西南大学 物理学院 王静 第二节《滑轮及其应用》

第二节 滑轮及其应用,王静 重庆市经开育才中学 西南大学物理科学与技术学院,人类与动物的一个较大区别是人类制造了工具，并且懂得用工具去改变我们的生活改变我们的世界，因此有了21世纪伟大的今天,庄严的一刻,大家对这一现象有没有疑问？,五星红旗是向什么方向运动的？,旗手施加给五星红旗的力向什么方向？,为什么力的方向与运动方向相反红旗还可以顺利升起呢？奥妙在哪？,向上,向下,旗杆 的顶部 安装了 一种 简单 的 机械， 滑轮,滑轮,轴,带凹槽的轮,滑轮 主要部分是能绕轴转动的轮子,滑轮的定义：周边有槽，能绕轴转动的小轮,起重机吊臂上的滑轮,尝试采用绳，一个滑轮，铁架台将勾码提到高处，你有什么方法？,细线,滑轮,钩码,铁架台,动滑轮和定滑轮,你使用的哪种方法？这两种方法有什么不同呢？,动滑轮,定滑轮,方案一,方案二,实物图,定滑轮 轴固定不动的滑轮,动滑轮 轴随物体一起运动的滑轮,滑轮的分类,（09温州）下列各图中利用了动滑轮的是（ ）,D,思考,这两种方案有什么共同点和区别,共同点 区别,都使物体向上运动,通过实验科学探究,提出问题：研究使用定，动滑轮将物体竖直向上提升过程中，用力大小、方向，移动距离与物重、物体上升距离之间的关系。,猜想与假设,制定计划设计实验,弹簧测力计测量物重和力的大小 尺子测量力移动的距离和物体移动的距离,使用定滑轮提升物体 （匀速）,进行实验收集数据,实验结论：定滑轮不省力、不省距离，但能改变力的方向。,定滑轮 F拉=G物 S=h,绳子端移 动的距离,物体上升的距离,使用动滑轮提升物体 （匀速）,实验结论：动滑轮可以省一半力，但费一倍距离，不能改变力的方向。,经行实验收集数据,动滑轮 F拉=12G物 S=2h,绳子端移 动的距离,物体上升的距离,忽略动滑轮的重力和绳子与动滑轮，定滑轮之间的摩擦力,动滑轮 F拉=12（G物+G动滑轮） S=2h,绳子端移 动的距离,物体上升的距离,忽略绳子与动滑轮，定滑轮之间的摩擦力，考虑动滑轮的重力,实验结论,1，使用定滑轮不省力，不省距离，但可以改变力的方向 F拉=G 物 S绳=h物,2，使用动滑轮可以省一半的力，但浪费一倍的距离，不可以改变力的方向 F= G物 F= （G物+G动 ） S=2h,杠杆知识回顾,1、定义：一根硬棒，在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒就叫做杠杆。,可见，滑轮也是杠杆,根据杠杆的种类的特征，和动、定滑轮的特点，动、定滑轮分别属于哪一类型的杠杆，为什么？分别找出动、定滑轮的五要素。,O,r,r,F,F,定滑轮实质 是一个等臂杠杆 （ l1=l2 ）,使用定滑轮为什么不省力？,练习：,1、 如图9所示中，通过定滑轮匀速提起重物G时，向三个方向拉动的力分别为F1、F2、F3，则三个力大小关系是 AF1最大 BF2最大 CF3最大 D一样大,寻找支点,2r,r,F,O,动滑轮实质： 动力臂是阻力臂2倍的杠杆,使用动滑轮为什么可以省力？,2、图1中A是_滑轮。利用这样的装置把物体举高，用力的方向应向_（选填“上”、“下”）。如果用26牛的拉力，匀速提起50牛的物体，不计绳重和摩擦，滑轮 A重 牛。若要使物体上升2米，应将绳的自由端拉动_米。,3、如图5所示甲、乙两个装置，已知： A 重100牛，A在地面上滑动时所受的摩擦力为40牛（不考虑绳与滑轮的摩擦）。要使A向右匀速滑动，拉力F甲= 牛，F乙= 牛,请您帮忙抓住，我到楼上接袋子。,救命！,啊？你怎么上来了！,好的，唉，唉唉.,？,这是怎么回事？为什么会出现这种情况？,不能省力 可以改变力的方向,定滑轮,动滑轮,如何既省力又能改变力的方向,如何既能吃到香菇又能吃到肉肉？ 香菇炒肉,定滑轮虽然能改变力的方向，使我们工作方便，但不能省力；,于是人们就把定滑轮和动滑轮组合起来使用，把它们各自的优点结合起来，这样就组成了滑轮组,而动滑轮虽然能省一半力，但不能改变力的方向，使用时经常感觉不便,由一个定滑轮和一个动滑轮绕成滑轮组有几种绕法?,小组讨论,通过实验科学探究,提出问题：研究使用滑轮组将物体竖直向上提升过程中，用力大小、承担物重的绳子段数，移动距离与物重、物体上升距离之间的关系。,猜想与假设,制定计划设计实验,弹簧测力计测量物重，动滑轮重和力的大小 尺子测量力移动的距离和物体移动的距离,与动滑轮相连的绳子段数,1：滑轮组,由一个定滑轮和一个动滑轮组成。,实验结果：,拉力F的大小与吊起动滑轮的绳子股数n有关。