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第十二章 簡(jiǎn)單機(jī)械
第2節(jié) 滑輪
滑 輪
一
下面這些都是滑輪，它們的結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？
1.滑輪：邊緣有凹槽，能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的小輪。
小輪
凹槽
軸
旗桿頂端的滑輪
電動(dòng)機(jī)下面的滑輪
國(guó)旗上升時(shí)，旗桿頂端的滑輪不隨物體一起移動(dòng)。
貨物上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)下面的滑輪隨物體一起移動(dòng)。
滑 輪
一
想想議議：下面兩個(gè)滑輪在使用上有什么不同呢？
根據(jù)滑輪是否隨物體一起運(yùn)動(dòng)可以把滑輪分為兩類：
①定滑輪：
②動(dòng)滑輪：
工作時(shí)，軸固定不動(dòng)的滑輪。
工作時(shí)，軸隨著物體移動(dòng)的滑輪。
滑 輪
一
定滑輪
動(dòng)滑輪
2.滑輪種類
研究定滑輪的特點(diǎn) 1.使用定滑輪是否省力（或費(fèi)力）？
2.使用定滑輪是否省距離（或費(fèi)距離）？
定滑輪
二
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 勾碼所受 重力G\N 勾碼移動(dòng)的方向 勾碼上升的距離h\m 測(cè)力計(jì)示數(shù)F\N 拉力方向 測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s\m
1 2 豎直向上 0.1 2 豎直向下 0.1
2 2 豎直向上 0.1 2 水平 0.1
3 1 豎直向上 0.1 1 豎直向下 0.1
4 2 豎直向上 0.1 2.2 豎直向下 0.1
5 4 豎直向上 0.1 4.3 豎直向下 0.1
定滑輪
二
由表中數(shù)據(jù)可知
F≥G
s=h
s
h
1.定滑輪特點(diǎn)：不省力也不省距離，但可以改變力的方向
定滑輪
二
思考：使用定滑輪為何不省力但可改變力的方向呢？
G
O
L1
L2
F
F
F
支點(diǎn)在軸心O處
L1=L2
F=G
2.定滑輪的實(shí)質(zhì)：是一個(gè)等臂杠桿.
不考慮繩重和摩擦力時(shí)，F(xiàn)拉= G物
拉力改變時(shí)其力臂L1大小始終不變
練習(xí)：定滑輪左端繩子下端掛著相同的重物，若在定滑輪右端的繩子自由端分別沿三個(gè)方向用力（如圖所示），力的大小分別為：F1、F2、F3，則 （ ）。
A．F1最大 B．F2最大
C．F3最大 D．三個(gè)力一樣大
D
F2
G
F1
F3
定滑輪
二
動(dòng)滑輪
三
研究動(dòng)滑輪的特點(diǎn) 1.使用動(dòng)滑輪是否省力（或費(fèi)力）？
2.使用動(dòng)滑輪是否省距離（或費(fèi)距離）？
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 勾碼所受 重力G\N 勾碼移動(dòng)的方向 勾碼上升的距離h\m 測(cè)力計(jì)示數(shù)F\N 拉力方向 測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s\m
1 1 豎直向上 0.05 0.6 豎直向上 0.1
2 2 豎直向上 0.05 1.2 豎直向上 0.1
3 4 豎直向上 0.05 2.2 豎直向上 0.1
動(dòng)滑輪
三
s=2h
由表中數(shù)據(jù)可知
F≥ G
O
L1
L2
動(dòng)滑輪
三
1.動(dòng)滑輪的特點(diǎn)：可以省力，但不改變力的方向，而且費(fèi)距離
2.動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)：是動(dòng)力臂為阻力臂2倍 的杠桿。
s
h
2h
h
思考：使用動(dòng)滑輪為何可以省力但不能改變力的方向呢？
支點(diǎn)在輪邊0處
L1＝2L2
不考慮動(dòng)滑輪重、繩重和摩擦力時(shí)
拉力改變時(shí)，其力臂變小
如果使用動(dòng)滑輪時(shí)斜拉繩子，拉力會(huì)怎么變化？
L1
O
F1＇
L1＇
注意：使用動(dòng)滑輪時(shí)斜拉繩子自由端，拉力會(huì)變大。
想想議議：
動(dòng)滑輪
三
L1 ﹤L1
'
F1＞F2
'
由F1L1=F2L2 得
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。
能否把它們組合起來(lái)，做到既可省力，又可改變力的方向呢？
滑輪組
四
想想議議：
定義：定滑輪與動(dòng)滑輪的組合叫滑輪組。
滑輪組
四
特點(diǎn)： 既可以省力，又可以改變力的方向。
觀察思考：左圖兩個(gè)滑輪組有什么不同？
（1）確定承擔(dān)物重繩子的段數(shù)n的方法：
在動(dòng)滑輪和定滑輪之間畫條虛線，將它們分開(kāi)，有幾段繩子拉著動(dòng)滑輪，段數(shù)就是幾。
（2）拉力移動(dòng)距離s與重物移動(dòng)距離h的關(guān)系：
s=nh
（n為承擔(dān)重物的繩子的段數(shù)）
（3）繩子移動(dòng)速度v繩與重物移動(dòng)距離速度v物的關(guān)系：
v繩=nv物
（n為承擔(dān)重物的繩子的段數(shù)）
（4）拉力F和重力G的關(guān)系：
F拉=G/n 或 F拉=（G+G動(dòng)）/n
滑輪組
四
1．繩子的起點(diǎn) 2．拉力的方向
3．拉力的大小 4．自由端移動(dòng)的距離
圖1
圖2
F
F
滑輪組
四
試一試練一練：
