2022-2023学年九年级物理上册同步教学课件 11.2 滑轮（课件）-苏科版（共53张PPT）

滑轮组
定滑轮和动滑轮
二、滑轮
1
导入新课
①请同学们欣赏一幅漫画
胖子与瘦子在提米的过程中，使用了什么工具，
为什么会出现这种情况？
旗杆顶部上的滑轮
今天我们一起学习
②除了杠杆之外，滑轮也是一种常见的简单机械，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？使用滑轮有什么特点呢？
健身房器材上的滑轮
起重机上的滑轮
第2节 滑轮
2
学习新课
①滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的轮子。
轴
轮
槽
请你观察滑轮的结构：
1. 滑轮
下面两个滑轮在使用上有什么不同呢?
国旗上升时，旗杆顶端的
滑轮轴不随物体一起移动。
②滑轮分为：定滑轮、动滑轮。
叫定滑轮。
叫动滑轮。
货物上升时，起重机下面的
滑轮轴随物体一起移动。
旗杆顶端的滑轮
定滑轮
起重机下面的滑轮
动滑轮
一、探究定滑轮工作时的特点
【实验器材】
铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计
【实验装置】
如图所示组装定滑轮，在它的左侧挂上钩码，竖直向下拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数。
G
拉力F
活 动
钩码重力G/N
物体移动方向
物体移动
距离h/cm
拉力F/N
拉力
方向
拉力移动
距离S/cm
【数据表格】
①用弹簧测力计直接测出钩码的重力G。
②使用定滑轮缓缓提升钩码，记录整个过程中拉力的大小F、钩码上升的距离h物、拉力移动的距离s绳及拉力的方向。
【实验步骤】
h物
F
s绳
G
③改变拉力的方向：
分别沿竖直方向拉升、斜着拉升、水平拉升钩码，观察拉力F1、 F2、 F3、的大小。把实验数据记入表格中。
F1
F2
F3
④改变钩码的重力，重复上述实验。
①拉力与重力的大小关系：F=G，即使用定滑轮不省力。
②拉力的方向：可以改变。
③拉力（绳末端）移动距离S绳等于钩码上升高度h物： S绳=h物
钩码重
G/N
钩码移动
方向
钩码移动
距离h/m
拉力
F/N
拉力
方向
拉力移动
距离s/m
1.5
竖直向上
0.3
1.5
竖直向下
0.3
1.5
竖直向上
0.3
1.5
斜向下
0.3
1.0
竖直向上
0.4
1.0
竖直向下
0.4
【实验数据】
【分析数据】
①使用定滑轮不能省力；
②使用定滑轮可以改变用力的方向；
③使用定滑轮可以改变拉力的方向，但不能改变拉力的大小；
④使用定滑轮不省距离。
【归纳结论】
可以改变力的方向是指：
拉力的方向与物体运动
方向相反（或不同）。
物体运
动方向
拉力方向
视频演示实验——《研究定滑轮的特点》
【例题1】
研究定滑轮的特点:（1）在研究使用定滑轮是否省力时，用如图甲所示装置匀速提升重物，需要测量的物理量是　　　????和　　　　???。
（2）如图乙所示，分别用拉力F1、F2、F3匀速提升重物，则三个力的大小关系是　　　　　????。
（3）旗杆顶部有一个定滑轮，给我们升国旗带来了便利。这是利用定滑轮　　　　　??? ?的特点。
（1）用如图甲所示装置研究定滑轮的特点，需要测量的物理量是弹簧测力计对绳子末端的拉力和物体的重力;
（2）图乙是一个定滑轮，定滑轮的特点是既不省力也不省距离，所以分别用拉力F1、F2、F3匀速提升重物，三个力的大小相等，即F1=F2=F3;
（3）定滑轮可以改变力的方向，能够方便我们升降国旗。
拉力
重力
F1=F2=F3
可改变力的方向
二、探究动滑轮工作时的特点
【实验器材】
铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计
【实验装置】
测出钩码和动滑轮的总重力，然后按图组装动滑轮，竖直向上拉弹簧测力计，使钩码匀速上升，读出弹簧测力计的示数。
【数据表格】
总重力G/N
物体移动方向
物体移动
距离h/cm
拉力F/N
拉力
方向
拉力移动
距离S/cm
①用弹簧测力计直接测出钩码和动滑轮的总重力G。
②用弹簧测力计缓缓竖直向上拉动滑轮提升钩码，记录整个过程中用力大小F、钩码升高的距离h及拉力移动的距离s。
【实验步骤】
F
③将测量结果填入表格。改变钩码的个数，重复上述实验过程。
h
s
①拉力与重力的关系： F=G/2 ，即使用动滑轮省一半力。
②拉力的方向：不能改变。
③拉力（绳末端）移动距离S是钩码上升高度h的2倍：
S绳=2h物。
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
2.0
竖直向上
0.3
1.0
竖直向上
0.6
3.0
竖直向上
0.4
1.5
竖直向上
0.8
6.0
竖直向上
0.2
3.0
竖直向上
0.4
【实验数据】
【分析数据，归纳结论】
结论
拉力（绳末端）移动的距离S是物体上升高度h的2倍：S拉=2h物。
①使用动滑轮最多能省一半的力；
②使用动滑轮不能改变用力的方向；
③使用动滑轮拉力（绳末端）移动距离S是钩码上升高度h的2倍。
视频演示实验——《研究动滑轮的特点》
G
F
1. 定滑轮的实质——等臂杠杆
0.
