第2节 滑 轮
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第1课时 定滑轮和动滑轮
1.认识定滑轮和动滑轮,
2.知道定滑轮、动滑轮的特点.
3.了解定滑轮和动滑轮的应用.
1.定滑轮、动滑轮的特点.
2.定滑轮和动滑轮的应用.
3.使用定滑轮和动滑轮的几种情况
电梯中的滑轮
生活中的滑轮
【认识滑轮】
周边有槽,可以绕着中心轴转动的轮子。
轴
小轮
凹槽
定滑轮和动滑轮
旗杆顶部的滑轮
健身器上的滑轮
使用滑轮提升物体
以下的滑轮在使用时,轴的位置是否移动?
窗帘顶部的滑轮
一、定滑轮和动滑轮
1、定滑轮:在使用中,轴固定不动的滑轮。
以下的滑轮在使用时,轴的位置是否移动?
2、动滑轮:在使用中,轴和物体一起运动的滑轮。
F
滑轮也是一种简单机械,它在日常生活中的应用非常广泛。大家在生活中见过滑轮吗?滑轮有什么特点呢?
探究定滑轮和动滑轮的特点
【提出问题】
(1)使用定滑轮、动滑轮是否省力(或更费力)?
(2)使用定滑轮、动滑轮是否省了距离(或需要移动更大的距离)?
(3)什么情况下使用定滑轮,什么情况下使用动滑轮?
【设计实验】
分别使用定滑轮、动滑轮缓缓提升同一物体,记录整个过程中用力大小、物体移动距离及动力移动的距离、动力的方向,找出动滑轮和定滑轮的特点。
二、实验:研究定滑轮和动滑轮的特点
物重G/N
物体移动方向
物体移动距离h/m
拉力F/N
拉力
方向
拉力移动距离s/m
【实验表格】
【实验器材】
滑轮、钩码、弹簧测力计、刻度尺。
步骤:
(1)用弹簧测力计直接测出钩码的重力。
(2)用弹簧测力计测量使用定滑轮所用拉力的大小。
(3)竖直向下匀速拉动弹簧测力计,观察重物移动 的距离和拉力作用点移动的距离。
1、探究定滑轮的特点
序号
物重G/N
物体移动方向
物体移动距离h/m
拉力F/N
拉力
方向
拉力移动距离s/m
1
2
3
【数据分析】
0.5 向上 0.2 0.5 向下 0.2
1.0 向上 0.1 1.0 向下 0.1
1.5 向上 0.15 1.5 向下 0.15
【结论】
1、定滑轮的特点:使用定滑轮不省力,也不省距离;但可以改变力的方向。
2、定滑轮的实质:相当于一个能够连续转动的等臂杠杆。
由杠杆平衡的条件:F1L1=F2L2 ,即FL1=GL2,因为,L1=L2,所以,F = G 。
注:无论拉力方向如何,都不影响拉力的大小。即F=G
对重物受力分析:
G=F1
F和F1是作用在同一根绳子上的力,
故: F=F1
F=G
所以:
使用定滑轮不省力
同一根绳子上的力大小相等
物体向上运动,用力却是往下拉,
所以,使用定滑轮能改变力的方向
F
G
F1
h
S
用定滑轮匀速提升重物,重物上升距离为h,绳子自由端移动距离为s,s和h之间什么关系呢?
s=h
使用定滑轮不能省距离。
物体升高了h,绳子自由端移动了S。
绳子的自由端
步骤:
(1)用弹簧测力计直接测出钩码的重力;
(2)沿竖直向上匀速拉动弹簧测力计,记录弹簧测力计的示数,观察重物移动的距离和拉力作用点移动的距离。
3、探究动滑轮的特点
序号
物重G/N
物体移动方向
物体移动距离h/m
拉力F/N
拉力
方向
拉力移动距离s/m
1
2
3
【数据分析】
【结论】
3、动滑轮的特点:使用动滑轮可以省力,但费距离;且不改变力的方向。
0.5 向上 0.2 0.3 向上 0.4
1.0 向上 0.1 0.6 向上 0.2
1.5 向上 0.15 0.8 向上 0.3
(不计绳重、动滑轮重和摩擦)
4、动滑轮的实质:相当于一个动力臂是阻力臂的2倍的杠杆。
由杠杆平衡的条件:F1L1=F2L2 ,即FL1=GL2,因为,L1=2L2,所以,F = ????????。
?
