12.2 滑轮

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)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: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:①如图甲,用测出钩码的重力;②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:①弹簧测力计②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:物重/N弹簧测力计示数/N钩码移动的距离/cm弹簧测力计移动的距离/cm拉力方向不使用简单机械551010向上定滑轮551010向下定滑轮551010向右定滑轮551010向右下方动滑轮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=2h5.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,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):滑轮组物重G/N拉力F/N物体上升高度h/cm绳子自由端移动距离s/cm甲632494.536乙62269339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1n1313【微点拨】(1)使用滑轮组实验时,物重要大于动滑轮重,否则不能正确得到结论。(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,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1Gn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100N的物体,所用的拉力F是()A.50NB.60NC.70D.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)。1n【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。GG100N20N22物动【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:①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,即为吊着重物的绳子的股数n。(如图)②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=15N。物体C和物体D使用的是滑轮组,物体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:30151510121312121213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G300NF100N【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