第4节简单机械（滑轮复习资料）

滑轮
适用学科 科学 适用年级 九年级
适用区域 浙教版 课时时长（分钟） 120
知识点 定滑轮、动滑轮的实质和作用滑轮组的作用、绕线和组装滑轮以及滑轮组的受力分析灵活应用滑轮以及滑轮组解决物理问题。
学习目标 掌握滑轮知识点，学会滑轮组的绕线和组装，灵活应用滑轮以及滑轮组的知识点解决物理问题。
学习重点 掌握滑轮的实质和作用，滑轮组的绕线和组装，运用滑轮以及滑轮组解决物理问题。
学习难点 滑轮以及滑轮组的受力分析
学习过程
一、复习预习
1、滑轮是我们生活中常用的简单机械之一，用它可以把重物提到高处。滑轮与前面所讲的杠杆有什么联系吗？
（1）什么叫杠杆？一根硬棒、在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒就叫杠杆。
（2）杠杆一定是直的吗？不一定。杠杆也可以是弯的或其它形状的。
（3）可以是圆的吗？可以。
2、这个滑轮可以看作杠杆吗？它符合杠杆的定义，是杠杆。请你找出滑轮的五要素。
这个滑轮属于哪种杠杆（省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆）？因为它的动力臂等于阻力臂，所以它是等臂杠杆。
刚才我们提到的滑轮始终固定在支架上不动，我们把它叫做定滑轮。
定滑轮：实质是个等臂杠杆。使用定滑轮可以改变力的方向；
这个滑轮属于哪种杠杆（省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆）？
O为杠杆的支点，滑轮的轴是阻力的作用点。被提升的物体对轴的作用力是阻力，绳对轮的作用力是动力。
提升重物时，如果两边绳子平行，动力臂 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )为阻力臂 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )的两倍；
轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮称为动滑轮。
动滑轮：实质是个省力杠杆。提升重物时，如果两边绳子平行，动力臂 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )为阻力臂 ( http: / / www.21cnjy.com" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )的两倍；因此若不计动滑轮自身所受的重力，使用动滑轮可以省一半力，但这时却不能改变用力的方向，向上拉绳才能将重物提起。
3、定滑轮的好处是可以改变动力的方向，动 ( http: / / www.21cnjy.com )滑轮的好处是可以省一半力。如果既想省力又想改变动力的方向，怎么办呢？把定滑轮和动滑轮组合在一起。我们把定滑轮和动滑轮组合在一起，称它们为滑轮组。
二、知识讲解
考点/易错点1动滑轮、定滑轮的实质与作用
验证使用定滑轮时不省力的结论，我们进行实验探究时通过比较匀速提起钩码时绳端弹簧测力计的示数F和钩码的重力G的大小；
验证使用定滑轮时能改变力的方向的结论，是通过比较匀速提起钩码时绳端拉力的方向何不用时提起钩码力的方向。
考点/易错点2滑轮组的作用、绕线与组装
用滑轮组提起重物时，重物由几股绳子吊着，每股绳子承担物重的几分之一(不考虑绳重、摩擦和动滑轮的重），则,如不考虑绳重和摩擦，，且绳端移动距离S和重物上升高度h间满足S=nh
三、例题精析
【例题1】
【题干】如图所示，物体A重20N，滑轮重1 ( http: / / www.21cnjy.com )N，绳重不计，弹簧秤示数为25N，则物体B的重为_________N。地面对物体A的支持力______N.
