12.2 滑轮

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1、第2节 滑 轮 体验 滑轮 活动1:如图所示,把一个滑轮固定在铁架台上,细线一端挂钩码 ,另一端绕过滑轮,向下拉动细线,将钩码升高一定的高度。在 拉动的过程中,滑轮的位置改变了吗?斜着拉和竖直向下拉效果 相同吗? 活动2:如图所示,将滑轮的挂钩下端挂钩码,将细线的一端固定 在铁架台上,拉动另一端,将钩码升高一定的高度。在拉动的过 程中,滑轮的位置改变了吗?斜着拉和竖直向上拉效果相同吗? 两次活动中,拉力的大小相同吗? 【参考答案】 活动1:没有 相同 活动2:没有 不相同 不同 1.定滑轮: (1)定义:轴 的滑轮。 (2)实质: 。 (3)特点: 。 2.动滑轮: (1)定义:轴 的滑轮。

2、(2)实质: 。 (3)特点: 。 3.滑轮组: (1)滑轮组: 的组合。 (2)省力情况:用滑轮组提起重物时,动滑轮上有几段绳子承担 物重,提起物体的力就是物重的 。 【参考答案】 1.(1)固定不动 (2)等臂杠杆 (3)不省力,但可以改变力的方 向 2.(1)随物体一起移动 (2)动力臂是阻力臂二倍的杠杆 (3)省力,但不可以改变力的方向 3.(1)定滑轮和动滑轮 (2)几分之一 探究1 研究定滑轮和动滑轮的特点 结合“体验”,思考以下问题: 1.我们把工作时轴固定不动的滑轮叫 ,工作时轴随 物体一起运动的滑轮叫 。则活动1中的机械相当于_ 滑轮,活动2中的机械相当于 滑轮。 参考答案:

3、定滑轮 动滑轮 定 动 2.猜想与假设:由活动1猜想使用定滑轮可以 ,但不 可以 ;由活动2猜想使用动滑轮时可以 ,但不 可以 。 参考答案:改变力的方向 省力 省力 改变力的方向 3.实验设计:如图所示。 (1)探究定滑轮的特点: 如图甲,用 测出钩码的重力; 如图乙,用弹簧测力计使钩码提升一定的高度,并使拉力方向 ,分别记录弹簧测力计的示数和拉力的方向,弹簧测力 计和钩码移动的距离。 参考答案:弹簧测力计 改变 (2)探究动滑轮的特点: 如图丙,使用动滑轮将钩码提升一定的高度,拉力方向始终 ,记录弹簧测力计的示数,以及弹簧测力计和钩码移动的 距离。 参考答案:竖直向上 4.实验数据及分析:

4、 物重 /N 弹弹簧测测 力计计示 数/N 钩码钩码 移动动 的距离/cm 弹弹簧测测力计计移 动动的距离/cm 拉力 方向 不使用 简单简单 机械 551010向上 定滑轮轮551010向下 定滑轮轮551010向右 定滑轮轮551010 向右 下方 动动滑轮轮52.51020向上 分析数据可知: (1)定滑轮工作时的特点是 ,弹簧测 力计移动的距离s与钩码上升的高度h的关系是 。 (2)动滑轮工作时的特点是_ ,弹簧测力计移动的距离s与钩码上升的高度h的关 系是 。 提示:分析弹簧测力计的示数和钩码重,可以看出使用定滑轮时 弹簧测力计的拉力与钩码重相等,使用动滑轮时拉力大小等于 钩码重的一

5、半;而使用定滑轮时拉力的方向向下、向右、向右 下方等多个方向,使用动滑轮时拉力的方向向上,可以得出使用 定滑轮可以改变力的方向,使用动滑轮不能改变力的方向。使 用定滑轮时s与h始终相等,使用动滑轮时s=2h。 参考答案:(1)不省力也不费力,但可以改变力的方向 s=h (2)省一半力但是费距离,且不能改变力的方向 s=2h 5.交流与评估: (1)在实验中,为什么要匀速拉动弹簧测力计? 提示:根据二力平衡原理,可知只有匀速拉动弹簧测力计使钩码 上升时,拉力和重力才是一对平衡力,并且这样弹簧测力计示数 稳定,便于读出拉力大小。 参考答案:只有匀速拉动弹簧测力计使钩码上升时,拉力大小才 等于重力,

