漫画释义7滑轮及滑轮组模块一滑轮的认知知识互联网知识导航初二物理竞赛班·第7 讲·教师版90起重设 备上的 滑轮组定滑轮特征：1、轮的边缘有槽;2、轮可以转动, 轴固定不动;3、利用绳索拉起重物;4、能改变用力的方向.受力分析：1、同一条绳索上任意一点受力大小是相同的;2、由于绳子能任意弯曲, 所以力方向可以改变;3、我们把动力作用在绳子上的一端叫做自由端, 实验表明, 在匀速或 静止状态下, 动力和阻力的大小是相同的.动滑轮特征：1、绳子的一端被固定, 滑轮是沿固定的绳子滚动, 所以滑轮与固定绳 端的接触点是支点;2、滑轮不仅转动, 而且还随着绳子一起上下移动;3、动力与克服阻力的方向一致, 所以动滑轮不能改变用力方向.4、由于阻力 F 2 随滑轮一起移动, 所以滑轮受到的重力也是阻力的一部分. 受力分析：1、重物(阻力)是作用在滑轮轴上的; 所以阻力的力臂是轮半径 R ;2、动力作用在滑轮的绳子自由端, 动力的力臂为 2R ; 根据杠杆原理, 不计滑轮的重力时, 使用动滑轮最多省一半力.定滑轮 动滑轮 的杠杆 原理等臂杠杆： F = F , 即 F = G省力杠杆： F = 1 F , 即 F = 1G + G ）（ 12拉物12 2拉2 物轮滑轮组 特点：1、由几个滑轮组合起来使用的装置叫滑轮组;2、既可以改变用力的方向, 又可以省力.滑轮组的受力分析：将重物与动滑轮看做一个整体, F = 1G + G ）, n 为承重 拉 （ 物 轮n绳子的段数.【例1】升国旗时, 人站在地面拉动绳子, 能够让国旗升到旗杆的顶端, 旗杆顶端用到的简单机械是【答案】定滑轮【例2】如图所示, 通过定滑轮匀速提起重物G 时, 向三个方向拉动的力分别为F1、F2、F3, 则三个力大小关系是( )A. F1 最大B. F2 最大C. F3 最大D. 一样大【答案】D【例3】如图所示, 放在水平地面上的物体所受重力为G, 系着它的一根轻绳竖直绕过转轴光滑的滑轮, 绳子的另一端受的拉力为F, 地面对物体的支持力为N. 下面关于这三个力的大小关系正确的是( )A. F = G【答案】DB.G = NC. F = ND. F + N = G【例4】如图所示, 用动滑轮拉着一个物块在水平方向运动. 当拉力F 为10N 时, 物块恰在水平方向做匀速直线运动,则物块所受的滑动摩擦力大小为N; 当F 增大到14N 时, 物块受到的合力大小为N .(忽略滑轮摩擦以及动滑轮和绳重)【答案】20 8【例5】如图所示, 物体受到的重力为20N , 用力F 将滑轮匀速提升, 重物随滑轮一起匀速上升(不计绳重、滑轮重及绳与轮之间的摩擦). 当重物上升1m 时, 关于滑轮上升的高度h 和拉力F 的说法正确的是( )ABCD 【答案】C F = 20N ,F = 40N ,F = 40N ,F = 10N ,h = 1mh = 2mh = 0.5mh = 2m使用这种动滑轮费力, 省距离, 动滑轮移动的距离是物体上升高度的一半;F = 2G = 2⨯ 20N＝40N ．h = 1h' =1⨯1m = 0.5m 2 2☆教师可以引导学生思考: 若上题中计滑轮重力, 比如滑轮重力为5N, 那么拉力F 大小应为N, 物体上升1m , 拉力F 上升m.答案：45; 0.5初二物理竞赛班·第7 讲·教师版92模块二 滑轮组的受力分析知识导航初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版93基本滑 轮模型 的解题 方法1.动滑轮与重物在一起的省力滑轮模型(整体法)：F 支 =G 人 + F 拉F 支 =G 人 - F 拉2. 