資源簡介

第四章4.1D 滑輪
[學習目標]
1． 知道定滑輪和動滑輪的特點及實質．會用杠桿平衡條件分析定滑輪和動滑輪的作用；
2． 理解力臂的概念，在實際杠桿中能根據力臂的定義正確畫出力臂。
[知識解讀]
1. 滑輪：周邊有槽可以繞軸轉動的圓輪叫做滑輪。滑輪實際上是一個可以連續轉動的杠桿。根據使用的方法不同，滑輪又分為定滑輪、動滑輪和滑輪組三種類型。
2. 定滑輪：使用時，軸固定不動的滑輪叫做定滑輪。定滑輪的實質是一個等臂杠桿，使用定滑輪只能改變力的方向，不能省力。圖1中，定滑輪的支點是轉軸O，動力臂是輪的半徑OB，阻力臂是輪的半徑OA。
3. 動滑輪：使用時，軸隨重物一起移動的滑輪叫做動滑輪。動滑輪實際上是一個動力臂是阻力臂2倍的杠桿，所以使用動滑輪可以省一半力，但不能改變施力的方向。圖2中動滑輪的支點是O（而不是A，動力臂是OB，阻力臂是OA。
[概念辨析]
1． 如何區別定滑輪和動滑輪？
從基本的判斷方法著手，假象一下當通過滑輪拉動繩子末端，物體移動了，如果滑輪的軸也移動的話，該滑輪必定是動滑輪，反之就是定滑輪。
2． 定滑輪的使用
使用定滑輪勻速拉動物體時，無論拉力的方向是否豎直，繩子上的拉力大小始終不變，等于物體的重力，見下圖，這是因為即使拉力方向改變，定滑輪仍舊是一個等臂杠桿。
3． 動滑輪的使用
使用動滑輪勻速拉動物體時，拉力的方向如果豎直，見圖2，拉力的大小是物體和動滑輪總重力的一半，但繩子末端拉力作用點要多移動一倍的距離。若拉力的方向不是豎直方向，見圖4，動滑輪的動力臂將小于阻力臂的2倍，因此拉力大于物體和動滑輪總重力的一半。
動滑輪使用時并不一定是省力的，當動力作用在輪緣上是省力的，但如果動力作用在滑輪的軸心上時，動滑輪就不省力了。如圖5，若不計動滑輪重及摩擦，拉力F的大小是物體重G的2倍，因而，對動滑輪的使用特點應理解為：作用在動滑輪輪緣上的力是作用在軸心上的力的1/2．
[經典例說]
【例1】 如圖所示，使用動滑輪提起重為100牛的物體時，拉力F=____牛（不計滑輪重和摩擦）。若滑輪的重力為10牛，則拉力F=____牛。若用斜向上的力拉繩子，所需拉力F____（選填“變大”、“變小”或“不變”）。
【思路點撥】當拉力豎直向上拉時，動滑輪省一半力，但省的是動滑輪和重物總重力的一半，當拉力方向傾斜時，拉力大于總重力的一半。做題時需要注意的是，有的情況不考慮動滑輪重力。
【解答】本題正確答案為：50；55；變大。
【例2】如圖所示，這是_____滑輪，利用此滑輪提升重力為100牛的物體A，
所用拉力F=____牛。
【思路點撥】本題考察判斷滑輪性質的能力。
【解答】本題正確答案為：定； 100。
【例3】如圖，物體A的質量為180克，彈簧秤的示數為1.5牛，水平面對物體A的支持力是多少？
【思路點撥】首先正確判定該滑輪為定滑輪，因此彈簧秤的1.5牛拉力通過了定滑輪后，拉物體A的力也是1.5牛；其次對物體A的進行受力分析，根據牛頓第一定律，物體A靜止時受到的重力、繩子的拉力和地面的支持力的合力為零。
【解】G=mg=0.18kg×9.8N/kg=1.764N
F＇=G－F
=1.764N－1.5N=0.264N
【點評】在研究機械的受力時，除了需要掌握機械的特點外，往往還需要根據牛頓第一定律進行受力分析。
【例4】如圖所示，物體A重10牛，滑輪重2牛，彈簧秤示數為20牛，則物體B的重力為（ ）
（A）30牛 （B）20牛
（C）12牛 （D）9牛
【思路點撥】這道題，若用滑輪的特點解，要費許多周章，我們可以以滑輪為研究對象，根據牛頓第一定律，當整個裝置靜止時，滑輪所受合力為零。從正解圖圖中可以看出滑輪一共受到4個力，要注意的是繞在滑輪上的一根繩子的力FA和FB大小相等,都等于FA。
豎直向上的力F=40N，豎直向下的力有三個，分別為G、FA和FB，因為總的合力為零，所以有F=G+ FA和FB，又因為F A=FB，得，即GB=FB=9N。
【解答】本題正確答案為：D 。
[跟蹤訓練]
一、填空題
1. 定滑輪實質上是一個______杠桿。使用定滑輪雖然不能____力，但可以改變__________。
