第二节 滑轮及其应用
教材任务驱动
任务一 认识定滑轮及其特点
1.定义:使用滑轮时,其轴 固定不动 的滑轮。
2.探究定滑轮的特点
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
(1)实验器材的组装和选取
(2)制订实验方案
如图,分别用弹簧测力计沿不同的方向提起重物,记录每次弹簧测力计的示数、重物上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
【进行实验与收集证据】
实验 序号 重物重 G/N 拉力 F/N 重物上升的 高度h/cm 弹簧测力计 移动的距离s/cm
1 2 F1 2 10 10
2 F2 2 15 15
3 F3 2 20 20
【分析与论证】
使用定滑轮 不 省力,但可以改变力的 方向 。
【释疑点】 1.定滑轮不省力的原因
定滑轮可看作以转轴O为支点的一个杠杆,动力臂和阻力臂都等于轮半径,根据杠杆平衡条件可得F1=F2,即定滑轮实质是一个等臂杠杆,使用它不省力。
2.定滑轮中力、距离的关系
(1)F和G的关系:F=G。
(2)s和h的关系:s=h。
任务二 认识动滑轮及其特点
1.定义:使用滑轮时,其轴随物体 一起运动 的滑轮。
2.探究动滑轮的特点
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
(1)实验器材的组装和选取
(2)制订实验方案
如图,用弹簧测力计竖直向上匀速提起不同的重物(重物的重力分别为1 N、2 N、3 N),记录每次弹簧测力计的示数、重物上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
【进行实验与收集证据】
实验 序号 重物重 G/N 拉力 F/N 拉力 方向 重物上升的 高度h/cm 弹簧测力 计移动的 距离s/cm
1 1 0.6 竖直向上 10 20
2 2 1.1 竖直向上 15 30
3 3 1.6 竖直向上 20 40
【分析与论证】
使用动滑轮 可以 省力,但 不 改变力的方向,且 费 距离。
【释疑点】 1.动滑轮省力的原因
动滑轮可看作以顶端固定的绳子和滑轮接触点O为支点的一个杠杆,动力臂等于阻力臂的2倍,根据杠杆的平衡条件可得F12.动滑轮中力、距离的关系
(1)F和G的关系:
①不计绳重、摩擦和动滑轮重时:F=G。
②不计绳重、摩擦时:F=(G+G动)。
(2)s和h的关系:s=2h。
任务三 认识滑轮组及其特点
1.定义: 定滑轮 和 动滑轮 组合在一起的装置。
2.探究滑轮组的特点
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
(1)实验器材的组装和选取
(2)制订实验方案
如图,分别用弹簧测力计匀速提起不同的重物(重物的重力分别为6 N、9 N),记录每次弹簧测力计的示数、重物上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
【进行实验与收集证据】
重物重 G/N 拉力 F/N 重物上升高 度h/cm 绳子自由端移 动距离s/cm
6 3 2 4
9 4.5 3 6
【分析与论证】
用滑轮组提升重物时,若忽略滑轮和绳子质量,则动滑轮上有几段绳子承担物体的重力,提起物体所用的力就是物体重力大小的 几分之一 。
典题疑难突破
考点一探究定滑轮和动滑轮的特点
【典题1】在“探究定滑轮和动滑轮的特点”实验时,小明做了四次实验,前两次按图甲、乙进行,后两次按图丙、丁进行,并将测得的数据记录在表格中。
实验 序号 钩码重 G/N 钩码上升的 高度h/cm 拉力 F/N 绳子自由端 移动的距离s/cm
1 1.0 20.0 1.0 20.0
2 2.0 20.0 2.0 20.0
3 1.0 20.0 0.7 40.0
4 2.0 20.0 1.2 40.0
(1)分析第1、2次的数据及观察到的现象,可以得出结论:使用定滑轮 不能 (选填“能”或“不能”)省距离, 可以 (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向;用图乙进行实验时,若小明将绳子的自由端沿着水平向右的方向匀速拉动,拉力的大小将 不变 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
(2)用图丙和丁进行实验时,应沿 竖直 方向匀速拉动绳子自由端;分析第3、4次数据发现,拉力的大小总比钩码重力的一半要大,这主要是因为 动滑轮自身受到重力 。