【答案】12, 8
【例题2】
【题干】如下右图所示，已知物重为G，则各图中的拉力F各为多少？（滑轮组及摩擦不计）
( http: / / www.21cnjy.com )
【答案】2G G 2G 0.25G
【例题3】
【题干】小明用如图所示的滑轮组，将重为1.5N的物体匀速提升到一定高度，在此过程中，手拉力的大小实际应该是( )
A．小于0.75 N
B．等于0.75 N
C．大于0.75 N
D．等于0.5 N
【答案】C．
【解析】因为动滑轮重、绳重和摩擦都考虑在内，所以
【例题4】
【题干】如图所示，光滑的地面上有一足够长的 ( http: / / www.21cnjy.com )木板，在木板的右端固定着一个滑轮（不计绳与滑轮间的摩擦），木板上面放置一个小木块，小木块一端连接着弹簧测力计．当拉力F为5牛时，木板向右做匀速直线运动，然后把拉力增大到10牛时，下列分析正确的是（　　）
A．弹簧测力计的示数为20牛
B．弹簧测力计的示数为0牛
C．木板仍向右做匀速直线运动
D．小木块将保持静止
【答案】D
【解析】①当拉力F为5牛时 ( http: / / www.21cnjy.com )，木板向右做匀速直线运动，所以它受到平衡力的作用，由于地面光滑，所以木板受到的向右的拉力（2F=10N）和木块、木板之间的摩擦力是一对平衡力，所以木块受到的摩擦力为：f=2F=10N；木块静止，所以它也受到平衡力的作用，则弹簧测力计的示数 F′=f=10N．故A、B错误．②当拉力增大为10N时，木块对木板的压力不变，它们之间的粗糙程度不变，因此木块受到的滑动摩擦力不变，此时木块受到的合力仍为0，所以会保持原先的运动状态，即静止．故C错误、D正确．故选D．
【例题5】
【题干】质量是6kg的物体A放在水平桌 ( http: / / www.21cnjy.com )面上，利用图所示的装置使物体以0.2m/s的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为2N，不计绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦，则（g取10N/kg）（　　）
A．作用在绳端的拉力F为6N
B．水平桌面对物体a的摩擦力是2N
C．在1s内拉力F做功1.2J
D．在1s内拉力F的功率是0.4W
【答案】C
【解析】A、因为弹簧测力计的示数是2N，所以，作用在绳端的拉力F为2N．故A错误．
B、由图可知，承担摩擦力的绳子股数 ( http: / / www.21cnjy.com )是3，所以，F=f/3，f=6N．故B错误． C、物体A在1s内内通过的距离：S′=Vt=0.2m/s×1s=0.2m，绳子自由端移动的距离S=3S′=3×0.2m=0.6m，在1s内拉力F做功：W=FS=2N×0.6m=1.2J．故C正确．
D、在1s内拉力F的功率：P=W/t=1.2J/1s=1.2W．故D错误．故选C．
【例题6】
【题干】小李的质量为50千克，可以 ( http: / / www.21cnjy.com )举起80千克的杠铃；小胖的质量为70千克，可以举起60千克的杠铃．他们两人通过如图所示的装置来比赛，双方都竭尽全力，看谁能把对方拉起来．比赛结果应是（　　）
A．小李把小胖拉起 B．小胖把小李拉起
C．两个都拉不起 D．两个都拉起
【答案】B
【解析】小李和小胖虽然他们能举起的杠铃重力不 ( http: / / www.21cnjy.com )一样，但向下拉动定滑轮上的绳子的拉力与他们的胳膊的举力无关，对绳子的拉力最大能达到自身的重力的大小，由于装置是定滑轮，只改变力的方向，不能省力，所以绳子上的作用力最大只能等于重力较小的小李的重力，则绳子上的作用力小于小胖的重力，即小胖把小李拉起．　故选B．
【例题7】
【题干】如图甲所示，重为8 ( http: / / www.21cnjy.com )0N的物体在大小为10N，水平向左的拉力F1作用下，沿水平地面以3m/s的速度做匀速直线运动．如图乙所示，保持拉力F1不变，用水平向右的拉力F2，拉物体匀速向右运动1m．若不计滑轮、绳的质量和轮与轴间的摩擦，则（　　）
