西南大學(xué) 物理學(xué)院 王靜 第二節(jié)《滑輪及其應(yīng)用》

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第二節(jié) 滑輪及其應(yīng)用,王靜 重慶市經(jīng)開(kāi)育才中學(xué) 西南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,人類與動(dòng)物的一個(gè)較大區(qū)別是人類制造了工具，并且懂得用工具去改變我們的生活改變我們的世界，因此有了21世紀(jì)偉大的今天,莊嚴(yán)的一刻,大家對(duì)這一現(xiàn)象有沒(méi)有疑問(wèn)？,五星紅旗是向什么方向運(yùn)動(dòng)的？,旗手施加給五星紅旗的力向什么方向？,為什么力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反紅旗還可以順利升起呢？奧妙在哪？,向上,向下,旗桿 的頂部 安裝了 一種 簡(jiǎn)單 的 機(jī)械， 滑輪,滑輪,軸,帶凹槽的輪,．,滑輪 主要部分是能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子,滑輪的定義：周邊有槽，能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的小輪,起重機(jī)吊臂上的滑輪,嘗試采用繩，一個(gè)滑輪，鐵架臺(tái)將勾碼提到高處，你有什么方法？,細(xì)線,滑輪,鉤碼,鐵架臺(tái),動(dòng)滑輪和定滑輪,你使用的哪種方法？這兩種方法有什么不同呢？,,,,,,,,,,,,動(dòng)滑輪,定滑輪,方案一,方案二,實(shí)物圖,定滑輪 軸固定不動(dòng)的滑輪,動(dòng)滑輪 軸隨物體一起運(yùn)動(dòng)的滑輪,滑輪的分類,,（09溫州）下列各圖中利用了動(dòng)滑輪的是（ ）,D,思考,這兩種方案有什么共同點(diǎn)和區(qū)別,共同點(diǎn) 區(qū)別,都使物體向上運(yùn)動(dòng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究,提出問(wèn)題：研究使用定，動(dòng)滑輪將物體豎直向上提升過(guò)程中，用力大小、方向，移動(dòng)距離與物重、物體上升距離之間的關(guān)系。,猜想與假設(shè),制定計(jì)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量物重和力的大小 尺子測(cè)量力移動(dòng)的距離和物體移動(dòng)的距離,使用定滑輪提升物體 （勻速）,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)論：定滑輪不省力、不省距離，但能改變力的方向。,定滑輪 F拉=G物 S=h,繩子端移 動(dòng)的距離,,物體上升的距離,使用動(dòng)滑輪提升物體 （勻速）,,實(shí)驗(yàn)結(jié)論：動(dòng)滑輪可以省一半力，但費(fèi)一倍距離，不能改變力的方向。,經(jīng)行實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù),動(dòng)滑輪 F拉=1／2G物 S=2h,繩子端移 動(dòng)的距離,,物體上升的距離,忽略動(dòng)滑輪的重力和繩子與動(dòng)滑輪，定滑輪之間的摩擦力,,,動(dòng)滑輪 F拉=1／2（G物+G動(dòng)滑輪） S=2h,繩子端移 動(dòng)的距離,,物體上升的距離,忽略繩子與動(dòng)滑輪，定滑輪之間的摩擦力，考慮動(dòng)滑輪的重力,實(shí)驗(yàn)結(jié)論,1，使用定滑輪不省力，不省距離，但可以改變力的方向 F拉=G 物 S繩=h物,2，使用動(dòng)滑輪可以省一半的力，但浪費(fèi)一倍的距離，不可以改變力的方向 F= G物 F= （G物+G動(dòng) ） S=2h,杠桿知識(shí)回顧,1、定義：一根硬棒，在力的作用下如果能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，這根硬棒就叫做杠桿。,,,,,,,可見(jiàn)，滑輪也是杠桿,根據(jù)杠桿的種類的特征，和動(dòng)、定滑輪的特點(diǎn)，動(dòng)、定滑輪分別屬于哪一類型的杠桿，為什么？分別找出動(dòng)、定滑輪的五要素。,,O,r,r,,,,,F,,,,F,,,,,,,,定滑輪實(shí)質(zhì) 是一個(gè)等臂杠桿 （ l1=l2 ）,使用定滑輪為什么不省力？,練習(xí)：,1、 如圖9所示中，通過(guò)定滑輪勻速提起重物G時(shí)，向三個(gè)方向拉動(dòng)的力分別為F1、F2、F3，則三個(gè)力大小關(guān)系是 A．F1最大 B．F2最大 C．