【学习目标】
1、理解定滑轮、动滑轮特点、实质及其作用;
2、理解滑轮组的作用及滑轮组的装配图;
【要点梳理】
要点一、定滑轮和动滑轮
周边有槽,中心有一转动轴的轮子叫滑轮,因为滑轮可以连续旋转,因此可看作是能够连续旋转的杠杆,仍可以用杠杆的平衡条件来分析。
在工作过程中,轴的位置固定不动的滑轮叫做定滑轮;在工作过程中,轴的位置随物体移动的滑轮叫做动滑轮。 要点诠释:
1、定滑轮:如下图甲所示,我们可把一条直径看成杠杆,圆心就是杠杆的支点,因此,定滑轮实质是等臂杠杆。
定滑轮的特点是它的转轴(支点)不随货物上下移动。
2、动滑轮,如下图乙所示,特点是它的转动轴会随物体上下移动,它实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆,它的转动轴是阻力作用点。
3、定滑轮和动滑轮的作用
使用定滑轮虽然不能省力,但可以改变用力方向,给工作带来方便。 使用动滑轮可以省力,但要多移动距离。
要点二、滑轮组
把定滑轮和动滑轮组合在一起,构成滑轮组。
1
要点诠释:
1、特点:既可省力,又可以改变用力方向。但费距离。 2、结论:
在使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着动滑轮,提起物体所用的力就是总重的几分之一。
Snh v自nv物
如果考虑动滑轮的重力,则有FG物G动n。
其中:n表示承担物体的绳子的段数 s表示绳子自由端移动的距离 h表示物体移动的距离
v自表示绳子自由端移动的速度 v物表示物体移动的速度
在使用滑轮组时,绳子固定在动滑轮上要更省力。
在使用滑轮组时,绳子固定在:定滑轮上,n为偶数;动滑轮上,n为奇数。
要点三、根据要求设计滑轮组
1、根据要求确定动滑轮上绳的段数。
2、根据绳的段数,确定动滑轮的个数:一个动滑轮可拉2段绳,还能改变用力方向;但也可以拉三段绳,但就不能改变用力方向了。 设想如果需要n段绳(n为偶数),那么就需要n/2个动滑轮和n/2个定滑轮穿绳组装时,绳的固定端要固定在定滑轮下的挂钩上(这叫做“偶定”),若不改变力的方向,还可少用一个定滑轮,即个定滑轮。
n12 2
如果n为奇数,则需要
n1个动滑轮和同样数目的定滑轮,穿绳时,绳的固定端要拴在动滑轮上2方的挂钩上(这叫做“奇动”),这不能改变用力方向,如果还想改变用力方向,就应再加一个定滑轮,即
n1个定滑轮。 2 上述方法叫“奇动偶定” ,如下图所示。
【典型例题】
类型一、定滑轮和动滑轮
1、(2016春•南京校级期末)如图所示,B装置是______滑轮(选填“定”或“动”)。若物体A所受重力为100牛,当分别用不同方向的力匀速提起物体A时,拉力F1______F2(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
【思路点拨】(1)使用时滑轮的轴固定不动的是定滑轮,滑轮和物体一起移动的滑轮是动滑轮。定滑轮实质上是一等臂杠杆,只改变力的方向,而不省力,(2)使用定滑轮时不省力,不考虑动滑轮重和摩擦,F=G物。
【答案】定;等于 【解析】(1)提升物体A时,滑轮的轴固定不动,是定滑轮;(2)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,故定滑轮拉同一物体A,沿不同方向用的拉力大小相等,所以F1=F2,故答案为:定;等于。
【总结升华】本题主要考查定滑轮工作特点,是一道基础题。
举一反三:
【变式】如图所示,物体A和B所受重力都为200N,滑轮重力和摩擦不计,当用力分别匀速提升物体A和B时,FA为_____N,FB为______N。
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【答案】100 200
2、(2014•桂林中考)小明利用如图所示的简单机械移动物体A时.当沿不同方向分别用F1、F2、F3的力,以不同速度匀速拉动物体时,忽略绳子与滑轮的摩擦,下列说法中正确的是( )
A.F1=F2<F3 B.F1<F2<F3 C.F1>F2>F3 D.F1=F2=F3 【答案】D
【解析】由图可知,图中滑轮是定滑轮,定滑轮不能省力,因为物体A匀速运动,所以F1、F2、F3都与物体A受到地面的摩擦力相等,所以三种拉法所用拉力一样大,故ABC错误;故D正确。故选D。 【总结升华】本题考查了定滑轮及工作特点,属于基本内容,比较简单。知道定滑轮和动滑轮的定义及其特点是关键。
举一反三:
【变式】如图所示,若在不计摩擦的情况下把物体匀速向上提起,则拉力F1与F2相比较( )
A.F1较小 B.F2较小 C.F1与F2一样大 D.无法确定 【答案】A
【解析】如图所示:F1的力臂L大于F2的力臂L′,由于提起的重物一定,根据杠杆平衡的条件,阻力和阻力臂的乘积一定,动力臂越长,动力越小。故F1较小。
