第19课滑轮(学生版+解析)

第19课滑轮（学生版）目标导航目标导航课程标准课标解读1.认识定滑轮、动滑轮和滑轮组；2.理解定滑轮、动滑轮和滑轮组的工作特点；3.通过实验探究理解动滑轮力与距离特点；4.会进行有关滑轮计算；5.能分析滑轮的应用实例。1.根据滑轮的特点学会认识定滑轮、动滑轮和滑轮组；2.理解定滑轮、动滑轮和滑轮组的力、力的方向与距离的特点；3.通过认识各种滑轮的特点会进行各种计算；4.熟练生活中利用滑轮的现象。知识精讲知识精讲知识点01定滑轮1.滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。因为滑轮可以连续旋转，因此可看作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的平衡条件来分析。根据使用情况不同，滑轮可分为定滑轮和动滑轮。2.定滑轮（1）定义：工作时，中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。（2）实质：是个等臂杠杆。轴心O点固定不动为支点，其动力臂和阻力臂都等于圆的半径r，根据杠杆的平衡条件可知，因为重物匀速上升时不省力。（3）特点：不省力，但可改变力的方向。所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力能得到一个与该力方向不同的力。（4）动力移动的距离与重物移动的距离相等。对于定滑轮来说，无论朝哪个方向用力，定滑轮都是一个等臂杠杆，所用拉力都等于物体的重力G。（不计绳重和摩擦）知识点02动滑轮1.定义：工作时，轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。2.实质：是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。3.特点：省一半力，但不能改变力的方向。4.动力移动的距离是重物移动距离的2倍。对于动滑轮来说：1）动滑轮在移动的过程中，支点也在不停地移动；2）动滑轮省一半力的条件是：动滑轮与重物一起匀速移动，动力F1的方向与并排绳子平行，不计动滑轮重、绳重和摩擦。知识点03滑轮组1.定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。2.特点：可以省力，也可以改变力的方向。使用滑轮组时，有几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即（条件：不计动滑轮、绳重和摩擦）。注意：如果不忽略动滑轮的重量则：。3.动力移动的距离S和重物移动的距离h的关系是：使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子吊着物体，提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍，即S=nh。4.绳子端的速度与物体上升的速度关系：。【知识详解】认识滑轮组1.滑轮组：滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成，可以达到既省力又改变力作用方向的目的。使用中，省力多少和绳子的绕法有关，决定于滑轮组的使用效果。2.滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是总重的几分之一。使用滑轮组虽然省了力，但费了距离，动力移动的距离大于重物移动的距离。3.滑轮组的用途：为了既节省又能改变动力的方向，可以把定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。4.几个关系（滑轮组竖直放置时）：（1）s=nh；(2)F=G总/n（不计摩擦）；其中s：绳端移动的距离，h：物体上升的高度，G总：物体和动滑轮的总重力，F：绳端所施加的力n：拉重物的绳子的段数（F=1/n×（G物+G动））。