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滑轮及其应用(基础)
责编:冯保国
【学习目标】
1.理解定滑轮、动滑轮的特点、实质及其作用; 2.理解滑轮组的作用,会组装滑轮组。
【要点梳理】
要点一、定滑轮和动滑轮
滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的小轮;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。
1.定滑轮:使用滑轮时,其轴固定不动的滑轮叫做定滑轮。
2.动滑轮:使用滑轮时,滑轮的轴随物体一起运动的滑轮叫做动滑轮。 要点诠释:
(1)定滑轮:如下图甲所示,支点在转轴,力臂为轮子半径的等臂杠杆。 定滑轮的特点:它的转轴(支点)不随货物上下移动。
定滑轮的作用:使用定滑轮虽然不能省力,但可以改变用力方向。
(2)动滑轮:如下图乙所示,动滑轮的实质是支点在轮边缘,动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆。
动滑轮的特点:它的转动轴会随物体上下移动。 动滑轮的作用:使用动滑轮可以省力,但要多移动距离。
要点二、滑轮组
定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组。 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。
如果考虑动滑轮的重力,则有F
G物G动
n
。
要点三、根据要求组装滑轮组 判断几段绳子的方法:
(1) 可用画虚线的方法:只有与动滑轮连接的那段绳子才算进去。 (2) 观察绳子的固定端:
固定端在定滑轮上,段数是偶数;固定端在动滑轮上,段数是奇数; 简称:“奇动偶定”。
(3) 连线情况:定→动,箭头向下; 动→定,箭头向上。
【典型例题】
类型一、定滑轮和动滑轮
1、(2015春•江夏区期末)高高的旗杆顶端有个能绕着固定轴心转动的小轮子,站在地面的旗手缓缓向下拉绳子时,国旗会徐徐上升,关于这个小轮子的说法中不正确的是( ) A.这种小轮子我们称为定滑轮
B.这种小轮子实质是等臂杠杆,不能省力 C.使用这种小轮子的目的是为了省距离
D.使用这种小轮子的目的是为了改变力的方向
【答案】C
【解析】根据生活经验可知:旗杆顶部小轮子不随国旗的移动而移动,属于定滑轮,定滑轮实质是等臂杠杆,使用定滑轮只能改变力的方向,而不能省力,也不能省距离;故选项ABD正确,选项C错误,故选:C。
【总结升华】本题主要考查学生对定滑轮工作特点的了解和掌握,是一道基础题。
举一反三:
【变式】如图是滑轮的两种用法,以下说法中正确的是( )
A.甲是动滑轮,使用时不能省力 B.乙是动滑轮,使用时可以省力 C.甲是定滑轮,使用时可以省力 D.乙是定滑轮,使用时不能省力 【答案】B
2、施工中,一工人利用如图所示的滑轮,若沿不同方向将一桶泥沙提到高处(不计摩擦),那么工人用的拉力是( )
A.F1大 B.F2大 C.F3大 D.一样大 【答案】D
【解析】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,故定滑轮拉同一重物G,沿三个不同方向,用的拉力大小相等。
【总结升华】本题主要考查学生对定滑轮工作特点的了解和掌握。
举一反三: 【变式】(2015春•江夏区期末)如图所示,通过动滑轮匀速提起重物G时,向三个方向拉动的力分别为F1、F2( )
A.F1最大 B.F2最大 C.不确定 D.一样大
【答案】B
3、如图用一个动滑轮提升重为20N的物体,当匀速向上拉动时,弹簧秤的示数为12N,若不计摩擦,拉力F和动滑轮的重力的大小是( )
A.拉力F为12N,动滑轮重4N B.拉力F为20N,动滑轮重2N C.拉力F为20N,动滑轮重4N D.拉力F为12N,动滑轮重2N
【思路点拨】在不计摩擦的情况下,绳子的绕线决定滑轮组的使用效果,有几段绳子承担动滑轮和物体的重力,拉力就是动滑轮和物体总重的几分之一。 【答案】A
【解析】同一根绳子上的拉力都相等,因此拉力F就等于弹簧秤的示数12N;
重物和动滑轮的总重由2段绳子承担,则有2F=G物+G轮,G轮=2F-G物=2×12N-20N=4N
【总结升华】注意有几段绳子承担动滑轮和物体的重,拉力就是动滑轮和物体总重的几分之一是在不计摩擦的条件下。
举一反三:
【变式】如下图所示装置,用两个滑轮分别拉同一个物体在水平面上做匀速直线运动,物体重为60 N,水平面与物体间的摩擦力为20 N,不考虑其他摩擦,则F1= N,F2= N。
【答案】20 10
类型二、滑轮组
4、关于使用滑轮组的论述,较全面的是( ) A.既可以省力,又可以省距离
B.有时既能省力,又能改变力的方向 C.一定可以省力,但不能改变力的方向
D.一定可以改变力的方向,省力与否要具体分析 【答案】B
【解析】滑轮组是将定滑轮与动滑轮结合在一起,既能省力,又能改变力的方向。 【总结升华】此题主要考查了滑轮组的特点。
5、如图所示,用滑轮组提起物重相等的物体,若忽略动滑轮的重和摩擦时,所用的拉力最大的是( )
【答案】D
【解析】本题考查作用在绳子末端的拉力大小如何确定。运用隔离法,假想把定滑轮和动滑轮从中间隔断,再看隔离后,留在动滑轮及货物上相关线头有几个,就是几段绳子吊着重物,则每段绳子的拉力F=G/n。(动滑轮重和摩擦力不计)同学们要特别注意第四幅图,根据滑轮定义此图中两个滑轮均为定滑轮,所以并不省力,拉力F=G。
【总结升华】根据题意,不考虑滑轮重力及摩擦,理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=G/n。
举一反三:
【变式】用图所示的装置先后匀速提升同一物体G,若不考虑滑轮重力及摩擦,则作用于绳子自由端的拉力F1、F2和F3的大小是
A. F1较大 B. F2较大 C. F3较大 D. F1=F2=F3
【答案】A
6、小明家住二楼,正装修房子,小明站在地面上,用如图所示的器材,请帮他设计一较省力的方法,把材料送到二楼窗口去。
【答案与解析】人在地面上向下用力,且是一个定滑轮和一个动滑轮,故由两根绳子承担物重,绳子固定在定滑轮上。所以该图为:
【总结升华】本题考查了滑轮组的组装,组装滑轮组要按照“奇动偶定”的原则。 举一反三:
【变式】如图所示,用滑轮组提升重物,请在图中画出滑轮组最省力的绕线方式。
【答案】
类型三、综合应用
7、如图所示,物体A的重力为G,不计滑轮重和摩擦。当F= G时,才能把物体A匀速提起;若F
2
G,则重物对地面的压力为 G。 5
【思路点拨】根据动滑轮的特点:省一半力和物体的受力情况分析。 【答案】【解析】
11
52
1
本体使用了一个动滑轮,故有当F=G时,才能把物体A匀速提起
2
若F=G,则轴上的绳子对重物的拉力F2G=G,物体的重力为G,且物体静止,
5
5
5
2
2
4
则重物受到的支持力为G,支持力与重物对地面的压力是一对相互作用力,都为Go
5
5
11
【总结升华】本题考查了动滑轮的应用、平衡状态的物体的受力分析及相互作用力的应用。
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