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
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