析求解。
解析：旗杆顶部滑轮的轴固定不动，是一个定滑轮。升旗仪式上，旗手缓缓向下拉动绳子，旗子就会徐徐上升，这是因为用定滑轮可以改变力的方向。定滑轮不省力也不省距离。
答案： D
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2. [中考·云南] 如图所示，美丽乡村建设的工地上，工人使用一个______(填“定”或“动”)滑轮匀速提升重300 N的建筑材料(不计绳重和摩擦)，则人的拉力为______N。
定
300
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知3－讲
知识点
动滑轮
3
1. 探究动滑轮工作时的特点
(1)实验装置及探究过程：如图5，图乙中两线之间的间隔均为h。
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知3－讲
① 如图甲所示，将一个钩码挂在弹簧测力计下，读出弹簧测力计示数(钩码的重力)。
② 如图乙所示，通过动滑轮匀速竖直向上拉同样的钩码，读出弹簧测力计的示数，记录钩码上拉力的作用点和绳子自由端拉力的作用点移动的方向和距离。
③ 改变钩码个数，重复①②步骤。
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(2)数据记录
实验 序号 提升钩码的拉力F′ 绳子自由端的拉力F 大小 方向 作用点移动距离 大小 方向 作用点移
动距离
1 1 N 竖直向上 h 0.6 N 竖直向上 2h
2 2 N 竖直向上 2h 1.1 N 竖直向上 4h
3 3 N 竖直向上 1.5h 1.6N 竖直向上 3h
感悟新知
知3－讲
(3)实验结论
① 不计滑轮重、绳重及摩擦的情况下，使用动滑轮时的拉力F，等于直接提升物体的拉力F′的一半，即F=F ′。
② 使用动滑轮费距离。
③ 使用动滑轮不能改变力的方向。
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2. 动滑轮的特点
工作情况 杠杆示意图 实质 特点
动滑轮 工作时轴心随物体一起移动 是省力杠杆，动力臂是阻力臂的2 倍，即L1=2L2 可以省一半的力，但费一半的距离，不能改变力的方向
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知3－讲
知识图解
动滑轮中，物体与动滑轮轴心连接，使用时，物体上升的高度h与动滑轮上升高度相同，是绳子末端通过的距离s的一半，即s=2h，如图 6所示。
知识图解
动滑轮中，物体与动滑轮轴心连接，使用时，物体上升的高度h与动滑轮上升高度相同，是绳子末端通过的距离s的一半，即s=2h，如图 6所示。
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深度理解
受绳重以及摩擦等因素的影响，实际使用动滑轮的过程中，拉绳子的力要大于物体和动滑轮总重力的一半。
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易错提醒
利用动滑轮提升重物时，只有当拉力沿竖直方向时，动滑轮才是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆。如图7 所示，当分别沿F1、F2、F3 的方向拉绳子时，三力的力臂关系L1>L2>L3。
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知3－练
如图8 所示，利用轻质______(填“定”或“动”)滑轮A 匀速提升重物G。当重物匀速上升的速度为1 m/s时，拉力为10 N，不计绳重及摩擦，则重物所受的重力为 ______N，绳子自由端移动速度为______m/s。
例 1
动
20
2
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知3－练
解题秘方：根据动滑轮的定义及特点进行分析求解。
解析：由图可知，滑轮A 的轴随重物一起运动，故滑轮A是动滑轮；轻质滑轮重力不计，不计绳重及摩擦，根据F=G可知，G=2 F=2×10 N=20 N；绳子自由端移动的速度为重物移动速度的2 倍，当重物匀速上升的速度为1 m /s 时，绳子自由端移动的速度为2 m /s。
感悟新知
知3－练
3. 工人用轻质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
知识点
滑轮组
知4－讲
感悟新知
4
1. 特点 既可以省力，又可以改变力的方向。
知4－讲
感悟新知
2. 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9所示在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线，将两者隔离开，数出与动滑轮相连的绳子的段数就可以得到n 的大小。
(2)n 和动滑轮个数的关系：n 为动滑轮个数的2 倍或动滑轮个数的2 倍加1。
知4－讲
感悟新知