考点二滑轮组的特点
【典题2】(多选)如图所示,工人要将一块重900 N的建材运到10 m高处,装置中每个滑轮重100 N,建材上升的速度是0.8 m/s。在施工过程中,滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计,下列说法正确的是( A、B、D )
A.工人的拉力为500 N
B.人拉绳运动的距离为20 m
C.工人的拉力为450 N
D.工人拉绳的速度为1.6 m/s
【技法点拨】 滑轮组中力、距离的关系
(1)F和G的关系:
①不计绳重、摩擦和动滑轮重时:F= G。
②不计绳重、摩擦时:F=(G+G动)。
(2)s和h的关系:s=nh。
其中,n为动滑轮上承担物重的绳子段数。
【变式1】如图所示滑轮组,不计绳重及摩擦。在水平拉力F的作用下将重为30 N的物体A匀速拉动,已知绳子自由端速度为0.3 m/s,物体A受到的摩擦力大小为重力的十分之一,则水平拉力F为 1 N,在2 s内物体移动的距离为 0.2 m。
【变式2】把质量相等的A、B两物体挂在如图所示的滑轮组下面,不计绳重、滑轮重和摩擦,放手后(D)
A.A、B均静止
B.无法确定A、B的运动情况
C.A上升
D.A下降
考点三滑轮组的组装与设计
【典题3】(2024·张家界期末)建筑工地用如图所示的简易滑轮组提升建筑材料,请你为其画出最省力的绕绳方法。
答:
【技法点拨】 滑轮组绕绳的步骤
(1)根据滑轮个数确定承担物重的绳子股数:如果滑轮总个数为m,则承担物重的绳子股数n=m或n=m+1。
(2)根据n的取值判断绳子起始端拴在哪一个滑轮上:根据“奇动偶定”的原则,n为奇数拴在动滑轮上,n为偶数拴在定滑轮上。
(3)确定起始端,再按照“定动交替,由里向外”的方式绕绳即可。
【变式3】(2024·沈阳期末)如图所示,汽车陷入淤泥中,要用滑轮组将汽车拉出来,请在图中画出最省力的绕绳方式。
答:
【规避雷区】
易错点:错误判断滑轮组承担物重的绳子段数
【易错题】如图借助简单机械提升同一重物,若不计滑轮重及摩擦,以下装置最省力的是(D)
【纠错】
(1)滑轮组承担物重的绳子段数不是绳子的总段数;
(2)n的判断方法:在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线,数出与动滑轮相接触的绳子股数n,即为承担物重的绳子股数。
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训练升级,请使用“课时过程性评价”P132第二节 滑轮及其应用
教材任务驱动
任务一 认识定滑轮及其特点
1.定义:使用滑轮时,其轴 的滑轮。
2.探究定滑轮的特点
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
(1)实验器材的组装和选取
(2)制订实验方案
如图,分别用弹簧测力计沿不同的方向提起重物,记录每次弹簧测力计的示数、重物上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
【进行实验与收集证据】
实验 序号 重物重 G/N 拉力 F/N 重物上升的 高度h/cm 弹簧测力计 移动的距离s/cm
1 2 F1 2 10 10
2 F2 2 15 15
3 F3 2 20 20
【分析与论证】
使用定滑轮 省力,但可以改变力的 。
【释疑点】 1.定滑轮不省力的原因
定滑轮可看作以转轴O为支点的一个杠杆,动力臂和阻力臂都等于轮半径,根据杠杆平衡条件可得F1=F2,即定滑轮实质是一个等臂杠杆,使用它不省力。
2.定滑轮中力、距离的关系
(1)F和G的关系:F=G。
(2)s和h的关系:s=h。
任务二 认识动滑轮及其特点
1.定义:使用滑轮时,其轴随物体 的滑轮。
2.探究动滑轮的特点
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
(1)实验器材的组装和选取
(2)制订实验方案
如图,用弹簧测力计竖直向上匀速提起不同的重物(重物的重力分别为1 N、2 N、3 N),记录每次弹簧测力计的示数、重物上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
【进行实验与收集证据】
实验 序号 重物重 G/N 拉力 F/N 拉力 方向 重物上升的 高度h/cm 弹簧测力 计移动的 距离s/cm
1 1 0.6 竖直向上 10 20
2 2 1.1 竖直向上 15 30
3 3 1.6 竖直向上 20 40
