滑轮及滑轮组教案.docx

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滑轮及滑轮组教案

简单机械——滑轮

一、学习内容

1、复习杠杆

2、滑轮、滑轮组

二、学习目标

了解杠杆的定义和五要素，能够画出杠杆的力臂，能利用杠杆平衡条件进行计算，了解定滑轮和动滑轮的实质和特点，会利用定滑轮和动滑轮的特点进行有关的计算

3、重点、难点

杠杆力臂的画法；滑轮组的有关计算（功和机械效率）

一、易错题讲解

例1　（镇江市中考试题）如图1（a）所示的杠杆重；不计，O为支点，AO＝0.2m，当在A点悬吊一重6N的物体，绳子的拉力F＝3N时，杠杆在水平位置平衡，在图中画出拉力矿的力臂l2，力臂l2为________m．

例2如图所示，作用在杠杆左端且始终垂直的力F，将杠杆由水平位置OA缓慢拉至OB，则在这个过程中力F将（填“变大”“变小”或“不变”）

例4　如图3（a），物体A重30N，挂在水平横杆C端，横杆可绕A点转动，绳子BD作用于AC，使AC处于静止状态，水平横杆AC长2m．BC长0.5m，若杆重不计，绳子BD作用在横杆上的拉力大小是________N．若考虑杆重为20N，拉力大小又是________．

二、知识点梳理

1、定滑轮：

①定义：

中间的轴固定不动的滑轮。

②实质：

定滑轮的实质是：

等臂杠杆

③特点：

使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。

④对理想的定滑轮（不计轮轴间摩擦）F=G

绳子自由端移动距离SF（或速度vF）=重物移动的距离SG（或速度vG）

2、动滑轮：

①定义：

和重物一起移动的滑轮。

（可上下移动，也可左右移动）

②实质：

动滑轮的实质是：

动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。

③特点：

使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。

④理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：

F=12G只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=12（G物+G动）绳子自由端移动距离SF（或vF）=2倍的重物移动的距离SG（或vG）

3、滑轮组

①定义：

定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。

②特点：

使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向

③理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F=1nG。

只忽略轮轴间的摩擦，则拉力

F=1n（G物+G动）绳子自由端移动距离SF（或vF）=n倍的重物移动的距离SG（或vG）

组装滑轮组方法：

首先根据公式n=（G物+G动）/F求出绳子的股数。

然后根据“奇动偶定”的原则。

结合题目的具体要求组装滑轮。

滑轮组的组装方法：

按照“奇动偶定”原则：

当承重绳数n为奇数时，绳子固定端应拴在动滑轮上（即“奇动”），若不改变力的方向，则需要的动滑轮数=定滑轮数=n-1/2，若要改变力的方向，则需要添加一个定滑轮；当承重绳数n为偶数时，绳子的固定端应拴在定滑轮上（即“偶定”），如不改变力的方向则动滑轮数位n/2个，定滑轮比动滑轮少一个，若要改变力的方向，则定滑轮数应等于动滑轮数。

三、经典例题

例1　（长沙市中考试题）在图4（a）中，画出使用滑轮组提升重物时，绳子最省力的绕法．

（a）（b）

图4

如图4（b），绳子的绕法为最省力。

（1）使用滑轮组竖直提起重物

　　第一种情况，在忽略动滑轮重和摩擦及绳重等额外阻力时，绳子自由端拉力：

F＝

．如图4（b），n＝4，F＝

　　第二种情况，不计摩擦和绳重，但考虑动滑轮重．拉力：

F＝

如图4（b），若物体重500N，动滑轮重100N，则拉力：

F＝

＝150N．

　　第三种情况，又要考虑动滑轮重，又要计摩擦等额外阻力，则应从机械效率去考虑求出拉力．

　　公式推导：

η＝

＝

拉力：

F＝

，如图4（b），若物体重500N，滑轮组机械效率为70%，s＝4h，则拉力：

　　F＝

＝

≈178.6N

（2）使用滑轮组平拉重物

图5

　　如图5，用滑轮组匀速拉动物体A，这时拉力F大小和重量无直接关系．

　在不计滑轮重，滑轮摩擦等额外阻力时，拉力：

F＝

＝

，其中f表示A与地面的摩力．n表示与动滑轮连接的绳子根数．设：

A重120N，A与地面摩擦力为30N，则拉力：

F＝

＝10N．

例2　（黄冈中考试题）如图6所示，物体M放在水平桌面上，现通过一动滑轮（质量和摩擦不计）拉着M向左匀速运动，此时弹簧测力计（质量可忽略）示数为10N．若在M上加放一物块m可保持M向左匀速运动，需在绕过动滑轮的绳子的自由端施加一拉力，则F′　（　　）