2. 物體A的重力為100牛，利用圖裝置勻速提起物體A，裝置中使用的是_____滑輪(選填“動”或“定”)，拉力F的大小為________牛(不計滑輪重)。
3. 如圖所示，當彈簧秤A的示數為5牛時，彈簧秤B的示數為________牛，圖中的滑輪是________滑輪。
4. 如圖所示，物體A的質量為1千克，在拉力F作用下勻速向上運動，則物體A的重力為________牛。拉力F的大小為________牛。
5. 如圖所示，物體A和B所受重力都為200牛，滑輪重力為10牛。當用力分別勻速提起物體A和B時，力FA為________牛，力FB為________牛。
6. 在圖中，如果不計滑輪受的重力及滑輪與繩之間的摩擦，拉力F1、F2均為10牛，則甲圖中重物受到的重力G l =________牛，乙圖中重物受的重力G 2 =________牛。
7. 甲、乙兩同學分別勻速提起同一重物，如圖所示。若物重300牛，滑輪重力不計，則甲同學所用的拉力為________牛，乙同學所用的拉力為________牛。
8. 如圖所示，木塊在桌面上勻速滑動，拉力F為2牛，木塊所受摩擦力為____牛。
二、選擇題
9．使用圖所示的裝置勻速提起重物G所用的拉力中，力　（ ）　
　　 A．F1最大　　B．F2最大 C．F3最大　　D．一樣大　
10．如圖所示甲、乙兩個裝置，已知A在地面上滑動時所受的摩擦力為40牛（不考慮繩與滑輪的摩擦）。要使A向右勻速滑動，拉力F甲與F乙的大小分別為（ ）
A．40牛，20牛 　　B．20牛，40牛
C．40牛，40牛　　 D．20牛，20牛　
11. 如圖所示，繩子的一端拴著彈簧秤接地，繩子的另一端掛著物體G。當用力F勻速提起滑輪（滑輪和繩子的重力及摩擦不計），彈簧秤示數為10牛，則物體重力G與力F的大小應為（ ）
（A）G=10牛，F=10牛
（B）G=10牛，F=20牛
（C）G=5牛，F=5牛
（D）G=20牛，F=10牛
*12．如圖所示，動滑輪重0.5牛，物體G重3.5牛，當OA=2OB時，為使輕質杠桿保持水平平衡、在A端所加的力應為（不計摩擦）( )　　
A．4牛 　　B．2牛　　C．1牛　　 D．0.5牛
三、作圖題
13． 如圖有一動滑輪提升重物，要求在圖中標明支點O，畫出F1 F2的力臂L1 L2。
四、計算題
14．如圖所示，物體A在拉力F=80牛的作用下以2米/秒的速度在水平地面上作勻速直線運動，物體B與水平地面之間的滑動摩擦力為15牛，求：（1）物體B運動的速度；（2）物體A受到的滑動摩擦力。
答案
一、填空題
1．等臂；省；力的方向。 2．動；100。 3．5；動。 4．9.8；9.8。
5．105；200。 6．20； 10 。 7．300；150。 8．4。
二、選擇題
9．D 定滑輪不省力，所以選D。
10．A 甲圖中使用的是定滑輪，所以不省力，拉力F甲等于摩擦力的大小，為40牛；乙圖中使用的是動滑輪，所以省一半力，拉力F乙等于摩擦力的大小的一半，為20牛；選A。
11．B 彈簧秤的10牛拉力通過了滑輪后，拉物體G的力也是10牛，整個裝置靜止，所以G=10牛；對整個裝置進行受力分析，根據牛頓第一定律，靜止時豎直方向上拉力F與受到的重力G、繩子的拉力的合力為零。即F=2G=40牛。選B。
12．C 動滑輪省一半力，所以作用在杠桿上B點的力FB＝1/2（G+G動）=2牛，利用杠桿平衡條件，計算得出作用在杠桿上A點的力FA＝1/2 FB＝1牛。選C。
三、作圖題
13．
四、計算題
14．
解：（1） ∵ 動滑輪
∴VB=2VA=2×2米/秒=4米/秒
（2）物體B受到的摩擦力為fB，物體A拉滑輪的力為T。
T=2fB=2×15N=30N
而物體A受到的力如圖所示，物體A受到的摩擦力為fA，
∵物體A勻速運動
∴合力為零。
水平方向上F=T+ fA
fA=F- T=80N-30N=50N
答：（1）物體B運動的速度為4米/秒；
（2）物體A受到的滑動摩擦力為50牛。
圖2
圖1
圖5
圖4
圖3
第4題圖
第2題圖
第5題圖
第3題圖
第8題圖
第7題圖
第6題圖
第9題圖
第10題圖
第11題圖
F2
F1
第12題圖
第13題圖
第14題圖
第13題圖答案
T
fB
fA
T
N
G

展開更多......

收起↑