费力反拉滑轮模型(对动滑轮进行受力分析) 对动滑轮进行受力分析: F = 2F 1 + G 动费力模型省距离: 物体上升 h , 自由端(人的拉力)上升 s ,则: s = 1h2【例6】 如图所示的装置处于静止, 物重都是 G , 不计滑轮和绳重及摩擦, 使物体匀速上升, 拉力 F 最小的是( )AB C D【答案】B初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版94【例7】 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．【答案】如图所示．＜解析＞ 一个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组, 可以绕成两根绳和三根绳承担拉 力, 其中三根绳为最省力．根据“奇拴动, 偶拴定”的原则, 绳的固定端接在动滑轮的钩 子上．【例8】 一个同学站在地面上, 要利用如图所示的滑轮组提升重物．已知物重 1000N , 而绳子最多只能承受 400N 的拉力．请你帮他在图中画出符合 要求的绳子绕法．【答案】如图所示． ＜解析＞先判断 n= G =1000N＝2.5(段) ．用“进一法”取 n = 3 ．根据“奇拴动, 一动配一定, 变向F 400N加一定”原则, 绳子应固定在动滑轮的钩上, 由内向外绕．【例9】 如图所示, 体重为 500N 的人站在水平地面上拉绳子, 使重物以1m/ s 的速度匀速上升. 已知动滑轮重力为 50N, 被提升重物的重力为 300N. (不 计绳重及滑轮与轴之间的摩擦)则： (1) 此时自由端人的拉力大小为 N, 人对地的压力大小为 N. 人拉绳子的速度为 m/s .(2) 若此人竭尽全力拉绳子, 利用此装置最多能拉起 N 的重物.【答案】(1) 175 ; 325; 2 (2) 950初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版9522 23 （ =【例10】如图所示, 体重为 500N 的人站在高台上提升重物, 使重物以1m/ s 的速度匀速上升. 已知动滑轮重力为 50N, 被提升重物的重力为 400N. (不计 绳重及滑轮与轴之间的摩擦) 则：人对地的压力大小为 N. 人拉绳子的速度为 m/s .【答案】650 ; 3【例11】如图所示, 吊篮的重力为 400N, 动滑轮的总重力为 50N, 定滑轮重力为40N, 人的重力为 600N, 人在吊篮里拉着绳子不动时需用力( ) (不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦) A 218N B 0N 【答案】CD 6N ＜解析＞ 设人对绳的拉力 F , 将人、吊篮和动滑轮视为一个整体, 此 时 整 体 处 于 静 止 状 态 , 整 体 重 力 由 5 段 绳 子 承担 , 所 以 有5F = G 人 + G 吊 + G 动 ．G + G + G 600N + 400N + 50N 所以 F = 人 吊 动 = = 210N5 5【例12】体重为 500N 的工人利用此装置把自己和重为 100N 的涂料箱拉到高处. 已 知动滑轮重力为 50N, 筐重力为 130N . 不计绳重及轮与轴之间的摩擦. 求: 人的拉力为多少? 人此时对筐的压力为多少? 【答案】 F = 1(G + G+ G + G ）= 1500N+100N+50N+130N)=260N 3人涂料 动 筐3F 压 = F 支 =G 人 - F 拉 = 500N - 260N = 240N【例13】如图所示, 物体 P 重 2400N, 用图示的装置起吊, 滑轮和 绳子的重力和摩擦力都可以不计． (1)若一人站在地面上负责向下拉绳, 以吊起重物 P, 此人 的体重至少为多大?