
3.通過對滑輪組的學習,掌握安裝滑輪組的方法,并能根據(jù)安裝情況分析拉力的大小與物重的關系
2.掌握定滑輪和動滑輪的特點,并能根據(jù)需要選擇合適的滑輪解決實際問題
1.能識別定滑輪和動滑輪
有時我們會看到工人站在地面上,利用滑輪將重物提升到樓上。這樣使用滑輪有什么好處?會省力嗎?
和升國旗一樣,不是為了省力,是為了……
知識點1 定滑輪和動滑輪
能繞軸自由轉(zhuǎn)動、周邊有槽的輪子
2.分類:定滑輪和動滑輪。
(1)定滑輪:使用時,它的軸固定不動。
(2)動滑輪:使用時,它的軸隨物體一起運動。
例1、如圖所示,利用動滑輪來工作的是( )
解析:使用時,觀察它的軸是否隨物體一起運動。
研究定滑輪和動滑輪的特點
(3)什么情況下使用定滑輪,什么情況下使用動滑輪?
(2)使用定滑輪、動滑輪是否省了距離(或需要移動更大的距離)?
(1)使用定滑輪、動滑輪是否省力(或更費力)?
分別安裝定滑輪(圖乙)和動滑輪(圖丙)進行實驗。記錄實驗時彈簧測力計拉力的大小和方向,以及彈簧測力計和鉤碼移動的距離。 通過分析實驗數(shù)據(jù),得出結(jié)論。
用滑輪拉起重物進行實驗。
使用定滑輪不省力,但可以改變力的方向;
2 2 0.10 0.10 向上 向下
1 1 0.10 0.10 向上 向下
2 2 0.10 0.10 向上 向左
4.3 4.3 0.10 0.10 向上 向下
使用動滑輪可以省力,但不能改變力的方向,而且費距離。
1 0.6 0.05 0.10 向上 向上
4 2.2 0.05 0.10 向上 向上
2 1.2 0.05 0.10 向上 向上
可以看成支點在中心軸O點的杠桿,動力F1=F,阻力F2=G,由杠桿平衡條件 F1l1=F2l2,即:Fl1=Gl2
一個能夠連續(xù)轉(zhuǎn)動的等臂杠桿
因為 l1=r,l2=r,l1=l2
可以看成支點在繩與輪相切于O點的杠桿,重物的重力作用線通過滑輪中心軸豎直向下,拉力沿繩豎直向上,所以動力臂l1=2r,阻力臂l2=r,l1=2l2。
一個動力臂等于阻力臂2倍的杠桿
動滑輪兩種常見情況的等量關系(設物體做勻速運動,忽略摩擦)
例2、如圖是滑輪的兩種用法,以下說法中正確的是( )
A. 甲是動滑輪,使用時不能省力B. 乙是動滑輪,使用時可以省力C. 甲是定滑輪,使用時可以省力D. 乙是定滑輪,使用時不能省力
解析:根據(jù)使用時它的軸是否隨物體一起運動來判斷是定或動滑輪。定滑輪不能省力,但動滑輪可以省力。
解析: 此時力臂仍然有l(wèi)1=r,l2=r,l1=l2, 由Fl1=Gl2,得G=F=10N。
練習1.如圖所示,小明用重為4N的定滑輪勻速提升物體,小明所用拉力為10N。不計摩擦和繩重,則物體的重力為( )A. 4N B. 6N C. 10N D. 14N
定滑輪能改變力的方向,但不能省力;動滑輪能省力,但不能改變力的方向。
定滑輪和動滑輪組合在一起的裝置
能否得到這樣一種機械,既可以省力,又可以改變力的方向呢?
討論:甲乙這兩種繞線方法有什么不同?