如图所示，定滑轮的轴心O为支点，动力臂l1与阻力臂l2都是滑轮的半径r。
F＝G
F1l1=F2l2
l1=l2=r
l1
Fl1=Gl2
通过理论分析可知，定滑轮实质上
是一个等臂杠杆，所以不省力。
l2
三、滑轮的实质——变形的杠杆
2. 用平衡力的知识研究定滑轮的特点
在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以拉力F跟物体的重力G是一对平衡力。
F＝G 。
F
G
使用定滑轮不省力，可以改变力的方向。
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.
F1
F2
3. 动滑轮的实质
l1
l2
动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。
动滑轮相当于一根杠杆，支点在绳和轮相切的O处；拉力F1是动力，重物的拉力是阻力F2；动力臂l1是轮直径、阻力臂l2是轮半径。
根据杠杆原理：F1l1=F2l2
l1＝2l2　 F1＝ F2＝ G
（不计摩擦和动滑轮重）
1
2
1
2
O.
4. 用平衡力的知识研究动滑轮的特点
在忽略动滑轮的重力和摩擦的情况下，物体受到重力G和两段绳子的两个拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以两个拉力F跟物体的重力G是平衡力。
2F＝G ，F=12????。
?
若考虑动滑轮的重力，忽略绳重、摩擦的情况下，由于物体匀速上升，所以四个力平衡，满足：
2F＝（G+G动）， F=12=（????+????动）
?
F
F
G
G动
①竖直提高物体
F＝2G物
（不计G动）
F＝2G物+G动
②水平拉物体
5. 拓展
动滑轮的特殊用法（拉力作用在轴上）
s????=12?物体
?
vF=12????物
?
F＝2f摩擦力
s????=12????物体
?
vF=12????物
?
f 表示摩擦力；
s????表示拉力移动的距离；
vF表示拉力移动的速度。
?
图中滑轮为定滑轮。
胖子对绳子的拉力与物体的重力大小相等，且胖子重力大于物体重力，因此胖子可将物体通过定滑轮吊到二楼。而瘦子对绳子的拉力小于物体的重力，且瘦子的重力小于物体的重力，因此瘦子被吊到二楼。
这个故事中使用的是什么滑轮？为什么瘦子会被吊起来？
瘦子用什么办法能在地面上把这袋大米拉上去？
【例题2】一辆小汽车陷进了泥潭，司机按如图所示的甲、乙两种方式安装滑轮，均可能将小汽车从泥潭中拉出，你认为甲方式中滑轮的作用是_______________；设两种
方式将汽车拉出的最小力分别是
F1、F2，则F1 ____ F2 （均选填
“＞”、“＜”或“等于”） 。
甲方式中的滑轮是一个定滑轮，不省力，可以改变力的方向。
乙方式中的滑轮是一个动滑轮，省力，不能改变力的方向。
汽车受到的阻力为 f 是不变的，则F1= f ，F2= f /2，所以 F1＞F2
改变力的方向
＞
机械名称
定 义
实 质
特 点
定滑轮
滑轮轴
固定不动
等臂杠杆
不能省力，
能改变力的方向
动滑轮
滑轮和重
物一起动
动力臂是阻力
臂二倍的杠杆
能省力，不能
改变力的方向
四、 区别定滑轮和动滑轮的特点
1. 滑轮组：将定滑轮和动滑轮组合在一起就组成了滑轮组。
滑轮组有什么特点？
我们知道：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？
一、滑轮组
由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组有几种组合？这样的组合各有什么特点？
组合一
组合二
用如图甲、乙所示的滑轮组分别提高重力相同的物体，在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时，所用拉力多大？拉力移动的距离与物体升高的距离是什么关系？
如图甲、乙所示的两个滑轮组，这两种绕线方法有什么不同？
绳子的固定点不同：甲固定在动滑轮的轴上，乙固定在定滑轮的轴上。
拉力的方向不同：甲作用在动滑轮上竖直向上，乙作用在定滑轮上竖直向下。
二、滑轮组的特点
用如图所示的滑轮组把重力为G的物体提高h，在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时，所用拉力F多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？
图中的重物由三段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，三段绳子缩短的距离都要被拉力拉走，所以拉力移动的距离为s=3h。
F=13????物
?