(2)若此人改为站在重物 P 上, 仍由他向下拉绳, 匀速吊 起重物 P(包括自身), 如图中虚线所示, 已知此人的体重 为 800N, 他向下拉绳的力应是多大?【答案】(1)人站在地面上, 由图可知, 物体 P 由四根绳子吊起, 则每根绳子的拉力T = G P = 2 4 0 0 N 6 0 0 , 所以人的重力至少为 600N ． 4 4(2)当人站在物体上, 由图可知, 物体和人共由 5 根绳子吊起, 所以每根绳子的拉力T ' =2400N + 800N = 640N5C 210NP模块三整体法及定滑轮上方受力分析【例14】如图所示, 质量为60kg 的工人在水平地面上,用滑轮组把货物运到高处. 第一次运送货物时,货物质量为130kg, 工人用力F1 匀速拉绳, 地面对工人的支持力为N1; 第二次运送货物时, 货物质量为90 kg, 工人用力F2 匀速拉绳, 货箱以0.1m/s 的速度匀速上升.已知G300 N. 则两次人的拉力之比为; 地面对人动的支持力之比为. (不计绳重及滑轮摩擦, g 取10N/kg)【答案】4:3 ; 2:3【例15】如图所示的滑轮组中, 每个滑轮自重均为20N, 横杆的自重是10N, 摩擦和绳重不计, 现用此滑轮组匀速提起重G=750N 的物体, 那么需要施加的动力F 是( )A．200N B．180N C．190N D．170N【答案】A【例16】图中的每个滑轮重0.5N, 物体A 重6N, 托板重1N. 在2s 的时间内, 拉力F 的作用点沿竖直方向匀速升高了1.2m, 这个过程中, 不计滑轮轴摩擦和绳重, 则:(1) 拉力F 的大小为N.(2) 物体A 上升的速度为m/s.(3) 天花板对定滑轮拉力大小为N.【答案】2 ; 0.15 ; 4.5【例17】体重为480N 小钧同学站在地面上, 欲使用如图所示的滑轮组提升重力为500N 的重物. 已知每个滑轮重力大小为60N. 第一次人用F1=100N 的力向下拉绳子, 物体没有被提起, 则此时物体对水平地面的压力大小为多少?第二次人用更大的力向下拉绳子, 使物块匀速上升, 则此时人对地的压力大小为多少? 天花板对定滑轮的拉力大小为多少?(不计绳重及绳与轮之间的摩擦)【答案】360 ; 200; 900初二物理竞赛班·第7 讲·教师版96初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版97模块四 综合应用问题【例18】如图是一种电梯结构 的示意图, 电梯厢在电梯井中沿竖直通道上下运行．钢链的两 端分别固定在电梯井顶部的 A 点和 B 点, 同时钢链绕过重 15000N 的电梯厢下的滑轮而托起整个厢体 E, 又跨过电梯井顶 部由电动机驱动带有齿轮的轮轴 C, 在 C 和 B 之间吊起与动滑 轮相连的配重 D ．电梯载重量为10 人(1 人的质量按 60 kg 计算, 取 g = 10N/kg , 忽略摩擦及钢链的质量)．请回答： (1)配重的功能是什么? 在已知电梯厢重和载重量的情况下, 配 重的质量最好是多大?(2)当电梯满载匀速上升时, A 、B 两点受到的拉力各是多大?【答案】(1)配重是一种平衡体．其质量应选择大约跟电梯厢(包括平均搭载的乘客)的质量相等．这样, 当开动电动机时, 它只需要供给提升多搭载的乘客上升或少搭载的乘客下降 的动力, 其余的重力由配重来平衡．所以, 最经济的配重所受重力 G D 应为箱体重 G E 与1承载人重 G 人 的一半之和, 即 G= G + G = 15000N+3000N ＝18000N ,DE2人所以配重的质量为 m D = 1800 k g ．