12.2滑轮

第十二章 简单机械 第2 节 滑轮 材考点梳理 一、定滑轮和动滑轮 1 定滑轮： （1）定义：工作时轴固定不动，并且不随物体运动的滑轮。 （2）实质：等臂杠杆。 （3）特点：使用定滑轮不省力，但能改变动力的方向。 （对不省力的理解：F≥G） （4）绳子自由端移动距离：S= （V 拉=V 物）。 （5）应用：旗杆顶端常用定滑轮。 2 动滑轮： （1）定义：工作时随重物一起移动的滑轮。 （2）实质：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。 （不计摩擦则：F= (G 物+G 动) /2。） （4）绳子自由端移动距离：S=2 （V 拉=2V 物） 3 动滑轮的特殊使用方法： （1）左图为常规用法，省力费距离： F=G 总 /2。S=2。 （2）右图为特殊用法，费力省距离： F=2G 总 。S=/2。 二、滑轮组 1 定义：定滑轮、动滑轮组合在一起构成滑 轮组。 2 特点：使用滑轮组既能省力，又能改变动 力的方向。 F1 F2 l2 l1 l2 F2 l1 F1 3 省力情况：不计摩擦，则拉力： F= (G 物+G 动) / 4 绳子自由端移动距离：S= （V 拉=V 物） 5 滑轮组组装方法： （1）首先根据公式=(G 物+G 动) / F 确定绳子的股数。 （2）然后根据“奇动偶定”的原则，结合题目的具体要求组装滑轮: “奇动”：承担物重的绳子段数为奇数，绳子起点系在动滑轮上。 B“偶定”：承担物重的绳子段数为偶数，绳子起点系在定滑轮上。 另外，拉力的方向不同，需要定滑轮的个数也不同。 6 绳子股数的确定方法： 用手挡住定滑轮，看图中与动滑轮直接接触的绳子段数，就是值。 二、斜面和轮轴 1 斜面： （1）特点：省力但费距离。 （2）省力情况： 斜面长是斜面高的几倍，动力就是物重的几分之一。 F= G 物 / B 在高度一定时，斜面越长越省力。 （3）实例：盘山公路、螺丝钉、登机桥、残疾人通道等。 2 轮轴： （1）定义：由两个半径不等的轮子固定同一轴线上的，可以连续转动的简单机械。 （2）特点：一般省力但费距离。 （3）计算公式：F1R＝F2r （4）实例：车把、门把手、水龙头、螺丝刀。 重难点突破 1．（2023·辽宁本溪）如图是元代王祯《农书》中描绘的农民使用扇车清选谷物的情景。农民快速摇动摇 柄，扇轮转动产生气流，当把谷物倒入扇车时，谷物在 力的作用下落入扇车，气流使枯瘪谷物从出风 口飞出，说明力可以改变物体的 。扇车的摇柄是 （填简单机械名称）。 2．（2023 四川达州）将物体、B 置于如图所示的装置中，物体B 恰好匀速下降，已知重30，B 重5，则所 受地面的摩擦力为__________；若对施加一个水平向左的拉力F，刚好使匀速向左运动，则拉力 F=__________。（不计绳重、滑轮重及绳子与滑轮间的摩擦） 3．（2023·湖南常德）如图所示小明组装了甲、乙两种滑轮，用来提升同一物体，G 物=200（不计绳重、轮 重和摩擦），要使物体竖直匀速提升2m。下列说法中正确的是（ ） ．F 甲=200，并向上移动4m B．F 甲=100，并向上移动2m ．F 乙=200，并向上移动1m D．F 乙=400，并向上移动lm 4．（2023 四川遂宁）用如图所示的四种简单机械，将同一重物从低处匀速提升到高处，在不计机械自重 及摩擦的情况下，最省力的是（ ） ． B． ． D． 5．