无论是定滑轮、动滑轮，还是滑轮组，只要是同一根绳子，不管绳子有多长，也不管绳子绕过多少滑轮，绳子上的力总是相等的。
知4－讲
感悟新知
思维拓展
如图10所示，用力F 拉着物体匀速向左运动，此时克服的阻力是物体受到的摩擦力f，则有F=(理想情况)、s拉力=3s物。
知4－讲
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3. 省力情况 使用滑轮组时，若与动滑轮相连的绳子段数为n：
(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= 。
知4－讲
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4. 费距离情况 使用滑轮组匀速提升重物时，若与动滑轮相连的绳子段数为n，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。
可见绳子自由端移动速度v和物体移动速度v物之间的关系：v=nv物。
知4－讲
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深度思考 滑轮组的绕线有什么规律？
深度理解
滑轮组的绕线规律：
当n为动滑轮个数的2 倍时，n为偶数，绳子起始端系在定滑轮的钩子上；当n为动滑轮个数的2倍加1 时，n为奇数，绳子起始端系在动滑轮的钩子上；概括为“奇动偶定”。
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知4－练
如图11 所示, 用四个滑轮组分别匀速提升重力均为G 的物体, 若不计滑轮重、绳重及摩擦,下列关系式正确的是( )
A. 3F1= G B. 3F2 = G C. F3 =2 G D. F4 =2 G
例4
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感悟新知
解题秘方：解决本题应掌握两个关键点：一是利用好不计滑轮重、绳重和摩擦时，拉力和物重的关系F=G；二是承担物重的绳子股数的确定(直接从动滑轮上引出的绳子股数)。
解析：不计滑轮重、绳重及摩擦，A 选项中的滑轮组，由2段绳子承担物体的重，所以拉力F1=G，即2 F1= G；
知4－练
感悟新知
B 选项中的滑轮组，由3 段绳子承担物体的重，所以拉力F2=G，即3F2= G；C 选项中的滑轮组，使用的是2 个定滑轮，所以拉力F3= G；D 选项中的滑轮组，由2 段绳子承担物体的重，所以拉力F4 =G，即2F4 = G。
答案：B
知4－练
感悟新知
4. 如图所示，重30 N 的物体A 在水平拉力F 的作用下，在水平桌面上做匀速直线运动，物体A所受的滑动摩擦力是物重的0.2，物体A 在2 s内前进了0.2 m，若不计滑轮重、绳重及滑轮摩擦，拉力F 为______N，绳子自由端移动的速度为______ m/s。
3
0.2
知4－练
感悟新知
易错点1 使用定滑轮时，拉力方向对拉力大小的影响
例5 [ 中考·自贡] 如图12 所示，用一根绳子绕过定滑轮，一端拴在钩码上，手执另一端，分别用力F1、F2、F3 匀速拉起钩码。忽略绳重、绳子与滑轮
的摩擦，下列说法正确的是( )
A. F1、F2、F3 的大小相等 B. F1 最大
C. F2 最大 D. F3 最大
知4－练
感悟新知
解析：定滑轮相当于以轴心为支点的杠杆。使用定滑轮时，阻力臂为滑轮的半径；当F1、F2、F3 的方向改变时，动力臂不变，均为滑轮的半径，由杠杆的平衡条件知，三个拉力大小相等，都等于钩码的重力。
答案：A
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诊误区：
定滑轮实质是一个以轴心为支点的等臂杠杆，拉力方向改变，拉力大小不变(不计摩擦和绳重)
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易错点2 使用动滑轮时，拉力的方向对拉力大小的影响
例6 如图13 所示，分别用力F1、F2、F3 匀速
提升同一重物。忽略绳重、绳子与滑轮
的摩擦，下列说法中正确的是( )
A. F1>F2>F3 B. F3>F2>F1
C. F1=F2=F3 D. F2>F1>F3
知4－练
感悟新知
解析：如图14 所示，动滑轮相当于以O 点为支点的杠杆，使用动滑轮匀速提升同一重物时，阻力臂为滑轮的半径；当沿F1、F2、F3 的方向拉绳子时，三力的力臂L1>L2>L3，由杠杆的平衡条件知F3>F 2>F1。
答案：B
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方法技巧
利用动滑轮提升重物，只有当拉力沿竖直方向时，动滑轮才是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆。若拉力方向改变，则拉力的大小也会发生改变。
课堂小结
滑轮
滑轮
定滑轮
改变力的方向
动滑轮
滑轮组
省力

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