A．物体向左运动时，拉力F1的功率P1=30W
B．物体与地面之间的摩擦力f=10N
C．物体向右运动时，拉力F2=10N
D．物体向右运动时，拉力F2所做的功W2=40J
【答案】D
【解析】
A、物体向左运动时，F1的功率P1=F1v=10N×2×3m/s=60W，故A错误；
B、图甲中是一只动滑轮， ( http: / / www.21cnjy.com )用2段绳子拉动物体，匀速运动时，拉力与摩擦力是一对平衡力，故摩擦力为2F1=2×10N=20N，所以B错误； C、由于物体G和地面没有改变，故所受摩擦力没有改变，仍为20N，方向向左，同时物体向左还受两股绳子施加的拉力，每股绳子的拉力为10N，物体右侧滑轮为动滑轮，对物体的拉力为2F2，因此，2F2=2F1+f=40N，所以F2=F1+0.5f=10N+0.5×20N=20N；故C错误； D、在滑轮与绳子质量及滑轮轴处摩擦均不计的情况下，拉力F2做的功W=F2×2s=20N×2×1m=40J，所以D正确．故选D．
【例题8】
【题干】如图所示，A物体在大小为10N ( http: / / www.21cnjy.com )的拉力F作用下，以0.3m/s的速度向右匀速运动（不计滑轮与细绳的摩擦及重力），若A物体与桌面间的摩擦力为1N（g取10N/kg），下列说法正确的是（　　）
A．拉力F做功的功率是1W
B．B物体的质量是2.7kg
C．B物体上升的速度是0.1m/s
D．A物体被拉动1s的过程中，B物体克服重力做功3J
【答案】BC
【解析】A、拉力的功率P=Fv=10N×0.3m/s=3W，故A错误；
B、物体A做匀速直线运动，处于平衡状态，由平衡条件得：F=f+F绳，F绳=F-f=10N-1N=9N，
由图示可知，滑轮组承重绳子的有效股数n=3，则物体B的重力GB=3F绳=3×9N=27N，
由GB=mBg可得，mB=GB/g=27N/10N/kg=2.7kg，故B正确；
C、B物体上升的速度vB=1/3vA=1/3×0.3m/s=0.1m/s，故C正确；
D、1s内物体B上升的高度：h=vBt ( http: / / www.21cnjy.com )=0.1m/s×1s=0.1m，则物体B克服重力做的功：W=GBh=27N×0.1m=2.7J，故D错误；故选BC．
【例题9】
【题干】）如图是一个上肢力量健身器 ( http: / / www.21cnjy.com )示意图．D是动滑轮；配重A的质量为140kg，底面积是8.0×10-2m2，杠杆EH可绕O点在竖直平面内转动，OE：OH=1：2．假定运动员体重是600N，一只脚板与地面的接触面积为2.0×10-2m2，（不计杠杆重、绳重及摩擦，g取10N/kg）．问：
（1）配重A自由放置时对地面的压力是多大？
（2）当人将配重A匀速提升0.2m时，人做功340J，动滑轮重为多少？
（3）当配重A和人对地面的压强相等且杠杆在水平位置平衡时，人对绳的拉力为多大？
【答案】（1）配重A自由放置时对地面的压力是1400N；
（2）动滑轮重为300N；
（3）当配重A和人对地面的压强相等且杠杆在水平位置平衡时，人对绳的拉力为250N
【解析】
( http: / / www.21cnjy.com )
【例题10】
【题干】如图所示，重600N的人站在重5 ( http: / / www.21cnjy.com )400N的船上，通过滑轮把船匀速拉向岸边．人拉绳的力为500N，人和船相对静止．不计绳重和滑轮处摩擦，船受到水的阻力为（　　）
A．500N B．1000N C．2500N D．3000N
【答案】B
【解析】因为船做匀速直线运动，所以，船受平衡力的作用，而人和船相对静止，因为F=500N，
∴人的摩擦力是500N，方向向右，并且作用在船上，而该滑轮为定滑轮，
