三、滑轮
第1课时 滑轮
知识点 1 滑轮
1．定滑轮有这样的特点：拉动绳子时，物体移动，轮子也转，但它的轴的位置是不变的。动滑轮有这样的特点：拉动绳子时，物体移动，轮子也转，并且它的轴的位置是移动的。请在如图5－3－1所示各滑轮旁边的括号内写上定滑轮或动滑轮。
图5－3－1
知识点 2 探究滑轮的工作特点
2．如图5－3－2所示是小海同学“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验装置。他按图示操作提起钩码时，保持弹簧测力计匀速移动，分别测得一组数据如下表所示。
图5－3－2
装置
钩码重
G/N
钩码上升的
高度h/m
弹簧测力计
的示数F/N
弹簧测力计移
动的距离s/m
甲
0.98
0.2
0.98
0.2
乙
0.98
0.2
1.02
0.2
丙
0.98
0.2
0.55
0.4
(1)比较弹簧测力计示数的大小可知，使用动滑轮的好处是________________________________________________________________________。
(2)比较弹簧测力计拉力的方向可知，使用定滑轮的好处是________________________________________________________________________。
(3)使钩码上升相同的高度，比较乙和丙实验弹簧测力计移动的距离可知，使用动滑轮________________________________________________________________________。
(4)进一步分析实验数据，你还发现什么规律？
___________________________________________________________。(写出一个即可)
知识点 3 滑轮的实质
3．在图5－3－3中的滑轮上标出支点O，画出动力F1和阻力F2，以及其对应的力臂L1和L2。
图5－3－3
4．如图5－3－4所示，用定滑轮拉同一重物G，沿三个不同方向拉物体，则所用的拉力( )
图5－3－4
A．F1较大 B．F2较大
C．F3较大 D．F1、 F2、F3一样大
5．用动滑轮提起重物时，沿三个不同方向用力，如图5－3－5所示。三个力的关系是( )
图5－3－5
A．F1>F2>F3 B．F1＝F2＝F3
C．F1F3>F2
知识点 4 滑轮的应用
6．汽车陷进泥潭后，司机按如图5－3－6甲、乙所示两种方法均可将汽车匀速拉出，比较两个装置，甲是________滑轮，乙是________滑轮；甲________省力，乙________省力。(后两空均选填“能”或“不能”)
图5－3－6
7．图5－3－7中货物重G＝50 N，若不计滑轮重、绳重和摩擦，则拉力F1和F2分别为( )
图5－3－7
A．25 N 25 N B．25 N 50 N
C．50 N 50 N D．50 N 25 N
8．使用如图5－3－8所示的滑轮，将重200 N的物体M沿水平地面匀速拉动时，物体受到的摩擦力是120 N，则拉力F＝________N。(绳重、滑轮重及滑轮摩擦不计)
图5－3－8
9．人们应用不同的简单机械来辅助工作，正常使用下列简单机械时说法正确的是( )
A．筷子可以省距离
B．所有剪刀都一定省力
C．定滑轮可以省力
D．撬棒越短一定越省力
10．如图5－3－9所示，用三个滑轮分别拉同一个物体，沿同一水平地面做匀速直线运动，所用的拉力分别是F1、F2、F3，比较它们的大小应是( )
图5－3－9
A．F1＞F2＞F3 B．F1＜F2＜F3
C．F2＞F1＞F3 D．F2＜F1＜F3
11．一个体重为500 N的人，经测定他的手臂最大可发挥700 N的力，若这个人用一定滑轮来提升重物，忽略摩擦，他所能提起的最大物重为( )
A．1200 N B．700 N
C．500 N D．200 N
12．用一个动滑轮竖直匀速向上提升重物。已知物重G＝180 N，摩擦忽略不计，绳端的拉力是F＝100 N，那么动滑轮重为________N。
13．如图5－3－10所示，物重G＝30 N，绳的一端拴在地面，拉力F使滑轮匀速上升，不计滑轮摩擦。
图5－3－10
(1)若滑轮重不计，滑轮向上移动20 cm，则拉力F＝________N，物体上升________cm。
(2)若滑轮重为2 N，使物体上升20 cm，则拉力F＝________N，滑轮向上移动________cm。