当F沿竖直方向时:
因为绳子和动滑轮接触,对动滑轮受力分析。
G+G动=F1+F
同一根绳子上的力相等:F1=F
G+G动=2F
F=
G+G动
2
动滑轮可以省力,但不一定省一半力。
物体向上运动,拉力也向上,所有,使用动滑轮不能改变力的方向
不计绳重、动滑轮重和摩擦,且拉力方向竖直时:
G物
G动
F
F1
用动滑轮匀速提升重物,物体上升距离h,绳子的自由端移动距离为s。
s=2h
所以,使用动滑轮费距离。
S=2h
h
h
h
动力臂???????? < ???????? 阻力臂的2倍。
?
根据:F ????????=G ????????
?
F >
G
2
当F不是沿竖直方向时
(1)实验中应选用轻质的动滑轮;
(2)要始终竖直匀速拉动弹簧测力计;
(3)读数时,视线要与刻度盘垂直。
(4)换用不同数量的钩码,以获得多组数据,使结论更具有普遍性。
【评价与交流】
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
图示
表达式
定
滑
轮
F=G
F=f
f为物体A所受的摩擦力
方法总结:使用定滑轮和动滑轮的几种情况
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}
图示
表达式
动
滑
轮
定滑轮和动滑轮
定滑轮
轴不随物体一起运动的滑轮
不省力也不费距离,但可以改变力的方向
实质:等臂杠杆
轴随物体一起运动的滑轮
省力但费距离,且不能改变力的方向
实质:省力杠杆
动滑轮
2.用滑轮按图甲、乙、丙所示三种不同方式,拉着同一物体在水平面上做匀速直线运动,拉力分别是F1、F2、F3,则( )
A. F1>F2>F3 B. F2>F3>F1
C. F2>F1>F3 D. F3>F1>F2
3.如图所示,在竖直方向大小为20N的拉力F作用下,重物A沿竖直方向,以0.2m/s的速度匀速上升。不计滑轮重、绳重、摩擦,物体A的重力及滑轮移动的速度是( )
A.40N 0.4m/s
B.10N 0.1m/s
C.20N 0.1m/s
D.10N 0.4m/s
第2节 滑 轮
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第2课时 滑轮组
定滑轮可以改变力的方向,但不能省力。动滑轮可以省力,但不能改变力的方向。
【观察与思考】
能否得到这样一种机 械,它既可以省力,又可以改变力的方向呢?
+
定滑轮与动滑轮的组合,叫滑轮组。
滑轮组
+
或者
还有别的绕线方法吗?
这两种绕线方法有什么不同?
