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第2节 滑轮
第11章 机械与功
教科·八年级物理下册
预习检测
1. 常见的滑轮分为________和________。滑轮的轴固定不动的叫作________，滑轮的位置随被拉动物体一起改变的叫作________。
2. 定滑轮可以改变__________，不会改变__________。
3. 用动滑轮提起重物，如果忽略滑轮的自重、绳重及摩擦，可以省______的力，但是不能改变__________，且要多移动___________。
定滑轮
动滑轮
定滑轮
动滑轮
拉力的大小
力的方向
一半
力的方向
一倍的距离
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
问题导入
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？
港口的起重机一次就能把几吨重的货物吊起，你知道起重机是怎样把它们拉上去的吗？
探究新知
知识点1 定滑轮
1. 滑轮：一个周边有槽，并可以绕轴转动的轮子，是一种常用的简单机械。
吊车上的轮子就是滑轮
2. 定滑轮：
使用时，滑轮的轴固定不动。
改变动力的作用方向，使操作更方便
思考：使用定滑轮可以省力吗？
请你运用杠杆的平衡条件进行分析，说明使用定滑轮不省力的道理。
不省力
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
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——等臂杠杆
使用定滑轮
在右图中，小明用力将物体提到高处。
和同学讨论，你们都在哪些场合见过小明使用的这种滑轮，它能带来哪些方便？
虽说不能省力，但可以把上提改为下拉
如升旗时旗杆顶端滑轮是定滑轮
1. 动滑轮：
滑轮的位置随被拉物体一起改变
知识点2 动滑轮
根据力的平衡条件，重物所受重力G的大小与来自两段绳子的拉力F1、F2的合力相等。
思考：动滑轮有什么特点？
1. 动滑轮两端绳子的拉力是否相等？
2. 使用动滑轮提重物有什么优越性？
【提出问题】
2. 使用动滑轮
动滑轮、钩码若干、弹簧测力计2个、细绳、铁架台、刻度尺
【实验材料】
1. 按图组装实验装置。
【设计实验】
2. 在动滑轮下方悬挂所受重力为G的钩码，读出弹簧测力计实数F1和F2，看看是否相等。用F2竖直向上匀速拉弹簧测力计，分别测出钩码升高的高度H1和手拉弹簧测力计将动滑轮上绳子的自由端提起的高度H2。
3. 将测量的物理量填入下表并完善下列表格。改变钩码个数，重复上述实验过程。
【设计实验】
次数 直接测量的物理量 计算物理量 GH1 F2H2
1
2
3
G/N
F1/N
F2/N
H1/m
H2/m
获得多组数据，使结论更具有普遍性
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【实验结论】
通过实验，可以得到以下关系：
F1_____F2，G=_____；H1_____H2。
相对于定滑轮，用动滑轮提起重物，如果忽略滑轮的自重、绳重及摩擦，可以省一半的力，但要多移动一倍的距离。
=
F1+F2
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。
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——省力杠杆
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。
10
0.6
拉力F=____N
物体移动的速度v物=____m/s
图中滑轮为动滑轮，忽略绳重、滑轮重和绳与滑轮间的摩擦，F=___ f
绳子自由端移动的速度v绳=____v物
绳子自由端移动的距离s绳=____s物
5
0.1
2
2
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
有没有什么办法能将定滑轮和动滑轮的优点结合起来呢？
为了既能省力又能改变动力的方向，可以把定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。
滑轮组可以由多个定滑轮和多个动滑轮组成。
知识点3 滑轮组
滑轮的组合
如图分别是两种形式的滑轮的组合。
分析：这样的组合各有什么特点？
【实验步骤】
a. 如图甲，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. 分别按照图乙、丙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
甲
乙
丙
滑轮组的特点
实验序号 实验操作 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
甲 用弹簧测力计直接提升物体
乙 用弹簧测力计通过第一种滑轮组合提升物体
丙 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
【分析讨论】
1. 分析乙、丙两次实验中拉力的大小与方向，并与乙、丙两次实验进行比较，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？
乙
丙
用滑轮组提升重物时，吊着动滑轮的每段绳子都要承担物重。
如果忽略动滑轮的自重、绳重及摩擦，动滑轮上有几段绳子承担物重，提起物体的力就是物重的几分之一。
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
2. 比较乙、丙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？
使用滑轮组提升钩码时，动滑轮被几股绳子吊起，绳子自由端通过的距离 s 是物体上升高度 h 的几倍。
乙
丙
s=nh
【分析讨论】
【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”。
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
解析：重物的重力G=mg=40kg×10N/kg=400N，承担物重的绳子段数n=3。不计绳重和摩擦：
作用在绳子自由端的拉力
重物上升的速度
绳子自由端移动的距离s=nh=3×2m=6m，C正确。
绳子自由端移动的速度
所以在滑轮组中，绳子自由端移动的速度 v绳 是物体移动速度 v物 的 n 倍，即 v绳 = nv物 。
1. 竖直方向滑轮组的计算
滑轮组的计算中等量关系的归纳
2. 水平方向滑轮组的计算
滑轮组的计算中等量关系的归纳
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
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
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。
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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
设计一个升降装置
将重物从楼下搬到楼上是很辛苦的。有一位同学学习了滑轮的知识后，利用滑轮设计了一个升降装置，并在家长的帮助下把它安装在家里的阳台上，通过它把物体吊上楼来。如果让你来设计，你能画出这个升降装置的示意图吗？请试试看。
动滑轮上承担物重的绳子越多，人需要作用在绳端的拉力越小，因此将绳子的一端线连在动滑轮上，依次绕过上面的定滑轮和下面的动滑轮。如图所示。
自我评价
1. 如图所示，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，请尝试判断F1、F2、F3的大小关系，并说明理由。
解：F1 = F2 = F3 。
使用定滑轮不省力，不管沿哪个方向拉，力的大小都等于左侧钩码的重力，即3个力一样大。
2. 如图所示，用竖直向上的拉力F匀速提起物体 A。已知物体 A 和滑轮的总重 G总 为 50 N，且摩擦不计，求拉力 F 的大小。
A
解：不计摩擦，
拉力
3. 如图所示，用滑轮组将 120 kg 的物体匀速提起 1 m，动滑轮重为 300 N，不计绳重和摩擦，求：
（1）物体所受的重力；
（2）作用在绳自由端的拉力大小；
（3）绳自由端移动的距离。
解：（1）物体所受的重力
G = mg = 120 kg×9.8 N/kg = 1176 N
（3）绳自由端移动的距离 s = nh = 3×1 m = 3 m
（2）由图可知，动滑轮上承担物重的绳子共有 3 段，即 n = 3，不计绳重和摩擦，则作用在绳自由端的拉力
课堂小结
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
竖直方向滑轮组 水平方向滑轮组
力的计算
距离计算
速度计算
1.滑轮组的规律
2.滑轮组的绕绳
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。
s绳=ns物
v绳=nv物
s绳=nh
v绳=nv物
课堂小结
滑轮组

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