14．小凡同学在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，装置图如图5－3－11所示。
图5－3－11
(1)小凡在探究定滑轮特点时，按照图乙所示操作，觉得读数不方便，于是把弹簧测力计倒过来，即弹簧测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，测力计的示数会________ (选填“变大”“变小”或“不变”)，其理由是_______________________________________________________。
(2)小凡在探究动滑轮特点时，按照图丙所示操作，记录数据如下表，分析数据发现，弹簧测力计的示数F大于物重G的一半，与课本结论存在差异，其原因是 ____________________。请给出一条减小此差异的建议____________________________________________________________________________________________________________。
实验次数
物重G/N
弹簧测力计的示数F/N
1
1.00
0.65
2
1.50
0.90
3
2.00
1.15
考| 题| 展| 示
15．2018·西城区期末 如图5－3－12所示，旗杆顶部装有一个滑轮，下列说法中正确的是( )
图5－3－12
A．它可以上下移动
B．用它改变力的大小
C．用它为了更美观
D．用它改变力的方向
教师详解详析
1．如图所示
2．(1)可以省力 (2)可以改变力的方向
(3)费距离 (4)对于动滑轮来讲，实际拉力大于钩码重力的一半，因为有动滑轮和绳子本身重力以及摩擦力的影响
3．如图所示
4．D 5.A
6．定 动 不能 能
7．D 8.60
9．A [解析] 用筷子夹菜时，动力臂小于阻力臂，所以筷子是费力杠杆，费力但省距离，故A正确。剪铁皮用的剪刀，在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；理发用的剪刀，在使用过程中，动力臂小于阻力臂，是费力杠杆；所以，剪刀有省力的，也有费力的，故B错误。定滑轮在使用过程中，动力臂等于阻力臂，是等臂杠杆，不省力，故C错误。撬棒在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆；在其他条件不变时，省力的多少取决于动力臂的长短，撬棒越短动力臂越小，越费力，故D错误。
10．D [解析] 物体在水平方向上做匀速直线运动，根据二力平衡的条件可知，物体所受的拉力等于物体受到的摩擦力，然后根据定滑轮和动滑轮的工作特点，分别求出F1、F2、F3，即可比较其大小。第一个图中滑轮为定滑轮，因为定滑轮相当于一个等臂杠杆，不能省力，所以根据二力平衡，此时拉力F1＝f；第二个图中滑轮为动滑轮，因为动滑轮可省一半的力，所以根据二力平衡，此时拉力F2＝f；第三个图中滑轮为动滑轮，由二力平衡可知，此时的拉力等于两根绳子向右的拉力，即F3＝2f；由此可得，F2＜F1＜F3。
11．C [解析] 使用定滑轮提升重物时，因为人的体重为500 N，所以人能施加的最大拉力F＝500 N，又因为摩擦忽略不计，所以使用定滑轮时F＝G，那么G＝500 N。
12．20 [解析] 因为用一个动滑轮使物体向上运动，所以动滑轮上有2根绳子，绳端的拉力是物体重力和动滑轮重力的一半，即F＝；
所以G动＝2F－G＝2×100 N－180 N＝20 N。
13．(1)60 40 (2)62 10
[解析] (1)由图可知，拉动滑轮时，拉力的大小是物重的2倍，但移动距离是物体移动距离的一半，所以这样使用动滑轮费力但可以省距离；当滑轮上移s＝20 cm时，物体上升的高度是滑轮上升高度的2倍，h＝2s＝2×20 cm＝40 cm；若滑轮重不计，此时拉力应该是物重的2倍，即拉力大小：F＝2G＝2×30 N＝60 N。
(2)若滑轮重为2 N，由图知，滑轮受到的拉力F等于物重的2倍加上滑轮重，据此求拉力；再根据 s＝h求滑轮向上移动的高度。即F＝2G＋G轮＝2×30 N＋2 N＝62 N；当物体上移h′＝20 cm时，滑轮(拉力)上移的高度是物体上升高度的，即s′＝h′＝×20 cm＝10 cm。
14．(1)变小 弹簧测力计有重力 (2)动滑轮本身有重力 将动滑轮的重力计算在提升的物体的重力里
[解析] (1)弹簧测力计倒过来使用时，其受力情况是：绳子向上的拉力(大小等于钩码重)，向下的重力和手向下的拉力。这时弹簧测力计测量的是手向下的拉力，大小等于绳子自由端的拉力与弹簧测力计的重力之差。所以在匀速拉动弹簧测力计时，根据二力平衡条件可知，实验会造成测量值小于绳子向上的拉力，即测力计的示数会变小。
