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第二節(jié) 滑輪
復(fù)習(xí)導(dǎo)入
什么是杠桿？杠桿的五要素是什么？
在力的作用下繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒叫杠桿。
杠桿的五要素：支點(diǎn)O、動(dòng)力F1、阻力F2、動(dòng)力臂l1、阻力臂l2。
什么是杠桿的平衡？杠桿的平衡條件是什么？
杠桿在動(dòng)力和阻力的作用下靜止時(shí)，就說(shuō)杠桿平衡了，杠桿平衡的條件是動(dòng)力×動(dòng)力臂＝阻力×阻力臂。
新課探究
觀察與思考
用繩索或鏈條繞過(guò)具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸的光滑圓輪，這個(gè)裝置叫作滑輪。
一、滑輪及其分類
定滑輪
使用時(shí)，軸固定不動(dòng)的滑輪叫作定滑輪。如圖所示。
軸固定在旗桿上
動(dòng)滑輪
使用時(shí)，軸跟物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪叫作動(dòng)滑輪。如圖所示。
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二、探究定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)探究
（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出鉤碼所受的重力，將示數(shù)記錄在實(shí)驗(yàn)表格中；
（2）分別安裝定滑輪和動(dòng)滑輪，掛上鉤碼，如圖乙和丙；
實(shí)驗(yàn)步驟：
（3）勻速豎直拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，使鉤碼勻速上升，將拉力方向和彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)記錄在實(shí)驗(yàn)表格中；
（4）用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度和彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離并記錄在實(shí)驗(yàn)表格中。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
鉤碼重G/N 鉤碼上升的高度h/m 拉力F/N 彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s/m 拉力方向
定滑輪 2 0.1 2 0.1 向下
動(dòng)滑輪 2 0.1 1.1 0.2 向上
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用定滑輪不省力，不省距離；但可以改變力的方向；使用動(dòng)滑輪可以省力；但費(fèi)距離，且不改變力的方向。
你能參照下圖，根據(jù)杠桿的平衡條件，說(shuō)明定滑輪和動(dòng)滑輪的上述結(jié)論中的特點(diǎn)嗎？
定滑輪
動(dòng)滑輪
定滑輪的本質(zhì)
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使用定滑輪時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)等臂杠桿，定滑輪的軸是杠桿的支點(diǎn)，動(dòng)力臂和阻力臂都等于定滑輪的半徑。
G
F
G
F
O
G
F
G
F
O
拉力 F 與物重 G 的關(guān)系是：________
F = G
當(dāng)繩子沿著傾斜方向通過(guò)定滑輪拉重物時(shí)，還是一個(gè)等臂杠桿嗎？請(qǐng)畫(huà)出兩個(gè)力臂。
G
F
定滑輪的本質(zhì)
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使用動(dòng)滑輪時(shí)，同樣可找出跟它相當(dāng)?shù)母軛U。如圖所示，點(diǎn) O 為杠桿的支點(diǎn)，滑輪的軸 A 為阻力的作用點(diǎn)。提升重物時(shí)，如果兩邊繩子平行，動(dòng)力臂為阻力臂的兩倍。
O
A
F
O
A
F
拉力 F 與物重 G 的關(guān)系是：________
F = G
1
2
定滑輪和動(dòng)滑輪的比較
定滑輪可以改變力的方向，但不能省力。
動(dòng)滑輪可以省力，但不能改變力的方向。
能否得到這樣一種機(jī)械，它既可以省力，又可以改變力的方向呢？
三、滑輪組及滑輪組的工作特點(diǎn)
