122滑轮（讲义）教师版

人教版八年级物理下册第12章《简单机械》第2节滑轮讲义（知识点总结+例题讲解）序号知识点难易程度例题数变式题数合计一定滑轮及其工作特点★★2224二动滑轮及其工作特点★★55三滑轮组及其工作特点★★★33四斜面与轮轴★★22一、定滑轮及其工作特点：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。如下左图所示。（2）实质：是个等臂杠杆。（如下中图所示）F1BBF1BBGGAAshF2F1BAGOl1l2不动可动（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（图中F1方向向下）能得到一个与该力方向不同的力（图中得到使重物G上升的力）。（4）动力移动的距离与重物移动的距离相等，S=h。（如上右图所示）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）【例题1】学校旗杆顶上的滑轮是一个，使用该滑轮的好处是。【答案】定滑轮；改变力的方向；【解析】定滑轮实质上是一等臂杠杆，它的特点是：只能改变力的方向，而不省力。解：旗杆顶部有一个滑轮，它的轴固定不动，叫定滑轮，用它升国旗的好处就是改变力的方向。故答案为：定滑轮；改变力的方向；【变式练习1】学校升旗时，旗杆顶端装的滑轮是滑轮，它的作用是，当国旗缓缓上升10m，旗手向下拉动绳端移动的距离为m。【答案】定；改变力的方向；10。【解析】使用定滑轮不省力，也不费距离，但能改变力的方向。解：由图可知，旗杆顶部滑轮的轴是固定的，所以该滑轮为定滑轮；使用定滑轮的优点是可以改变力的方向，但不能省力也不费距离，则国旗缓缓上升10m，旗手向下的拉力移动的距离也为10m。故答案为：定；改变力的方向；10。【例题2】如图所示，用一根绳子绕过定滑轮，一端拴在钩码上，手执另一端，分别用力F1、F2、F3匀速拉起钩码。忽略绳子与滑轮的摩擦，则F1、F2、F3的大小关系是（）A.F1＞F2＞F3B.F1＜F2＜F3C.F1＝F2＝F3D.F1、F2、F3的大小不能确定【答案】C【解析】定滑轮的工作特点是：使用定滑轮只能改变力的方向，不能省力。解：由图可知，图中滑轮是定滑轮，定滑轮不能省力，忽略绳子与滑轮的摩擦，则F1、F2、F3都与物体重力相等，所以三种拉法所用拉力一样大；故选：C。【变式练习2】学校升旗时，旗手向下拉绳子，国旗徐徐上升，旗杠顶部安装了定滑轮，使用它可以；如图所示，某人用一个定滑轮将水平地面上一个质量为68kg的的物体向上拉，此人的质量为60kg。当此人用550N的拉力拉物体时，此时物体对水平地面的压力为N。（不计绳重与摩擦，g取10N/kg）【答案】改变力的方向；130。【解析】（1）定滑轮的特点：不省力但能改变力的方向；据此分析即可；（2）解决此题的关键是要知道定滑轮两端拉力大小相等，可对物体进行受力分析，根据力的平衡和力作用的相互性进行分析。解：（1）由题可知，图中滑轮是定滑轮，使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向；（2）当此人用550N的拉力拉物体时，绳子上的拉力为550N，物体的重力为：G＝mg＝68kg×10N/kg＝680N，拉力小于重力，故物体不能被拉上来，物体处于静止状态，物体此时受到的绳子对物体向上拉力、地面对物体向上的支持力和物体本身向下的重力互相平衡，所以F+N＝G，故地面对物体的支持力为：N＝G﹣F＝680N﹣550N＝130N，物体对水平地面的压力与地面对物体的支持力是一对相互作用力，大小相等，所以物体对水平地面的压力为：F压＝N＝130N。故答案为：改变力的方向；130。二、动滑轮及其特点：1.定义：工作时，轴随重物一起移动的滑轮叫动滑轮。（如下左图所示）OFOF2GF1l1l2F1向上向上2.实质：是个动力臂为阻力臂二倍的杠杆。（如上中图所示）图中O可看作是一个能运动的支点，其动力臂l1=2r，阻力臂l2=r，根据杠杆平衡条件：F1l1=F2l2，即F1·2r=F2·r，得出，当重物竖直匀速向上时，F2=G，则。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。（如上右图所示）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。