圖1是兩個(gè)定滑輪和兩個(gè)動(dòng)滑輪，想要利用它們提升重物可以怎樣繞繩子呢？
圖2圖3拉力有什么不同？
1
2
3
奇動(dòng)偶定法：(由里到外）
當(dāng)承擔(dān)重物的繩子n為偶數(shù)時(shí)，繩子的起端（或末端）在定滑輪上；
當(dāng)承擔(dān)重物的繩子n為奇數(shù)時(shí)，繩子的起端（或末端）在動(dòng)滑輪上。
F =
1
5
(G物＋G輪)
F =
1
4
(G物＋G輪)
圖2拉力為
圖3拉力為
F =
1
5
G物
F =
1
4
G物
或
或
n=4
n=5
解釋圖中的科學(xué)漫畫。一個(gè)人要拉起比他體重大的重物，用定滑輪行嗎？應(yīng)該怎么辦？
定滑輪只能改變動(dòng)力方向，不能省力，物體間力的作用是相互的，一個(gè)人向下拉繩子的最大拉力只能等于人的體重。一個(gè)人要拉起比他體重大的物體，不能用定滑輪，應(yīng)該用滑輪組，既可以省力，又可以改變方向。
滑輪組
四
滑輪組
四
看一看，回答下面各滑輪組中的物理量各是多少？（不計(jì)輪重和摩擦）
討論：若每個(gè)滑輪重30N，結(jié)果如何？
1．輪軸
輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)門把手，就可以把門打開(kāi)；司機(jī)用不大的力轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，在軸上就能產(chǎn)生較大的力使汽車轉(zhuǎn)彎。門把手、方向盤等屬于又一類簡(jiǎn)單機(jī)械——輪軸。
輪軸和斜面
五
輪軸是由一個(gè)軸和一個(gè)大輪組成能繞共同的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的簡(jiǎn)單機(jī)械。我們通常把大輪叫輪，小輪叫軸。
輪軸實(shí)質(zhì)：是一個(gè)可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的省力杠桿。
特點(diǎn)：輪軸使用時(shí)，當(dāng)輪半徑是軸半徑的n倍時(shí)，在不計(jì)摩擦情況下，作用在輪上的力的大小為作用在軸上的力的大小的n分之一。
即
輪軸和斜面
五
O
F1
r
R
F2
2．斜面:是一個(gè)省力但費(fèi)距離的簡(jiǎn)單機(jī)械
特點(diǎn)：斜面長(zhǎng)是斜面高度的n倍時(shí)，在不計(jì)摩擦的情況下，所用的推力為物重的n分之一.
即
輪軸和斜面
五
課堂總結(jié)
1.用滑輪按圖甲、乙、丙所示三種不同方式，拉著同一物體在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，拉力分別是F1、F2、F3，則（ ）
A．F1＞F2＞F3 B．F2＞F3＞F1 C．F2＞F1＞F3 D．F3＞F1＞F2
D
課堂練習(xí)
2. 汽車重2×104 N，陷入泥中，受到的阻力為3×103 N。用如圖所示裝置，則至少要用多大的力才能將汽車?yán)觯?br/>解：由圖可知，動(dòng)滑輪由3段繩子拉著，由動(dòng)滑輪的省力特點(diǎn)可得拉力為
F =
1
3
f
=
1
3
×
3×103 N
=1×103N
答：至少要用1×103N的力才能將汽車?yán)?br/>3.用如圖所示的滑輪將重3N的物體勻速提升10cm，如果動(dòng)滑輪的重為1N，則下列說(shuō)法正確的是（ ）
A．拉力F =2N
B．拉力F =1.5N
C．繩子向上移動(dòng)的距離為10cm
D．繩子向上移動(dòng)的距離為5cm
4.如圖所示，G=80N，在力F的作用下，滑輪以0.4m/s的速度勻速上升，不計(jì)摩擦及滑輪重，則物體的速度和力F的大小分別是（ ）
A．0.8m/s，160N B．0.8m/s，40N
C．0.4m/s，160N D．0.2m/s，40N
A
A
課堂練習(xí)
5.如圖所示的兩個(gè)滑輪重均為20N，物體G的重力均為100N，若要使物體勻速上升，則加在繩子自由端的拉力分別為FA=____ N，F(xiàn)B=___ N。
100
60
1.物體重1000N，如果用一個(gè)定滑輪提起它，需要用多大的力？如果用一個(gè)動(dòng)滑輪提起它，又要用多大的力（不計(jì)摩擦及滑輪自重）？
解答：當(dāng)用定滑輪時(shí)，F(xiàn)=G=1000N;
當(dāng)用動(dòng)滑輪時(shí)，F(xiàn)=1/2G=500N.
2.仔細(xì)觀察自行車，看看它上面有幾種簡(jiǎn)單機(jī)械，分別說(shuō)明它們各起到了什么作用.
解答：自行車的齒盤的飛輪可以看成是定滑輪，中軸和踏板可以看成輪軸.自行車的車把，說(shuō)它是輪軸可以，說(shuō)它是杠桿也可以，它們分別起改變力的方向和省力的作用.
動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理
3.利用如圖12.2-7甲所示的滑輪組提起一個(gè)重為2000N的物體，不計(jì)摩擦及滑輪自重，繩子的拉力F等于多少？如果要用這個(gè)滑輪組達(dá)到更加省力的效果，繩子應(yīng)該怎樣繞？請(qǐng)?jiān)趫D12.2-7乙中畫出繩子的繞法，并計(jì)算此時(shí)拉力的大小.
動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理
解：由圖可知，滑輪組由4段繩子拉著，拉力為
F= G=2000N× =500N，
繩子繞法如圖乙
答：繩子拉力為500N；更加省力時(shí)拉力為400N。
想要達(dá)到更省力的效果必須由5段繩子拉著，拉力的大小
F= G=2000N× =400N

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