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第二节滑轮及其应用体验旗杆上的滑轮活动1:观察旗杆上的滑轮。活动2:用手向下拉动绳子,使国旗上升。国旗上升时,手对绳子的力方向向,滑轮(选填“会”或“不会”)随国旗一起运动。提示:下不会1.什么是定滑轮、动滑轮和滑轮组?2.定滑轮、动滑轮和滑轮组各有什么特点?在生产生活中有哪些应用?3.定滑轮和动滑轮的实质是什么?探究1定滑轮和动滑轮的特点结合“体验”,思考以下问题:1.议一议:用以下两种方案提升重物,当重物被提升时,滑轮的运动情况有什么不同?参考答案:方案甲,滑轮不随重物一起运动;方案乙,滑轮随重物一起运动。2.填一填:(1)使用滑轮时,滑轮的轴固定不动的滑轮叫作________。(2)使用滑轮时,轴随物体一起运动的滑轮叫作________。提示:判断定滑轮、动滑轮是以滑轮的轴是否移动为根据的,滑轮的轴固定不动的是定滑轮,滑轮以及轴都随着重物一起运动的是动滑轮。参考答案:(1)定滑轮(2)动滑轮探究2定滑轮的作用和实质1.实验设计,如图所示:(1)用定滑轮拉起重物,并多次改变拉力方向;(2)记下每次实验的拉力大小及方向。2.实验数据:实验次数物重G/N拉力F/N拉力F的方向111竖直向下211斜向右下方向(夹角较小)311斜向右下方向(夹角较大)3.分析数据:使用定滑轮省力,改变力的方向。(均选填“能”或“不能”)参考答案:不能能4.议一议:请你运用杠杆平衡条件,并参照图片,说说定滑轮不省力的道理。提示:从图中可以看出定滑轮动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径,即使拉力的方向发生改变,力臂的大小也不变,因此定滑轮实质上是等臂杠杆,根据杠杆平衡条件可知动力和阻力也是相等的,即使用定滑轮既不省力也不费力。参考答案:定滑轮实质是等臂杠杆,动力和阻力相等,故不能省力。探究3动滑轮的作用和实质结合预习,回答下列问题:1.实验设计,如图所示:(1)用动滑轮拉起重物,并多次改变拉力方向;(2)记下每次实验的拉力大小及方向。2.实验数据:实验次数物重G/N拉力F/N拉力F的方向110.5竖直向上210.6斜向右上方向(夹角较小)310.65斜向右上方向(夹角较大)3.分析数据:使用动滑轮省力,改变力的方向。(均选填“能”或“不能”)参考答案:能不能4.议一议:请你运用杠杆平衡条件,并参照下面两图,说说动滑轮省力的道理。提示:动滑轮的动力臂等于滑轮的直径,阻力臂等于滑轮的半径,故动滑轮实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆,根据杠杆平衡条件可知动力等于阻力的一半,即使用动滑轮可以省一半的力。参考答案:动滑轮实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆,故动力等于阻力的一半,所以能省一半力。探究4滑轮组1.填一填:动滑轮和定滑轮各有优缺点,若我们既想省力,又想改变力的方向,可使用。参考答案:滑轮组2.试一试:一个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组,你能设计出几种组合方式?在下面画出你的方案。参考答案:3.做一做:用你设计的滑轮组提升重物,记下拉力和物重,再数一数承担重物的绳子股数,你有什么发现?滑轮组物重G/N拉力F/N绳子股数632623提示:甲图中,承担重物的绳子是2股,拉力是物重的一半;乙图中,承担重物的绳子是3股,拉力是物重的三分之一。