【例题3】如图所示，工人用动滑轮提升重物，使用动滑轮的作用是（）A.既能省力，又能改变力的方向B.既不能省力，也不能改变力的方向C.不能省力，但能改变力的方向D.能省力，但不能改变力的方向【答案】D【解析】动滑轮是指滑轮的轴随物体一起运动的滑轮，其实质是动力臂是阻力臂2倍的杠杆；使用动滑轮能省一半力，但不能改变用力的方向。解：动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆，使用动滑轮时能省力，但不能改变施力的方向，故ABC错误、D正确。故选：D。【变式练习3】如题图所示为“探究动滑轮的作用”实验，每个钩码所受的重力为1N，动滑轮所受的重力为1N，钩码在保持静止的情况下，即将向上运动时弹簧测力计的示数最符合实际的是（）A.1.0NB.1.5NC.1.7ND.2N【答案】C【解析】动滑轮省一半的力，但不能改变力的方向。解：根据动滑轮的特点，有绳子自由端弹簧测力计的示数为F=12（G钩+G动）考虑动滑轮重和摩擦等，弹簧测力计的示数应该会超过解析给的1.5N，而由于通过实验，以及估测摩擦力大小约0.2N左右，所以答案应该选C.故选：C。【例题4】如图所示，用5牛的拉力F匀速竖直提升重为G的物体，使其上升了0.2米。若不计滑轮自重及摩擦，关于物体的重力G和绳子自由端移动的距离s，下列判断中正确的是（）A.G＝2.5牛s＝0.1米 B.G＝2.5牛s＝0.4米C.G＝10牛s＝0.1米 D.G＝10牛s＝0.4米【答案】D【解析】使用动滑轮可以省一半的力，费一倍的距离。解：由图可知，该装置为动滑轮，使用动滑轮可以省一半的力，费一倍的距离，物体上升的高度为0.2m，则绳子自由端通过的距离为s＝0.2m×2＝0.4m；不计滑轮自重及摩擦，则F=1故选：D。【变式练习4】如图所示，用力将重为120N物体匀速提升0.2m，（不计动滑轮重、绳重和摩擦），则拉力F＝N，绳子自由端移动的距离s＝m，若拉力F′为70N，则动滑轮重为N。（不计绳重和摩擦）【答案】60；0.4；20【解析】动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省12解：（1）动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省12力，题目已给出不计动滑轮重、绳重和摩擦，所以拉力F=（2）动滑轮在使用的时候，多费1倍距离，所以，绳子自由端移动的距离s＝2h＝0.4m；（3）如果要考虑动滑轮的重，则F=12（G物+G动）可以计算出G故答案为：60；0.4；20【例题5】如图所示，用滑轮提升重为G＝100N的物体，使物体以0.2m/s速度上升（绳重和各种摩擦不计），已知动滑轮重G动＝10N，则绳端拉力F和移动速度v的判断正确的是：（）A.55N，0.1m/s B.210N，0.1m/sC.55N，0.4m/s D.210N，0.4m/s【答案】B【解析】此题是动滑轮的一种特殊使用方法，正常使用时是将物体挂在轮轴上，拉绳子的一端。而特殊使用方法恰好相反，拉轮轴而将物体挂在绳子的末端。动滑轮的特殊使用方法，不仅不省力而且费2倍的力，但能够省一半的距离。解：图中是动滑轮的一种特殊使用方法，它的特点是费2倍的力却省一半的距离。拉力F＝2G+G动＝2×100N+10N＝210N；拉力端移动速度：v=12v物故选：B。【变式练习5】如图所示，在竖直向上的力F的作用下，重为10N的物体A沿竖直方向匀速上升，已知重物上升速度为0.4m/s，不计绳与滑轮摩擦以及滑轮重和绳重，则拉力F的大小为N，若本题中滑轮重为6N，则力F的大小为N才能使重为10N的物体A沿竖直方向匀速上升，滑轮上升的速度为m/s。【答案】20；26；0.2。【解析】解决此题要知道轮轴随物体一起运动的滑轮是动滑轮，如图拉动滑轮时，不计绳与滑轮摩擦以及滑轮重和绳重，拉力的大小是物重的2倍，若考虑滑轮重，则拉力的大小是物重的2倍再加上动滑轮的重力，但移动距离是物体移动距离的一半，所以使用这样使用动滑轮费力但可以省距离。解：由图可知，该滑轮是动滑轮，不计绳与滑轮摩擦以及滑轮重和绳重，拉力的大小是物重的2倍，即F＝2G＝2×10N＝20N，若本题中滑轮重为6N，此时拉力的大小是物重和滑轮的2倍，因此拉力为F′＝2G总+G轮＝2×10N+6N＝26N。