F3最大 D．一樣大,,,,,,尋找支點(diǎn),2r,r,,,,F,,,,O,,,,,動(dòng)滑輪實(shí)質(zhì)： 動(dòng)力臂是阻力臂2倍的杠桿,使用動(dòng)滑輪為什么可以省力？,,2、圖1中A是____滑輪。利用這樣的裝置把物體舉高，用力的方向應(yīng)向____（選填“上”、“下”）。如果用26牛的拉力，勻速提起50牛的物體，不計(jì)繩重和摩擦，滑輪 A重 牛。若要使物體上升2米，應(yīng)將繩的自由端拉動(dòng)____米。,3、如圖5所示甲、乙兩個(gè)裝置，已知： A 重100牛，A在地面上滑動(dòng)時(shí)所受的摩擦力為40牛（不考慮繩與滑輪的摩擦）。要使A向右勻速滑動(dòng)，拉力F甲= 牛，F(xiàn)乙= 牛,請(qǐng)您幫忙抓住，我到樓上接袋子。,,救命！,啊？你怎么上來(lái)了！,好的，唉，唉唉.,？,這是怎么回事？為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？,不能省力 可以改變力的方向,,定滑輪,動(dòng)滑輪,如何既省力又能改變力的方向,如何既能吃到香菇又能吃到肉肉？ 香菇炒肉,定滑輪雖然能改變力的方向，使我們工作方便，但不能省力；,于是人們就把定滑輪和動(dòng)滑輪組合起來(lái)使用，把它們各自的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，這樣就組成了滑輪組．,而動(dòng)滑輪雖然能省一半力，但不能改變力的方向，使用時(shí)經(jīng)常感覺(jué)不便．,由一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪繞成滑輪組有幾種繞法?,小組討論,通過(guò)實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究,提出問(wèn)題：研究使用滑輪組將物體豎直向上提升過(guò)程中，用力大小、承擔(dān)物重的繩子段數(shù)，移動(dòng)距離與物重、物體上升距離之間的關(guān)系。,猜想與假設(shè),制定計(jì)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量物重，動(dòng)滑輪重和力的大小 尺子測(cè)量力移動(dòng)的距離和物體移動(dòng)的距離,,,,與動(dòng)滑輪相連的繩子段數(shù),,,,,,,,,,,,,,1：滑輪組,由一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成。,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,拉力F的大小與吊起動(dòng)滑輪的繩子股數(shù)n有關(guān)。,n=2,n=2,n=3,,,,,,使用滑輪組提升物體 （勻速）,,實(shí)驗(yàn)結(jié)論：滑輪組可以省力，但費(fèi)n倍距離,經(jīng)行實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù),滑輪組 F拉=1／nG物 S=nh,繩子端移 動(dòng)的距離,與 動(dòng)滑輪 相連的繩子段數(shù),,,,,,,,h,,,,,,,,,物體升高h(yuǎn)相當(dāng)于繩子少了3h，則繩子端在相等的時(shí)間移動(dòng)的距離為3h,實(shí)驗(yàn)結(jié)論,滑輪組中拉力的大小和承擔(dān)物體重力的繩子段數(shù)（即與動(dòng)滑輪相連的繩子段數(shù)）有關(guān),在不考慮繩子與滑輪組的摩擦力，動(dòng)滑輪重力的情況下,在不考慮繩子與滑輪組摩擦力，而考慮動(dòng)滑輪重力的情況下,,,S=nh,S=nh,,滑輪組,滑輪組的特點(diǎn),在不計(jì)摩擦?xí)r，所用動(dòng)力是物體和動(dòng)滑輪總重的n分之一，動(dòng)力通過(guò)的距離s是阻力通過(guò)距離h的n倍,F,G物+G動(dòng),n,繩子根數(shù)（n）：與動(dòng)滑輪直接接觸的繩子根數(shù),,,1. 如圖所示，物重100N，不計(jì)摩擦、繩重及動(dòng)滑輪重，求拉力F的大小。,例題反饋：,解：F= — =50N,G2,,,,,,,,,,,,,,判斷依據(jù)：,看是否直接與動(dòng)滑輪相連,一條規(guī)律：,當(dāng)股數(shù)n為奇數(shù)時(shí)，繩子的一端從動(dòng)滑輪開(kāi)始連； 當(dāng)股數(shù)n為偶數(shù)時(shí)，繩子的一端從定滑輪開(kāi)始連,奇動(dòng)、偶定 從里 向外,2、如下圖所示，用四個(gè)滑輪組分別勻速提升重力相同的物體，若不計(jì)滑輪重、繩重及摩擦，其中用力最小的是（ ） A．F1 B．F2 C．F3 D．