在绕时遵循：奇动（滑轮）偶定（滑轮）的原则：根据F=(1/n)G可知，不考虑摩擦及滑轮重，要使2400N的力变为400N需六段绳子，再根据偶定奇动原则，有偶数段绳子，故绳子开端应从定滑轮开始，因为要六段绳子，所以需要三个并列的整体动滑轮，对应的，也需要三个并列的定滑轮，从定滑轮组底部的勾勾处绕起，顺次绕过第一个动滑轮，第一个定滑轮，第二个…直到最后一段绳子绕过第三个定滑轮，此时绳子方向即向下，且会使拉力为400N（不考虑摩擦与滑轮重）。【知识拓展】改变世界的机械（1）庞然大物人造就：随着钢铁工业和机器制造业的空前发展，人类正在制造出各种各样的钢铁机械。（2）细微之处显身手：科学研究是推动精密机械和测量仪器发展的强大动力。各种各样的精密仪器，是科学家在天文、物理、化学、生命科学等研究中，探测物质世界秘密的有力武器。（3）力大无穷山河动：当代人类的智慧和力量，相当程度上通过制造各种强大机械得以表现。（4）瀚海苍穹任遨游：现代机械工业制造出来的车、船、飞机乃至空间飞行器极大地扩大了人类的活动范围。知识点04斜面1.斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。2.当斜面高度h一定时，斜面L越长，越省力（即F越小）；当斜面长L相同时，斜面高h越小，越省力（即F越小）；当斜面L越长，斜面高h越小时，越省力（即F越小）。【知识拓展】本节知识导图分层提分分层提分题组A基础过关练1.如图所示的装置中，物体G1重为100N，物体G2重为10N，当G1不加外力时，G2恰能匀速下降。若在G1上加水平向左的拉力（如图虚线所示），恰能让G1匀速向左运动，则拉力F为（不计拉绳的重及摩擦）（）。A.10NB.20NC.50ND.110N2.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=2:1:4、S1:S2:S3=2:1:4；B.F1:F2:F3=2:1:4、S1:S2:S3=2:4:1；C.F1:F2:F3=2:4:1、V1:V2:V3=2:1:4；D.F1:F2:F3=2:1:4、V1:V2:V3=2:4:13.如图所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重及摩擦，则最省力的是（）。4.如图所示，在竖直向上大小为10N力F的作用下，重物A沿竖直方向匀速上升。已知重物A上升速度为0.2m/s，不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间摩擦，则物体的重力大小和滑轮上升的速度分别为和。5.如图所示的三个滑轮中，属于动滑轮的是，若滑轮的自重和摩擦不计，当分别沿力F1、F2和F3方向匀速提起同一物体时，则F1、F2、F3的大小关系是

。6.一辆汽车不小心陷进了泥潭中，按如图所示的甲、乙两种方法安装滑轮，均可将汽车从泥潭中拉出。如果汽车的动力比阻力小800N，则甲图中人拉动汽车的拉力至少为，乙图中人拉动汽车的拉力至少为＿＿＿，其中比较省力的是＿＿图。（绳与滑轮间的摩擦不计）。甲乙甲乙7.定滑轮在使用时相当于一个杠杆。如图所示，某人用绳子沿着倾斜方向通过定滑轮拉住钩码，已知人手的拉力为F，钩码重力为G。请在图中标出这只"杠杆"的支点,画出拉力,钩码重力及它们的力臂(保留作图痕迹)。若不计摩擦、滑轮重与绳子重，请用杠杆平衡条件推证：F=G。题组B能力提升练1.下列各种机械中，不省力的机械是（）。A．钢丝钳；B．动滑轮；C．旗杆顶定滑轮；D．斜面2.如图所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重及摩擦，则最省力的是（）。3.如图所示，小明分别使用甲、乙、丙、丁四种机械匀速提升物体（绳长不变），测得拉力和物体M、N所受的重力如表所示，则（）。F甲F乙F丙F丁GMGN5.5N12N5.5N8N5N10NA．