(2)人在提升重物时把动滑轮也提起了，由于转轴之间有摩擦，绳子也有一定质量，导致拉力增大，所以动滑轮本身的重力是存在差异的最主要原因。“使用动滑轮能省一半力”是在不考虑动滑轮重、绳重和摩擦的理想情况下才成立的，实际中动滑轮重和摩擦是客观存在的，要减小此差异，则动滑轮的重力不能忽略；应将动滑轮的重力计算在提升物体的重力里。
15．D [解析] 升旗时旗杆顶端的滑轮并不随旗帜升降，它是一个定滑轮，用力方向与旗子运动的方向相反，故用它可以改变力的方向。
三、滑轮
第2课时 滑轮组
知识点 1 滑轮组及其特点
1．由定滑轮和动滑轮组合起来的装置叫________，它既可以省力又可以改变用力的方向。
2．图5－3－13甲和乙都是由一个定滑轮和一个动滑轮组合而成的滑轮组，但是它们有不同点。请回答下列问题。
图5－3－13
(1)________滑轮组能改变动力的方向，而________滑轮组不能改变动力的方向。
(2)甲滑轮组有________根绳子承担物重，而乙滑轮组有________根绳子承担物重，________滑轮组更省力些。
(3)如果都使物体上升高度h，那么甲滑轮组的绳端必须向下移动________，乙滑轮组的绳端必须向上移动________。
3．某组同学探究滑轮组工作特点时，按如图5－3－14所示方式组装了滑轮组。用此滑轮组匀速提升物体时，弹簧测力计的示数为________N，如果不计摩擦和绳重，动滑轮的重力为________N，若物体上升1 m，绳子的自由端移动________m。
图5－3－14
知识点 2 滑轮组的画法
4．如图5－3－15所示，要用向下的力提升重物，请在图中画出滑轮组绳子的绕法。
图5－3－15
5.如图5－3－16所示，某人使用滑轮组提升重物，请你画出他使用滑轮组最省力的绕法。
图5－3－16
6．A、B两物体的重力分别为60 N和140 N。如图5－3－17所示，当A、B两物体都静止时，它们所受的合力分别为( )
图5－3－17
A．60 N，140 N B．0，140 N
C．60 N，0 D．0，0
7.如图5－3－18所示，不计绳重、滑轮重及摩擦，重为G1、G2的两个物体现在处于静止状态，则( )
图5－3－18
A．G1＝2G2 B．G1＝G2
C．2G1＝G2 D．G1＝3G2
8．如图5－3－19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，下列说法中正确的是( )
图5－3－19
A．工人的拉力为500 N
B．人拉绳的速度为1.6 m/s
C．工人的拉力为450 N
D．工人拉绳的速度为2.4 m/s
9．图5－3－20是家用手摇晾衣架，A、B两滑轮中属于动滑轮的是________(选填“A”或“B”)；若衣服和晾衣架的总重为120 N，不计动滑轮重、绳重及摩擦，静止时绳子的拉力F＝________N。
图5－3－20
10．在“探究滑轮组的绕法和使用特点”的实验中，某实验小组采用如图5－3－21甲、乙所示的两种绕线方式不同的滑轮组进行实验，下表是他们记录的几组实验数据。
图5－3－21
实验
次数
滑轮组
物块重
G/N
物块上
升的高
度h/ m
拉力
F/N
弹簧测力计移
动的距离 s/m
1
甲
1.0
0.2
0.4
0.4
2
甲
3.8
0.2
1.8
0.4
3
乙
1.0
0.2
0.5
0.6
4
乙
3.8
0.2
1.5
0.6
通过观察实验数据，他们发现在图甲绕线方式中，F________G；在图乙绕线方式中，F________G(以上两空均选填“>”“＝”或“<”)。甲、乙两组数据没有相似的规律，这是为什么呢？通过老师的讲解，他们发现________(选填“甲”或“乙”)组中的实验数据是错误的。回想当时使用弹簧测力计的情景(如图丙所示)，他们立刻找到了错误的原因。你知道他们错在哪里吗？请写在横线上：_____________________________________________________。
11．如图5－3－22甲、乙所示，设物重G为200 N，摩擦及绳重不计，动滑轮的重不能忽略，绕在滑轮组上的绳子最多只能承受50 N的拉力。
(1)你将选用图中的哪个滑轮组来提升重物？
答：________________________________________________________________________。
