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第十二章 简单机械
第 3 节 滑 轮
素养目标
1. 识别定滑轮和动滑轮，认识定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点，并能根据需要选择合适的滑轮解决实际问题。
4. 了解滑轮在生活生产中的应用，认识滑轮的使用对社会发展的作用，并具有利用简单机械改善工作条件的意识。
3. 会安装滑轮组，并能根据安装情况研究施加的拉力大小和物重的关系。
2. 经历分析定滑轮、动滑轮、滑轮组工作特点的过程，进一步掌握运用观察、对比研究问题的方法。
创设情景，引入新课
1. 有时我们会看到工人站在地面上，利用滑轮将重物提升到楼上。这样使用滑轮有什么好处？会省力吗？
2. 请同学们欣赏一幅漫画
请您帮忙抓住，我到楼上接袋子。
好的
不行了!
啊？你怎么上来了？
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？
在生活和生产中，我们还看到过哪一些类似的现象？大家举例说明。
定滑轮和动滑轮
1. 滑轮
（1）滑轮：它的主要部分是一个能绕轴自由转动、周边有槽的轮子。
槽
轮
轴
（2）滑轮的分类
想一想：下面两个滑轮在使用上有什么不同呢
国旗上升时，旗杆顶部有一个滑轮，它的轴固定不动，这种滑轮叫作定滑轮。
它的轴可以随被吊物体一起运动，当电动机转动并收绳子时，物体和滑轮就被提起，这种滑轮叫作动滑轮。
①定滑轮：使用时，轴固定不动的滑轮，叫作定滑轮。
②动滑轮：使用时，轴随物体一起运动的滑轮叫作动滑轮。
2. 定滑轮
（1）实验：探究定滑轮的特点
提出问题
（1）使用定滑轮是否省力（或更费力）？
（2）使用定滑轮
是否省距离（或
费距离）？
（3）什么情况下
使用定滑轮
设计实验
分别使同一物体在不使用定滑轮、使用定滑轮时匀速运动，记录实验时弹簧测力计拉力的大小和方向，以及弹簧测力计和钩码移动的距离。然后由数据分析得出结论。
进行实验
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
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。
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定滑轮可以改变拉力的方向。
③拉力（绳末端）移动距离与钩码上升的高度相等：
s绳=h物
实验结论
使用定滑轮不省力；不省距离，可以改变力的方向。
物体运
动方向
拉力方向
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）。
（2）从杠杆的角度研究定滑轮的特点
F1=F2
如右图所示，可以得到：
F1l1=F2l2
l1=l2=r
分析：定滑轮相当于如图所示的无数个可绕支点O转动的杠杆AB组成。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，它实质上是一个能够连续转动的等臂杠杆，所以，F1=F2，即使用定滑
轮不省力。
（3）用平衡力的知识研究定滑轮的特点
分析：如图所示，在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F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，大小相等，即F=G，即使用定滑轮
不省力。
物体向上运动，用力的方向是向下，所以，使用定滑轮能改变力的方向。
结论：
使用定滑轮 力，但 改变力的方向。
不省
可以
演示实验——《探究定滑轮的特点》
3. 动滑轮
（1）实验：探究动滑轮的特点
提出问题
（1）使用动滑轮是否省力（或更费力）？
（2）使用动滑轮是否省距离（或费距离）？
（3）什么情况下使用动滑轮
设计实验
分别使同一物体在不使用滑轮、使用动滑轮时匀速运动，记录实验时弹簧测力计拉力的大小和方向，以及弹簧测力计和钩码移动的距离。然后由数据分析得出结论。
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。
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。
S
h
分析论证
①拉力与重力的关系： ，
F＜G
F=G/2
即使用动滑轮 力。若不计动滑轮的重力及摩擦力时，则拉力：
。
省
③拉力（绳末端）移动距离与钩码上升高度的关系：
。
②动滑轮 改变拉力的方向。
不能
s绳=2h物
实验结论
拉力（绳末端）移动的距离s是物体
s拉=2h物
上升高度h的2倍：
使用动滑轮时 省力， 但
改变力的方向，而且 距离。
可以
不能
费
（2）从杠杆的角度研究动滑轮的 特点
F1l1=F2l2
F1= 1/2 F2
l1=2l2
分析：动滑轮相当于由图所示的 个可绕支点O转动的杠杆组成，定滑轮O点为杠杆
