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第二节 滑轮
复习导入
什么是杠杆？杠杆的五要素是什么？
在力的作用下绕着固定点转动的硬棒叫杠杆。
杠杆的五要素：支点O、动力F1、阻力F2、动力臂l1、阻力臂l2。
什么是杠杆的平衡？杠杆的平衡条件是什么？
杠杆在动力和阻力的作用下静止时，就说杠杆平衡了，杠杆平衡的条件是动力×动力臂＝阻力×阻力臂。
新课探究
观察与思考
用绳索或链条绕过具有转动轴的光滑圆轮，这个装置叫作滑轮。
一、滑轮及其分类
定滑轮
使用时，轴固定不动的滑轮叫作定滑轮。如图所示。
轴固定在旗杆上
动滑轮
使用时，轴跟物体一起运动的滑轮叫作动滑轮。如图所示。
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二、探究定滑轮和动滑轮的特点
实验探究
（1）用弹簧测力计测出钩码所受的重力，将示数记录在实验表格中；
（2）分别安装定滑轮和动滑轮，挂上钩码，如图乙和丙；
实验步骤：
（3）匀速竖直拉动弹簧测力计，使钩码匀速上升，将拉力方向和弹簧测力计的示数记录在实验表格中；
（4）用刻度尺测出钩码上升的高度和弹簧测力计移动的距离并记录在实验表格中。
实验数据：
钩码重G/N 钩码上升的高度h/m 拉力F/N 弹簧测力计移动的距离s/m 拉力方向
定滑轮 2 0.1 2 0.1 向下
动滑轮 2 0.1 1.1 0.2 向上
实验结论：使用定滑轮不省力，不省距离；但可以改变力的方向；使用动滑轮可以省力；但费距离，且不改变力的方向。
你能参照下图，根据杠杆的平衡条件，说明定滑轮和动滑轮的上述结论中的特点吗？
定滑轮
动滑轮
定滑轮的本质
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使用定滑轮时，相当于一个等臂杠杆，定滑轮的轴是杠杆的支点，动力臂和阻力臂都等于定滑轮的半径。
G
F
G
F
O
G
F
G
F
O
拉力 F 与物重 G 的关系是：________
F = G
当绳子沿着倾斜方向通过定滑轮拉重物时，还是一个等臂杠杆吗？请画出两个力臂。
G
F
定滑轮的本质
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使用动滑轮时，同样可找出跟它相当的杠杆。如图所示，点 O 为杠杆的支点，滑轮的轴 A 为阻力的作用点。提升重物时，如果两边绳子平行，动力臂为阻力臂的两倍。
O
A
F
O
A
F
拉力 F 与物重 G 的关系是：________
F = G
1
2
定滑轮和动滑轮的比较
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。
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？
三、滑轮组及滑轮组的工作特点
定滑轮与动滑轮的组合叫滑轮组。
结论：使用滑轮组既可以省力； 又可以改变力的方向。
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滑轮和滑轮组在起重机械中得到了广泛的应用，下图就是实际应用中的滑轮。
实验探究
分别按照图甲、乙所示方式组装滑轮组，沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，读出弹簧测力计的示数，测出钩码受到的重力、钩码上升的高度、绳子自由端移动的距离，并记录在实验表格中。
实验步骤：
实验数据：
图甲方式 图乙方式
钩码受到的重力/N 2 2
钩码上升的高度/m 0.1 0.1
拉力的方向 竖直向下 竖直向上
弹簧测力计的示数/N 1 0.67
绳子自由端移动的距离/m 0.2 0.3
实验表明：使用滑轮组吊重物时，若动滑轮重、绳子自重和摩擦不计，动滑轮被几股绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一。
利用两个定滑轮和两个动滑轮，可以怎样绕绳子呢？
F
F
讨论：这两种绕线方法有什么不同？
你发现了什么规律？
F
F
结论：
F 拉力
n 承担物重的绳子段数
G 物重
G动 动滑轮重
S 自由端移动的距离
h 物体上升的高度
例题：使用如图所示的滑轮组提升重300N的水桶，至少要用多大的力？当水桶被提升0.1m时，拉力的作用点移动了多少？
解：滑轮组由两个定滑轮和一个动滑轮组成，动滑轮和水桶由三段绳子吊着。在不计动滑轮重和摩擦的情况下，每段绳子承担着水桶重力的1/3，所以用100N的拉力就能提升水桶。拉力作用点移动的距离是水桶移动距离的3倍，即0.3m。
答：至少要用100N的力。拉力的作用点移动了0.3m。
课堂小结
1.工作时，轴不随物体移动的滑轮叫定滑轮，定滑轮只能改变力的方向，不能省力；
2.工作时，轴随着物体移动的滑轮叫动滑轮，动滑轮可以省一半的力，但不能改变力的方向；
3.使用滑轮组既可以省力；又可以改变力的方向。当动滑轮上的绳子段数为n，物体重力为G物，动滑轮重G动，自由端拉力为F，则有F=(G物+G动)/n（不计所有摩擦时），物体提升的高度为h，自由端通过的距离为s，则s=nh。
随堂练习
1.如图所示，动滑轮重40N，工人至少要用多大的力才能把重500N的货物匀速拉起？
解：工人用的力
解析：从题图中看出有2段绳子连在动滑轮上，因此拉力
2.如图所示，货物重1000N，动滑轮重50N，至少要用多大的拉力才能提升重物？如果每段绳子只能承担400N的拉力，滑轮组最多能提起多重的货物？
解：至少用的拉力
因为 ，所以最多提起的货物重力G′物=nF′-G轮=3×400N-50N=1150N。
3.如图所示，如果用250N的力将重物吊起，应该怎样连接滑轮组？请在图中画出绕绳的方法。(不计动滑轮重及摩擦)
因为 ，4为偶数，绳子固定端应固定在定滑轮上（奇动偶定），然后顺次缠绕。
4.如图所示，动滑轮重2N，所吊起的重物B重10N，物体A重80N。此时物体B恰好以0.1m/s的速度匀速下降，要使物体B以0.2m/s的速度匀速上升，至少要对A施加一个多大的向左的水平外力？
解：物体B恰好以0.1m/s的速度匀速下降时，物体A所受的向左的摩擦力
物体B恰好以0.2m/s的速度匀速上升时，物体A所受的摩擦力方向向右，大小为4N，此时，拉力大小为F=f+F绳=4N+4N=8N。