(2)若在实际提升物体匀速上升时，绳端的拉力是44 N，求该滑轮组动滑轮的总重。
图5－3－22
12．小明用如图5－3－23所示滑轮组匀速直线拉动一个重为500 N的物体，物体和水平地面的摩擦力是150 N，求作用在绳端的拉力F的大小。(不计绳重、滑轮重和滑轮摩擦)
图5－3－23
13．考古工作者在河底发现了古代的石像，经潜水者测量它的体积约为2 m3。如图5－3－24所示，在打捞石像的过程中，考古工作者用动滑轮将石像匀速提升，需要竖直向上的拉力F＝1.6×104 N。在没有将石像提出水面前，若不计摩擦、绳重和滑轮重，求：(ρ水＝1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg)
(1)石像受到的浮力。
(2)石像的重力。
(3)石像的密度。
(4)若将石像提升了3 m，石像受到水的压强减少了多少。
图5－3－24
考| 题| 展| 示
14．2019·延庆一模 小鹏利用滑轮组及相关器材进行实验，记录的实验数据如下表所示。请根据表中数据归纳出拉力F与重力G的关系：F＝________________。
G/N
2
3
4
5
6
7
8
F/N
0.9
1.3
1.7
2.1
2.5
2.9
3.3
教师详解详析
1．滑轮组
2．(1)甲 乙 (2)2 3 乙 (3)2h 3h
3．0.8 0.4 3
4．如图所示
5．如图所示
6．D [解析] 两物体静止，则所受的力一定是平衡力。物体受平衡力作用时，合力为零。
7．A [解析] 图中是一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，可以将G2由于重力而对绳子施加的拉力可看作绳子末端的拉力(该拉力等于G2)，最后一根绳子是由定滑轮引出的，有2根绳子承担G1，不计绳重、滑轮重及摩擦，则F＝G，所以G2＝G1，即G1＝2G2。
8．B [解析] 由图可知，连接动滑轮的绳子股数n＝2，若不计摩擦和绳重，则F＝(G物＋G动)＝(900 N＋100 N)＝500 N；但实际中摩擦和绳重是存在的，所以拉力将大于500 N，故A、C错误。工人拉绳的速度为v＝nv物＝2×0.8 m/s＝1.6 m/s，故B正确，D错误。
9．B 30 [解析] (1)A滑轮的轴是固定不动的，是定滑轮，B滑轮的轴与物体一起运动，是动滑轮；(2)由图可知，连接动滑轮的绳子股数n＝4，不计动滑轮重、绳重及摩擦，静止时绳子的拉力：F＝＝＝30 N。
10．< > 甲 用图甲中滑轮组进行实验时，弹簧测力计倒置测拉力，没有将指针调至零刻度线处，导致弹簧测力计的示数比细绳的实际拉力要小
[解析] 由表中数据可知，图甲绕线方式中，F<G，图乙绕线方式中，F>G。根据滑轮组实际受力情况可知，对于图甲中滑轮组，拉力F>G，而所测数据却与此相反，所以甲滑轮组的数据错误。通常弹簧测力计不应该倒置使用，如果倒置使用，由于弹簧测力计自身重力的影响，应重新将指针调零。
11．(1)选用滑轮组乙
(2)根据滑轮组的工作特点，由F＝得，G动＝nF－G物＝5×44 N－200 N＝20 N。
[解析] (1)因摩擦及绳重不计，动滑轮的重不能忽略，当使用图甲中滑轮组时，承担物重的绳子有4根，则拉力：F甲＝＝＞50 N，即拉力会大于绳子能承受的最大拉力50 N，故不能选择甲。当使用图乙中滑轮组时，承担物重的绳子有5根，则拉力：F乙＝＝＝40 N＋，若G动＜50 N，则拉力不会大于绳子能承受的最大拉力，故选择滑轮组乙来提升重物。
12．由图可知，物体受到的摩擦力由4根绳子承担；不计绳重、滑轮重及滑轮摩擦，则作用在绳端的拉力F的大小是F＝f ＝×150 N＝37.5 N。
13．(1)石像受到的浮力：
F浮＝G排＝ρ水gV排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2 m3＝2×104 N。
(2)不计摩擦、绳重和滑轮重，根据F＝(G－F浮)可得，石像的重力G＝2F＋F浮＝2×1.6×104 N＋2×104 N＝5.2×104 N。
(3)石像的质量：
m＝＝＝5.2×103 kg；
石像的密度：
ρ＝＝＝2.6×103 kg/m3。
(4)减少的水的压强：
Δp＝ρ水gΔh＝1×103 kg/m3×10 N/kg×3 m＝3×104 Pa。
14．0.4G＋0.1 N [解析] 分析表中数据可得：ΔF与ΔG的比值是个常数，故可设F与G的关系为F＝kG＋F0，任取表中两组数据代入，可得k＝0.4，F0＝0.1 N，故拉力F与重力G的关系式是：F＝0.4G＋0.1 N。