6、且示数稳定,易于读数。 (2)实验中,为什么要使用重一些的钩码? 提示:在拉动钩码时,绳子与滑轮之间有摩擦,且动滑轮本身有 重力。在使用定滑轮时,钩码的重力越大,拉力大小越接近钩码 重。在研究动滑轮特点时,钩码的重力越大,拉力的大小越接近 钩码重力的二分之一,更易于得出结论。 参考答案:减小误差,使结论更准确 (3)在探究定滑轮特点时,为什么拉力F的示数总是略大于钩码 的重力? 提示:在理想情况下,使用定滑轮时F=G,但在实际情况下,由于 摩擦的存在,拉力总是大于钩码的重力。 参考答案:绳子与滑轮之间存在摩擦 【微点拨】 (1)定滑轮可以看作是一个变形的杠杆,如图所示,动力臂和阻 力臂都等于滑

7、轮的半径,因此定滑轮实质是一个等臂杠杆。 (2)动滑轮可以看作是一个变形杠杆,如图所示,动力臂等于滑 轮的直径,阻力臂等于滑轮的半径,因此动滑轮实质是动力臂为 阻力臂二倍的省力杠杆。 (3)实验时应尽量减小摩擦力的影响,否则不能得到正确的实验 结论。 探究2 探究滑轮组的特点 结合定滑轮和动滑轮的特点,分析由定滑轮和动滑轮组成的滑 轮组,思考以下问题: 1.在滑轮组中,定滑轮和动滑轮的作用一样吗? 提示:定滑轮的实质是等臂杠杆,它的作用是改变力的方向;动 滑轮的实质是动力臂是阻力臂二倍的杠杆,它的作用是省力,所 以在滑轮组中定滑轮的作用是改变力的方向,而动滑轮起省力 的作用,动滑轮个数越多,承

8、担重物的绳子段数就越多,滑轮组 就越省力。 参考答案:不一样,使用定滑轮可改变力的方向,使用动滑轮可 省力 2.在如图所示的滑轮组中,得到的数据见下表(动滑轮非常轻): 滑轮轮 组组 物重 G/N 拉力 F/N 物体上升高 度h/cm 绳绳子自由端移 动动距离s/cm 甲6324 94.536 乙6226 9339 分析数据可知,拉力和物重的关系是_ 。 绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是_ 。 提示:两图都是由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,由甲 图和表格中数据可知,物体的重力由两段绳子通过动滑轮承担, 拉力是物重的二分之一,但绳子自由端移动的距离是物体提升 高度的二倍。由

9、乙图和表格数据可知,物体的重力由三段绳子 通过动滑轮承担,拉力是物重的三分之一,但绳子自由端移动的 距离是物体提升高度的三倍。 参考答案:用滑轮组提升重物时,动滑轮上有几段绳子承担物重 ,拉力就是物重的几分之一 动滑轮上有几段绳子承担物重,绳 子自由端移动的距离就是物体上升高度的几倍 3.忽略绳与滑轮的摩擦,动滑轮的重力不能忽略时,拉力的大小 等于多少?请结合图示分析。 提示:根据力的平衡知,三股绳子承担着重物和动滑轮总重,则 3F=G+G动,故F= (G+G动)。 参考答案:F= (G+G动) 即F= (G+G动),n为绳子股数 【微点拨】 (1)使用滑轮组实验时,物重要大于动滑轮重,否则不

10、能正确得 到结论。 (2)使用滑轮组一定省力,但不一定改变力的方向,当最后一股 绳子从定滑轮拉出时,能改变力的方向,当最后一段绳子从动滑 轮拉出时,不能改变力的方向。 探究3 研究轮轴和斜面 阅读科学世界“轮轴和斜面”思考: 1.观察下面几种简单机械,它们有什么共同特征?通常把它们叫 作什么? 参考答案:由一个轴和一个大轮组成,把它们叫轮轴。 2.分析轮轴的使用情况,轮轴的实质是什么? 参考答案:轮轴实质是一个可连续转动的杠杆。 3.轮轴的特点是什么? 参考答案:动力作用在轮上,阻力施加在轴上,使用轮轴可以省 力,也可以改变力的方向,但却费距离。当把动力施加在轴上 时,此时由于轴半径小于轮半径

