滑轮及其应用

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第二节 滑轮及其应用
教学目标：
1、知识与技能
（1）知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用。
（2）能识别生活和生产中常见的滑轮。
（3）会根据要求使用和组装滑轮组。
2、过程与方法
通过观察分析和实验探究的方法，分别获得定滑轮和动滑轮、滑轮组在使用过程中，其作用方面的规律性结论。
3、情感、态度与价值观
教学重点：
（1）动滑轮、定滑轮的构造及其使用情况
（2）滑轮组的应用
教学难点：
滑轮组的应用中承担重物绳子股数、绳子的绕法。
实验器材：
滑轮、细线大约1m，弹簧测力计、钩码、刻度尺、铁架台。
教学过程：
一、新课导入
在升国旗时，旗杆上有滑轮，吊车上有滑轮，建筑工地上的龙门吊装有滑轮，窗帘布上也有滑轮等等，看来滑轮在很多地方用到，今天就将学习滑轮的应用。
1、滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的小轮。
2、使用滑轮时，滑轮的轴固定不动的叫定滑轮，轴随物体在一起运动的滑轮叫动滑轮。
3、实验探究
[提出问题]
滑轮分定滑轮和动滑轮，那么使用滑轮有什么好处呢？
[探究]
（1）照图（1）甲那样，用弹簧测力计测出物体的重G；
（2）按照图（1）乙的方法用弹簧测力计拉物体，观察物体运动方向和拉力方向并记下弹簧测力计的示数F1、F2比较F1、F2与G的大小；
（3）按图（1）丙用弹簧测力计拉滑轮和钩码、观察钩码、滑轮和测力计的运动方向，并记下弹簧测力计示数F，比较F与G的大小。
[探究点拨]
从上面的实验可以看出：
（1）在图（1）乙定滑轮的实验中，滑轮不动、钩码运动的方向与拉力的方向相反、弹簧测力计的示数F1、F2与G且F1、F2方向不相同。
结论：定滑轮不能省力，但能够改变力的方向。
（2）在图（1）丙中动滑轮的实验、物体随滑轮一起移动。钩码、滑轮、弹簧测力计运动的方向相同，弹簧测力计的示数略大于G，动滑轮省力一半，但不能改变用力的方向。
由（1）（2）得出结论：定滑轮使用时不能省力、但可改变力的方向。
4、定滑轮和动滑轮实质
（1）定滑轮相当于等臂杠杆（如图（2）甲）支点在轴心、动力臂和阻力臂均匀为半径长。
（2）动滑轮：相当于动力臂是阻力臂二倍的杠杆（如图 （2）乙）支点在挂物绳与动滑轮的切点上，阻力作用点在轴心，动力臂为直径长、阻力臂为半径长。
例1 如图（3）所示下列说法正确的是（ ）
A、甲、乙都是动滑轮 B、甲、乙都是定滑轮
C、甲是动滑轮，乙是定滑轮
D、甲是定滑轮，乙是动滑轮
例2 如图（4）中拉同一物体在同一水平面做匀速直线运动，已知物体重100N，摩擦为100N，则F1= N，F2= N，若A、B移动速度为1㎝/S，则绳子自由端移动速度V1= ，V2= 。
课堂巩固练习
1、试判下图（5）中的滑轮是动滑轮还是定滑轮？
2、用定滑轮拉物体，不计摩擦，当沿不同方向将物体匀速拉起时，拉力分别为F1、F2、F3，如图（6）所示，则这三个力的大小关系正确的是（ ）
A、F1﹤F2﹤F3 B、F1﹥F2﹥F3
C、F1=F2=F3 D、无法判断
3、下列说法正确的是（ ）
A、使用定滑轮、可以省力也能改变力的方向
B、使用定滑轮时，不能省力但能改变力的方向
C、使用定滑轮，只是为了省力
D、使用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，只能省一半的力
滑轮组
1、定滑轮与动滑轮的组合叫滑轮组，如下图：