当重物A上升速度为0.4m/s时，滑轮上升速度应该是物体速度的一半，即v=1故答案为：20；26；0.2。【例题6】如图所示，F1＝6N，F2＝3N。物体A静止于光滑水平面上，物体B在物体A表面向左匀速运动了0.2米（不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦）。（1）滑轮1和滑轮2中，属于动滑轮的是。（2）弹簧测力计读数为牛。（3）若F2增大，则物体A相对地面的运动状态如何？。（填“向左运动”、“向右运动”或“静止”）【答案】（1）滑轮2；（2）9；（3）静止。【解析】（1）根据动滑轮的特点判断那个是动滑轮；（2）不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦，弹簧测力计的示数，即定滑轮受到向左的拉力等于拉力F2的3倍；（3）一个物体在另一个物体发生挤压且有相对运动或相对运动的趋势时，则两物体之间就产生摩擦力；静止的物体，所受合力为0；一对相互作用力大小相等，方向相反。解：（1）滑轮1固定在弹簧测力计的挂钩上，滑轮2在力F1的作用下随物体一起移动，所以滑轮2是动滑轮；（2）不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦，此时有三段绳子拉着弹簧测力计，则弹簧测力计的示数F＝3F2＝3×3N＝9N；（3）地面光滑，故物体A只受力F1和物体B对它的摩擦力，物体之间的滑动摩擦力和拉力都不变，所以物体A依然处于静止状态。故答案为：（1）滑轮2；（2）9；（3）静止。【变式练习6】两个滑轮用如图所示的方式组合，其中A是滑轮，B滑轮可以改变施力的（选填“大小”或“方向”），用力F拉动绳端时，物体向左做匀速直线运动，此时物体所受摩擦力为0.4N，不计绳、滑轮重及滑轮的摩擦，则拉力为N。【答案】动；方向；0.2。【解析】随物体一起运动的滑轮叫动滑轮，轴固定不动的滑轮叫定滑轮；先确定动滑轮上绳子的段数n，不计绳和滑轮的重力以及滑轮的摩擦，然后根据F=1解：用力F拉动绳端时，A滑轮的位置会随物体一起向左移动，A是动滑轮；B滑轮的位置不动，则B是定滑轮，可以改变力的方向；由图可知，动滑轮上有2段绳子（即n＝2），不计绳和滑轮的重力以及滑轮的摩擦，则绳端的拉力：F=1故答案为：动；方向；0.2。【例题7】小黄同学用水平力F拉动如图所示装置，使重200N的A物体5s内在水平地面上匀速运动了120cm，物体B重100N（物体B与A始终接触），此过程中A受到地面的摩擦力为24N，弹簧测力计的示数为16N。若不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和绳与滑轮间摩擦，则滑轮移动的速度为m/s，物体A受到B施加的摩擦力（选填“水平向左”、“水平向右”或“为零”），水平拉力F大小为N。【答案】0.12；水平向右：80。【解析】（1）图中滑轮为动滑轮，但动力作用在轴上，滑轮移动的速度等于物体移动速度的二分之一；（2）A物体被匀速拉动，B相对于地面静止，受到的拉力、A的摩擦力为一对平衡力，大小相等，可求物体B受到A的摩擦力；由于力的作用是相互的，可求物体A受到B施加的摩擦力及其方向；（3）物体A受到向左的拉力等于地面对A的摩擦力f地加上物体A受到B施加的摩擦力fA；而滑轮为动滑轮，水平拉力F等于物体A受到向左的拉力的2倍。解：（1）物体移动的速度v物=s图中滑轮为动滑轮，但动力作用在轴上，滑轮移动的速度：v轮=12v物（2）A物体被匀速拉动，B相对于地面静止，受到的拉力、A的摩擦力为一对平衡力，大小相等，物体B受到A的摩擦力fA对B＝F示＝16N；由于力的作用是相互的，物体A受到B施加的摩擦力fB对A＝fA对B＝16N，方向水平向右；（3）物体A受到向左的拉力等于地面对A的摩擦力f地加上物体A受到B施加的摩擦力fB对A，F左＝f地+fB对A＝24N+16N＝40N，滑轮为动滑轮，水平拉力F作用在轴上，则水平拉力：F＝2F左＝2×40N＝80N，故答案为：0.12；水平向右：80。【变式练习7】如图，用100N的力拉着物体A以2m/s的速度在水平面匀速前进，若A受到的摩擦力是20N，则B受到的摩擦力是N，B物体的速度是m/s。