(2)A 点受力 F= 1 (G + G ) = 10500N ; B 点受力 F = 1G = 9000N ．A2人 E B2 D【例19】电气化铁路的输电线常用图示的方式悬挂在钢缆上. 钢缆的 A 端固定在电杆上,B 端通过滑轮组连接在电杆 C 上. (1)配重 D 是 n 个混凝土圆盘(图中只画出 3 个), 每个盘的质量是 m . 按图示的配置,钢缆 在 B 端所受的拉力大约是多少? (2)如果只考虑 B 端的牢固性,本来可以把它直接固定在电杆 C 上, 也可以用一个很硬的 大弹簧连接 B 和 C. 实际上却用滑轮组来连接, 这样做的优点是什么?【答案】(1)F =3nmg ,因为动滑轮右侧的 1 条钢缆与它左侧的 3 条钢缆承受相同的力,而左侧每条 钢缆受的力是 nmg . (2)机车运行中,拾电器会把输电线向上托起.如果使用两端固定的钢缆,悬线会因此松弛, 输电线将左右摇摆,有可能脱离拾电器造成断电事故.使用滑轮组可以保证输电线的高度 变化时钢缆始终保持紧张状态. 如果用弹簧代替滑轮组,情况好于两端固定的钢缆,但钢 缆的紧张程度仍随弹簧的长度有较大的变化,而且不易确定钢缆的最佳长度.轮轴在不计绳重及摩擦的情况下,F1⋅ L1= F2⋅ L2, 即F ⋅ R = G ⋅ r省力, 费距离费力, 省距离【例20】轮轴, 顾名思义是由“轮”和“轴”组成的系统. 该系统能绕共轴线旋转, 相当于以轴心为支点, 半径为杆的杠杆系统. 所以, 轮轴能够改变扭力的力矩, 从而达到改变扭力的大小. 原理如右图所示. 在不计绳重及摩擦的情况下, F1⋅ L1= F2⋅ L2, 即F ⋅ R = G ⋅ r 请看一看下图中的装置有没有用到轮轴的原理, 并简要加以分析:【答案】略.☆教师分享：自行车上的轮轴中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴, 脚蹬半径大于花盘齿轮半径. 自行车手把与前叉轴：组成省力轮轴, 手握把外的半径大于前叉轴的半径. 后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴、齿轮半径小于后轮半径. 自行车行驶速度与车轮直径的关系：常见的自行车轮的直径有559mm(22 英寸)、610mm(24 英寸)、660mm(26 英寸)、711mm(28 英寸)的, 有实际经验的同学知道, 骑28 车比24 车费力一些, 但速度快, 因为28 车轮的半径大, 轮子每转一圈走的距离长一些, 故速度快, 半径大使轮轴的轴半径大, 故费力轮轴更费力.模块五轮轴知识导航初二物理竞赛班·第7 讲·教师版98【例21】倒链(又称神仙葫芦)是一种简单的起重用具, 它由滑轮组组成(如图所示), A、B 为同轴并一起转动的定滑轮, 半径分别为R1 和R2, R1 稍大于R2; C 为动滑轮, 其半径为r. 它们之间用铁链按图中所示的方式联结起来. 当用力F 拉一侧铁链使定滑轮转动时, 套在A 上的铁链使挂在C 上的重物上升, 与此同时, 套在B 上的铁链被放下, 使重物下降(图中虚线箭头表示铁链运动方向). 转动一周时, 其总效果使重物上升的距离为多少? 若重物所受重力为G, 则使重物缓慢匀速上升时, 拉力F 的大小至少应为多少? (此题为理想情况下, 即不计铁链重力、滑轮C 重力及额外的摩擦力做功)【答案】(1)A、B 为同轴一起转动的定滑轮, 相当于轮轴, 当滑轮转动一周时, A 轮使铁链上升h 1= 2πR1, B 轮使铁链下降h2= 2πR2, 则重物上升的距离h = h1- h2 = π(R - R ) .2 1 2(2)求解拉力F 可以使用杠杆3 力平衡方程(如右图):F ⋅ R1 + F '⋅ R2= F '⋅ R1F = R1- R2 ⋅ G2R1其中2F ' = G , 最终解得：☆此题在以后学完功的知识后也可以从Fh1= Gh 解得同样的结果.