定滑轮与动滑轮专题解析
名I师c讲I堂
瘪国国固励国国
■郁从军
生活中我们常会看到如下几种情景:如图l,升旗时,升旗手只要拉动旗杆下面
的绳子,国旗就能冉冉升起;如图2,人站在
地面上只要拉动绳子.就可以把重物吊到
二楼;如图3,在施工中,起重机可以把重物
吊到高处.
图3
①广
i麓壤
起重机吊重物
l澜
上面3幅图中的装置都使用了滑轮这种简单机械.我国早在战国时期的《墨经》中就有关于滑轮的记载.所谓滑轮就是一个周边有槽,能够绕轴转动的轮子(如图4).滑轮有两种:定滑轮(如图5)和动滑轮(如图6),定滑轮和动滑轮可以组合成为滑轮组
哆媳毯黉
匹通黝
出2
提升重物
气中应被森林吸收的二氧化碳没有被吸收,这也是空气中二氧化碳含量增加的一个原因.温室效应也进一步增强.估计到2l世纪中叶,地球表面平均温度将上升1.5~4.5℃,而在中高纬度地区,温度将上升更
用的能量主要还是内能,不能因为它造成了大气污染就“因噎废食”。弃之不用.在利用内能时,首先,我们可以通过改进设备和技术,采用集中供热、普及煤气、天然气的使用等措施来减轻对大气的污染:其
大.温室效应的后果十分严重,它将促使自
然生态发生重大变化.土地侵蚀加重。荒漠化扩大,森林退向极地,旱涝灾害严重,雨量将增加7%~11%;温带冬天更湿,夏天更旱.这会迫使原有的水利工程重新调整.由于气温升高.两极冰川将熔化,使海平面上升.沿海将受到严重威胁……
地球变暖已引起全世界人们的关注。如何积极治理大气污染已成为人类迫切
次,研究把二氧化碳气体转化为其他物质
的生物、化学技术,实现二氧化碳气体的收集和绿色转化;再次,要保护好现有的森林,并大力提倡植树造林,使大气中的二氧化碳通过植物光合作用转化为营养物质;最后,还要研究利用各种途径,尽量减少矿物能源的总消耗,大力开发和应用太阳能、水能、原子能和风能等,以减少二氧化碳的排放.最终达到减轻温室效应带
需要解决的重要课题.由于现阶段人类利
来的严重后果.瓣
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(3)如图10所示,改变力的方向,由
名师讲
堂
k麓
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图可知Z。=f:=r.根据杠杆平衡条件可得E=F2=G,可见,对于定滑轮来说,无论朝哪个方向用力,定滑轮都是一个等臂杠杆,
所用拉力都等于物体的重力G(不计绳重和摩擦)。拉力的大小与方向无关.
由此可得出.定滑轮的特点是不省力。但可以改变力的方向.用定滑轮提升重物时.动力移动的距离s等于重物移动的距离h.
二、动滑轮
图4图5
骨轮定滑轮4髻2
彦
图6
E-]
处?
使用滑轮时,轴的位置随物体一起移
动的滑轮称为动滑轮.使用动滑轮有什么好
动滑轮
一、定滑轮
使用滑轮时,轴的位置固定不动的滑轮称为定滑轮.使用定滑轮有什么好处?
(1)我们按图8所示的方式组装定滑轮。用弹簧测力计测出绳端的拉力,将该拉力与钩码的重力相比较。发现绳端的拉
(1)我们按图11所示的方式组装动
滑轮,用弹簧测力计测出绳端的拉力,将该
拉力与钩码的重力相比较,发现绳端的拉
力等于钩码的重力的一半(不计绳重、摩擦
和轮重).
力等于钩码的审力f不计绳重和摩擦).
创ll
图8
(2)如图9所示,轴心O点固定不动(2)如图12所示,图中D点可以看做一个能够移动的支点,其动力臂11=2l:=2r.
为支点,其动力臂ll=阻力臂踣圆的半径r.根据杠杆平衡条件即。=FJ:,可知,当匀
速提起重物时杠杆处于平衡状态(不计绳
根据杠杆平衡条件即。=FJ:,可知,当匀速
提起重物时杠杆处于平衡状态(不计绳重、摩擦和轮重),E=G/2,即省一半的力.
重和摩擦),E=肛G,即不省力.
