滑轮的应用及原理

物理篇《数理化解题研究》年第期

进行探索、发现规律步骤⑦、⑧和⑨为第六阶段,此阶段为提升、内化阶段步骤⑩为第七阶段—“反馈、矫正”,检测学生的掌握情况,为后续的教学提供必要的信息

深入分析,加深对凸透镜成像规律的理解学生初步理解凸透镜成像规律后,教师应该引导学生深

入分析加深对该规律的理解用《凸透镜成像动画》课件向学生展示凸透镜成像的连续变化规律,形成深刻的印象总结出成实像或虚像时,当物距连续变化,引起像和像距的变化规律利用课件让学生观察出两倍焦距和一倍焦距处的特殊意义

凸透镜所成像性质之间的关联凸透镜成像的性质可从正立或倒立、放大或缩小、虚像或实像三

方面描述这些性质之间有关联,例如正立的像一定是放大的虚像,倒立的像一定是实像通过教师示范,让学生再去挖掘其他的关联性质就能加深对该规律

的理解凸透镜成像与小孔成像的比较当凸透镜成实像时,根据像距与物距的大小关系可以推定成像的性质,这与小孔成像现象相同两者的共同点是像距小于物距时,成倒立、缩小的实像像距大于物距时,成倒立、放大的实像像距等于物距时,成倒立、等大

的实像

这样处理之后,不但没有弱化学生的自主性、同时教师的主导作用得以充分的展现,教学效果非常明显在整个光学部分,教师应有全局一盘棋的思想,重视教学策略的研究,从总体上把握前后概念、规律

之间的联系,杜绝凸透镜成像规律教学孤立化倾向,把探究凸透镜成像规律时涉及的基本概念分散开来,使学生在课堂探究时不必为一些概念花费较多的时

间,让学生集中时间和精力去提出问题、设计实验、分析数据、归纳规律,这样就能化解探究凸透镜成像规律这个教学难点,使学生理解这一规律

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当滑轮组有一根绳子绕制时,可根据“使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一”来判定拉力的大小若滑轮组有多根绳子绕制,怎样分析拉力大小呢下面举例说明例如图所示,是有三根绳子和巡泌料毕哗幽对于重物`有二④将①式代入②式得二⑤,将⑤式代人③式得⑥,将⑥式代人④式得二所以二,即拉力的最小值为

第二节 滑轮及其应用

学习目标

1．能识别生活中常见的定滑轮、动滑轮、滑轮组。

2．通过实验探究，理解定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用和实质。

3．能根据要求选择滑轮或组装滑轮组，学会利用它们解决一些简单的实际问题。

课前准备

1．收集信息

找出生活中常用的滑轮，有关滑轮的图片、使用滑轮的实况录像（如升国旗、起重机提升重物等），与其他同学互相交流。

2．预习记录

通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来：

合作探究

一、定滑轮和动滑轮

活动1：组装滑轮，提升重物

1．利用一个滑轮、一根绳子和支架组装起来，将重物(钩码)提升一定高度，你能想出几种办法？

2．各组之间交流组装方法，并讨论各种组装方法有哪些异同点？

活动2：定滑轮的作用和实质 说 明

先让同学们动手实验，建立一定的实验基础，以便于由具体的滑轮抽象出杠杆的实质。

此活动不给学生提填一填

⑴使用滑轮时，滑轮的轴固定不动的叫做 。

⑵使用滑轮时，轴随物体一起运动的滑轮叫做 。

1．用弹簧测力计测量使用定滑轮拉起重物（钩码）的拉力，改变拉力的方向多次测量，并记下每次拉力的大小，比较拉力的大小与物重有什么关系？

请在实验过程中填表

钩码重

G（N） 拉力大小F(N) 钩码运动的方向 拉力方向 装置图

F

活动3：动滑轮的作用和实质

1．先猜想使用动滑轮提起重物（钩码）时拉力的大小，然后用弹簧测力计进行测量，比较拉力的大小与物重有什么关系？

请在实验过程中填表

钩码重

G（N） 拉力大小F(N) 钩码运动的方向 拉力方向 装置图

供弹簧测力计。

通过比较定滑轮和等臂杠杆，理解定滑轮的实质。

此活动时发给学生填一填

请画出图 （b）、（c）中的两个力臂，由图可知，定滑轮实质上相当于一个 杠杆，因此拉力和物体重力的关系是： ，即使用定滑轮不能省力，但可以 。

定滑轮、动滑轮、滑轮组的应用

注：1、n是吊着动滑轮绳子的根数，包括栓在动滑轮挂钩上的和最后从动滑轮引出的拉绳；而跨过定滑轮的绳子，包括最后从定滑轮引出的拉绳，只起到改变作用力方向的作用。

定滑轮 动滑轮 滑轮组

定义 使用滑轮时，其轴固定不动的滑轮 使用滑轮时，滑轮的轴随物体一起运动的滑轮 定滑轮和动滑轮组合在一起的装置

特点 使用定滑轮不省力，也不省距离，但能改变动力（用力）的方向 使用动滑轮省一半力，但费距离，而且不能改变动力的方向 一定省力，一定费距离，可以（有时不可以）改变动力的方向

