初中物理滑轮及滑轮组的受力分析

物理初中滑轮组公式
滑轮组相关的公式包括：
1. 物理滑轮组的总公式：F=G总/n。

其中，F是绳子自由端受到的拉力，G 总为所有被提升重物的总重力，n为承担重物的绳子的段数。

2. 理想情况下，公式简化为：F=G/n。

其中，G为被提升重物的重力。

3. 实际情况中，公式变为：F=(G+G1)/n。

其中，G1为动滑轮的重力。

4. 距离公式：S=nh。

其中，S是绳子自由端移动的距离，n是承担重物的绳子的段数，h是物体升高的距离。

5. 速度公式：v=nv1。

其中，v是绳子自由端的移动速度，v1是物体上升的速度。

6. 动滑轮的公式：F=(G物+G轮)/2，S=2h。

其中，G物是物体的重力，G 轮是动滑轮的重力，S是绳子自由端移动的距离，h是物体升高的距离。

7. 定滑轮的公式：F=G物，S=h。

其中，F是绳子自由端受到的拉力，G物是物体的重力，S是绳子自由端移动的距离，h是物体升高的距离。

请注意，这些公式中的字母都表示具体的物理量，请根据具体的物理情境进行理解和应用。

初二物理：滑轮组与摩擦力的结合，受力分
析才是解题的关键
2014春•江西校级期中
考点：滑轮组的基本特点、摩擦力方向的判断、受力分析分析：由于物体都在做匀速直线运动，那么整个装置的合力为零。

（1）我们先对物体A和B进行受力分析
当b滑轮下挂重物B等于10N时，物体A匀速下滑，对A进行受力分析，A受到自身的重力，方向竖直向下，竖直向上方向上受到绳子拉力T和摩擦力 f 他们满足T+f=GA........①
对滑轮b进行受力分析，滑轮b上绳子的拉力等于T，有b是动滑轮。

所有存在2T=Gb......②，将①②两个等式联立起来，就可以算出摩擦力f=2N
（2）当挂上物体C后，物体A匀速上滑，现在对A进行受力分析，A受到竖直向下的重力，受到数值向上的摩擦力f和拉力T。

现在我们可以直接算出T=Ga+f=9N 在后对滑轮b进行受力分析，滑轮受绳子竖直向上的拉力2T，受竖直向下的重力GB和GC，此时就有等式2T=GB+GC，而GB 我们知道等于10N，所有GC等于8N
解题过程：
点评：本题综合考察了拉力、摩擦力的计算，关键是对
物体进行正确是受力分析和对绳子段数的理解。

一、初中物理滑轮组的省力问题1．一名质量为55kg 、双脚与地面接触面积为0.04m 2的学生站在水平地面上，要用滑轮组在20s 内将600N 的重物匀速提升1m 。

（g =10N/kg ）求：(1)他站在地面上时对地面的压强多大？ (2)画出滑轮组的绕线方式。

(3)若匀速提升过程中滑轮组的机械效率是75%，拉力的功率多大？【答案】(1)13750Pa ；(2)；(3)40W【解析】 【分析】 【详解】(1)站在地面上时，对地面的压力大小等于自身重力，则对地面的压强为255kg 10N/kg13750Pa 0.04mG mg p S S ⨯====人 (2)因为重物运动方向向上，人在地面上通过上方定滑轮改变力的方向，拉力方向向下，2股绳子与动滑轮接触以省力，故滑轮组的绕线方式如图所示：。

(3)有用功为克服重物重力势能做的功，为W G h =有物拉力做的总功为拉力的功率与所用时间的乘积，为W Pt =总滑轮组的机械效率为100%η⨯有总W =W 可知W G hW Pt ηη===有物总则600N 1m40W 20s 0.75G h P t η⨯===⨯物 答：(1)他站在地面上时对地面的压强是13750Pa ； (2)滑轮组的绕线方式见解析； (3)拉力的功率是40W 。

2．用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，分别匀速将两个相同的钩码在相同时间内提升相同高度，若不计绳子与滑轮的摩檫，__________装置更省力（选填“甲”或“乙”）。

甲装置的机械效率__________乙装置的机械效率（选填“高于”、“低于”或“等于”）。

甲图中若钩码总重100N ，动滑轮重为20N ，不计摩擦及绳重，若工人将绳子匀速向上拉6m ，则泥桶上升的高度为__________m ，滑轮组的机械效率为__________。