甲的机械效率比丙的大；B．乙、丁的机械效率相同；C．使用丙提升物体M时省力；D．实验测得的数据无法算出机械效率4.某同学设计了一种如图所示的简易电梯，由图可知（）。A．A是动滑轮；B．B是定滑轮；C．如果电动机向下拉动绳子，电梯厢将上升；D．电梯厢运动的速度与电动机拉绳的速度相等5.如图，甲、乙实验可以得出“定滑轮不能省力”这一结论。小敏想通过一次实验既得出结论，又能直接显示出钩码的重力大小，于是在左侧加上一个相同的弹簧测力计（弹簧测力计重力不能忽略、绳和滑轮之间摩擦不计）。下列四套装置中能实现的是（）。A． B． C． D．题组C培优拔尖练1．（2021·湖南岳阳市·中考真题）A中的杠杆和物体处于静止状态，B、C、D中的物体被匀速吊起，所有物体重力均为G，不计动滑轮重力、绳重和一切摩擦，则所用拉力F最小的是（）。A．B．C．D．2．（2021·湖南邵阳市·中考真题）如图所示，物体A在水平拉力F的作用下，沿水平面以的速度匀速运动了5s，弹簧测力计的示数为的8N，（不计滑轮和绳子之间的摩擦），拉力F做功的功率为（）。A．1.6W B．8W C．3.2W D．16W3．（2021·湖北恩施土家族苗族自治州·中考真题）如图，有人利用该滑轮将G=100N的物体匀速提升了20cm（不计绳重G和摩擦），此过程克服物体重力做的功为______J，若动滑轮重10N，则F=______N。4．（2021·湖南邵阳市·中考真题）如图所示，物体A在水平拉力F的作用下，沿水平面以的速度匀速运动了5s，弹簧测力计的示数为的8N，（不计滑轮和绳子之间的摩擦），拉力F做功的功率为（）。A．1.6W B．8W C．3.2W D．16W第19课滑轮（教师版）目标导航目标导航课程标准课标解读1.认识定滑轮、动滑轮和滑轮组；2.理解定滑轮、动滑轮和滑轮组的工作特点；3.通过实验探究理解动滑轮力与距离特点；4.会进行有关滑轮计算；5.能分析滑轮的应用实例。1.根据滑轮的特点学会认识定滑轮、动滑轮和滑轮组；2.理解定滑轮、动滑轮和滑轮组的力、力的方向与距离的特点；3.通过认识各种滑轮的特点会进行各种计算；4.熟练生活中利用滑轮的现象。知识精讲知识精讲知识点01定滑轮1.滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。因为滑轮可以连续旋转，因此可看作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的平衡条件来分析。根据使用情况不同，滑轮可分为定滑轮和动滑轮。2.定滑轮（1）定义：工作时，中间的轴固定不动的滑轮叫定滑轮。（2）实质：是个等臂杠杆。轴心O点固定不动为支点，其动力臂和阻力臂都等于圆的半径r，根据杠杆的平衡条件可知，因为重物匀速上升时不省力。（3）特点：不省力，但可改变力的方向。所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力能得到一个与该力方向不同的力。（4）动力移动的距离与重物移动的距离相等。对于定滑轮来说，无论朝哪个方向用力，定滑轮都是一个等臂杠杆，所用拉力都等于物体的重力G。（不计绳重和摩擦）知识点02动滑轮1.定义：工作时，轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。2.实质：是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。3.特点：省一半力，但不能改变力的方向。4.动力移动的距离是重物移动距离的2倍。对于动滑轮来说：1）动滑轮在移动的过程中，支点也在不停地移动；2）动滑轮省一半力的条件是：动滑轮与重物一起匀速移动，动力F1的方向与并排绳子平行，不计动滑轮重、绳重和摩擦。知识点03滑轮组1.定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。2.