甲
繩子的起點;拉力的方向;拉力的大小;移動的距離。
定滑輪 動滑輪
0.5 向上 0.1 3 0.2 向下 0.3
1.5 向上 0.05 3 0.5 向下 0.15
0.5 向上 0.1 2 0.3 向上 0.2
1.5 向上 0.05 2 0.8 向上 0.1
甲 乙
使用滑輪組既_____省力,又_____改變力的方向,但_____距離。
圖甲中的重物由三段繩子通過動滑輪吊著,每段繩子都要承擔物重。用這個滑輪組提起重物,如果忽略動滑輪的自重、繩重及摩擦,只要用物重 的力就可以提起重物。
用滑輪組提起重物時,動滑輪上有幾段繩子承擔物重,提起物體的力就是物重的幾分之一。
n=3
用滑輪組提起重物時,若不計摩擦和繩重,考慮動滑輪自重G動,則有動滑輪上有幾段繩子承擔物重,提起物體的力就是物重和動滑輪重的幾分之一。
滑輪組有幾段繩子吊著物體,繩子自由端移動的距離就是物體升高距離的幾倍:
s→繩子自由端移動的距離;h→物體上升的高度;n→承擔物重的繩子的段數(shù)。
n
1.確定繩子的段數(shù)用n= G/F或 n=s/h 來求,當n不是整數(shù)時,要采用只入不舍的“進一法”處理小數(shù)位。
2.滑輪組的繞繩方法當承重繩子的段數(shù)n為奇數(shù)時,繩子的固定端在動滑輪上;當承重繩子的段數(shù)n為偶數(shù)時,繩子的固定端在定滑輪上;概括為“奇動偶定”。
例3、一位同學組裝了如圖所示的滑輪組,將重100N的重物勻速提升10m,若每個滑輪重20 N,且不計繩重和摩擦。求:繩自由端的拉力F和移動的距離s。
分析題圖可知,承擔總重的繩子段數(shù)為n=2,不計繩重和摩擦時,拉力F為
s=nh=2h=2×10 m=20 m
繩自由端移動的距離s為
輪軸由具有共同轉(zhuǎn)動軸的大輪和小輪組成。通常把大輪叫輪,小輪叫軸。
注意:動力施加在輪上,省力,但費距離;動力作用在軸上,費力,但省距離。
輪軸相當于一個可連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿,支點在輪軸的軸線上。
斜面是同水平面成一定傾斜角度的平面,也是一種簡單機械。
斜面高度一定時,斜面越長越省力。
例4、下列說法錯誤的是 ( )A. 使用輪軸既可以省力,又可以改變力的方向B. 盤山公路實際上就是一個斜面C. 動力作用在輪軸的輪上,輪的半徑就是動力臂D. 使用輪軸一定省力
解析:動力施加在輪上,省力,但費距離;動力作用在軸上,費力,但省距離。D選項錯誤。
不省力,可以改變力的方向,實質(zhì)是等臂杠桿
可以省力,但不能改變力的方向,實質(zhì)是省力杠桿
既能省力,又能改變力的方向,但費距離
1.下列各種機械中,不省力的機械是( )
解析:旗桿頂定滑輪不能省力,作用是用來改變力的方向。D選項符合。
2.用題圖甲的滑輪組提升重200 N的物體,已知拉力F為80 N,不計繩重和摩擦。物體和繩子自由端的運動情況如圖乙所示,反映繩子自由端運動的圖線是____(選填“A”或“B”),動滑輪重為_____N,3s內(nèi)滑輪組對物體做的功為_______J。
解析: 由圖甲知n=3,繩子自由端運動速度是物體運動速度的3倍,A表示速度大; 滑輪組省力特點:nF=G物+G動,得G動=nF-G物=3×80 N-200 N=40 N; 3 s內(nèi)物體上升的高度為h=1.5 m,所以滑輪組對物體做的功
W=F拉h(huán)=Gh=200 N×1.5 m=300 J。
3.在建筑工地上,工人師傅有時需要站在地面上通過滑輪組提升重物,請在圖甲中畫出繩子的繞法。工人師傅有時需要站在樓頂通過滑輪組提升重物,請在圖乙中畫出繩子的繞法。哪種情況下更省力?
解析:甲圖中工人師傅在地面,那就必須改變力的方向,繩子的起始端要在定滑輪上,解答如圖,n=2;乙圖中工人師傅站在樓頂,那無需改變力的方向,繩子的起始端要在動滑輪上,解答如圖,n=3。
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