（不考虑绳子与滑轮之间的摩擦）【答案】40；4。【解析】（1）分析物体水平方向上受到的力，根据平衡力条件求出物体受到的摩擦力。（2）B移动的速度和A移动速度的关系是：vB＝nvA。解：已知：F＝100N，fA＝20N，vA＝2m/s，n＝2（1）因为物体在水平面上匀速前进，所以fA+2fB＝F，所以B与地面的摩擦力：fB=12（F﹣fA）（2）B运动的速度：vB＝2vA＝2×2m/s＝4m/s。故答案为：40；4。三、滑轮组及其工作特点：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。如下图所示。（n表示承担物重绳子的段数）4.绳子端的速度与物体上升的速度关系：5.滑轮组的组装：（1）根据的关系，求出动滑轮上绳子的段数n；（2）确定动滑轮的个数；（3）根据施力方向的要求，确定定滑轮个数。确定定滑轮个数的原则是：一个动滑轮应配置一个定滑轮，当动滑轮上为偶数段绳子时，可减少一个定滑轮，但若要求改变力的作用方向时，则应在增加一个定滑轮。在确定了动、定滑轮个数后，绳子的连接应遵循“奇拴动、偶拴定”的规则，由内向外缠绕滑轮。【例题8】在有着“世界工厂”之称的东莞，车间工人们用如图所示的滑轮组把重物提起2m的高度，下列关于这个滑轮组工作的说法中，正确的是（）A.绳子自由端被拉下了10mB.这个滑轮组能省距离C.这个滑轮组能省力D.这个滑轮组不仅能省力，还能省距离【答案】C【解析】（1）由图知，承担物重的绳子股数n＝2，拉力端移动距离s＝2h；（2）使用滑轮组能否省力，取决于所用拉力大小与提升的物重大小关系，若拉力小于物重，是省力；（3）使用任何简单机械，只要省力必定费距离。解：AB、由图知，承担物重的绳子股数n＝2，拉力端移动距离：s＝2h＝2×2m＝4m，所以使用该滑轮组费距离，故AB错误；C、使用图中滑轮组时，由两股绳子承担重物和动滑轮重，所以省力，故C正确；D、使用滑轮组时，省了力，肯定要费距离，故D错误。故选：C。【变式练习8】在有着“世界工厂”之称的东莞，车间工人们用如图所示的滑轮组把重物提起2m的高度，下列关于这个滑轮组工作的说法中，正确的是（）A.绳子自由端被拉下了10mB.这个滑轮组能省距离C.这个滑轮组能省力D.这个滑轮组能省功【答案】C【解析】（1）由图知，n＝2，拉力端移动距离s＝2h，使用该滑轮组要费距离；（2）使用这个滑轮组由两股绳子承担物重和动滑轮重，能省力；（3）由功的原理可知，使用任何机械都不省功。解：AB、由图知，n＝2，拉力端移动距离s＝2h＝2×2m＝4m，使用该滑轮组要费距离，故AB错误；C、使用这个滑轮组由两股绳子承担物重和动滑轮重，能省力，故C正确；D、使用该滑轮组要提升动滑轮、克服摩擦做额外功，所以要多做功，故D错误。故选：C。【例题9】小明用图中装置提升某一物体，拉力为100N，物体匀速上升了2m，不计摩擦、绳重和滑轮自重，下列说法正确的是（）A.两个滑轮均为定滑轮B.小明克服重力做功为200JC.物体的重力为200ND.使用该装置不但能省力，还能省功【答案】C【解析】（1）定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向；（2）动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省力但要费距离。（3）使用任何机械都不省功。解：A、由图可知，该装置由一个动滑轮和一个定滑轮组成，故A错误；B、不计摩擦和滑动自重，使用动滑轮能省一半的力，F=GC、不计摩擦和滑动自重，使用动滑轮能省一半的力，F=GD、使用动滑轮能省力但费距离，使用定滑轮能改变力的方向，使用任何机械都不省功，故D错误。故选：C。【变式练习9】如图（绳子和滑轮重不计，忽略绳子和动滑轮的摩擦力）重为60N的物体A，在10N的拉力作用下，物体在水平路面上以1m/s的速度做匀速直线运动6s，则（）（多选）A.物体A与水平路面间的摩擦力为120NB.物体A与水平路面间的摩擦力为20NC.在6s内绳子自由端移动了12mD.在6s内绳子自由端移动了18m【答案】BC【解析】（1）根据滑轮组的结构，作用在绳自由端的拉力等于作用在物体上的水平拉力的12（2）因为物体匀速运动，根据二力平衡的条件可知物体受到的滑动摩擦力等于水平拉力；（3）求出物体移动的距离，绳子自由端通过的距离等于物体移动的距离的2倍，据此求解。