特点：可以省力，也可以改变力的方向。使用滑轮组时，有几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即（条件：不计动滑轮、绳重和摩擦）。注意：如果不忽略动滑轮的重量则：。3.动力移动的距离S和重物移动的距离h的关系是：使用滑轮组时，滑轮组用n段绳子吊着物体，提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍，即S=nh。4.绳子端的速度与物体上升的速度关系：。【知识详解】认识滑轮组1.滑轮组：滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成，可以达到既省力又改变力作用方向的目的。使用中，省力多少和绳子的绕法有关，决定于滑轮组的使用效果。2.滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是总重的几分之一。使用滑轮组虽然省了力，但费了距离，动力移动的距离大于重物移动的距离。3.滑轮组的用途：为了既节省又能改变动力的方向，可以把定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。4.几个关系（滑轮组竖直放置时）：（1）s=nh；(2)F=G总/n（不计摩擦）；其中s：绳端移动的距离，h：物体上升的高度，G总：物体和动滑轮的总重力，F：绳端所施加的力n：拉重物的绳子的段数（F=1/n×（G物+G动））。在绕时遵循：奇动（滑轮）偶定（滑轮）的原则：根据F=(1/n)G可知，不考虑摩擦及滑轮重，要使2400N的力变为400N需六段绳子，再根据偶定奇动原则，有偶数段绳子，故绳子开端应从定滑轮开始，因为要六段绳子，所以需要三个并列的整体动滑轮，对应的，也需要三个并列的定滑轮，从定滑轮组底部的勾勾处绕起，顺次绕过第一个动滑轮，第一个定滑轮，第二个…直到最后一段绳子绕过第三个定滑轮，此时绳子方向即向下，且会使拉力为400N（不考虑摩擦与滑轮重）。【知识拓展】改变世界的机械（1）庞然大物人造就：随着钢铁工业和机器制造业的空前发展，人类正在制造出各种各样的钢铁机械。（2）细微之处显身手：科学研究是推动精密机械和测量仪器发展的强大动力。各种各样的精密仪器，是科学家在天文、物理、化学、生命科学等研究中，探测物质世界秘密的有力武器。（3）力大无穷山河动：当代人类的智慧和力量，相当程度上通过制造各种强大机械得以表现。（4）瀚海苍穹任遨游：现代机械工业制造出来的车、船、飞机乃至空间飞行器极大地扩大了人类的活动范围。知识点04斜面1.斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。2.当斜面高度h一定时，斜面L越长，越省力（即F越小）；当斜面长L相同时，斜面高h越小，越省力（即F越小）；当斜面L越长，斜面高h越小时，越省力（即F越小）。【知识拓展】本节知识导图分层提分分层提分题组A基础过关练1.如图所示的装置中，物体G1重为100N，物体G2重为10N，当G1不加外力时，G2恰能匀速下降。若在G1上加水平向左的拉力（如图虚线所示），恰能让G1匀速向左运动，则拉力F为（不计拉绳的重及摩擦）（）。A.10NB.20NC.50ND.110N【答案】B。【解析】首先，当G1不加外力时，G2匀速下降，根据定滑轮的特点可知，可求出G1受力到的摩擦力大小；由于G1对水面的压力和接触面的粗糙程度不变，当G1受拉力向左移动时，摩擦力大小不变；要让G1匀速向左运动，拉力应该等于摩擦力加上G2的重力。当G1不加外力时，因为G2匀速下降，根据定滑轮的特点可知，G1受到的摩擦力f=G2=10N。当G1受到拉力水平向左匀速运动时，摩擦力的方向虽然变了，但大小不变，所以拉力F=f+G2=10N+10N=20N。故选B。2.