，动力臂l1为动滑轮的
，阻力臂l2为动滑轮的
，它实质上可以看成是能够连续转动的动力臂是阻力
臂 倍的杠杆。所以在 摩擦和动滑轮重时，动力是阻力的
。
无数
支点
直径
半径
2
一半
不计
（3）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。则：
2F＝G，
F=1/2G
F
F
同一根绳上的两个拉力相等
G动
G
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），
拉力 F=1/2（G+G动）
演示实验——《探究动滑轮的特点》
4. 定滑轮和动滑轮的区别
滑轮轴
固定不动
等臂杠杆
不省力，能改
变力的方向
滑轮和重物
一起移动
动力臂是阻力臂
二倍的杠杆
能省力，不能
改变力的方向
滑 轮 组
1. 滑轮组
（1）滑轮组
把定滑轮和动滑轮组合在一起，就构成了滑轮组。
我们知道，定滑轮可以改变力的方向，但不能够省力。动滑轮可以省力，但不能改变力的方向。
想一想：
能否得到这样一种机械：它既可以省力，又能够改变力的方向呢？
滑轮组能否既省力，又能改变力的方向？
想一想：由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组，有几种组合？
（2）两种简单的滑轮组
F
F
想一想：如下页的图甲、乙所示的两个滑轮组，这两个滑轮组有什么不同？
①绳端的固定点不同：
②拉力的方向不同：
甲固定在定滑轮的轴上，乙固定在动滑轮的轴上。
甲通过定滑轮向下，乙通过动滑轮向上。
2. 滑轮组的特点
用如左图甲、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？
想一想：
（1）理论分析甲滑轮组的特点：
①用力情况：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：
（忽略动滑轮的自重与摩擦）。
①
②
②距离情况：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 。
G
结论
拉力 ；拉力移动的距离为 ，使用该滑轮组省力 距离。
F=1/2G
s=2h
F=1/2G
s=2h
费
（2）理论分析乙滑轮组的特点
①
②
③
G
①用力情况：动滑轮上有三段绳子，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：
（忽略动滑轮的自重与摩擦）
②距离情况：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 。
结论
拉力 ；拉力移动的距离为 ，使用该滑轮组省力
距离。
F=1/3G
s=3h
F=1/3G
s=3h
费
（3）两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组
利用两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组时，绕绳子时固定绳子一端的方法
有哪一些？有哪几种组装这
个滑轮组的方法？在绳子的
末端所用拉力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？
想一想：
①有两种组合：如甲、乙所示。
图甲、乙是利用两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组，它们有什么不同？
绳端的起点（固定点）不同：甲固定在定滑轮的钩上；乙固定在动滑轮的钩上。
拉力的方向不同：甲中拉力的方向向下，乙中拉力的方向向上。
②分析两个滑轮组的特点（不计动滑轮重和摩擦）
G
图甲所示的滑轮组，承担物重的绳子段数为 ，所以拉力 ，而
那段从最上面的定滑轮绕下来的绳子只起到改变力的方向的作用，不承担物重。
4
F=1/4G
最后
由F=1/4G s=4h
4是动滑轮上绳子的段数
G
图乙所示的滑轮组，最后那段从下面的动滑轮绕上来的绳子也起到承担物重的作用，承担物重的绳子段数为5，所以拉力F=1/5G。
F=1/5G s=5h
5是动滑轮上绳子的段数
（4）确定承担物重绳子段数n的方法（“分离法”）
在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线，只考虑与动滑轮相连的绳子段数，图甲所示的滑轮组中，绳子段数为n =4，则F=1/4G，s=4h
图乙所示的滑轮组中，与动滑轮相连的绳子段数为n =
5，则F=1/5G，
s=5h
注意：n是连接动滑轮的绳子段数。
想一想：你还有什么方法可以确定承担物体重力的绳子的段数？
大家可以用“动奇定偶”的方法进行判断。即当最后一股绳子从动滑轮上通过时，承担物体重力的绳子为奇数股；当最
后一股绳子从定滑轮上通过时，承担物体重力的绳子为偶数股。
如左图所示。在甲图中，承担物体重力的绳子股数为偶数股，即为4；在乙图中，承担物体重力的绳子股数为奇数股，即为5.