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3、如图所示,摩擦不计,滑轮重2N,物重10N.在拉力F的作用下,物体以0.4m/s的速度匀速上升,则( )
A.F=5N,F向上的速度是0.2m/s B.F=7N,F向上的速度是0.2m/s C.F=6N,F向上的速度是0.8m/s D.F=22N,F向上的速度是0.2m/s
【思路点拨】要解答本题需掌握:动滑轮的工作特点,以及动滑轮的特殊使用方法。 【答案】D
【解析】本题是动滑轮的特殊使用方式,考虑滑轮的重力,即力F等于物重的2倍再加上滑轮的重力,
F=2×G物+G滑轮=2×10N+2N=22N;
力F移动的距离是物体移动距离的二分之一,故力F移动的速度是物体上升的速度的二分之一,即F上升的速度是0.4m/s÷2=0.2m/s
【总结升华】本题主要考查学生对动滑轮的特殊使用方法的了解和掌握。
类型二、滑轮组
4、(2014•大连模拟)在水平地面上放置一个重360N的物体A,用如图的滑轮组匀速拉动物体,拉力F为40N,不计绳与滑轮的重和摩擦,则物体与地面的摩擦力是 N,若A在2s内匀速移动1m,则绳子自由端通过的距离是 m。
【答案】120;3
【解析】根据图示可知,n=3;(1)因为不计绳与滑轮的重和摩擦,并且物体做匀速直线运动,因此根据二力平衡条件可得:F=f;则物体与地面的摩擦力:f=3F=3×40N=120N。(2)绳子自由端通过的距离:s=3×1m=3m。
【总结升华】本题考查了滑轮组中拉力的计算以及二力平衡条件的应用,在滑轮组中,拉物体的力由几根绳子承担,则绳子自己端的力为拉物体的力的几分之一。
举一反三:
【变式】利用如图所示装置匀速提起重150N的物体,若不计滑轮重及摩擦力时,拉力F是多大?
【答案与解析】F=G/n=150N/3=50N ,拉力是50N。
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5、已知每个动滑轮重100N,物重G=1200N,绳子能承受的最大拉力为300N,在图中画出了滑轮组的绕线方法。根据你的判断,只能使用_____绕线方式。(不计摩擦)
【答案与解析】由上图可以看出,绳子承担的物重包括两部分,即物重1200N和两个动滑轮重2×100N=200N,由于绳子能承受的最大拉力为300N,那么至少需要n=(G+G动)/F=(1200N+200N)/300N≈5根绳子。由此可以确定只能用乙种绕线方式。
【总结升华】同一个滑轮组,绳子的绕法不同,省力的情况也不同,绳端固定在动滑轮上比固定在定滑轮上更省力。 举一反三:
【变式】为了用滑轮组把陷入泥中的汽车拉出来,试在图中画出滑轮组最省力的绕线方法。
【答案】n=3,如图:
类型三、综合应用
6、如图所示,物体C重100N,在不计摩擦和绳重的情况下,要匀速提起重物时,需加力F为28N,若滑轮的规格都相同,则每个滑轮的重为多少牛?
【思路点拨】(1)在不计摩擦和绳重的情况下,使用动滑轮时,因为动滑轮有两段绳子在拉重物,所以用的拉力就是动滑轮和重物重力的二分之一;
(2)按图示滑轮组,我们可以由上向下逐个分析滑轮,按照动滑轮和定滑轮的特点,找出拉力F和动滑轮与重物的种类之间的关系,然后求解。 【答案与解析】
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【总结升华】课本中对滑轮只讲了动滑轮和定滑轮两种,但在实际出现的题目中,不时有如本题这种情况的滑轮,如果单从动滑轮或定滑轮的角度来解题,很多同学都会觉得困惑,这就要求学生可以通过对每一个滑轮单独进行受力分析,利用我物体平衡时合力为零的特点列出各力之间的关系,然后解答。 举一反三:
【变式】如图所示,用滑轮组匀速提升重物,若绳子自由端的拉力为F,不计滑轮重、绳重和轴摩擦,求物体的重力是多少?
【答案】8F 6F 7F 8F
7、家用的手摇晾衣架如图所示,它实际是由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组.假设衣服和晾衣架的总重为100N,则静止时绳子自由端的拉力为(不计动滑轮重及摩擦)( )
A.100N B.50N C.25N D.20N 【答案】C
【解析】由图可知,承担物重的绳子股数n=4, ∵不计动滑轮重及摩擦, ∴拉力F11G物100N25N 44【总结升华】本题的关键有二:一是承担物重的绳子股数n的确定(直接从动滑轮上引出的绳子股
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数),二是不计摩擦和动滑轮重时,F
1G物。 n 8
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