第3节 滑轮
教材任务驱动
任务一 研究定滑轮和动滑轮的特点
探究准备
1.定滑轮:在使用时,轴 固定不动 的滑轮,如旗杆顶部的滑轮。
2.动滑轮:在使用时,轴随 物体 一起运动的滑轮,如电动起重机上的滑轮。
探究过程
【制订计划与设计实验】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
测:用定滑轮和动滑轮分别 竖直匀速 拉动同一组钩码,读出测力计的示数,换用不同个数钩码多次实验。
找:将测力计示数与钩码重力比较,寻找规律。
【进行实验与收集证据】
1.如图甲所示,用 弹簧测力计 测出钩码所受的重力G。
2.如图乙所示,通过定滑轮用弹簧测力计 竖直匀速 拉动钩码,记下弹簧测力计拉力的大小F和方向,以及测力计移动的距离s和钩码上升的高度h。
3.如图丙所示,通过动滑轮用弹簧测力计 竖直匀速 拉动钩码,记下弹簧测力计拉力的大小F和方向,以及测力计移动的距离s和钩码上升的高度h。
4.改变钩码的个数,重复2、3步骤,多做两次。
5.数据记录
装 置 钩码 重/N 弹簧测力 计示数F/N 钩码提升 高度/cm 测力计 移动距离s/cm 拉力 方向
甲 2 2 10 10 向上
乙 2 2.1 10 10 向下
乙 4 4.2 10 10 向下
丙 2 1.1 10 20 向上
丙 4 2.1 10 20 向上
【分析与论证】
1.定滑轮特点:使用定滑轮 不省力 (选填“省力”或“不省力”), 可以 (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向;弹簧测力计移动距离s与钩码提升高度h的关系是 s=h 。
2.动滑轮特点:使用动滑轮 省力 (选填“省力”或“不省力”), 不可以 (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向;弹簧测力计移动距离s与钩码提升高度h的关系是 s=2h 。
【交流与评估】
1.实验中,为什么要匀速拉动弹簧测力计
答:因为只有匀速拉动弹簧测力计使钩码上升时,拉力大小才稳定,弹簧测力计示数才稳定,易于读数。
2.图乙实验中,为什么弹簧测力计的拉力F总是略大于钩码的重力G
答:绳与滑轮间存在摩擦。
3.图丙实验中,为什么弹簧测力计的拉力F总是略大于钩码的重力G的二分之一
答:绳与滑轮间存在摩擦、动滑轮有重力。
释疑点 (1)定滑轮实质上是一个等臂杠杆,所以不省力。
(2)动滑轮实质上是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆,所以省一半的力。
任务二 知道滑轮组
1.滑轮组: 定滑轮 和 动滑轮 的组合。
2.滑轮组的特点
(1)拉力F和物重G物的关系:不计动滑轮重、绳重和摩擦时,若动滑轮上有n段绳子承担物重,拉力就是物重的 ,即F= G物 ;考虑动滑轮重,不计绳重和摩擦时,则有F= (G物+G动) 。
(2)绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系:若动滑轮上有n段绳子承担物重,绳子自由端移动的距离s就是物体上升的高度h的n倍,即s= nh 。
典题疑难突破
考点一 研究定滑轮和动滑轮的特点
【典题1】【一题多设问】小梦用如图所示的装置研究定滑轮和动滑轮的特点。
【实验设计】
(1)实验中需要用到的测量工具是弹簧测力计和 刻度尺 ;
(2)实验中应沿竖直方向 匀速 拉动弹簧测力计,使钩码上升;
【进行实验】
(3)小梦按图示提起钩码时,分别测得一组数据如表所示,比较甲和乙两次实验可知:使用定滑轮的好处是: 可以改变力的方向 ;
项 目 钩码重 G/N 钩码升高 高度h/m 测力计 示数F/N 测力计 移动距离s/m
甲 1.0 0.2 1.0 0.2
乙 1.0 0.2 1.0 0.2
丙 1.0 0.2 0.5 0.4
(4)比较甲和丙实验测力计示数的大小,可知:使用动滑轮的好处是 省力 ;把钩码升高相同的高度,比较乙和丙实验测力计移动的距离,可知:使用动滑轮 费距离 ;
【实验延伸】
(5)在探究定滑轮工作特点时,按照图乙所示操作,觉得校准弹簧测力计操作麻烦,于是把弹簧测力计倒过来,即测力计吊环系在拉绳上,用手拉挂钩,读得的测力计示数会 变小 (选填“变大”“变小”或“不变”),其理由是 测力计自身有重力 ;