图6

　　　　A．M运动时受到向左的摩擦力

　　　　B．加放m前，M受到10N的摩擦力

　　　　C．加放m前，M受到20N的摩擦力

　　　　D．加放m后，力F′，保持10N不变

　　精析　此题考查学生对平拉滑轮组的受力分析，并考查学生对滑动摩擦力随压力增大而增大的知识点．

　　未加m之前，拉力F与弹簧测力计的示数相同，也为10N．

　　用动滑轮匀速拉重物，F＝

，f＝2F＝20N．f方向向右．C选项是正确的．

　　加放m后，F′＝

　，由于M对地面压力增大，所以摩擦力增大，F′也增大，F′＞10N．

　　答案　C

例3下表是小明测一滑轮组机械效率时收集的有关数据。

动滑轮重

G动／N

物重

G／N

钩码上升

高度h／m

动力

F／N

动力作用点移

距离s／m

滑轮组的

机械效率

1

0.5

1

0.1

0.7

0.3

47.6%

2

0.5

2

0.1

1.1

0.3

60.6%

3

0.5

4

0.1

2

0.3

（1）请在图15中画出实验中滑轮组的绕绳方法。

（2）将表格中的数据补充完整。

（3）用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，提升的物重增加时，除克服动滑轮重所做的额外功外，其它额外功将_________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。

进一步分析可知，在动滑轮和绳重一定的情况下，该滑轮组的机械效率与_________和_________有关。

（4）第一次实验中，钩码上升0.1m所用的时间为1.5s，则动力的功率为_________W。

例4　如图8，滑轮及绳子的质量和摩擦不计，物体A重G1，木板重G2，要使木板处于平衡状态，求：

（1）绳子对A的拉力多大？

（2）A对木板压力多大?

　　精析　分析绳子上的拉力（且同根绳子上的拉力，大小不变），然后以某物为研究对象，列出受力平衡式．

　　解　

（1）研究绳子1、2、3、4上拉力，如图8，设与A相连的绳子2的拉力为F，则绳子3的拉力也为F，绳子4的拉力为2和3的拉力之和为2F，绳子1的拉力也为2F．

图8

　　以物体A和板为研究对象：

　　向下受重力为：

Gl＋G2

　　向上受绳子1、2、3的拉力，大小为：

4F．

A和木板处于静止状态：

4F＝G1＋G2

F=

（2）以A为研究对象：

　　A受重力G1，拉力F＝

和持力N．

　　A静止时，Gl＝F＋N

　　N＝G1－F＝G1－

G1－

G2＝

G1－

G2

　　根据相互作用力大小相等，A对木板的压力：

　　N′＝

G1－

G2

　　答案　

（1）

（2）

G1－

G2

例5　（福州市中考试题）如图9，物体A重50N，物体B重30N，物体A在物体B的作用下向右做匀速直线运动．如果在物体A上加一个水平向左的力F2拉动　物体A，使物体B以0.1m/s的速度匀速上升，2s内拉力F2所做的功是________J．（滑轮和绳子的重以及绳子与滑轮之间的摩擦均不计）

图9

　　精析　拉力的功W＝Fs，要正确求出功，必须求出拉力和拉力移动的距离，这就和滑轮组的受力分析综合起来了．

　　已知：

GA＝50N，GB＝30N，vB＝0.1m/s，t＝2s．

　　求：

W

　　解　A向右运动，受向右拉力F1和向左的摩擦力f，A匀速运动：

f＝Fl．

　　与B相连的滑轮上方共有3根绳子承担物重GB．

　　∴　F1＝

GB＝

×30＝10

　　f＝F1＝10N

　　当A向左运动时，A受向左的拉力F2和向右的摩擦力f及向右的绳子拉力F1．

　　F2＝f＋F1（F1=

GB＝10N），f大小不变

　　∴　F2＝10N＋10N＝20N

　　在2s内，物体上升距离h＝vB×t＝0.1m/s×2s＝0.2m

　　拉力移动距离s＝3h＝3×0.2m＝0.6m

　　拉力做的功W＝F2s＝20N×0.6m＝12J

答案　12J

四、课堂练习

1、一人利用如图4所示的滑轮组匀速提升重为450N的物体，若每个滑轮重50N，人重600N，则人对地面的压力是________N．（不计摩擦力）

2、如图6所示，不考虑滑轮重及摩擦力，物B重20N，A为一动滑轮，绳的一端固定在地面上，当滑轮在力F的作用下匀速上升时1m时，则所用拉力F大小和物B上升高度分别为（）

A．15N、1mB．40N、2mC．30N、2mD．60N、1m

图4图5图6

3、某人用如图所示的定滑轮将重为G的重物匀速提起，若作用在绳的自由端的力分别为F1、F2、F3，则（ ）

A.F1>F2>F3       B.F1＜F2＜F3      

C.F1＝F2＝F3     D.F1＝F3＜F2

4、如图所示，滑轮自身重力和摩擦不计，请按题中所给的F与G的关系要求，在图中用笔画线代替绳子将滑轮组绕好。

5、（多选）如图所示，用三种方法拉动同一物体在相同的水平地面上做匀速直线运动，使物体以相等速度移动相同的距离．所用拉力分别是F1、F2、F3，这三个力的作用点移动距离分别是S1、S2、S3，移动速度分别为V1、V2、V3，不计滑轮摩擦，则（）

