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滑轮基础知识讲解
滑轮(基础)
责编:
冯保国
【学习目标】
1.知道什么是定滑轮、动滑轮,能够识别它们;
2.理解动滑轮、定滑轮的实质、特点及作用;
3.理解滑轮组的作用及滑轮组的装配图;
4.知道什么是轮轴,了解它的工作原理;
5.知道机械传动的基本方式有哪几种;
6.理解斜面的工作特点。
【要点梳理】
要点一、定滑轮和动滑轮(高清课堂《滑轮》392030定滑轮和动滑轮)
周边有槽,中心有一转动轴的轮子叫滑轮,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。
1.定滑轮:
在工作过程中,轴的位置固定不动的滑轮叫做定滑轮;
2.动滑轮:
在工作过程中,轴的位置随物体移动的滑轮叫做动滑轮。
要点诠释:
1、定滑轮:
如下图甲所示,我们可把一条直径看成杠杆,圆心就是杠杆的支点,因此,定滑轮实质是等臂杠杆。
定滑轮的特点是它的转轴(支点)不随货物上下移动。
2、动滑轮,如下图乙所示,特点是它的转动轴会随物体上下移动,它实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆,它的转动轴是阻力作用点。
3、定滑轮和动滑轮的作用
(1)使用定滑轮虽然不能省力,但可以改变用力方向,给工作带来方便。
(2)使用动滑轮可以省力,但要多移动距离。
要点二、滑轮组
滑轮组是由定滑轮和动滑轮组装起来的。
要点诠释:
1、特点:
既可省力,又可以改变用力方向。
但费距离。
2、结论:
在使用滑轮组时,滑轮组用几段绳子吊着动滑轮,提起物体所用的力就是总重的几分之一。
如果考虑动滑轮的重力,则有
要点三、根据要求设计滑轮组
1.根据要求确定动滑轮上绳的段数。
2.根据绳的段数,确定动滑轮的个数:
一个动滑轮可拉2段绳,还能改变用力方向;但也可以拉三段绳,但就不能改变用力方向了。
(1)设想如果需要n段绳(n为偶数)那么就需要n/2个动滑轮和n/2个定滑轮穿绳组装时,绳的固定端要固定在定滑轮下的挂钩上(这叫做“偶定”),若不改变力的方向,还可少用一个定滑轮,即
个定滑轮。
(2)如果n为奇数,则需要
个动滑轮和同样数目的定滑轮,穿绳时,绳的固定端要拴在动滑轮上方的挂钩上(这叫做“奇动”),这不能改变用力方向,如果还想改变用力方向,就应再加一个定滑轮,即
个定滑轮。
上述方法叫“奇动偶定”,如下图所示。
要点四、轮轴和机械传动
1.由(外围的)轮和(中间的)轴组成的能绕轴心转动的简单机械叫做轮轴。
看做是一个可以连续转动的杠杆。
轮轴工作示意图
(1)动力作用在轮上,轮轴是一个省力杠杆,但费距离。
(2)动力作用在轴上,轮轴是一个费力杠杆,但省距离。
砂轮、手摇钻、自行车脚踏板与牙盘、汽车方向盘等都是生活中的轮轴。
2.机械传动装置可以实现机械之间的动力和能量传递。
要点诠释:
1、轮轴可以改变用力大小,也可以改变物体的速度。
2、机械传动的方式有三种:
(1)皮带传动:
依靠轮与皮带间的摩擦力传递。
(2)链传动:
依靠齿与链的啮合来传递。
(3)齿轮传动:
依靠齿与齿的啮合来传递。
要点五、斜面
与水平面成倾斜的光滑平面,称为斜面。
(假设无摩擦)螺旋也是斜面的一种应用。
1.斜面长是斜面高的几倍,推力就是物重的几分之几。
2.要使物体升高相同的高度,斜面越长越省力。
3.斜面坡度越小越省力。
要点诠释:
1、以斜面装置拉动滑车至高处的作用力,比直接吊起滑车至高处的作用力要小,也就是说,斜面可以用较小的力将物体抬至高处。
2、斜面越长或斜面高越短即斜角越小,则越省力。
【典型例题】
类型一、定滑轮和动滑轮
1、(2015•宜州市三模)如图所示,用两个完全相同的滑轮,分别以图中的两种方式将重为G的物体匀速提升相同的高度(绳重、摩擦不计),使用(选填“甲”或“乙”)滑轮可以改变用力方向,所用拉力F甲F乙(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
【答案】甲;大于
【解析】甲图是一个定滑轮,定滑轮的特点是能够改变力的方向,但是不能省力,绳重、摩擦不计,因此F甲=G;乙图是一个动滑轮,动滑轮重一般都小于物重,动滑轮的特点是能够省一半力,故