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=2:1:4、S1:S2:S3=2:1:4；B.F1:F2:F3=2:1:4、S1:S2:S3=2:4:1；C.F1:F2:F3=2:4:1、V1:V2:V3=2:1:4；D.F1:F2:F3=2:1:4、V1:V2:V3=2:4:1【答案】B。【解析】由图可见，本题中三个滑轮都是克服摩擦力做功，假设物体与水平面的摩擦力f，物体移动的速度为v0，运动的时间为t，则对这三个图分析可得：甲图：滑轮为定滑轮，因为定滑轮相当于一个等臂杠杆，不能省力，所以根据二力平衡，此时拉力F1=f；拉力的作用点移动的速度v1=v0，作用点移动的距离S1=v0t。（2）乙图：滑轮为动滑轮，因为动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂2倍的杠杆，省一半的力，所以根据二力平衡，此时拉力；但是费2倍的距离，拉力的作用点移动的速v2=2v0，作用点移动的距离S2=2v0t。（3）丙图：滑轮为动滑轮，拉力的作用点在动滑轮的轴上，因此是个费力杠杆，费2倍的力，省2倍的距离，因此F3=2f,拉力的作用点移动的速度，作用点移动的距离;综上分析可知：①F1：F2：F3=f：f：2f=2：1：4；②v1：v2：v3=v0：2v0：v0=2：4：1；③S1：S2：S3=v0t：2v0t：v0t=2：4：1。故选B。3.如图所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重及摩擦，则最省力的是（）。【答案】C。【解析】A和D都能省一半的力，B不省力，只有C用物重的1/3的力就能将重物提起，故C是正确的。4.如图所示，在竖直向上大小为10N力F的作用下，重物A沿竖直方向匀速上升。已知重物A上升速度为0.2m/s，不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间摩擦，则物体的重力大小和滑轮上升的速度分别为和。【答案】5N、0.1m/s。【解析】根据题干中图可知：该滑轮动滑轮的特殊使用方法，根据动滑轮的特点可知：F=2G=10N，则G=5N；F移动的距离是物体移动距离的二分之一，故重物A上升速度为0.2m/s，F上升的速度就是0.1m/s。故答案为：5N、0.1m/s。5.如图所示的三个滑轮中，属于动滑轮的是，若滑轮的自重和摩擦不计，当分别沿力F1、F2和F3方向匀速提起同一物体时，则F1、F2、F3的大小关系是

。【答案】乙；F1=F3＞F2。【解析】不计摩擦和动滑轮重；用F1的力提升重物时，用的是定滑轮；根据定滑轮不省力，故F1=G。用F2的力提升重物时，用的是动滑轮；根据动滑轮能够省一半的力，故F2=。用F3的力提升重物时，用的是定滑轮；根据定滑轮不省力，但可以改变力的方向，故F3=G。故答案为：乙；F1=F3＞F2。6.一辆汽车不小心陷进了泥潭中，按如图所示的甲、乙两种方法安装滑轮，均可将汽车从泥潭中拉出。如果汽车的动力比阻力小800N，则甲图中人拉动汽车的拉力至少为，乙图中人拉动汽车的拉力至少为＿＿＿，其中比较省力的是＿＿图。（绳与滑轮间的摩擦不计）。甲乙甲乙【答案】800N、400N、乙。【解析】使用一个动滑轮可以省一半的力，使用定滑轮只能改变力的方向，不能省力。甲图滑轮为定滑轮，F=f=800N；乙图滑轮为动滑轮，F==400N，比较省力的是乙图。故答案：800N、400N、乙。7.定滑轮在使用时相当于一个杠杆。如图所示，某人用绳子沿着倾斜方向通过定滑轮拉住钩码，已知人手的拉力为F，钩码重力为G。请在图中标出这只"杠杆"的支点,画出拉力,钩码重力及它们的力臂(保留作图痕迹)。若不计摩擦、滑轮重与绳子重，请用杠杆平衡条件推证：F=G。【解析】（1）在外力作用下，杠杆可以绕某一固定点转动，根据杠杆的定义中的某一固定点确定支点O；手作用在绳子上的力为拉力F，过钩码的重心作竖直向下的力即重力；最后根据力臂的定义画出相应的力臂；（2）从图中找出动力臂和阻力臂的关系，利用杠杆平衡条件的即可验证拉力和钩码重力的关系。