A．F1：

F2：

F3=2：

1：

4S1：

S2：

S3=2：

1：

4

B．F1：

F2：

F3=2：

1：

4S1：

S2：

S3=2：

4：

1

C．F1：

F2：

F3=2：

4：

1V1：

V2：

V3=2：

1：

4

D．F1：

F2：

F3=2：

1：

4V1：

V2：

V3=2：

4：

1

6、如图所示的装置，滑轮自重20N，其下端挂重280N的物体G，杠杆可绕水平轴无摩擦地转动，绳和杠杆都是轻质的，杠杆上标度的间距相等．要在图示水平位置平衡，在杠杆的A点所加的竖直向上的力F应是（）

A．150NB．200NC．300ND．400N

7、如图7，金属块M静止置于水平地面上时，对地面的压强为5.4×105Pa，轻质杠杆AB的支点为O，OA∶OB＝5∶3，在杠杆的B端，用轻绳将金属块吊起，若在杠杆的A端悬挂质量为m＝4kg的物体时，杠杆在水平位置平衡，此时金属块对地面的压强为1.8×105Pa．若要使金属块离开地面，那么杠杆A端所挂物体的质量应为多少?

8、用如图所示滑轮组匀速拉动重1000N的物体A，所用拉力F=100N．绳子自由端移动速度为0.2m/s．求物体与地面之间的摩擦力f和2秒内物体移动的距离．（不计滑轮重和轮和轴之间的摩擦）

五、课后作业

1.如图7所示，体重为510N的人，用滑轮组拉重500N的物体A沿水平方向以0.02m/s的速度匀速运动。

运动中物体A受到地面的摩擦阻力为200N。

动滑轮重为20N（不计绳重和摩擦，地面上的定滑轮与物体A相连的绳子沿水平方向，地面上的定滑轮与动滑轮相连的绳子沿竖直方向，人对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上，）。

则下列计算结果中正确的是（）

A．绳子自由端受到的拉力大小是100N

B．人对地面的压力为400N

C．人对地面的压力为250N

D．绳子自由端运动速度是0.04m/s

2.如图，绳及滑轮重不计，绳与滑轮的摩擦不计.若已知用F=30N的拉力可使物体沿水平地面匀速运动，那么，下列所求物理量正确的是（）

A．可求物体重为60N

B．可求物体重为90N

C．可求物体受的摩擦力为60N

D．可求物体受的摩擦力为90N

3、.弹簧秤A和B及滑轮组均处于静止状态，F=10N，若不考虑秤重，滑轮重及摩擦，弹簧秤A和B的示数分别为：

A.30N和30N;B.30N和20N;C.20N和20N;D.20N和30N.

4、如图23.装置处于平衡状态，在不计滑轮重及绳子摩擦的情况下，G1∶G2为：

A、1∶2;B、1∶1;C、2∶1;D、3∶1.

5、如右图所示，滑轮A是________滑轮，它的作用是________；B是________滑轮，若地面对物体的阻力是200N，不计滑轮重量和摩擦，则作用在绳子自由端的拉力F＝_____N，可使物体匀速移动。

6、如图所示的四个滑轮组中，图可以省一半力，图最费力，图和图用力大小一样。

7、作图题，用滑轮组将陷在泥中汽车拉出来，试在下右图中画出最省力的绕绳方法。

8.某同学在安装滑轮组时，发现实验桌上只有两种滑轮，一种是轮框中只有一个滑轮，另一个种轮框中只有两个滑轮，而且每种只有一个。

现在想设计一个最省力的绕绳的方法。

请你在右图4中的甲、乙中只选一个装置，进行绕绳；使得绕完绳后是由这两种滑轮组装后最省力的绕法。

9、如图所示，匀速向上拉动弹簧秤乙，当弹簧秤甲的示数为5N时，弹簧秤乙的示数为　_________　N，从而可知被提重物所受重力是　_________　N（不计滑轮重），这个滑轮属于　_________　滑轮．

10、如图所示，物体B重30N，A为一动滑轮，绳的一端固定在地面上，不考虑滑轮重及摩擦力，当滑轮在力F的作用下匀速上升0.5m时，所用拉力F为　_________　N，物体上升的距离为　_________　m．

11、如图所示，在用杠杆撬石头的过程中，该杠杆属于　_________　杠杆（选填“省力”、“费力”或“既不省力也不费力”）．在用力方向不变的情况下该人想用更小的力撬起石头，那么他的手应该向　_________　支点O（选填“远离”或“靠近”）方向移动．

12、如图所示，质量不计的轻杆OA长1m，B点挂有重力为10N的重物，A点的动力F为5N，方向与轻杆垂直，物体均处于静止状态．则该装置的阻力臂L2=　_________　m．

请画出物体所受重力的图示和阻力臂L2．

13、如图所示，重力不计的一木板可绕O点无摩擦转动，在A端挂一边长为50cm的正方体P，一个体重为500N的中学生站在B点时，P对地面的压强刚好为零，且OA=1m，OB=3m，则物体P的重力为　_________　N，当人向左走1m时，P对地面的压强为　_________　Pa．

家长签字：

年月日