（2023 广东）明代宋应星在《天工开物》中记载的农业生产汲水装置——辘轳，沿用至今。题图甲是 一种辘轳，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳， 提起水桶。 （1）图甲所示，辅可视为不等臂杠杆，为方便提水，它是按照 （选填“省力”或“费力”）杠杆来 设计的。用辅提水的某时刻示意图如图乙所示，它的支点是“”“B”或“”中的 点。 （2）设大轮与小轮的半径比为3:1，水桶受到的总重力为90。使周长为3m 的大轮转动一圈，水桶匀速上 升，井绳对水桶做功 ；若要使辘轳静止在图乙所示位置，作用在点最小的力应为 。（不计井 绳的粗细和自重） （3）图丙所示水龙头开关的设计也应用了同样的原理，为了更省力，开关应选用 （选填“①”或 “②”）。 6．（2023 甘肃金昌）如图所示，小亮用滑轮组将装修材料运到楼上，请用笔画线帮他组装最省力的滑轮 组。 参考答 1【答】 重 运动状态 轮轴/杠杆 【解析】[1]地球表面及附近的一切物体都受到重力的作用，重力的方向竖直向下。谷物倒入扇车时，由于 受重力的作用落入扇车。 [2]“扇车”中枯瘪谷物被风力吹出机外，运动状态发生变化，这个现象说明力能改变物体的运动状态。 [3]风扇摇手柄设计成轮轴是为了省力，因为轮半径大于轴半径。 2【答】10 20 【解析】如图所示，物体和B 通过动滑轮相连，动滑轮上有2 段绳子，已知重30，B 重5，物体B 恰好匀 速下降，说明物体处于平衡状态，则所受地面的摩擦力与动滑轮的钩子拉的力是一对平衡力，即 若对施加一个水平向左的拉力F，则物体受到三个力的作用：水平向左的拉力F，水平向右的拉力2GB， 水平向右的摩擦力10，所以，水平刚好使匀速向左运动，则拉力F 3【答】D 【解析】B．不计绳重、轮重和摩擦，图甲是动滑轮，动滑轮不能改变力的方向，但是可以省一半的力， 所以 ，拉力端移动的距离为s=2=2×2m=4m，故B 错误； D．不计绳重、轮重和摩擦，图乙是动滑轮，拉力作用在动滑轮的轴上，拉力F 乙=2G 物=400，拉力端移动 的距离为 ，故错误，D 正确。 4【答】B 【解析】如选项中图，动滑轮是省力杠杆，其动力臂是阻力臂的2 倍，则动力是阻力的一半，即 ， 如选项B 中图，根据机械功原理，任何机械都不省功，所以由 得 ，如选项 中图，设阻力臂为L，则从支点到动力作用点长度为3L，因为动力作用线与横杆夹角为30°，说明动力臂 长度为横杆的一半，即 。根据杠杆平衡条件 可得 ，如选项D 中图，定滑轮是等 臂杠杆，动力臂等于阻力臂，则 。综上所述，通过比较得知，B 选项中 最小，即在不计机械 自重及摩擦的情况下，最省力的是斜面，故B 符合题意，D 不符合题意。 5【答】 省力 B 90 30 ① 【解析】（1）[1][2]为方便提水，根据题图可知，它是按照省力杠杆来设计的；由于辅围绕B 点进行旋转， 可知B 点为其支点。 （2）[3][4]由于大轮与小轮的半径比为3 1 ∶，当周长为3m 的大轮转动一圈，则小轮也转动一圈，且小轮转 动的距离为1m，由于木桶匀速上升，则井绳对水桶做功 根据图乙所示，大轮与小轮的半径比为3 1 ∶，当动力臂为B 时，作用在点的力最小，根据杠杆平衡条件可知， 最小的力为 因为 ，可得 （3）[5]为了更省力，开关应选用动力臂较大的，故开关应选用①。 6【答】 【解析】要使滑轮组最省力，则动滑轮上缠绕的绳子数应最多，由图中可知，滑轮组中有一个动滑轮，则 动滑轮上最多可缠绕三股绳子