定滑轮可以绕中间轴转动，所以支点O为定滑轮的轴；拉力是自由端沿绳子斜向下的拉力，过钩码重心作竖直向下的重力；过支点O分别作动力作用线和阻力作用线的垂线段（即动力臂L2和阻力臂L1），如图所示。（2）由几何知识知：l1=l2=R（R为滑轮半径），根据杠杆平衡条件：F1•l1=F2•l2，即F•ll=G•l2，得：F=G。题组B能力提升练1.下列各种机械中，不省力的机械是（）。A．钢丝钳；B．动滑轮；C．旗杆顶定滑轮；D．斜面【答案】C。【解析】A、钢丝钳在使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A不符合题意；B、动滑轮实质是个动力臂为阻力臂2倍的杠杆，动滑轮在使用时可以省一半的力，故B不符合题意；C、定滑轮实质是等臂杠杆，不能省力，但能改变力的方向，故C符合题意；D、利用斜面提升物体，可以省力，但要多移动距离，是省力机械，故D不符合题意。故选：C。2.如图所示，用下列装置提升同一重物，若不计滑轮自重及摩擦，则最省力的是（）。【答案】C。【解析】A、此图是动滑轮，由动滑轮及其工作特点可知，省一半的力，即F=1/2G；B、此图是定滑轮，由定滑轮及其工作特点可知，不省力，即F=G；C、此图是滑轮组，绕在动滑轮上的绳子由3股，则F=1/3G；D、此图是滑轮组，绕在动滑轮上的绳子由2股，则F=1/2G。3.如图所示，小明分别使用甲、乙、丙、丁四种机械匀速提升物体（绳长不变），测得拉力和物体M、N所受的重力如表所示，则（）。F甲F乙F丙F丁GMGN5.5N12N5.5N8N5N10NA．甲的机械效率比丙的大；B．乙、丁的机械效率相同；C．使用丙提升物体M时省力；D．实验测得的数据无法算出机械效率【答案】A。【解析】设承担物重的绳子股数为n，则拉力端移动的距离s＝nh，拉力做的有用功W有用＝Gh，拉力做的总功W总＝Fs＝F×nh＝nFh，机械效率η＝＝＝。甲图中，使用的是定滑轮，n甲＝1，机械效率η甲＝＝×100%≈90.9%；乙图中，使用的是定滑轮，n乙＝1，机械效率η乙＝＝×100%≈83.3%；丙图中，使用的是动滑轮，n丙＝2，机械效率η丙＝＝×100%≈45.5%；丁图中，使用的是滑轮组，n丁＝2，机械效率η丁＝＝×100%＝62.5%。A、由上面计算可知，η甲≈90.9%，η丙≈45.5%，所以甲的机械效率比丙的大，故A正确；B、由上面计算可知，η乙≈83.3%，η丁＝62.5%，所以乙的机械效率比丁的大，故B错误；C、使用丙提升物体M时，GM＝5N，F丙＝5.5N，F丙＞GM，是费力的，故C错误；D、由上面计算可知，利用实验测得的数据可以算出机械效率，故D错误。故选：A。4.某同学设计了一种如图所示的简易电梯，由图可知（）。A．A是动滑轮；B．B是定滑轮；C．如果电动机向下拉动绳子，电梯厢将上升；D．电梯厢运动的速度与电动机拉绳的速度相等【答案】C。【解析】A、图中A滑轮固定不动，因此它是定滑轮，故A错误；B、图中B滑轮和电梯厢一块运动，因此它是动滑轮，故B错误；C、如果电动机向下拉动绳子．通过定滑轮改变了力的方向，所以电梯厢将上升，正确；D、此滑轮组的绳子股数为2股，因此绳子自由端移动的速度为电梯厢运动速度的2倍。故D错误。5.如图，甲、乙实验可以得出“定滑轮不能省力”这一结论。小敏想通过一次实验既得出结论，又能直接显示出钩码的重力大小，于是在左侧加上一个相同的弹簧测力计（弹簧测力计重力不能忽略、绳和滑轮之间摩擦不计）。下列四套装置中能实现的是（）。A． B． C． D．【答案】D。【解析】（1）在AC两图中，钩码挂在拉环上（即左边测力计倒置使用），因为弹簧测力计本身有重力，所以此时测力计显示的示数等于测力计自身的重力与钩码重力之和，则不能直接显示出钩码的重力大小，故AC错误；（2）在BD两图中，钩码挂在挂钩上（即左边测力计正常使用），所以能直接显示出钩码的重力大小；①B图中，右边的测力计倒置使用，此时右边测力计