初二物理竞赛班·第7 讲·教师版99初二物理竞赛班·第 7 讲·教师版100【练1】 同一物体沿相同水平地面被匀速移动, 如下图所示, 拉力分别为 F 甲、F 乙、F 丙, 不计滑轮与轻绳间的摩擦, 比较它们的大小, 则( )A. F 甲＜F 乙＜F 丙B. F 甲＞F 乙＞F 丙C. F 甲＞F 乙＝F 丙D. F 甲＝F 乙＞F 丙 【答案】B【练2】 如图所示, 人对绳子的自由端的拉力 F 都相等, 且物体处于静止状态, 不计滑轮重和摩擦, 比较四个物体的重力, 最大的是( )A ． G 1B ． G 2C ． G 3D ． G 4【答案】C＜解析＞ 图甲是一个定滑轮, 定滑轮的实质是一个等臂杠杆, 使用定滑轮不省力, 即 G 1 = F ; 题图乙是一个动滑轮, 动滑轮的实质是一个动力臂是阻力臂 2 倍的杠杆, 使用 动滑轮能省一半的力, 所以 F = G 2 /2 , 即 G 2 = 2F ; 题图丙的滑轮组中, 吊着重物的绳 子有 3 段, 所以 F = G 3 /3 , 即 G 3 = 3F ; 题图丁的滑轮组有 2 段绳子吊着重物, F = G 4 / 2 , 即 G 4 = 2F ．实战演练【练3】如图所示是一个通过皮带传动的装置．A 为主动轮, B 为从动轮, A、B 两个轴用皮带传动, B 、C 两个轮固连绕同一个轴转动．已知R A : RB: RC2 :1:3 ．试分析A、B、C 三个轮边缘点速度的比．【答案】1：1：3皮带或者齿轮传动时候, 边缘点的线速度相同; 共轴(同时围绕同一个轴)转动时候所有点的转速相同, 即相同时间内转过的角度或者相同时间内转过的圈数相同．类似应用题目：自行车问题初二物理竞赛班·第7 讲·教师版101102 初二物理竞赛班·第7 讲·教师版自行车中的物理知识1．摩擦方面（1）自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹, 并且使用摩擦大的材料, 增大摩擦力.（2）车轴处经常上一些润滑油, 以减小接触面粗糙程度, 来减小摩擦力.（3）所有车轴处均有滚珠, 变滑动摩擦为滚动摩擦, 来减小摩擦.（4）刹车时, 用力捏紧车闸, 以增大刹车块与车圈之间的压力, 从而增大摩擦力.（5）紧蹬自行车前进时, 后轮受到的摩擦力方向向前, 是自行车前进的动力, 前轮受到的摩擦力方向向后, 是自行车前进的阻力; 自行车靠惯性前进时, 前后轮受到的摩擦力方向均向后, 这两个力均是自行车前进的阻力.2．简单机械（1）自行车刹车手闸是一个省力杠杆, 车后坐的载物夹也是杠杆. 脚踏和中轴大齿轮组成一个省力轮轴, 后轮上小齿轮和后轮组成一个费力轮轴. 车把和前叉也构成省力轮轴.（2）自行车上坡走S 形路线, 相当于增加了斜面的长, 可以省力, 使上坡更容易. 3．压强方面（1）一般情况下, 充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为S＝100cm2, 当一普通的成年人骑自行车前进时, 自行车对地面的压力大约为F＝（600N+250N）＝850N, 可以计算出自行车对地面的压强约为8.5×104Pa.（2）自行车的车座较宽大, 可以增大人与车座的接触面积, 减小对人的压强, 人骑座时感到舒服.初二物理竞赛班·第7 讲·教师版103。