1.绳子的起点
2.拉力的方向
3.拉力的大小
4.移动的距离
【讨论与交流】
思考角度:
探究使用滑轮组的特点
{8799B23B-EC83-4686-B30A-512413B5E67A}序号
物重G/N
物体移动方向
物体移动距离h/m
与动滑轮相连的绳子段数n
拉力F/N
拉力方向
拉力移动距离s/m
1
2
3
4
{8799B23B-EC83-4686-B30A-512413B5E67A}序号
物重G/N
物体移动方向
物体移动距离h/m
与动滑轮相连的绳子段数n
拉力F/N
拉力方向
拉力移动距离s/m
1
2
3
4
0.5 向上 0.1 2 0.3 向下 0.2
1.5 向上 0.05 2 0.8 向下 0.1
0.5 向上 0.1 3 0.2 向上 0.3
1.5 向上 0.05 3 0.5 向上 0.15
【数据分析】
1.拉力的方向:
2.拉力的大小:
3.拉力作用点移动的距离:
【实验结论】
可以改变拉力的方向
绕线越多越省力
绕线越多越费距离
如图,用滑轮组匀速提升重物G(不计动滑轮重和摩擦),物体上升高度为h,绳子自由端通过的距离S,绳自由端的拉力为F,
受力分析:F1+F2=G物
同一根绳子上的力相等:F1=F2=F
2F=G物
F=
G物
2
s=2h
1
2
2动滑轮上绳子的段数
如图,用滑轮组匀速提升重物G(不计动滑轮重和摩擦),物体上升高度为h,绳子自由端通过的距离S,绳自由端的拉力为F,
受力分析:F+F1+F2=G物
同一根绳子上的力相等:F1=F2=F
3F=G物
F=
G物
3
3动滑轮上绳子的段数
s=3h
使用滑轮组的特点:
1、 改变力的方向;
2、 _______ 省力;
3、但 ______ 距离。
注:没有既省力,又省距离的机械。
利用两个定滑轮和两个动滑轮,可以怎样绕绳子呢?
试一试
【交流讨论】
1、绳子的起点
2、拉力的方向
3、拉力的大小
4、移动的距离
这两种绕线方法有什么不同?
F
F
4F=G物
F=
G物
4
4是动滑轮上绳子的段数
s=4h
5F=G物
F=
G物
5
5是动滑轮上绳子的段数
s=5h
受力分析:
F1+F2+F3+F4=G物
同一根绳子上的力相等:
F1 = F2 = F3 = F4=F
受力分析:
F1+F2+F3+F4+F5=G物
同一根绳子上的力相等:
F1=F2 =F3 =F4 =F5=F
不计动滑轮重和摩擦
你发现了什么规律?
F
(不计绳重,动滑轮重和摩擦)用一根绳子组装的滑轮组,拉力F大小和绳子自由端移动的距离与动滑轮相连的绳子段数n有关
拉力F的大小与连接动滑轮的绳子段数n有关。有几段绳子与动滑轮连接,所用的力就是物重的几分之一。即: (不计绳重,动滑轮重和摩擦)
F=
n
G
1
2
物体升高h,相当于吊起动滑轮的每段绳子抽走了h,这些都只能从绳子自由端抽走,则绳子自由端在相等的时间内共需要抽走nh,即s=nh。
1
2
提升重物,计动滑轮重,不计绳重和摩擦时,拉力就是物重和动滑轮总重的 n分之一,即: 。 所有,连接动滑轮的绳子段数越多,越省力。
G+G动
F=
n
【应用拓展】
1
2
方法:1、在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线。
2、只数与动滑轮相连的绳子,即为绳子的段数,用n表示。
注:有时需要将绳子的自由端适当延长。
n =
n =
n =
n =
n =
n =
【方法指导】
判断滑轮组绳子段数的方法 —— 分离法
1、 拉力F、物体重力和动滑轮重力之间的关系:
(条件:不计绳重和摩擦)
2、绳子自由端移动的距离或F移动的距离(s)与物体移动的距离(S物) 的 关系:s=nS物。
4、绳子端的速度与物体移动的速度关系: V绳=nV物
G动
G动
G动
G动
G动
G动
G动
G物
G物
G物
G物
G物
G物
楼下有一箱货物,要将它有滑轮组提到二楼,应该如何绕线?