3. 滑轮组的组装
（1）确定绕绳的有效段数
根据 F=1/nG 可得绳子的有效段数为n=G/F ，也可以根据 s=nh得n=s/h，计算后本着“只入不舍”的原则取整数值n，即绳子的有效段数。
例如，绳子承受的力最大100N，
利用滑轮组将重为500N的物体匀
速提高（绳、滑轮的自重及摩擦不计）
，则可以判断绳子的有效段数至少为
n=G/F
=500N/100N
=5
（2）绕绳方式的判断：“奇动偶定”
当承重的绳子段数n为偶数时，绳的起始端系在定滑轮的挂钩上；当n为奇数时，绳的起始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
（3）动滑轮个数的确定
当需要n段绳子承担物重时，需要动滑轮的个数N为：
①N=n 1/2（n为奇数时）；
②N=n/2（n为偶数时）
（4）定滑轮个数的确定
①施力方向与物体运动方向相同
a. n为偶数时，定滑轮比动滑轮少一个；
b. n为奇数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同。
② 施力方向与物体运动方向相反
a. n为偶数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同；
b. n为奇数时，定滑轮比动滑轮多一个。
n=5
n=5（奇数）
动滑轮的个数为 ：
N=n 1/2=2（个）
定滑轮的个数与动滑轮的相同，N=2
例：分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（　　）
A
轮轴和斜面
1. 轮轴
除了杠杆和滑轮，简单机械家族中还有轮轴、斜面等。
（1）轮轴
它们由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫作轮，小轮叫作轴。
（2）轮轴的特点
轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。如图，轮轴作为杠杆的支点在轴心O，轮半径R是动力臂，轴半径r是阻力臂。根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2 得 F1R=F2r，因为R>r 所以 F1即动力作用在轮上时，轮轴是一个
力杠杆，但 距离。
省
费
（3）一些轮轴
生活中的门把手、汽车方向盘、水龙头开关、自行车脚踏板和扳手等都是轮轴。
2. 斜面
（1）斜面：斜面是与水平面成一定角度的的平面。例如，盘山公路、楼梯等都是斜面。
（2）斜面的特点
如图所示：把重力为G的物体，沿着长为l、高为h的斜面，用大小为F的力拉上去的过程中：
根据功的原理，若不计斜面和物体间的摩擦力，则有：
则沿斜面向上的推力：
Fs =Gh，
F=Gh/s
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，所以斜面是一种省力的简单机械。因为斜面长l大于高h，所以使用斜面时要费距离。
你还能举出一些在生产生活中利用斜面的例子吗？
课堂总结（1）
课堂总结（2）
滑
轮
定滑轮
动滑轮
滑轮组
轮轴
斜面
定义：轴固定不动的滑轮，实质是等臂杠杆.
特点：不省力，但可以改变力的方向.
定义：轴随物体一起运动的滑轮.
实质：动力臂是阻力臂2倍的杠杆.
特点：省力，但不能改变力的方向.
定义：定滑轮和动滑轮组合在一起.
特点：既可以省力又可以改变力的方向.
省力：F＝（G动+G轮）/n. 费距离：s=nh
组成：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成.
特点：能省力：F1R=F2r
应用：自行车脚踏板、汽车方向盘、门把手等.
特点：能省力：Fl=Gh.
应用：盘山公路、螺丝钉的螺纹等.
课堂练习
1.在建筑工地上，工人师傅有时需要站在地面上通过滑轮组提升重物，请在图甲中画出绳子的绕法。工人师傅有时需要站在楼顶通过滑轮组提升重物，请在图乙中画出绳子的绕法。哪种情况下更省力？
2.一个物体的重力为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，
（不计摩擦、滑轮的自重和绳重），又要用多大的力？
3. 用如图所示的滑轮将重3 N的物体匀速提升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
4.工人用如图所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计。若某一次工人将重800N的建材匀速竖直向上提升了6m，所用的拉力为300N，求：
（1）动滑轮的重力；
（2）钢绳自由端移动的距离；
（3）当所运送建材的重为1100N时，工人作用在绳子上的拉力。
解：（1）由图可知，滑轮组承担重量的绳子股数n=3，滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计，由 F=1/3（G+G动）可得，动滑轮的重力：
G动＝3F-G＝3×300N-800N＝100N
（2）建材上升的高度为6m，则钢绳自由端移动的距离：
s＝3h＝3×6m＝18m
（3）滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计，当所运送建材的重为1100N时，工人作用在绳子上的拉力为：
F=1/3（G物+G动）
=1/3（1100N+100N）
=400N
下课
Thanks!
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