解：由滑轮组结构看出，n＝2，作用在物体上的水平拉力：F＝2×10N＝20N；∵物体匀速运动，∴物体受到的滑动摩擦力：f＝F＝20N，故A不符合题意；物体移动的距离：s＝vt＝1m/s×6s＝6m；绳子自由端通过的距离：s′＝2s＝2×6m＝12m，故D不符合题意；故选：BC。【例题10】如图是某工地施工时用于提升重物的滑轮组，工人作用在绳子自由端的大小为160N的拉力，在10s内将重为400N的重物在竖直方向上匀速提升2m。若不计绳重和滑轮转轴处的摩擦，则下列判断错误的是（）A.绳子自由端移动的距离为6mB.动滑轮的重力为80NC.动滑轮上升的速度为0.6m/sD.工人克服重物的重力做功800J【答案】C【解析】（1）由图可知，n＝3，绳子自由端移动的距离s＝3h；（2）不计绳重和滑轮转轴处的摩擦，拉力F=13（G+G（3）动滑轮随物体一起运动，动滑轮上升速度等于物体上升速度，利用速度公式求解；（4）利用W＝Gh求工人工人克服重物的重力做功。解：A、由图可知，n＝3，绳子自由端移动的距离s＝3h＝3×2m＝6m，故A正确；B、不计绳重和滑轮转轴处的摩擦，拉力F=13（G+G动），则动滑轮的重力GC、动滑轮随物体一起运动，动滑轮上升速度等于物体上升速度，即v=hD、工人克服重物的重力做功：W有用＝Gh＝400N×2m＝800J，故D正确。故选：C。【变式练习10】小王用如图所示的滑轮组经过10s的时间，用150N的拉力将一个重270N的重物提高1m，求此过程：拉力F自由端拉出的距离是m；小黄所做的有用功是J；总功是J；拉力做功的功率是W。【答案】3；270；450；45。【解析】由图知，承担物重的绳子股数n＝3，则s＝3h，知道物体重和提升的高度，利用W＝Gh求出有用功；知道拉力和拉力端移动的距离，利用W＝Fs求拉力做功（总功）；利用P=W解：由图知，n＝3，s＝3h＝3×1m＝3m，W有用＝Gh＝270N×1m＝270J，W总＝Fs＝150N×3m＝450J。功率P=W故答案为：3；270；450；45。四、斜面与轮轴：1.斜面：（1）如图所示斜面是一种可以省力的简单机械，但却费距离。GFLhFGFLhF1F2l1l2O2.轮轴：（1）定义：由两个半径不同的轮子固定在同一转轴的装置叫做轮轴。半径较大的轮叫轮，半径较小的轮叫轴。（2）实质：轮轴可看作是杠杆的变形。如右上图所示。（3）特点：当把动力施加在轮上，阻力施加在轴上，则动力臂l1=R，阻力臂l2=r，根据杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2，即F1R=F2r，∵R＞r，∴F1＜F2，即使用轮轴可以省力，也可以改变力的方向，但却费了距离。【例题11】如图所示，甲、乙两斜面（不计摩擦）高度均为h，但甲比乙长，现把质量相等的两个物体从斜面底端匀速推到斜面顶端，则推力F1与F2的关系为（）A.F1＞F2 B.F1＜F2C.F1＝F2 D.无法确定【答案】B【解析】因为不计摩擦，本题的关键首先要判断出斜面的倾角大小，再判断出倾角大小对匀速推物体的影响。解：根据题意，甲图的斜面倾角小于乙图的斜面倾角，因为不计摩擦，假设斜面倾角足够小甚至水平，则会用非常小的力甚至不用力，物体靠惯性就可能做匀速运动，所以F1＜F2。故选：B。【变式练习11】如图所示，AC＞BC，把同一物体分别沿光滑斜面AC、BC以相同的速度匀速推上顶端，推力分别为F1、F2，功率分别为P1、P2，则（）A.F1＜F2P1＝P2 B.F1＜F2P1＜P2C.F1＝F2P1＝P2 D.F1＜F2P1＞P2【答案】B【解析】（1）斜面倾斜角度越大，越费力，斜面AC的倾斜角度小于斜面BC，所以斜面AC更省力，（2）知道推力大小关系，速度相同，根据公式P=W解：（1）不计摩擦，AC＞BC，则可知斜面AC的倾斜角度小于BC，所以物体沿AC运动时推力较小，即F1＜F2；（2）已知物体运动的速度相同，F1＜F2，根据公式P=Wt=Fst=Fv可知，沿AC运动时推力F通过以上分析可知B正确。故选：B。【例题12】如图所示，已知固定斜面长5m、倾角为30°，木箱重150N。某同学用大小为100N的推力沿斜面向上推木箱，使木箱沿斜面匀速从底端运动到顶端的过程中，下列描述正确的是（）（多选）A.斜面是省力机械B.木箱受