F4,B,例題反饋：,中考連接,（09山東淄博）如圖所示，用滑輪組勻速提升物體A時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為 N，如果不計(jì)滑輪重和摩擦，物體A的重力為 N。,5.4,16.2,中考連接,,（09山東臨沂）.如圖所示，用滑輪組將重為900N的物體勻速提升2m，不計(jì)摩擦和滑輪重，所施加的拉力F=_______N，繩子移動(dòng)的距離S = ___ m,300,6,F：作用在繩子自由端的拉力 G：被提升的物體的重力 G動(dòng)：動(dòng)滑輪自身的重力,分析探究F與G及G動(dòng)關(guān)系：,①不計(jì)動(dòng)滑輪重、繩重、摩擦（即最理想的情況）,②不計(jì)繩重、摩擦，但考慮動(dòng)滑輪重,,,,F向上=,G,3F,F向下=,因?yàn)閯?dòng)滑輪處于平衡狀態(tài)，所以受的是 力,所以F向上=F向下,即3F=G,平衡,F向上=,G+ G動(dòng),3F,F向下=,因?yàn)閯?dòng)滑輪處于平衡狀態(tài)，所以受的是平衡力,所以F向上=F向下,即3F=G + G動(dòng),對(duì)于滑輪組，同學(xué)們一定要理解并熟記下面的幾個(gè)關(guān)系式：,⑴繩子自由端移動(dòng)的距離s與物體被提升的高度h之間的關(guān)系：,⑵作用在繩子自由端的拉力F與被提升的物體的重力G之間的關(guān)系(不計(jì)滑輪重、繩重和摩擦),S= h,F= 1∕n G,⑶作用在繩子自由端的拉力F與被提升的物體的重力G、動(dòng)滑輪重G動(dòng)之間的關(guān)系(不計(jì)繩重和摩擦但考慮滑輪重),F= 1∕n (G+G動(dòng)),n,總結(jié)：,很顯然：吊起動(dòng)滑輪的繩子的股數(shù)越多，就越省力,S=nh,不計(jì)動(dòng)滑輪重時(shí)：,,不計(jì)繩重、摩擦,考慮動(dòng)滑輪重時(shí)：,設(shè)吊起動(dòng)滑輪的繩子的股數(shù)為n，則關(guān)系式：,,V繩=nV物,判斷依據(jù)：,看是否直接與動(dòng)滑輪相連,一條規(guī)律：,當(dāng)股數(shù)n為奇數(shù)時(shí)，繩子的一端從動(dòng)滑輪開(kāi)始連； 當(dāng)股數(shù)n為偶數(shù)時(shí)，繩子的一端從定滑輪開(kāi)始連,奇動(dòng)、偶定 從里 向外,怎樣判斷滑輪組能省多少力?,F=____G,1/6,,WWW第2題：,很輕松地就可將兩木棍拉合攏,說(shuō)明使用滑輪組可以省力,變形的滑輪組,2：滑輪組,實(shí)驗(yàn)表明，使用滑輪組拉重物時(shí)，若動(dòng)滑輪重和摩擦不計(jì)，動(dòng)滑輪被幾股繩子拉住，所用的力就是物體與接觸面摩擦力的幾分之一。即,如圖所示，拉力F的大小等于＿＿＿＿。,實(shí)驗(yàn)表明，使用滑輪組吊重物時(shí)，若動(dòng)滑輪重和磨擦不計(jì)，動(dòng)滑輪被幾股繩子吊起，所用力就是物重的幾分之一即,,,,,思考題：,在左圖所示的滑輪組中，,(a)若動(dòng)滑輪重G/不計(jì)，拉力F是多少？,(b)若動(dòng)滑輪重G/不能忽略，那么圖中的拉力F應(yīng)等于多少？,分析：圖中吊起動(dòng)滑輪的繩子股數(shù)為5,鞏固練習(xí)：,1：如下圖(a)所示，物體B重100N，在力F作用下勻速上升時(shí)，F(xiàn)應(yīng)等于＿＿＿N。（不計(jì)摩擦）,2: 如上圖(b)所示，物體A重為100N，掛重物的鉤子承受的拉力是＿＿＿＿N。人勻速拉繩子的力是＿＿＿＿N（動(dòng)滑輪自重不計(jì)）,100,100,50,3:如圖所示的四個(gè)滑輪組中，圖＿＿＿可省一半力，圖＿＿＿最費(fèi)力，圖＿＿＿＿和圖＿＿＿＿用力大小一樣。,( b ),( c ),如圖所示，物體A重G＝80N，在F＝60N拉力下勻速前進(jìn)，此時(shí)物體A受到的摩擦力等于＿＿＿＿N。（滑輪自重及繩子與滑輪的摩擦不計(jì)）,.,1:豎直方向上有一對(duì)平衡力N和G,2:水平方向上有一對(duì)平衡力T和f,G=N=80N,T=f=120N,因?yàn)?所以,f=2F=120N,綜合分析得：,120N,滑輪,１．定滑輪：,（1）使用特點(diǎn)：可以改變力的方向，不省力也不費(fèi)力；不省距離也不費(fèi)距離．,（2）實(shí)質(zhì)：是一個(gè)等臂杠桿．,２．動(dòng)滑輪：,（1）使用特點(diǎn)：能省一半力，但不改變力的方向；要多移動(dòng)一倍距離．,（2）實(shí)質(zhì)：動(dòng)力臂是阻力臂二倍的杠桿．,３．滑輪組,（1）使用優(yōu)點(diǎn)：既可省力，又可改變力的方向；但不能既省力又省距離．,（2）公式：Ｆ＝Ｇ總／n＝（Ｇ物＋Ｇ動(dòng)滑輪）／n （不計(jì)滑輪摩擦）,s＝nh,