【分析与论证】
使用动滑轮 省力,但 改变力的方向,且 距离。
【释疑点】 1.动滑轮省力的原因
动滑轮可看作以顶端固定的绳子和滑轮接触点O为支点的一个杠杆,动力臂等于阻力臂的2倍,根据杠杆的平衡条件可得F12.动滑轮中力、距离的关系
(1)F和G的关系:
①不计绳重、摩擦和动滑轮重时:F=G。
②不计绳重、摩擦时:F=(G+G动)。
(2)s和h的关系:s=2h。
任务三 认识滑轮组及其特点
1.定义: 和 组合在一起的装置。
2.探究滑轮组的特点
【探究过程】
【设计实验与制订计划】
(1)实验器材的组装和选取
(2)制订实验方案
如图,分别用弹簧测力计匀速提起不同的重物(重物的重力分别为6 N、9 N),记录每次弹簧测力计的示数、重物上升的高度h和弹簧测力计移动的距离s。
【进行实验与收集证据】
重物重 G/N 拉力 F/N 重物上升高 度h/cm 绳子自由端移 动距离s/cm
6 3 2 4
9 4.5 3 6
【分析与论证】
用滑轮组提升重物时,若忽略滑轮和绳子质量,则动滑轮上有几段绳子承担物体的重力,提起物体所用的力就是物体重力大小的 。
典题疑难突破
考点一探究定滑轮和动滑轮的特点
【典题1】在“探究定滑轮和动滑轮的特点”实验时,小明做了四次实验,前两次按图甲、乙进行,后两次按图丙、丁进行,并将测得的数据记录在表格中。
实验 序号 钩码重 G/N 钩码上升的 高度h/cm 拉力 F/N 绳子自由端 移动的距离s/cm
1 1.0 20.0 1.0 20.0
2 2.0 20.0 2.0 20.0
3 1.0 20.0 0.7 40.0
4 2.0 20.0 1.2 40.0
(1)分析第1、2次的数据及观察到的现象,可以得出结论:使用定滑轮 (选填“能”或“不能”)省距离, (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向;用图乙进行实验时,若小明将绳子的自由端沿着水平向右的方向匀速拉动,拉力的大小将 (选填“变大”“不变”或“变小”)。
(2)用图丙和丁进行实验时,应沿 方向匀速拉动绳子自由端;分析第3、4次数据发现,拉力的大小总比钩码重力的一半要大,这主要是因为 。
考点二滑轮组的特点
【典题2】(多选)如图所示,工人要将一块重900 N的建材运到10 m高处,装置中每个滑轮重100 N,建材上升的速度是0.8 m/s。在施工过程中,滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计,下列说法正确的是( A、B、D )
A.工人的拉力为500 N
B.人拉绳运动的距离为20 m
C.工人的拉力为450 N
D.工人拉绳的速度为1.6 m/s
【技法点拨】 滑轮组中力、距离的关系
(1)F和G的关系:
①不计绳重、摩擦和动滑轮重时:F= G。
②不计绳重、摩擦时:F=(G+G动)。
(2)s和h的关系:s=nh。
其中,n为动滑轮上承担物重的绳子段数。
【变式1】如图所示滑轮组,不计绳重及摩擦。在水平拉力F的作用下将重为30 N的物体A匀速拉动,已知绳子自由端速度为0.3 m/s,物体A受到的摩擦力大小为重力的十分之一,则水平拉力F为 N,在2 s内物体移动的距离为 m。
【变式2】把质量相等的A、B两物体挂在如图所示的滑轮组下面,不计绳重、滑轮重和摩擦,放手后( )
A.A、B均静止
B.无法确定A、B的运动情况
C.A上升
D.A下降
考点三滑轮组的组装与设计
【典题3】(2024·张家界期末)建筑工地用如图所示的简易滑轮组提升建筑材料,请你为其画出最省力的绕绳方法。
【技法点拨】 滑轮组绕绳的步骤
(1)根据滑轮个数确定承担物重的绳子股数:如果滑轮总个数为m,则承担物重的绳子股数n=m或n=m+1。
(2)根据n的取值判断绳子起始端拴在哪一个滑轮上:根据“奇动偶定”的原则,n为奇数拴在动滑轮上,n为偶数拴在定滑轮上。
(3)确定起始端,再按照“定动交替,由里向外”的方式绕绳即可。
【变式3】(2024·沈阳期末)如图所示,汽车陷入淤泥中,要用滑轮组将汽车拉出来,请在图中画出最省力的绕绳方式。
【规避雷区】
易错点:错误判断滑轮组承担物重的绳子段数
【易错题】如图借助简单机械提升同一重物,若不计滑轮重及摩擦,以下装置最省力的是( )
【纠错】
(1)滑轮组承担物重的绳子段数不是绳子的总段数;
(2)n的判断方法:在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线,数出与动滑轮相接触的绳子股数n,即为承担物重的绳子股数。