由此可以看出使用滑轮组提升重物时,作用在绳子自由端的拉力为F=(n是承担物重的绳子的股数)。参考答案:使用滑轮组提升重物时,作用在绳子自由端的拉力与物重的关系是F=(n是承担物重的绳子的股数)。1Gn1Gn定滑轮、动滑轮和滑轮组的比较：定滑轮动滑轮滑轮组图形特点定义轴_________轴随物体_________动滑轮和定滑轮组合在一起固定不动一起运动定滑轮动滑轮滑轮组动力情况F1=GF2=___F3=___(n是承担物重的绳子段数)动力方向____________有可能改变,有可能不改变绳自由端移动距离(s)s=hs=2hs=___(n是承担物重的绳子段数)实质_____杠杆_____杠杆G2改变不改变Gnnh等臂省力【拓展延伸】简单机械的认识各种简单机械都有各自的特点,人们在生产生活中根据自己的需要和机械的特点,在不同的情况下采用不同的方法,给自己的工作带来了很大的方便,也省了力,如人们用杠杆撬动石头,用滑轮提升物体等。不仅如此,在人体和动物体的某些部位,也存在简单机械的功能,如人的胳膊、螃蟹的螯等。我们将各种简单机械根据其特点进行组合,就可以组成更复杂的机械,当今社会我们使用的复杂机械都是由各种简单机械有机组合而成的。例如,起重机实质就是由滑轮组和杠杆组合起来的。另外,对于像机器人等先进的机械来说,也离不开简单机械。任何先进的机械都可以分为机械控制系统和机械传动系统,机械控制系统是机器的核心。随着电子技术的发展,机械控制系统越来越先进,使人们操作起来越来越方便。而机械的传动系统就是简单机械的组合。考点1滑轮组的省力情况【典例1】(2013·福州中考)小明用如图所示的滑轮组,将重为1.5N的物体匀速提升到一定高度,在此过程中,手拉力的大小实际应该是()A.小于0.75NB.等于0.75NC.大于0.75ND.等于0.5N【思路导引】解题的思路如下【精讲精析】选C。本题考查滑轮组的相关知识。由图可知，承担物体重力的绳子段数为2，当不计绳重和摩擦时，作用在绳子自由端的拉力F跟物重G之间的关系是F=实际拉力一定大于物体重力的一半。故选C。GG0.75N2动物。【方法归纳】(1)滑轮组绳子股数的判断:判断滑轮组承担物重的绳子股数的常用方法：在动滑轮与定滑轮之间画一虚线(如图)，把它们隔离开来，只数绕在动滑轮上的绳子股数即可。如甲图n=3,乙图n=2。(2)滑轮组省力情况的判断：①滑轮组竖放(如图所示)：F=(G+G动)，s=nh。②滑轮组横放(如图所示)。F=f(不计绳与轮的摩擦，f为物体所受摩擦力)，s=nL(L为物体移动距离)。2滑轮组的组装和设计1n1n考点2滑轮组的组装和设计【典例2】(2013·日照中考)如图所示,用滑轮组提升重物,用笔画线代替绳子在图中画出最省力的绳绕法。【思路导引】【精讲精析】本题考查滑轮组的组装。滑轮组的省力特点:滑轮组由几段绳子承担物重,提起绳子的力就是物重的几分之一,承担物重的绳子段数越多,越省力。题目中有一个定滑轮,一个动滑轮,可由3段绳子提着动滑轮,起始端从动滑轮开始。答案:如图所示【方法归纳】滑轮组的组装和设计(1)n为偶数时,绳子的固定端应拴在定滑轮上(即“偶定”),如果不需要改变用力的方向(如自由端向上拉),则需要的动滑轮个数为个,定滑轮的个数比动滑轮少一个,如图甲所示;如果需要改变用力的方向(如自由端向下拉),则动滑轮和定滑轮个数都等于,如图乙所示。n2n2(2)n为奇数时,绳子的固定端应拴在动滑轮上(即“奇动”),如果不需要改变用力的方向,则动滑轮和定滑轮的个数都等于,如图丙所示;如果需要改变用力方向,则需要再加一个定滑轮,即动滑轮个数为,定滑轮个数为+1,如图丁所示。