鼎
图9
图10
F:
臣丑
图12
图13
(3)如图13所示,改变力的方向。由图可知ll<2r.根据杠杆平衡条件可得E>G/2,可见,对于动滑轮来说,只有当拉力竖直向
上升,对该滑轮的说法,正确的是()
上拉时才省一半的力(不计绳重和摩擦),拉
力的大小与方向有关.
由此可得出,动滑轮的特点是省一半的力,但不可以改变力的方向.用动滑轮提升重物时。还可以得到动力移动的距离5等于重物移动的距离h的2倍,即省一半的力
图16
A.这是一个动滑轮,可省力B.这是一个定滑轮.可省力
C.这是一个动滑轮,可改变力的方向
D.这是一个定滑轮.可改变力的方向
4.如图17所示,在竖直向上大小为10N的力F的作用下,重物A沿竖直方向匀速上升.已知重物A上升速度为0.2m/s。不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间的摩擦.则物体
就要用2倍的距离.
三、滑轮组
我们把定滑轮和动滑轮组合起来.就可以组合成滑轮组.使用滑轮组时。既可以达到省力又可达到改变力的方向的作用.
四、对应练习
1.如图14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(
天
的重力大小和滑轮上升的速度分别为().
).
zz易"
—水门
图17
A.20N
C.5N
图14
0.4m/s
0.4m/s
B.20ND.5N
0.1m/s
0.1rn/s
5.如图18所示.某同学用重为10N的
D.丁
A.甲B.乙C.丙
动滑轮匀速提升重为50N的物体.不计摩
擦,则该同学所用拉力F的可能值是(
).
2.建筑工地上常用如图15所示的装置搬运建筑材料,使用的滑轮组由A、B、C、D4个滑轮组成,其中属于定滑轮的有属于动滑轮的有
L——
,
(填字母).
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蓑7
望,
(:
1_留,目撼蔓毗1
钢
垃
图18
绳
D
A.20NB.25NC.30ND.35N
6.如图19所示,在用滑轮将同一物体沿相同水平地面匀速移动时,拉力分别为F甲、F乙、,丙、F丁,比较它们的大小(不计滑轮重及滑轮与细绳间的摩擦),正确的是
(
).
建材
图15
3.如图16所示.学校国旗的旗杆上有一个滑轮,升旗时往下拉动绳子,国旗就会
①
以及滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力,
并且绳子足够长.求:(1)物体A与水平面
纭募丑b』狐
,,丙
间摩擦力厂的大小;(2)拉力F的大小.
10.定滑轮在使用时相当于一个杠杆.
V丁
如图23所示.某人用绳子沿着倾斜方向通过定滑轮拉住钩码,已知人手的拉力为F,
kF_>F乙B.F乙=F丙
钩码重力为G.
C.F丙<FxD.一样大
7.工人们为了搬运一台笨重的机器。
设计了如图20所示的4种方案(机器下
方的小圆表示并排放置的圆形钢管的截面),其中最省力的方案是().
曼鳃幽置
L
U
图23
(1)请在图中标出这只“杠杆”的支点0.画出拉力F、钩码重力G及它们的力臂(保留作图痕迹);
(2)若不计摩擦、滑轮重和绳重,请用
杠杆平衡条件推证:F--G.蹲
对应练习答案
1.D
图20
8.如图21所示.在健身运动的过程
中,物体A的质量为4kg,滑轮摩擦不计.当向下摆动脚腕使细绳拉着物体A缓慢(匀速)提升时,脚腕对细绳拉力的方向在改变、大小
2.BCD
5.D
6.B
A3.D7.C
8.不变
4.D
9.(1)因物体A做匀速直线运
动,则户F。=12N.(2)作用在动滑轮
轴上的拉力F=2f=2×12N=24N.
10.(1)定滑轮可以绕中间轴转动,所以支点0为定滑轮的轴;
拉力是自由端沿绳子斜向下的拉力.过钩码重心作竖直向下的
重力:
9.如图22所示,物体A的质量m=12kg,在拉力F的作用下,物体A以0.1m/s的速度在水平面上做匀速直线运动.弹簧测力
一
图2l图22
(也改变/不变).
过支点O分别作动力作用线
和阻力作用线的垂线段(即动力臂Z:和阻力臂Z。).图略.
(2)由几何知识知:Zl_2疼R(R为滑轮半径卜
计的示数为12N.忽略滑轮与绳子的摩擦力
j瓣
根据杠杆平衡条件:R・五=兄・Z2,即,.2l=G・Z2,得:肚:G.