分析动滑轮受力可知，四个力平衡：F1+F2+F=G物
同一根绳子上的力相等：F1=F2=F
3F=G物
1. 分析判断滑轮组的省力与费距离的情况
图乙中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，所以拉力移动的距离为2h。
图乙中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，每段绳子都要承担物重。用这个滑轮组提起重物，只要用物重1/2的力，就可以提起重物。
F=12????
?
n=2
S=2h
n：承担物重的绳子段数；
S：绳子末端移动的距离;
h：物体升高的距离。
2. 分析判断乙滑轮组的省力与费距离的情况
①
②
用如图乙所示的滑轮组把重力为G的物体提高h，在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时，所用拉力F多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}滑轮组
甲
乙
拉力F
拉力（绳子末端）
移动的距离S
3. 对比两个滑轮组的省力与费距离的情况
如图所示，物体的重力为G，把物体提高h，不计绳重、摩擦及动滑轮自重。所用拉力F大小、拉力移动的距离s如表所示。
F1=12????物
?
F2=13????物
?
s1=2?
?
s2=3?
?
滑轮组用几段绳子吊物体，提起物体的力就是物重的几分之一。
结论
4. 确定绳子的段数（n）的方法
③
②
①
①
②
①在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线。
②数出吊着（拉着）动滑轮的绳子段数。
n＝2
n＝3
【例题3】楼下有一箱重力为300牛的货物，要将它用滑轮组提到二楼（每层楼高为3米），若想最省力，应该如何绕线？计算出力的大小、人拉绳子的长度。（不计绳重、摩擦及动滑轮自重）
绕线方法见图。
动滑轮上的绳子股数有3段，所以拉力的大小为：
F=1????????= =13×300N=100N
人拉绳子的长度:
s=nh=3m × 3=9m
?
生活?物理?社会
在生活、生产中，人们经常会用到轮轴。轮轴由具有公共转轴的轮和轴组成，轮轴也可以看成是杠杠的变形，轴心0为支点，轮半径R是动力臂，轴半径r阻力臂。
根据杠杆原理：
F1R = F2r
当动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，但费距离。
当 R >r
F1F1
F2
O
l1
l2
r
R
轮 轴
生活?物理?社会
轮 轴
生活中的一些轮轴：
门把手
自行车链条盘、把手
汽车方向盘
3
课堂总结
轮轴与斜面
滑轮
定滑轮
既能省力，又能改变力的方向
省力费距离，但不能改变
力的方向，实质是省力杠杆
不省力，不费距离,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
4
WHAT?WHY?WOW
1. 工人师傅用动滑轮将重600N的木箱吊到阳台上(图11-16)至少要用多大的拉力?
F=12????=300N
至少要用300 N的拉力。提示：题目中问的是至少要用多大的力，当不计摩擦和动滑轮重力时所求得的拉力是最小值.
?
2. 用绳和木棍体验“滑轮组”的威力。两位同学各持一根较光滑的木棍，在相距1m处面对面站立。另外一位同学取一根绳子，将绳子的一端系在其中一根木棍上，再按图所示依次绕过两根木棍，然后缓慢地拉动绳子的另一端，结果会怎样?
实验中发现，轻轻拉动绳子的自由端，用较小的力就可使两根木棍靠拢。绳子在木棍上绕的圈数越多，拉绳时所需的拉力F越小。
提示：绳子绕在木棍上就相当于绕在滑轮上，可把一根木棍当作定滑轮，另一根木棍当作动滑轮，绕的圈数越多，相当于动滑轮个数越多，所以越省力.
3. 观察自行车，它使用了哪些简单机械?其作用分别是什么?
自行车的车把是轮轴，车闸是几根杠杆的组合，车脚蹬是轮轴……其作用都是为了省力和方便。
5
课堂练习
1. 用定滑轮匀速提升重物，所用拉力的方向如图所示，比较拉力F1、F2、F3的大小（ ）
A. F1>F2>F3　　 B. F1=F2=F3
C. F1F3>F1
??? 　定滑轮相当于等臂杠杆，只能改变力的方向，而不省力，故定滑轮拉同一重物，沿三个不同方向，用的拉力大小相等，即F1、F2、F3都等于物体的重力。选项B正确。
B
2．如图，工人站在地上利用滑轮组把货物提起来，请你把图中绳子的绕绳方法补充完整．
　　
答案：如图.