【答案】甲 等于 2 83. 3% 【解析】 【详解】[1]不计摩擦，拉力F =1n（G 物+G 轮），n 甲=3，n 乙=2，绳子受的拉力： F 甲=13（G 物+G 轮）， F 乙=12（G 物+G 轮）， ∴F 甲<F 乙，甲更省力；[2]动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W 额=G 轮h ，W 有用=G 物h ，故利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，据η=W W 有用总可知，滑轮组的机械效率相同，即：η甲=η乙；[3]如甲图，泥桶由3股绳子承担，则n =3，s =3h ，s =6m ，泥桶上升的高度为：h =13s=13⨯6m=2m ； [4]不计摩擦及绳重，则滑轮组的机械效率为：η=W W 有用总=W W W +有用有用额=Gh Gh G h +动=G G G +动=100N100N 20N⨯+100%≈83.3%。

受力分析，求解平衡方程就能得出结论；在分析滑轮受力情况时应把握住两条原则:①同一根绳了各处拉力相等．②滑轮组平衡时作用在轴上的力为作用在轮上力的2倍。

如图3，不考虑动滑轮重力且不计摩擦，求F与G的关系对图3的甲、乙、丙三个滑轮及物体G作受力分析如图4由（l）（2）（3）解得F=G／7六、指导学生根据滑轮组的实验完成综合实验习题为使学生深刻理解滑轮组机械效率测定的有关问题，实验后有所收益，仅让学生写出实验报告、根据数据算出机械效率是远远不够的．真正掌握这个实验的内容，指导学生做好实验习题是较好的措施。

下面是笔者发给学生的实验习题。

l．组装滑轮组时，为了准确、迅速地穿绕绳子应采取什么办法？2．这个实验中给你一个定滑轮、一个动滑轮，还需要哪些实验材料？3．选定上述器材后，画出最省力的实验装置图。

4．该实验中为什么要求钩码匀速上升？5．实验中测量钩码上升的距离和弹簧移动的距离采取什么办法？注意什么事项？6．有上面的滑轮组实验时，若增加所挂钩码的重力，滑轮组机械效率有无变化？为什么？7．若改用两个定滑轮两个动滑轮组成的滑轮组进行实验，但要求所挂钩码重力和上面实验相同，滑轮组机械效率有无变化？为什么？8．在动滑轮的下面不挂重物，拉动滑动组时，滑轮组机械效率是多少？为什么？9．通过6、7、8题的分析，滑轮组的机械效率与什么有关？跟重物上升的距离有无关系？10．根据上面的分析考虑如何提高滑轮组的绍机械效率？11．请你设计出测定滑轮组机械效率实验的步骤、实验记录表。

七、指导学生掌握题目中有滑轮组出现且含有机械效率η的习题的计算方法进行滑轮组机械效率的目的计算，在弄清力的关系、距离的关系、功的关系的基础上，利用公式η=W有用／W总，一般是会将题目顺序解答的。

对于滑轮组，无论考虑额外功、还是不考虑额外功，距离关系是定数。

对由一般绳子绕制而成的滑轮组，若动滑轮和重物由n股绳子承担，绳子自由端动力通过的距离S动是有用阻力通过距离S有用的n倍，即S动=nS有用。

作图题11 滑轮组作图一．作图技巧滑轮组绕线作图（1）绳子段数n 的计算方法：①距离关系确定：n ＝Sh(S 为绳端移动距离,h 为重物移动距离)；②力关系确定：F G n 总。

（2）找“起点”：根据“奇动偶定”的原则确定绳子的起点位置,即若n 为偶数,绳子从定滑轮绕起,若n 为奇数,绳子从动滑轮绕起。

二．真题精练1.（西藏中考真题）如图所示,一物体静止在斜面上,图中已经画出了支持力的示意图,请画出物体受到的重力与摩擦力的示意图。

【答案】 解：如图所示：【考点】重力示意图,摩擦力的示意图【解析】【解答】重力的方向始终是竖直向下的,物体受到的静摩擦力的方向与物体运动趋势的方向相反,如下图所示：【分析】物体受到的重力竖直向下；物体受到的摩擦力和物体相对运动方向相反。