定滑輪與動(dòng)滑輪的組合叫滑輪組。
結(jié)論：使用滑輪組既可以省力； 又可以改變力的方向。
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滑輪和滑輪組在起重機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，下圖就是實(shí)際應(yīng)用中的滑輪。
實(shí)驗(yàn)探究
分別按照?qǐng)D甲、乙所示方式組裝滑輪組，沿豎直方向勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，測(cè)出鉤碼受到的重力、鉤碼上升的高度、繩子自由端移動(dòng)的距離，并記錄在實(shí)驗(yàn)表格中。
實(shí)驗(yàn)步驟：
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
圖甲方式 圖乙方式
鉤碼受到的重力/N 2 2
鉤碼上升的高度/m 0.1 0.1
拉力的方向 豎直向下 豎直向上
彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)/N 1 0.67
繩子自由端移動(dòng)的距離/m 0.2 0.3
實(shí)驗(yàn)表明：使用滑輪組吊重物時(shí)，若動(dòng)滑輪重、繩子自重和摩擦不計(jì)，動(dòng)滑輪被幾股繩子吊起，所用的力就是物重的幾分之一。
利用兩個(gè)定滑輪和兩個(gè)動(dòng)滑輪，可以怎樣繞繩子呢？
F
F
討論：這兩種繞線方法有什么不同？
你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？
F
F
結(jié)論：
F 拉力
n 承擔(dān)物重的繩子段數(shù)
G 物重
G動(dòng) 動(dòng)滑輪重
S 自由端移動(dòng)的距離
h 物體上升的高度
例題：使用如圖所示的滑輪組提升重300N的水桶，至少要用多大的力？當(dāng)水桶被提升0.1m時(shí)，拉力的作用點(diǎn)移動(dòng)了多少？
解：滑輪組由兩個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成，動(dòng)滑輪和水桶由三段繩子吊著。在不計(jì)動(dòng)滑輪重和摩擦的情況下，每段繩子承擔(dān)著水桶重力的1/3，所以用100N的拉力就能提升水桶。拉力作用點(diǎn)移動(dòng)的距離是水桶移動(dòng)距離的3倍，即0.3m。
答：至少要用100N的力。拉力的作用點(diǎn)移動(dòng)了0.3m。
課堂小結(jié)
1.工作時(shí)，軸不隨物體移動(dòng)的滑輪叫定滑輪，定滑輪只能改變力的方向，不能省力；
2.工作時(shí)，軸隨著物體移動(dòng)的滑輪叫動(dòng)滑輪，動(dòng)滑輪可以省一半的力，但不能改變力的方向；
3.使用滑輪組既可以省力；又可以改變力的方向。當(dāng)動(dòng)滑輪上的繩子段數(shù)為n，物體重力為G物，動(dòng)滑輪重G動(dòng)，自由端拉力為F，則有F=(G物+G動(dòng))/n（不計(jì)所有摩擦?xí)r），物體提升的高度為h，自由端通過(guò)的距離為s，則s=nh。
隨堂練習(xí)
1.如圖所示，動(dòng)滑輪重40N，工人至少要用多大的力才能把重500N的貨物勻速拉起？
解：工人用的力
解析：從題圖中看出有2段繩子連在動(dòng)滑輪上，因此拉力
2.如圖所示，貨物重1000N，動(dòng)滑輪重50N，至少要用多大的拉力才能提升重物？如果每段繩子只能承擔(dān)400N的拉力，滑輪組最多能提起多重的貨物？
解：至少用的拉力
因?yàn)? ，所以最多提起的貨物重力G′物=nF′-G輪=3×400N-50N=1150N。
3.如圖所示，如果用250N的力將重物吊起，應(yīng)該怎樣連接滑輪組？請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出繞繩的方法。(不計(jì)動(dòng)滑輪重及摩擦)
因?yàn)? ，4為偶數(shù)，繩子固定端應(yīng)固定在定滑輪上（奇動(dòng)偶定），然后順次纏繞。
4.如圖所示，動(dòng)滑輪重2N，所吊起的重物B重10N，物體A重80N。此時(shí)物體B恰好以0.1m/s的速度勻速下降，要使物體B以0.2m/s的速度勻速上升，至少要對(duì)A施加一個(gè)多大的向左的水平外力？
解：物體B恰好以0.1m/s的速度勻速下降時(shí)，物體A所受的向左的摩擦力
物體B恰好以0.2m/s的速度勻速上升時(shí)，物體A所受的摩擦力方向向右，大小為4N，此時(shí)，拉力大小為F=f+F繩=4N+4N=8N。

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