∴绳子对船的拉力为500N，方向向右，而向右的拉力和船受到水的阻力是一对平衡力，所以，船受到水的阻力f=1000N．故选B．
【例题11】
【题干】如图所示，动滑轮重及摩擦均不计，重540N的人在重60N的吊篮内拉绕过滑轮的绳子使吊篮匀速上升．则人拉绳的力是（　　）
A．300 N B．200 N C．180 N D．30 N
【答案】B
【解析】将人、吊篮、动滑轮看作一个整体，由于他们处于静止状态，受力平衡．
则人的拉力F=1/3（G人+G吊篮）=1/3（540N+600N）=200N．故选B．
四、课堂运用
【基础】
1. 一辆质量为1200kg的汽车不 ( http: / / www.21cnjy.com )慎陷入泥坑，用图中所示的滑轮组将汽车拖出．已知整个过程中滑轮组最省力时，人所用的水平拉力F是500N，汽车5s沿水平方向匀速移动4m．（g取10N/kg）
（1）请你画出使用滑轮组最省力时的绕绳．
（2）汽车在5s内的运动速度是多少？
（3）拉力F做的功是多少？功率是多少？
【答案】(1)(2) 汽车在5s内的运动速度是0.8m/s (3) 拉力F做的功是6000J；功率是1200W
2. 举重运动员小威重力500N，自制 ( http: / / www.21cnjy.com )的训练器械如图所示，轻杆AB长1.5m，可绕固定点O在竖直平面内自由转动，A端用细绳通过滑轮悬挂着体积为0.015m3的沙袋，其中OA=1m，在B端施加竖直向上600N的作用力时，轻杆AB在水平位置平衡，试求此时小威对地面的压力及这袋沙子的密度．（装沙的袋子体积和质量、绳重及摩擦不计）
【答案】小威对地面的压力1100N；沙子的密度为2╳103kg/m3
【巩固】
3. 边长为0.1m质量均匀的 ( http: / / www.21cnjy.com )正方体物体M，放在水平地面上对地面的压强为5.0×103 Pa．如图所示装置，横杆可绕固定点O在竖直平面内转动，系在横杆B 端的细绳通过动滑轮连着物体M，用力F在A点竖直向上提横杆时，横杆在水平位置平衡，此时物体M 对地面的压强为1.6×103 Pa，若仍用力F在距离A点0.1m处竖直向上提横杆，使横杆仍在水平位置平衡，此时物体M 对地面压强为1.0×103 Pa，已知横杆长OB=0.8m，OA=0.6m，g取10N/kg，不计横杆质量、绳质量和摩擦．
求：（1）物体M的质量；
（2）拉力F的大小．
【答案】(1)5Kg (2)24N
【拔高】
5. 如图甲所示为小科设计的滑轮组装置 ( http: / / www.21cnjy.com )。其中滑块A置于表面粗糙程度各处相同的水平面上，重物B的重力GB可改变（动滑轮重不计）。小科在某次使用该装置进行实验时记录了一些数据，并绘制成曲线，即重物B的重力GB、滑块A的运动速度v、滑块A在水平面上通过的距离s随时间t的变化曲线分别如图乙、丙、丁所示。若不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，跨过滑轮的绳或竖直或水平，A距水平面上的定滑轮、B距水平面均足够远。
（1）由图丙可知，重物B在 时间段内匀速下降。
（2）求出在4~6 s内，水平绳对A的拉力做的功。
（3）求出在2~4 s内，重力GB做功的功率。
（4）求出在2~4 s内，A受到的摩擦力大小。
【答案】（1）4-6秒 （2）270J （3）250W （4）13.5N
五、课堂运用小结
本次课主要是针对性提高初中学生滑轮知识点综 ( http: / / www.21cnjy.com )合应用能力而设定的，教案中例题难度由易到难，要求学生解题时具备较强的滑轮以及滑轮组受力分析能力和综合应用能力。
六、课后作业
【基础】
1. 如图所示，用200N的 ( http: / / www.21cnjy.com )拉力拉着物体A以3m/s的速度在水平面上匀速前进，若A与滑轮相连的绳子C中的拉力大小是120N，不计滑轮重力、绳的重力及滑轮上各处的摩擦，则
（1）A、B与地面的摩擦力为多大？