2.（南京中考真题）如图（a）所示,空缆车随缆绳做匀速直线运动,在图（b）中画出缆车的轿厢（以方框表示）受力示意图（不计空气阻力）。

【答案】解：如图所示：【考点】弹力,重力及其大小的计算【解析】【解答】空缆车随缆绳做匀速直线运动,则轿厢也是做匀速直线运动,受力平衡,受到竖直向下的重力G和竖直向上的拉力F的作用,这两个力大小相同,作用点在轿厢的中心,示意图如图所示：【分析】作重力的示意图,力的作用点在物体几何中心上,方向竖直向下,重力用字母G表示,作绳子拉力的示意图,力的作用点在接触点上,方向指向绳子收缩的方向,用字母F表示。

3.（连云港中考真题）如图所示,物体A放在B上,在水平拉力F作用下一起向右做匀速直线运动,不计空气阻力,画出物体A的受力示意图。

【答案】解：如图所示；【考点】力的三要素及力的示意图,重力示意图【解析】【解答】物体A放在B上,在水平拉力F作用下一起向右做匀速直线运动,物体A处于平衡状态,A受到重力和支持力,从物体A的重心沿竖直向下和竖直向上分别画出重力和支持力的示意图,如图所示：【分析】物体受到的重力竖直向下,支持力和支撑面垂直。

用受力分析法解滑轮组问题滑轮组问题是学生物理学习的难点之一。

对于由一段绳子绕成的滑轮组，我们可以用课本上的规律：“使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力便是物重的几分之一。

”但对于一些由多段绳子绕成的滑轮组和一些不常见的滑轮组，这种方法便显得无能为力了。

如图1，若用数绳子段数的方法来解，表面上看是6段，所以F=G/6，这是不正确的。

在实际的物理教学中，我总结出了一种通过对滑轮组各部分的受力情况进行分析，从而来解滑轮组问题的方法。

现介绍给大家：首先，将滑轮组中各个滑轮及物体分别隔离开，从绳子端点处开始进行逐个分析，作出受力图，分析每个力的大小和方向时，应遵循以下几点：（1）做匀速直线运动的物体处于受力平衡状态；（2）跨过滑轮的两段绳子承担的力是相等的；（3）有作用力必有反作用力，作用力和反作用力大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。

每段绳子上承担的力既等于作用力也等于其反作用力。

现用此方法针对各类滑轮组问题作具体分析：一、可用来分析滑轮组的省力情况。

例一：如图2所示的滑轮组，不计动滑轮重力和摩擦，若重物的重力G为150牛，那么，提起重物所用的力F是多大？解析：我们可以通过受力分析法首先把各个滑轮及物体隔离开，每个滑轮及物体都受平衡力，分析每个滑轮的受力情况得到每段绳子上承担力的情况，可在原图上标出。

（如图2）所以G＝8F，所以F＝G/8例二：如图3，滑轮组下面吊一个重物G，它的重力为1400牛，如忽略动滑轮重力和摩擦，问拉力F为多少？解析：各滑轮的受力情况或各段绳承担力的情况及重物G的受力情况，分析如图3：所以4F＋2F＋F＝G，所以F＝G/7＝200牛。

例三、如图4所示，吊篮重力为200牛，人的重力为600牛，动滑轮的重力为10牛，不计摩擦，人用多大力拉绳，可使吊篮平衡？解析：假设人的拉力为F，则通过分析，每段绳承担的力如图4所示。

