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第2节 滑轮
知识点一 研究定滑轮和动滑轮的特点 1.实验探究:研究定滑轮的特点。
(1)设计与进行实验。 ①如图甲所示,用弹簧测力计测出钩码的重力G。 ②如图乙所示,记下提升钩码时弹簧测力计的示数和移 动的距离、钩码上升的高度;拉力的方向与钩码运动的 方向_________(选填“相同”或“相反”)。 ③增加钩码的个数,再利用乙图所示的滑轮提升钩码,记 下弹簧测力计的示数和移动的距离、钩码上升的高度。
3.交流与讨论 (1)在实验中,为什么要匀速拉动弹簧测力计? 提示:根据二力平衡原理,可知只有匀速拉动弹簧测力计 使钩码上升时,拉力和重力才是一对平衡力,并且这样弹 簧测力计示数稳定,便于读出拉力大小。 参考答案:只有匀速拉动弹簧测力计使钩码上升时,拉力 大小才等于重力,且示数稳定,易于读数。
(2)实验中,为什么要使用重一些的钩码? 提示:在拉动钩码时,绳子与滑轮之间有摩擦,且动滑轮 本身有重力。在使用定滑轮时,钩码的重力越大,拉力大 小越接近钩码重。在研究动滑轮特点时,钩码的重力越 大,拉力的大小越接近钩码重力的二分之一,更易于得出 结论。 参考答案:减小误差,使结论更准确
计示数 的高度
F/N
s/cm
定滑轮 2
2
10
定滑轮 4
4
10
定滑轮 6
6
10
定滑轮 6
6
10
弹簧测 力计移 动的距 离h/cm
10 10 10
10
拉力 方向
向下 向下 向下 斜右 下方
分析数据可知: 定滑轮工作时的特点是 ______________________ _________________________________________, 弹簧测力计移动的距离s与钩码上升的高度h的关系是 ____________________________________________。
(2)实验数据及分析。
物重 G/N
弹簧测力 计示数 F/N
钩码上升 的高度 s/cm
不使用
简单机 2
2
10
械
动滑轮 2
1
10
弹簧测 力计移 动的距 离h/cm
10
20
拉力 方向
向上 向上
物重 G/N
弹簧测力 计示数 F/N
钩码上升 的高度 s/cm
动滑轮 4
2
10
动滑轮 6
3
10
弹簧测 力计移 动的距 离h/cm
20
20
拉力 方向
向点是_________________________ _________,弹簧测力计移动的距离s与钩码上升的高度 h的关系是_______________。
提示:分析弹簧测力计的示数和钩码的重力,可以看出使 用动滑轮时拉力的大小等于钩码重力的一半,即使用动滑 轮可以省一半力;使用动滑轮时弹簧测力计移动的距离是 钩码上升高度的两倍,即二者关系是s=2h;使用动滑轮时 拉力的方向始终是向上的,说明使用动滑轮不能改变力的 方向。 参考答案:省一半的力,但不能改变力的方向,而且费距离 s=2h
参考答案:F= 1(G+G动) 即F= 1 (G+G动),n为绳子股
3
n
数
【示范题2】如图,工人利用滑轮组将200 N的重物匀速 向上提升到2 m高的平台上,则他所用的拉力为 _________N,绳子自由端向下移动的距离为_________m。 (不计绳重、动滑轮重及摩擦)
【解析】本题考查滑轮组的特点。由图知,使用滑轮组, 承担物重的绳子股数n=2。不计绳重、动滑轮重及摩擦, 拉力F=G=×200 N=100 N;绳子自由端向下移动的距 离:s=2h=2×2 m=4 m。 答案:100 4
(3)在探究定滑轮特点时,为什么拉力F的示数总是略大 于钩码的重力? 提示:在理想情况下,使用定滑轮时F=G,但在实际情况 下,由于摩擦的存在,拉力总是大于钩码的重力。 参考答案:绳子与滑轮之间存在摩擦
【示范题1】如图甲、乙所示,分别用力F1、F2匀速提 升重为10 N的物体,图_______ ______中的滑轮可以看作省力杠杆,但不能________
【微点拨】 1.判断定滑轮和动滑轮的方法。
2.定滑轮和动滑轮的实质: (1)定滑轮的实质是一个等臂杠杆。
(2)动滑轮的实质是动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆。
知识点二 滑轮组 1.在滑轮组中,定滑轮的作用是_____________,动滑轮 的作用是_________。 提示:定滑轮的实质是等臂杠杆,它的作用是改变力的 方向;动滑轮的实质是动力臂是阻力臂两倍的杠杆,它 的作用是省力,所以在滑轮组中定滑轮的作用是改变力 的方向,而动滑轮起省力的作用,动滑轮个数越多,承担