【想一想 试一试】
滑轮组组装的原则——“奇动偶定”
1、当承重的绳子段数n为偶数时,绳子固定端系在定滑轮的挂钩上;
2、当n为奇数时,绳子固定端系在动滑轮的挂钩上。
这一原则可概括为“奇拴动,偶拴定”,简称“奇动偶定”
注:
(1)在绕线时,要先将绳子一端固定在挂钩上,再绕定(动)滑轮。
(2)如果绳子最后绕过的是动滑轮,则拉力方向应竖直向上。
当定滑轮 = 动滑轮个数:
1、从动滑轮开始绕:最省力,但是不能改变力的方向,段数n为奇数。
2、从定滑轮开始绕:可以改变力的方向,段数n为偶数。
1
2
2、当定滑轮≠动滑轮个数时:
只能从数量少的滑轮开始绕。定滑轮少就从定滑轮开始,动滑轮少就从动滑轮开始。
7、如上图所示,在一水平地面上,木箱重600 N,受到的摩擦力为300 N,用力F拉动木箱使它匀速直线运动了2 m(不计滑轮重量及绳与滑轮间的摩擦),下列说法正确的是( )
A.拉力F的大小为100 N
B.拉力F的大小为200 N
C.绳自由端移动了4 m
D.绳自由端移动了1 m
轻轻转动门把手,就可以把门锁打开
司机用不大的力转动方向盘,在轴上就能产生较大的力使汽车转弯
自行车的脚踏板
斜面和轮轴
轮轴由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。通常把大轮叫轮,小轮叫轴。
1、轮轴
2、轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。
若动力作用在轮上,阻力作用在轴上,就省力,如汽车方向盘、井上的辘轳和水龙头等。
若动力作用在轴上,阻力作用在轮上,就费力,如汽车前窗上的雨刮器,自行车通过链条带动车轮转动等。
注意:轮轴不一定省力,关键看动力施加在轮上还是轴上。
船舵
螺丝刀
其他轮轴
1、斜面是一种能省力,却费距离的简单机械。
光滑的斜面
沿斜面向上的推力:
l
斜面高度一定时,斜面越长越省力
F= ——
Gh
2、斜面的特点
其他斜面
斜面的作用
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}名称
斜面
轮轴
示意图
特点
、费 。
且斜面越 越省力。
动力作用在轮上省力,
作用在轴上费力。
原理(不计
摩擦)
FL=Gh,由公式可知,斜面高度一定越长越 ?
应用
盘山公路、钻头
方向盘、水龙头、扳手
轮轴与斜面
滑轮
定滑轮
既能省力,又能改变力的方向
可以省力,但不能改变力的方向,实质是省力杠杆
不省力,可以改变力的方向,实质是等臂杠杆
滑轮组
其他简单机械
动滑轮
1、下图中所列工具哪种机械相当于斜面?( )
2、某升降式晾衣架的结构如下图所示,该晾衣架没有应用到的简单机械是( )
A.动滑轮
B.定滑轮
C.轮轴
D.斜面
3、螺丝钉是被拧成圆柱形的类似__________的机械,螺丝钉上的螺纹就像图1中形成的纹路,一圈圈螺纹的长相当于斜面的长度.仔细观察如图2、图3所示的两个螺丝钉,你认为,使用_________更省力.
4、山间公路往往环绕山坡盘山而上,这样可以使上山的汽车( )
提高功率
减小所需牵引力
提高机械效率
减小所需的功
5、骑自行车上一个陡坡时,有经验的同学会沿S型路线骑行,他这样做是为了( )
缩短上坡过程中所走的路程
减小上坡过程中所施加的力
C. 减少上坡过程中所做的功
D. 缩短上坡过程中所用的时间
6、小文同学采用如图所示的两种不同方式将同一货物搬运到同一辆汽车上,其中说法正确的是( )
A. 甲所示的方法克服重力做功多
B. 乙所示的方法更省力
C. 两种方法的机械效率相等
D. 两种情况下,货物的机械能都增加
7、如图,甲、乙两斜面(不计摩擦)高度均为h,但甲比乙长,现把质量相等的两个物体从斜面底端匀速推到斜面顶端,则推力F1与F2的关系为( )
A. ????1>????2 B. ????1???2 C. ????1=????2 D. 无法确定