用

力

情

况 理想 F=G(不计摩擦、绳重) F=𝟏𝟐G

(不计摩擦、绳重、动滑轮重) F=𝟏𝟐G

(不计摩擦、绳重、动滑轮重)

非理想 F>G（计摩擦、绳重） F=𝟏𝟐(G+G动)（不计摩擦、绳重、计动滑轮重） F=𝟏𝐧(G+G动)

（不计摩擦、绳重、计动滑轮重）

距离关系：绳子自由端移动的距离S与重物上升的距离h的关系 S=h S=2h S=nh

速度关系：绳子自由端移动的速度V绳与重物上升的速度V物的关系 V绳 = V物 V绳 = 2 V物 V绳 = nV物

实质 是一个等臂杠杆 是动力臂是阻力臂2倍的杠杆 是动力臂大于阻力臂的杠杆 机械效率的计算

机械效率的计算公式及推导公式 适用条件 机械图形 备注

所有简单机械（包括杠杆、定滑轮、动滑轮、滑轮组、斜面）

任何简单机械、任何条件 1、同一个滑轮组，其机械效率的大小与所提升的物重大小有关，物重越大，机械效率越高。

2、影响滑轮组的机械效率有物重、动滑轮重、绳重、绳与滑轮之间的摩擦。增大机械效率的方法有增加物重、减小动滑轮重、减小绳与滑轮之间的摩擦。减小机械效率的方法与之相反。

3、机械效率的高低与机械是否省力或费力、机械功率的大小、做功的多少等因素无关。判断方法：机械效率的定义即取决于有用功和总工的比值。

4、对于给定的滑轮组，而n是确定的，因此不用刻度尺测量物体升高的高度h和弹簧测力计用的距离(绳子自由端移动的距离)S，只测出物体的重力（物重）和弹簧测力计的示数，也能计算出机械效率

差动滑轮的省力原理

“差动滑轮”又叫倒链，俗称“神仙葫芦”，是工厂里经常用到的一种特殊结构的滑轮。它由两个直径相差不多且固定在一起的定滑轮和一个动滑轮组成。有了它，只需一个人就可以缓缓吊起或移动很重的物体。

“差动滑轮”的省力原理在九年义务教育初中物理《机械与人》中是利用机械功讨论的，很少见到用杠杆的平衡讨论的。下面用杠杆的平衡来解释“差动滑轮”的省力原理。

一、杠杆及其平衡原理

杠杆是人们生活和生产中常用的一种简单机械，是在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒。杠杆可以是直的，也可以是弯曲的。

杠杆的平衡原理：动力×动力臂＝阻力×阻力臂，即F1L1＝F2L2（如图1所示）

在多个力（如三个力F1、F2、F3）的作用下（如图2所示），杠杆处于平衡，其原理为：F1L1＋F2L2＝F3L3 O

F1

F2 L2 L1

F1L1＝F2L2

图1

二、滑轮与“差动滑轮”

滑轮是一个周边有槽，能够绕轴转动的小轮。滑轮是一种变形的杠杆，属于杠杆类简单机械，用途很广。

定滑轮的本质是等臂杠杆，动滑轮的本质是动力臂等于阻力臂两倍的杠杆。

工厂里有一种特殊结构的滑轮，叫做“差动滑轮”（俗称“神仙葫芦”），它由两个直径相差不多且固定在一起的定滑轮和一个动滑轮组成，其示意图如图3所示。有了它，只需一个人就可以缓缓吊起或移动很重的物体。

三、“差动滑轮”的省力原理

下面用杠杆的平衡原理解释“差动滑轮”的省力原理（如图4所示）。

设重物的重力为G，人对链索的拉力为F，“差动滑轮”的大轮半径为R、小轮半径为r，绕过动滑轮的两段链索对定滑轮的拉力相等，且等于G的一半，即F′＝12 G。那么

FR＋F′r＝F′R O

F1

F3 L3 L1

F1L1＋F2L2＝F3L3 F2 L2

图2

图3

图4 G F′ F′ F＝R－rR F′＝R－r2R G

只要两个定滑轮的半径r和R相差很小，就可以用很小的拉力吊起很重的物体，达到省力效果。