（2）物体B运动速度为多大？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【答案】（1）fa=80N fb=60N （2）6m/s
2．如图，物体A重50N，物体B重30 ( http: / / www.21cnjy.com )N，物体A在物体B的作用下向右匀速直线运动。如果在A上加一个水平向左的力F2拉动物体A，使物体B以0.1m／s的速度匀速上升，2s内拉力F2所做的功是 J。(滑轮和绳子的重以及绳子与滑轮间的计)
【答案】12
【巩固】
4. 实验台上有组装好的实验装置，如图 ( http: / / www.21cnjy.com )所示，其中弹簧测力计的量程为0～5N．另外还有质量均为100g的钩码六个，秒表一块（图中未画出）．要求利用上述实验装置和钩码、秒表设计一个实验证明：用动滑轮提升重物时，如果拉力不变，则拉力的功率与速度成正比．
（1）写出主要实验步骤．
（2）设计实验表格．
【答案】（1）实验步骤为
①在动滑轮下挂两个钩码；
②用调好的弹簧测力计以不同的速度匀速竖直 ( http: / / www.21cnjy.com )向上提升6次，记下拉力F，用刻度尺测出绳端移动的距离S，用秒表测出时间t，并把每次的F、S、t的数据记录在表格中．
③利用V=s/t、P=FS/t分别计算出每次的速度和功率，并把V、P的数据记录在表格中．
（2）实验表格
( http: / / www.21cnjy.com )
【拔高】
5 . 如图甲所示，杠杆AB能绕固定点O在竖 ( http: / / www.21cnjy.com )直平面内转动，水平地面上的配重乙通过细绳竖直拉着杠杆B端．已知AO：OB=2：5，配重乙与地面的接触面积为S且S=0.04m2．当在动滑轮下面挂上重200N的物体甲静止时，竖直向上拉绳子自由端的力为T1，杠杆在水平位置平衡，此时配重乙对地面的压强为P1且P1=8800Pa；如果在物体甲下面挂一个质量为动滑轮质量5倍的物体丙，并把物体丙浸没在水中静止时，竖直向上拉绳子自由端的力为T2，杠杆在水平位置平衡．此时配重乙对地面的压强为P2且P2=8200Pa．已知物体丙的质量与体积的关系的图象如图乙所示，配重乙的体积为5×10-3m3，如果不计杠杆重、绳重和滑轮轴间摩擦，取g=10N/kg．求配重乙的密度．
【答案】配重乙的密度是8×103kg/m3．
【解析】（1）当动滑轮下挂物体甲时， ( http: / / www.21cnjy.com )物体甲和动滑轮有两段绳子承担，所以绳子自由端受到的拉力T1=1/2（G动+G甲）=1/2（G动+200N）杠杆A点受到的拉力为FA=1/2（G动+200N）
物体乙对地面的压力为F=p1S=8800Pa×0.04m2=352N，
物体乙受到的支持力为F支=F=352N，
物体乙受到的拉力为F拉=G乙-F=G乙-352N，
杠杆B点受到的拉力为FB=F拉=G乙-352N，
根据杠杆平衡条件得，FA×OA=FB×OB，
所以，
1/2（G动+200N）×2=（G乙-352N）×5--①
（2）物体丙的密度ρ丙=m/V=20g/8cm3=2.5g/cm3
当物体甲下挂物体丙，并且物体丙浸没在水中，
物体丙受到浮力为：F浮=ρ水gV丙=ρ水g×G丙/ρ丙g=ρ水×5G动/ρ丙=2G动，
绳子自由端受到的拉力T2=1/2（G动+G甲+G丙-F浮）=1/2（4G动+200N）
杠杆A点受到的拉力为F'A=1/2（4G动+200N）
物体乙对地面的压力为F'=p2S=8200Pa×0.04m2=328N，
物体乙受到的支持力为F'支=F'=328N，
物体乙受到的拉力为F'拉=G乙-F'=G乙-328N，
杠杆B点受到的拉力为F'B=F'拉=G乙-328N，
根据杠杆平衡条件得，F'A×OA=F'B×OB，
所以，1/2（4G动+200N）×2=（G乙-328N）×5--②
由①②得，G动=40N；G乙=400N
m乙=40kg
ρ乙=8×103kg/m3
丁
丙
乙
甲
第37题图