综上所述,滑轮组设计原则可归纳为:偶定奇动,一动配一定,偶数减一定,变向加一定。n12n12n121.如图为家庭手摇升降晾衣架结构图,当顺时针摇动手柄时,横梁上升。下列滑轮属于动滑轮的是()A.甲B.乙C.丙D.丁【解析】选D。本题考查动滑轮和定滑轮的判断。动滑轮随物体一起上升,定滑轮不随物体一起上升,观察图可知,甲、乙、丙都是定滑轮,丁是动滑轮。2.(2013·株洲中考)如图,健身员向下摆动脚踝使细绳拉着物体缓慢提升时,图中的滑轮是()A.定滑轮,可省力B.动滑轮,可省力C.定滑轮,可以改变力的方向D.动滑轮,可以改变力的方向【解析】选C。图中所示滑轮,能够绕着固定点转动,且滑轮不随重物一起提升,所以是定滑轮,可以改变力的方向,但是不能改变力的大小。3.小李的质量为50kg,可以举起80kg的杠铃;小胖的质量为70kg,可以举起60kg的杠铃。他们两人通过如图所示的装置来比赛,双方都竭尽全力,看谁能把对方拉起来。比赛结果应是()A.小李把小胖拉起B.小胖把小李拉起C.两个都拉不起D.两个都拉起【解析】选B。本题考查定滑轮工作的特点,注意人拉绳子施加的拉力与人举起杠铃施加的举力是不相同的。定滑轮是一个等臂杠杆,不省力也不费距离,但可以改变力的方向;小李和小胖虽然他们能举起的杠铃重力不一样,但向下拉动定滑轮上的绳子与他们的胳膊的施力无关,对绳子的拉力最大能达到自身的重力的大小,由于装置是定滑轮,只改变力的方向,不能省力,所以绳子上的作用力最大等于小李的重力,小于小胖的重力,即小胖把小李拉起。故选B。4.如图,已知GA=GB=120N,不计绳重和摩擦。当滑轮重忽略不计时,分别用力匀速提升物体A和B,则FA=N,FB=N;当滑轮重不能忽略时,若滑轮重为10N,分别用力匀速提升物体A和B,则FA=N,FB=N。【解析】本题考查定滑轮和动滑轮的特点。当滑轮重忽略不计时，FA==60N，FB=GB=120N；当滑轮重不能忽略时，FA==65N，FB=GB=120N。答案：6012065120AG2AGG120N10N22动5.滑轮在生活中有着广泛的应用,在需要改变力的方向时,要使用(选填“定滑轮”或“动滑轮”);在需要省力时,要使用(选填“定滑轮”或“动滑轮”)。【解析】本题考查了定滑轮、动滑轮的特点。定滑轮可以改变力的方向,但是不能省力,动滑轮可以省力,但是不能改变力的方向。答案:定滑轮动滑轮6.如图所示,用滑轮组匀速提升物体A时,弹簧测力计的示数为N,如果不计滑轮重和摩擦,物体A的重力为N。【解析】本题考查弹簧测力计的读数及滑轮组的相关知识。由题图可知弹簧测力计的分度值是0.2N,图中示数为5.4N;该滑轮组有3段绳子承担物重,则G=3F=3×5.4N=16.2N。答案:5.416.27.如图所示,用滑轮组提升重物。请在图中画出最省力又可以改变力的方向的绕线方法。【解析】本题考查滑轮组的绕线方法。当固定点拴在动滑轮上时,有5股绳子承担物重,末端从动滑轮出来,不可以改变力的方向。当固定点拴在定滑轮上时,有4股绳子承担物重,末端从定滑轮出来,可以改变力的方向,故滑轮组可以改变力的方向又最省力的绕法就是把绳子的固定点拴在定滑轮上。答案:如图所示找找你容易错在哪里小虎同学用滑轮组匀速提起重为600N的物体,如果不计摩擦力、动滑轮重力和绳子重力,则小虎同学对绳子的拉力应为多少?【学生自答】F=G=×600N=200N。答案:200N1313【教师点评】①正确之处:知道拉力和物重的关系。②错误之处:绳子的股数判断错误。【正确答案】图中滑轮组为2股绳承担物重,故F=G=×600N=300N。答案:300N1212