【创新实践】
(6)小梦又用丁图继续研究动滑轮的使用特点,每次都匀速提起相同钩码(不计摩擦),实验步骤如丁图所示。分析四图可知,使用同一动滑轮匀速提起相同重物时拉力与竖直方向夹角越大,拉力 越大 ;
【生活实践·动手做一做】
(7)请同学们用如图戊三种方式拉同一物体在同一水平面做匀速直线运动,三种方式所用拉力分别为F1、F2、F3,不计绳的摩擦,那么这三个力的关系是 F2考点二 滑轮组及其工作特点
【典题2】(2024·清远质检)如图所示,用滑轮组拉着一重为500 N的物体匀速向上提升了0.2 m。由图可知吊着动滑轮的绳子段数n= 2 ,则绳子自由端移动的距离为 0.4 m。若不计滑轮重、绳重及轮轴间的摩擦,则拉力F= 250 N。
技法点拨
确定滑轮组承担物重绳子段数的方法
(1)画线判断:在定滑轮和动滑轮之间作一条水平辅助线,假设它把滑轮组的绳子“截断”,数出动滑轮上连接的绳子段数,即为吊着重物的绳子的段数n。(如图)
(2)计算判断:
①根据省力情况,用n=计算。不是整数时,需采用只入不舍的“进一法”;
②根据移动距离的关系,用n=计算。
(3)快速组装滑轮组的方法——“奇动偶定”
如果动滑轮上承担物重的绳子的段数n为奇数,则从动滑轮开始绕绳;如果绳子的段数n为偶数,则从定滑轮开始绕绳。
【变式】(2024·泸州中考改编)如图所示的滑轮组忽略绳重及绳与滑轮间的摩擦,将物体放在水平粗糙桌面上。受到水平向左的恒力F=100 N,滑轮组绳子自由端受到的拉力为F绳。当绳子自由端的拉力F绳为60 N时,物体处于静止状态,物体与桌面间的摩擦力恰好为0,则动滑轮的重力为 20 N;当绳子自由端拉力F绳'为90 N时,物体水平向右匀速运动,物体与桌面之间的滑动摩擦力为 60 N。
规避雷区
易错点 滑轮组水平拉动物体时的相关计算
【易错题】(2024·甘肃中考)将物体A、B置于如图所示的装置中,物体B恰好匀速下降,已知A重60 N,B重10 N,则A所受地面的摩擦力为 20 N;若对A施加一个水平向左的拉力F,刚好使A在原来的水平面上匀速向左运动,则拉力F大小为 40 N。(不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮间的摩擦)
【纠错】
滑轮组水平拉动物体时,滑轮组克服物体摩擦力做功,而不是克服物体重力做功。分析滑轮组对物体的拉力(大小等于摩擦力)由几段绳子承担是解答关键。
课堂反馈,请使用“5分钟随堂练”P26
训练升级,请使用“课时过程性评价”P140第3节 滑轮
教材任务驱动
任务一 研究定滑轮和动滑轮的特点
探究准备
1.定滑轮:在使用时,轴 的滑轮,如旗杆顶部的滑轮。
2.动滑轮:在使用时,轴随 一起运动的滑轮,如电动起重机上的滑轮。
探究过程
【制订计划与设计实验】
1.实验器材的组装和选取
2.制订实验方案
测:用定滑轮和动滑轮分别 拉动同一组钩码,读出测力计的示数,换用不同个数钩码多次实验。
找:将测力计示数与钩码重力比较,寻找规律。
【进行实验与收集证据】
1.如图甲所示,用 测出钩码所受的重力G。
2.如图乙所示,通过定滑轮用弹簧测力计 拉动钩码,记下弹簧测力计拉力的大小F和方向,以及测力计移动的距离s和钩码上升的高度h。
3.如图丙所示,通过动滑轮用弹簧测力计 拉动钩码,记下弹簧测力计拉力的大小F和方向,以及测力计移动的距离s和钩码上升的高度h。
4.改变钩码的个数,重复2、3步骤,多做两次。
5.数据记录
装 置 钩码 重/N 弹簧测力 计示数F/N 钩码提升 高度/cm 测力计 移动距离s/cm 拉力 方向
甲 2 2 10 10 向上
乙 2 2.1 10 10 向下
乙 4 4.2 10 10 向下
丙 2 1.1 10 20 向上
丙 4 2.1 10 20 向上
【分析与论证】
1.定滑轮特点:使用定滑轮 (选填“省力”或“不省力”), (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向;弹簧测力计移动距离s与钩码提升高度h的关系是 。
2.动滑轮特点:使用动滑轮 (选填“省力”或“不省力”), (选填“可以”或“不可以”)改变力的方向;弹簧测力计移动距离s与钩码提升高度h的关系是 。
【交流与评估】
1.实验中,为什么要匀速拉动弹簧测力计