11、,使用时费力,但省距离。 4.生活中哪些地方应用了轮轴? 参考答案:螺丝刀、辘轳、自行车和传动机械等。 5.为什么搬运工人往高处运重物时,常斜搭一块木板,沿木板把 重物推上去? 参考答案:省力 6.斜面是省力机械还是费力机械,它有什么特点? 参考答案:省力机械,但费距离;当高度相同时,斜面越长坡度越 平缓,越省力。 7.你周围哪些物体是斜面?举例说明。 参考答案:桥梁引桥、台阶、盘山公路、劈、斧头、螺丝钉等 都应用了斜面。 省力 改变力的 方向省力 等臂 不省力 改变力的方向 考点1 滑轮和滑轮组的特点 【示范题1】如图所示的滑轮组,每个滑轮重为20N,绳重及摩擦 不计。用它匀速提升重为100

12、N的物体,所用的拉力F是 ( ) A.50N B.60N C.70 D.120N 【解题指南】(1)图中有几股绳子承担物重? (2)提升物重的力与物重是什么关系? 提示:(1)2股。 (2)F= (G+G动)。 【精讲精析】选B。本题考查滑轮组的省力特点。物体和动滑 轮的总重由几股绳子承担,所用拉力就是物体和动滑轮总重的 几分之一。由题图可知,物体和动滑轮由2股绳子承担,因此拉 力为F= =60N,故选B。 【通关金钥匙】 (1)判断定滑轮和动滑轮的方法: (2)判断绳子股数的方法: 分割法:在定滑轮和动滑轮之间作一条水平辅助线,假设它把 滑轮组的绕线“截断”,数出动滑轮上连接的绳子段数,即为

13、吊 着重物的绳子的股数n。(如图) 公式法:根据动滑轮个数来判断,如果有n个动滑轮,绳子的一 端系在动滑轮上,绳子的股数是(2n+1)股,系在定滑轮上是2n股 。(如图) 【变式训练】如图所示,物体A、B、C、D所受重力均为30N,滑 轮重、绳重和摩擦均不计。当用力F1、F2、F3、F4分别匀速提升 A、B、C、D时,力F1的大小为 N,力F2的大小为_N,力 F3的大小为 N,力F4的大小为 N。 【解析】因为滑轮重、绳重和摩擦均不计,物体A使用的是定滑 轮,不省力,拉力F1=G=30N。物体B使用的是动滑轮,能省一半力, 拉力F2= G= 30N=15 N。物体C和物体D使用的是滑轮组,物

14、 体C使用的滑轮组由两段绳子承担物重,故F3= G= 30N=15N, 物体D使用的滑轮组由三段绳子承担物重,故F4= G= 30N= 10N。 答案:30 15 15 10 考点2 滑轮组的绕法 【示范题2】如图所示,某人站在A处通过一根绳子和两个滑轮 匀速提起物体B,所用的拉力F=100N,物体B重300N(不计滑轮重 和绳重,不计摩擦力),画出滑轮组的绕线。 【解题指南】(1)物重是拉力的几倍? (2)要拉起物体应该有几段绳子承担重力? 提示:(1)3倍。 (2)3股。 【精讲精析】本题考查滑轮组的绕线方法。因为F=100N, G=300N,所以承担物重的绳子段数n= =3,绳子的 固定端在动滑轮上。 答案:如图所示 【通关金钥匙】组装滑轮组时的绕线方法 (1)当n为奇数时,绳子的起始端应先固定在动滑轮上,然后依次 绕过滑轮。 (2)当n为偶数时,绳子的起始端应先固定在定滑轮上,然后依次 绕过滑轮。这种绕线方法可简记为“奇动、偶定、从里向外” 。 【变式训练】用滑轮组拉出陷入泥中的汽车。在图中画出最省 力的绳子绕法。 【解析】本题考查滑轮组的设计与组装。只有一个动滑轮,要 求最省力,绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,然后绕过左边的定 滑轮,再绕过动滑轮。 答案:如图所示