再把人、吊篮、动滑轮看成一个整体，作为研究对象，分析其受力情况如图5。

滑轮教案【教材分析】本节是在杠杆的基础上，学习定滑轮、动滑轮和滑轮组，探究这些滑轮的特点，激发学生继续探索各种简单机械原理的兴趣.【学情分析】学生通过前面的学习探究，已经知道杠杆的分类及其作用，已基本掌握杠杆的平衡条件. 具备了一定的观察、探究能力，并且明确了观察探究在物理学习中的重要意义，对观察探究的兴趣比较高. 本节探究的滑轮是继杠杆之后的又一种简单机械，多数学生虽然见过滑轮，但平时并未仔细观察研究过. 本节的探究学习可进一步激发学生积极主动地探索各种简单机械原理的兴趣.【教学目标】一、知识与技能1．认识定滑轮、动滑轮.2．知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用.3．会根据要求使用和组装滑轮组.二、过程与方法1．经历探究定滑轮、动滑轮工作特点的过程，进一步掌握用观察、对比来研究问题的方法.2．经历组装滑轮组的过程，学会按要求组装滑轮组的方法.三、情感态度与价值观1．关心生活、生产中有关滑轮的实际使用.2．对实践中的滑轮工作特点具有好奇心.3．具有利用简单机械改善劳动条件的愿望.4．通过了解简单机械的应用，初步认识科学技术对人类社会发展的作用.【教学重点】探究滑轮的作用.【教学难点】探究滑轮的作用.【教学器材】F 1学生器材：滑轮（单2个双2个），铁架台，钩码，细线，弹簧秤，刻度尺.学生两人一组.教师器材：多媒体设备及课件，另一套同学生使用的器材. 【教学过程设计】 一、引入新课生活中常见的滑轮抢修现场用到的滑轮 旗杆上的滑轮 吊车上的滑轮 二、新课教学 一、滑轮周边有槽、能绕轴转动的轮子. 滑轮的分类：滑轮在使用时，根据轴的位置是否移动，又分为定滑轮和动滑轮两种. 1、使用时，轴固定不动，叫定滑轮. 2、使用时，轴和重物一起移动，叫动滑轮.探究活动一 定滑轮的使用特点： (1) 能否改变用力方向? 定滑轮可以改变用力方向. (2) 能否省力? 定滑轮不能省力. (3) 能否省距离? 定滑轮不能省距离. 受力分析: 物体匀速上升: F 1 = G 物理论上 不省力也不费力. F 1＞G 物 绳子与定滑轮之间有摩擦，拉力略大.假如摩擦忽略不计，使用定滑轮，既不省力也不费力.F 1G 物 F 1杠杆的支点在O 点处ll 1=理论分析: 转轴固定不动，相当于支点 O ，拉力相当于动力，物体对绳子的拉力相当于阻力.定滑轮相当于一个等臂杠杆. 缺点： 使用定滑轮不省力也不费力 优点： 但可以改变动力的方向探究活动二： 动滑轮的使用特点： (1) 能否改变用力方向? 动滑轮不能改变用力方向. (2) 能否省力? 动滑轮能省力. (3) 能否省距离? 动滑轮不能省距离. 理论分析: G ·R = 2R ·F ； F = GR/2R = 1/2 G 优点：在使用动滑轮拉物体时,可以省力. 缺点：拉力的方向不能改变.实质：是一个动力臂等于阻力臂2倍的省力杠杆. 思考：定滑轮虽然能改变动力的方向，使我们工作方便，但不能省力；而动滑轮虽然能省一半力，但不能改变力的方向，使用时经常感觉不方便.怎样才能既省力，又能改变力的方向呢？ 二、滑轮组: 定滑轮与动滑轮的组合.探究活动L 1 = L 2 F 1 = F 2 F 2 = G 物F = G2动G G F +=3动G G F +=方法一方法二三 滑轮组-绕线播放flash 课件，总结滑轮组的工作特点滑轮组：由定滑轮和动滑轮组合而成. 性质： 能省力，又能改变力的方向.应用：使用滑轮组时，动滑轮和重物由几段绳子承担，提起重物所用的力就是物重的几分之一.(1) 一动一定滑轮组绕线(2) 探究一动一定滑轮组的使用特点使用此滑轮组可以改变拉力的方向 使用此滑轮组不能改变拉力的方向 思考：有几段绳子对研究对象施加拉力？ 不计轮与轴间的摩擦及绳重 匀速提升物体时3动G G F +=2动G G F +=思考：有几段绳子对研究对象施加拉力？ 若不计轮与轴间的摩擦及绳重 匀速竖直拉绳子的自由端时 实际在使用时，不计轮与轴间摩擦及绳重，匀速提升 ，滑轮组省力但费距离 总结：当定滑轮和动滑轮个数相同时，滑轮组有两种绕线方式，已知吊在动滑轮上绳子的段数为n ， 当n 为偶数时，绳的起始端应先结在定滑轮上，向动滑轮绕线.GF当n 为奇数时，绳的起始端应先结在动滑轮上，向定滑轮绕线.思考题：在右图所示的滑轮组中，分析：图中吊起动滑轮的绳子段数为5 (a) 若动滑轮重G /不计，拉力F 是多少？ F=1/5 G(b) 若动滑轮重G /不能忽略，那么图中的拉力F 应等于多少？ F ＝1/5 (G+G /)如图所示，拉力F 的大小等于 F=1/3 f . 探究活动四 滑轮组—力的计算1、不计摩擦、绳重时：2、不计摩擦、绳重和动滑轮的自重时： 四、滑轮组的组装组装原则：奇动偶定；一动配一定，偶数减一定，变向加一定.FF例：一根绳子只能承受100N 的力，要把330N 的物体拉起，怎样组装滑轮？绳子的股数必须是整数，因此需要4股符合条件的滑轮组的组装形式课堂小结： １．定滑轮：（1）特点：可以改变动力的方向，不省力也不费力；不省距离也不费距离． （2）实质：等臂杠杆． ２．动滑轮：（1）特点：能省一半力，但不能改变动力的方向；要多移动一倍距离． （2）实质：动力臂是阻力臂二倍的杠杆． ３．滑轮组1）s ＝nh （2）优点：既可省力，又可改变动力的方向；但不能既省力又省距离．动滑轮被几股绳子吊起，所用力就是物重和动滑轮的几分之一. （3）公式：Ｆ＝Ｇ总／n ＝（Ｇ物＋Ｇ动滑轮）／n （不计滑轮摩擦） 拓展知识：轮轴与斜面简单的机械还包括轮轴与斜面，轮轴由一个轴和一个大轮组成，斜面也是大家经常接触的，下面我们给出了常见的轮轴与斜面的图例：水龙头（轮轴） 自行车轮（轮轴）杠杆、滑轮都是简单机械，它们还可以变形为轮轴.播放斜面的视频，斜面也是一种简单机械，使用斜面能够省力.n = --- = ---- = 3.3(股) 330N100NF=?F=G/4斜面的应用习题巩固1.根据绕线确定F与G 的大小关系（不计摩擦、绳重和动滑轮重）2、根据F 与G 的大小关系画出绕线F=1/2GF=1/3GF=G/5绳子的绕法：当n为偶数时，绳子的起端（或末端）在定滑轮上；当n为奇数时，绳子的起端（或末端）在动滑轮上.。