2.图乙实验中,为什么弹簧测力计的拉力F总是略大于钩码的重力G
3.图丙实验中,为什么弹簧测力计的拉力F总是略大于钩码的重力G的二分之一
释疑点 (1)定滑轮实质上是一个等臂杠杆,所以不省力。
(2)动滑轮实质上是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆,所以省一半的力。
任务二 知道滑轮组
1.滑轮组: 和 的组合。
2.滑轮组的特点
(1)拉力F和物重G物的关系:不计动滑轮重、绳重和摩擦时,若动滑轮上有n段绳子承担物重,拉力就是物重的 ,即F= ;考虑动滑轮重,不计绳重和摩擦时,则有F= 。
(2)绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系:若动滑轮上有n段绳子承担物重,绳子自由端移动的距离s就是物体上升的高度h的n倍,即s= 。
典题疑难突破
考点一 研究定滑轮和动滑轮的特点
【典题1】【一题多设问】小梦用如图所示的装置研究定滑轮和动滑轮的特点。
【实验设计】
(1)实验中需要用到的测量工具是弹簧测力计和 ;
(2)实验中应沿竖直方向 拉动弹簧测力计,使钩码上升;
【进行实验】
(3)小梦按图示提起钩码时,分别测得一组数据如表所示,比较甲和乙两次实验可知:使用定滑轮的好处是: ;
项 目 钩码重 G/N 钩码升高 高度h/m 测力计 示数F/N 测力计 移动距离s/m
甲 1.0 0.2 1.0 0.2
乙 1.0 0.2 1.0 0.2
丙 1.0 0.2 0.5 0.4
(4)比较甲和丙实验测力计示数的大小,可知:使用动滑轮的好处是 ;把钩码升高相同的高度,比较乙和丙实验测力计移动的距离,可知:使用动滑轮 ;
【实验延伸】
(5)在探究定滑轮工作特点时,按照图乙所示操作,觉得校准弹簧测力计操作麻烦,于是把弹簧测力计倒过来,即测力计吊环系在拉绳上,用手拉挂钩,读得的测力计示数会 (选填“变大”“变小”或“不变”),其理由是 ;
【创新实践】
(6)小梦又用丁图继续研究动滑轮的使用特点,每次都匀速提起相同钩码(不计摩擦),实验步骤如丁图所示。分析四图可知,使用同一动滑轮匀速提起相同重物时拉力与竖直方向夹角越大,拉力 ;
【生活实践·动手做一做】
(7)请同学们用如图戊三种方式拉同一物体在同一水平面做匀速直线运动,三种方式所用拉力分别为F1、F2、F3,不计绳的摩擦,那么这三个力的关系是 。
考点二 滑轮组及其工作特点
【典题2】(2024·清远质检)如图所示,用滑轮组拉着一重为500 N的物体匀速向上提升了0.2 m。由图可知吊着动滑轮的绳子段数n= ,则绳子自由端移动的距离为 m。若不计滑轮重、绳重及轮轴间的摩擦,则拉力F= N。
技法点拨
确定滑轮组承担物重绳子段数的方法
(1)画线判断:在定滑轮和动滑轮之间作一条水平辅助线,假设它把滑轮组的绳子“截断”,数出动滑轮上连接的绳子段数,即为吊着重物的绳子的段数n。(如图)
(2)计算判断:
①根据省力情况,用n=计算。不是整数时,需采用只入不舍的“进一法”;
②根据移动距离的关系,用n=计算。
(3)快速组装滑轮组的方法——“奇动偶定”
如果动滑轮上承担物重的绳子的段数n为奇数,则从动滑轮开始绕绳;如果绳子的段数n为偶数,则从定滑轮开始绕绳。
【变式】(2024·泸州中考改编)如图所示的滑轮组忽略绳重及绳与滑轮间的摩擦,将物体放在水平粗糙桌面上。受到水平向左的恒力F=100 N,滑轮组绳子自由端受到的拉力为F绳。当绳子自由端的拉力F绳为60 N时,物体处于静止状态,物体与桌面间的摩擦力恰好为0,则动滑轮的重力为 N;当绳子自由端拉力F绳'为90 N时,物体水平向右匀速运动,物体与桌面之间的滑动摩擦力为 N。
规避雷区
易错点 滑轮组水平拉动物体时的相关计算
【易错题】(2024·甘肃中考)将物体A、B置于如图所示的装置中,物体B恰好匀速下降,已知A重60 N,B重10 N,则A所受地面的摩擦力为 N;若对A施加一个水平向左的拉力F,刚好使A在原来的水平面上匀速向左运动,则拉力F大小为 N。(不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮间的摩擦)
【纠错】
滑轮组水平拉动物体时,滑轮组克服物体摩擦力做功,而不是克服物体重力做功。分析滑轮组对物体的拉力(大小等于摩擦力)由几段绳子承担是解答关键。