按图（7）所示组装滑轮组，把提起重物所用的拉力一物重相比较，再数一数承担物重的绳子的股数，得到结论：滑轮组有几股绳子承担重于，提起物体所用的拉力就是物重的几分之一（装绳子段数为n、拉力为F、物重为G、则F=G，其中G=G物+G动）
滑轮组绕法：若承担物重为奇数绳子段数，则绳子起始端系在动滑轮上，若绳子段数为偶数时，则绳子起始端系在定滑轮钩上（即“动单定双”）
（1）从力的平衡角度解决滑轮问题，如图（8）以动滑轮为研究对象进行受力分析，则可得2F=G物+G动 ，F=，由此类推，F=（有n段绳子承担重物，不计算摩擦）同理，当动滑轮如图（9）绕置时，由于受力平衡，可得F= G物+G动。
（2）如果由多根绳子绕成滑轮组装置，解题就牢记同一根绳上的拉力都相等，不同绳子的拉力不同。
（3）滑轮组不仅可以提升重物，也可以在其它方向上移动物体，最简单的一种是水平方向上移动物体，此时滑轮组拉物体的力不是重力，而是物体与地面之间的摩擦力，如图（10）当物体在水平面上做匀速直线运动时，滑轮组拉物体的力F、刚好等于物体所受的摩擦力f,F=f、=f=f，F移动的距离是物体移动距离的3倍。
例题：站在地面上的人用滑轮组把重960N的货物由地面匀速提升4m的高处时，所用的时间是8S，人作用在绳子自由端的拉力为600N（不计摩擦和绳重）
（1）依据题意在图（1）中画绳子的绕法。
（2）请根据已知条件设疑并解答（至少求出4个物理量）。
解题分析：要设计符合要求的滑轮组，必须根据省力要求算出动滑轮绳子的段数n，再根据要求确定动滑轮和定滑轮的个数，①确定绳子股数n，我们可以根据滑轮组知识F=求出n=②根据题目提供的已知条件和滑轮组的绕绳方式可提出求解动力移动距离、货物上升速度，动力移动速度和动滑轮的重等物理量。
课堂巩固练习：
1、一条绳子只能承受3×103N的力，你怎样组装滑轮组才能把104N的物体拉起来？要求所用滑轮的个数要最少。（滑轮重，绳重及摩擦均不计）。
2、按要求组装下列滑轮组，（不计滑轮的重及摩擦）
3、如图（12）用200N的拉力拉着物体A以3m/s的速度在水平面上匀速前进，若B与滑轮相连的绳C中的拉力大小是60N，不计滑轮重绳及摩擦，则A与地面间的摩擦力为
，B与地面间的摩擦力为 。
4、如图（13）要用滑轮组将陷在泥中的汽车拉出来，试在图中画出最省力的绕绳方法。
小结：（1）定滑轮、动滑轮、滑轮组的省国力和改变国力的情况；
（2）滑轮组的绳子绕法，承担重物绳子股数n的确定，绳子终竭移动的距离。
布置作业：课本作业P163 1、2
课外巩固练习
1、用滑轮组来提升重600N的重物要想使拉力F=200N，则至少要用 个滑轮组成，其中定滑轮有 个当物体被提高2m时，则拉绳子移动的距离为 m。
2、图（1）中拉力F最小的是（ ）
3、如图（2）所示的滑轮组，挂上砝码甲、乙后恰好处于平衡状态，若甲、乙下面同时再挂上一个质量相同的小砝码，将出现的情况是（ ）
A、乙下降、甲上升 B、仍然静止
C、甲下降、乙上升 D、无法判断
4、某同学利用滑轮组提升物体时，当绳子的自由端被拉下2m时发现物体升高为0.5m，已知物体的质量为50kg,若不计摩擦和滑轮重,则拉绳子的力应为（g=10N/kg）( ) A、12.5N B、125 C、250N D、2000N
5、如图（3）中，甲物体重6N，乙物体重10N，弹簧重力及摩擦均不计，当甲、乙两物体静止时，弹簧测力计的读数为 N，物体乙所受的合力为 N。
6、如图（4）甲、乙所示物体A匀速运动、速度为10㎝/S，不计滑轮重和绳与滑轮间的摩擦，甲图中绳自由的移动速度为U甲= F甲= 5s内绳自由端移动的距离，S甲= 乙图中绳子自由端的移动速度U2= F2= ，5s内绳自由端移动的距离S乙= 。
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