滑轮及其滑轮组1、定滑轮：①定义：轴线固定，只有轮绕轴线转动，其轴不随物体一起移动。

②实质：是一个等臂杠杆的变形。

③特点：不省力也不费距离，但可以改变力的方向。

④拉力端绳子伸长长度与物体上升高度关系：S=h。

⑤使用定滑轮时，不论向哪个方向拉弹簧秤的示数都不变。

2、动滑轮：①定义：轮绕轴线转动，轴线也同时随物体一起移动。

②实质：是动力臂为阻力臂两倍的杠杆的变形。

③特点：能省一半力，但不改变力的方向且多费距离。

④省力情况：F＝1/2G物（不考虑动滑轮重和摩擦）F＝1/2（G物＋G动）（不考虑摩擦）⑤拉力端绳子伸长长度与物体上升高度关系：S绳=2h 。

⑥使用动滑轮时，如果跨过滑轮的两段绳子不平行，它们间的夹角越大，弹簧秤的示数越大。

3、滑轮组：①定义：由动滑轮和定滑轮组成的装置。

②特点：既能省力又改变力的方向。

③省力情况：（其中n为跨在动滑轮上的绳子股数）（1）竖直提物：Ⅰ不考虑动滑轮重和摩擦：F＝1/n×G 物Ⅱ不考虑摩擦，但计动滑轮重F＝1/n（G物＋G 动滑轮）Ⅲ拉力绳子自由端伸长的距离S与物体上升的距离h的关系：S＝nh；Ⅳ物体移动的速度V物与绳子自由端绳子伸长的速度V 绳的关系：V绳＝nV 物；典型例题如图所示，弹簧测力计A、B分别系在两个墙面上，中间滑轮组绳端的拉力为F，则弹簧测力计B的示数是。

解析：以右侧滑轮为研究对象分析受力，如下图所示，根据力的平衡知识可知：F B=2FFF F B答案：2F针对练习1小凡同学在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中，装置图如下图所示．（1）在探究定滑轮时，照图乙操作，觉得读数不方便，于是把测力计倒过来，即测力计吊环系在拉绳上，用手拉挂钩，测力计的示数会___________ （“变大”、“变小”或“不变”），其理由是______________________________。

（2）在探究动滑轮时，照图丙操作，记录数据如下表，分析数据发现，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________________________________________。