站在地上用滑轮组把物体提高，绳子的固定点要在定滑轮上。
这是一个动滑轮，不计摩擦，所用拉力是物重与动滑轮重力之和的二分之一，F=12????+????动=123N+1N=2????。
绳子自由端移动的距离是物体升高距离的2倍。
?
3. 用如图所示的滑轮将重3 N的物体A匀速提升10 cm，如果动滑轮的重为1 N，忽略摩擦，则下列说法正确的是（　　）
A. 拉力F=1.5 N
B. 拉力F=2 N
C. 绳子向上移动的距离为10 cm
D. 绳子向上移动的距离为5 cm
B
4. 小华用图中装置提升重力为400 N的物体，不计摩擦和滑动自重，下列说法正确的是（ ）
A.两个滑轮均为定滑轮
B.人将绳子拉过1 m，物体也上升1 m
C.物体匀速上升时，人对绳子的拉力为200N
D.使用该装置不能省力，但能改变力的方向
【解析】 该装置由一个动滑轮和一个定滑轮组成，A错误；
使用动滑轮时，物体上升1 m，则绳子的自由端会通过2 m，B错误；
不计摩擦和滑轮重，使用动滑轮能省一半的力，则拉力为200 N，C正确；使用动滑轮能省力，使用定滑轮能改变力的方向，D错误。故选C。
C
4. 如图所示，用大小为500 N的拉力F通过滑轮组将重为800 N的物体匀速提升10 cm，不计绳重与摩擦，拉力F移动的距离为　　?cm，动滑轮重力是　　　????N。
　20
由题图可知，动滑轮上的绳子股数n=2，
则拉力F移动的距离 s=2h=2×10 cm=20 cm，
不计绳重及摩擦，由F=?(G+G动)/2可得动滑轮的重力:
G动=nF-G=2×500 N-800 N=200 N。
200
5. 如图所示，用20 N的拉力向上拉动绳子，使重为50 N的物体5 s内匀速升高5 m(不计绳重和摩擦)。则下列说法不正确的是（ ）
A. 绳子自由端移动的距离为15 m
B. 动滑轮重为10 N
C. 物体上升的速度为1 m/s
D. 绳子自由端拉动的速度为6 m/s
由图知n=3，绳子自由端移动的距离: s=3×5m=15 m，故A正确；
不计绳重和摩擦，拉力F=?(G+G动)/3，则动滑轮的重力:
G动=3F-G=3×20 N-50 N=10 N，故B正确；
物体上升的速度:v物=h/t=5m/5s=1 m/s，绳子自由端拉动的速度:
v=3v物=3×1 m/s=3 m/s，故C正确、D错误。所以选D。
D
6. 如图所示，在绳子自由端拉力F作用下重为20 N的物体沿水平面以
0.01 m/s的速度匀速行驶20 s，受到的摩擦力为30 N。拉力F=　　N，绳子自由端拉动的速度是　　?m/s。
由题图知，n=2，摩擦力为f=30 N ，则拉力F= ????2?= 30N2?=15 N
物体运动的速度v物=0.01 m/s，
绳子自由端拉动的速度是
vF=2 v物=2×0.01 m/s=0.02 m/s。
?
水平使用动滑轮或滑轮组时,与它发生作用的力不是重力而是摩擦力.
15
0.02
(忽略绳子和滑轮的重力及轮与轴、绳子与滑轮间的摩擦)
7. 如图所示，物体A在水平桌面上，绳重及摩擦不计，动滑轮重力为2 N。当B物体重力为8 N时，它恰好能匀速下降。
（1）以上装置中属于动滑轮的是　　　?(填字母)。
（2）物体A所受的摩擦力为　　　????N。
（3）物体A运动的速度vA与物体B下落的速度vB之间的关系为　　　????。
（1）N滑轮的轴固定不动，为定滑轮；M滑轮随物体一起运动，为动滑轮。
（2）当A向右做匀速直线运动，A受力平衡，水平方向上受到的向右的拉力和
向左的摩擦力为一对平衡力，f=F拉=?(GB+G动)/2=?(8 N+2 N)/2=5 N;
（3） M为动滑轮，下降的距离是拉力移动距离的一半，所以物体A运动的速度
vA与物体B下落的速度vB之间的关系为vA=2vB
M
5
vA=2vB