,n=2,n=2,n=3,使用滑轮组提升物体 （匀速）,实验结论：滑轮组可以省力，但费n倍距离,经行实验收集数据,滑轮组 F拉=1nG物 S=nh,绳子端移 动的距离,与 动滑轮 相连的绳子段数,h,物体升高h相当于绳子少了3h，则绳子端在相等的时间移动的距离为3h,实验结论,滑轮组中拉力的大小和承担物体重力的绳子段数（即与动滑轮相连的绳子段数）有关,在不考虑绳子与滑轮组的摩擦力，动滑轮重力的情况下,在不考虑绳子与滑轮组摩擦力，而考虑动滑轮重力的情况下,S=nh,S=nh,滑轮组,滑轮组的特点,在不计摩擦时，所用动力是物体和动滑轮总重的n分之一，动力通过的距离s是阻力通过距离h的n倍,F,G物+G动,n,绳子根数（n）：与动滑轮直接接触的绳子根数,1. 如图所示，物重100N，不计摩擦、绳重及动滑轮重，求拉力F的大小。,例题反馈：,解：F= =50N,G2,判断依据：,看是否直接与动滑轮相连,一条规律：,当股数n为奇数时，绳子的一端从动滑轮开始连； 当股数n为偶数时，绳子的一端从定滑轮开始连,奇动、偶定 从里 向外,2、如下图所示，用四个滑轮组分别匀速提升重力相同的物体，若不计滑轮重、绳重及摩擦，其中用力最小的是（ ） AF1 BF2 CF3 DF4,B,例题反馈：,中考连接,（09山东淄博）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。,5.4,16.2,中考连接,（09山东临沂）.如图所示，用滑轮组将重为900N的物体匀速提升2m，不计摩擦和滑轮重，所施加的拉力F=_N，绳子移动的距离S = _ m,300,6,F：作用在绳子自由端的拉力 G：被提升的物体的重力 G动：动滑轮自身的重力,分析探究F与G及G动关系：,不计动滑轮重、绳重、摩擦（即最理想的情况）,不计绳重、摩擦，但考虑动滑轮重,F向上=,G,3F,F向下=,因为动滑轮处于平衡状态，所以受的是 力,所以F向上=F向下,即3F=G,平衡,F向上=,G+ G动,3F,F向下=,因为动滑轮处于平衡状态，所以受的是平衡力,所以F向上=F向下,即3F=G + G动,对于滑轮组，同学们一定要理解并熟记下面的几个关系式：,绳子自由端移动的距离s与物体被提升的高度h之间的关系：,作用在绳子自由端的拉力F与被提升的物体的重力G之间的关系(不计滑轮重、绳重和摩擦),S= h,F= 1n G,作用在绳子自由端的拉力F与被提升的物体的重力G、动滑轮重G动之间的关系(不计绳重和摩擦但考虑滑轮重),F= 1n (G+G动),n,总结：,很显然：吊起动滑轮的绳子的股数越多，就越省力,S=nh,不计动滑轮重时：,不计绳重、摩擦,考虑动滑轮重时：,设吊起动滑轮的绳子的股数为n，则关系式：,V绳=nV物,判断依据：,看是否直接与动滑轮相连,一条规律：,当股数n为奇数时，绳子的一端从动滑轮开始连； 当股数n为偶数时，绳子的一端从定滑轮开始连,奇动、偶定 从里 向外,怎样判断滑轮组能省多少力?,F=_G,1/6,WWW第2题：,很轻松地就可将两木棍拉合拢,说明使用滑轮组可以省力,变形的滑轮组,2：滑轮组,实验表明，使用滑轮组拉重物时，若动滑轮重和摩擦不计，动滑轮被几股绳子拉住，所用的力就是物体与接触面摩擦力的几分之一。即,如图所示，拉力F的大小等于。,实验表明，使用滑轮组吊重物时，若动滑轮重和磨擦不计，动滑轮被几股绳子吊起，所用力就是物重的几分之一即,思考题：,在左图所示的滑轮组中，,(a)若动滑轮重G/不计，拉力F是多少？,(b)若动滑轮重G/不能忽略，那么图中的拉力F应等于多少？,分析：图中吊起动滑轮的绳子股数为5,巩固练习：,1：如下图(a)所示，物体B重100N，在力F作用下匀速上升时，F应等于N。（不计摩擦）,2: 如上图(b)所示，物体A重为100N，挂重物的钩子承受的拉力是N。人匀速拉绳子的力是N（动滑轮自重不计）,100,100,50,3:如图所示的四个滑轮组中，图可省一半力，图最费力，图和图用力大小一样。,( b ),( c ),如图所示，物体A重G80N，在F60N拉力下匀速前进，此时物体A受到的摩擦力等于N。（滑轮自重及绳子与滑轮的摩擦不计）,.,1:竖直方向上有一对平衡力N和G,2:水平方向上有一对平衡力T和f,G=N=80N,T=f=120N,因为,所以,f=2F=120N,综合分析得：,120N,滑轮,定滑轮：,（1）使用特点：可以改变力的方向，不省力也不费力；不省距离也不费距离,（2）实质：是一个等臂杠杆,动滑轮：,（1）使用特点：能省一半力，但不改变力的方向；要多移动一倍距离,（2）实质：动力臂是阻力臂二倍的杠杆,滑轮组,（1）使用优点：既可省力，又可改变力的方向；但不能既省力又省距离,（2）公式：总n（物动滑轮）n （不计滑轮摩擦）,snh,