提示:分析弹簧测力计的示数F和钩码重G,可以得出使 用定滑轮时弹簧测力计的拉力与钩码重相等;使用定滑 轮时拉力的方向可以有向下、向右、斜右下方等多个 方向,可以得出使用定滑轮可以改变力的方向。根据钩 码上升的高度和弹簧测力计移动的距离相比较,可以得 出使用定滑轮时s与h始终相等。 参考答案:不省力,但可以改变力的方向 s=h
【微点拨】 分割法判断绳子的股数
在定滑轮和动滑轮之间作一条水平辅助线,假设它把滑 轮组的绕线“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股数n。(如图)
【教材图片·考点阐释】 命题点 定滑轮及其特点和功的计算 如图所示一旗杆顶端设计如图所示,A装置 是_____(选填“定”或“动”)滑轮,使用 它的目的是________。若用10 N的拉力使 旗帜匀速提升12 m,则拉力所做的功为_______J。 答案:定 改变力的方向 120
参考答案:用滑轮组提升重物时,动滑轮上有几段绳子承 担物重,拉力就是物重的几分之一 动滑轮上有几段绳 子承担物重,绳子自由端移动的距离就是物体上升高度 的几倍
4.忽略绳重与摩擦,动滑轮的重力不能忽略时,拉力的 大小等于多少?请结合图示分析。
提示:根据力的平衡知,三股绳子承担着重物和动滑轮总
重,则3F=G+G动,故F= 13(G+G动)。
3.利用组装成的滑轮组提升物体,并把数据记录在表格 内(动滑轮很轻)
滑轮 组 甲
乙
物重 G/N
6 9 6 9
拉力 F/N
3 4.5
2 3
物体上升高 度h/cm 2 3 2 3
绳子自由端移 动距离s/cm
4 6 6 9
分析数据可知,拉力和物重的关系是______________ ___________________________________________。
2.实验探究:探究动滑轮的特点。
(1)实验设计。 ①如图甲所示,用弹簧测力计测出钩码的重力G。 ②如图乙所示,记下提升钩码时弹簧测力计的示数和移动 的距离、钩码上升的高度;拉力的方向与钩码运动的方向 _________(选填“相同”或“相反”)。 ③增加钩码的个数,再利用乙图所示的滑轮提升钩码,记 下弹簧测力计的示数和移动的距离、钩码上升的高度。 参考答案:②相同
命题点 滑轮及其特点
如图“科学漫画”中所用机械是_________;若大人、 小孩、袋子的重分别是G1、G2、G3,则他们之间的大小 关系是_________,使小孩不被拉上去可采用的方法是 _________________________。 答案:定滑轮 G1>G3>G2 使用动滑轮或者滑轮组
绳子自由端移动的距离s与物体上升的高度h的关系是 __________________________________________。
提示:两图都是由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮 组,由甲图和表格中数据可知,物体的重力由两段绳子通 过动滑轮承担,拉力是物重的二分之一,但绳子自由端移 动的距离是物体提升高度的两倍。由乙图和表格数据 可知,物体的重力由三段绳子通过动滑轮承担,拉力是物 重的三分之一,但绳子自由端移动的距离是物体提升高 度的三倍。
重物的绳子段数就越多,滑轮组就越省力。 参考答案:改变力的方向 省力
2.请用一个定滑轮和一个动滑轮组成两种方式的滑轮组, 在图中画出其绕线方式。
提示:绳子的起始端可以固定在定滑轮上,也可以固定在 动滑轮上,然后绕过所有的滑轮,最后在绳子自由端画上 箭头。
参考答案:绳子起始端固定在定滑轮上,如图甲所示;绳 子起始端固定在动滑轮上,如图乙所示。
④保持钩码个数不变,改变弹簧测力计的方向,记下弹 簧测力计的示数、移动的距离和钩码上升的高度。 参考答案:②相反
(2)实验数据及分析。
物重 G/N
不使用 简单机 2 械
弹簧测力 钩码上升
计示数 的高度
F/N
s/cm
2
10
弹簧测 力计移 动的距 离h/cm
10
拉力 方向
向上
物重 G/N
弹簧测力 钩码上升
_____________;若不计摩擦和滑轮重力,则力F1的大小 为_________N。
【精讲精析】a是定滑轮,本质是等臂杠杆;b是动滑轮, 本质是动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆,使用动滑轮可 以省力,但不能改变力的方向;使用定滑轮不省力也不费 力,若不计摩擦和滑轮重力,则F1=G=10 N。 答案:b 改变力的方向 10