;所以F甲>F乙。
故答案为:
甲;大于。
【总结升华】此题主要考查定滑轮和动滑轮的定义以及它们各自的特点,要注意在乙图中动滑轮的重不能忽略,但是它一般都小于物重。
举一反三:
【变式】如图是滑轮的两种用法,以下说法中正确的是( )
A.甲是动滑轮,使用时不能省力
B.乙是动滑轮,使用时可以省力
C.甲是定滑轮,使用时可以省力
D.乙是定滑轮,使用时不能省力
【答案】B
2、施工中,一工人利用如图所示的滑轮,若沿不同方向将一桶泥沙提到高处(不计摩擦),那么工人用的拉力是:
( )
A.F1大B.F2大C.F3大D.一样大
【思路点拨】理解定滑轮的特点:
只改变力的方向,不改变力的大小。
【答案】D
【解析】因为定滑轮相当于一等臂杠杆,只能改变力的方向,而不省力,故定滑轮拉同一重物G,沿三个不同方向,用的拉力大小相等。
【总结升华】本题主要考查学生对定滑轮工作特点的了解和掌握。
举一反三:
【变式】如图所示,若在不计摩擦的情况下把物体匀速向上提起,则拉力F1与F2相比较( )
A.F1较小B.F2较小C.F1与F2一样大D.无法确定
【答案】A
【解析】如图所示:
F1的力臂L大于F2的力臂L′,由于提起的重物一定,根据杠杆平衡的条件,阻力和阻力臂的乘积一定,动力臂越长,动力越小.故F1较小。
3、如图用一个动滑轮提升重为20N的物体,当匀速向上拉动时,弹簧秤的示数为12N,若不计摩擦,拉力F和动滑轮的重力的大小是( )
A.拉力F为12N,动滑轮重4N
B.拉力F为20N,动滑轮重2N
C.拉力F为20N,动滑轮重4N
D.拉力F为12N,动滑轮重2N
【答案】A
【解析】同一根绳子上的拉力都相等,因此拉力F就等于弹簧秤的示数12N;
重物和动滑轮的总重由2段绳子承担,则有2F=G物+G轮,G轮=2F-G物=2×12N-20N=4N
【总结升华】注意有几段绳子承担动滑轮和物体的重,拉力就是动滑轮和物体总重的几分之一是在不计摩擦的条件下。
举一反三:
【变式】如下图所示装置,用两个滑轮分别拉同一个物体在水平面上做匀速直线运动,物体重为60N,水平面与物体间的摩擦力为20N,不考虑其他摩擦,则F1=N,F2=N。
【答案】2010
类型二、滑轮组
4、(2014秋•陕西期中)下列关于使用滑轮组的优点的论述,较全面的是( )
A.一定是省力的,又能改变力的方向
B.一定是省力的,但不能改变力的方向
C.肯定可以改变力的方向,省力与否要具体分析
D.有时既省力,又能改变力的方向,有时可以省力,但不改变力的方向
【答案】D
【解析】A、如右图所示,滑轮组有三段绳子,力的方向向上,因此可以省力但不能改变力的方向,故A不合题意。
B、如左图所示,滑轮组有两段绳子,力的方向向下,因此可以省力,同时能改变力的方向,故B不合题意。
C、图中两个滑轮组一定省力,左图能改变力的方向,但右图不能改变力的方向,故C不符合题意。
D、左图滑轮组能省力、能改变力的方向;右图滑轮组能省力,不能改变力的方向,故D符合题意。
故选D。
【总结升华】本题主要考查了定滑轮、动滑轮和滑轮组的特点,理解使用滑轮组可以省力,也可以改变力的方向。
5、如图所示,用滑轮组提起物重相等的物体,若忽略动滑轮的重和摩擦时,所用的拉力最大的是:
【思路点拨】在不计摩擦的情况下,绳子的绕线决定滑轮组的使用效果,有几段绳子承担动滑轮和物体的重力,拉力就是动滑轮和物体总重的几分之一。
【答案】D
【解析】本题考查作用在绳子末端的拉力大小如何确定。
运用隔离法,假想把定滑轮和动滑轮从中间隔断,再看隔离后,留在动滑轮及货物上相关线头有几个,就是几段绳子吊着重物,则每段绳子的拉力F=G/n。
(动滑轮重和摩擦力不计)同学们要特别注意第四幅图,根据滑轮定义此图中两个滑轮均为定滑轮,所以并不省力,拉力F=G。
【总结升华】根据题意,不考虑滑轮重力及摩擦,理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=G/n。
举一反三:
【变式】用图所示的装置先后匀速提升同一物体G,若不考虑滑轮重力及摩擦,则作用于绳子自由端的拉力F1、F2和F3的大小是
A.F1较大 B.F2较大
C.F3较大 D.F1=F2=F3
【答案】A
类型三、滑轮组的组装
6、小明家住二楼,正装修房子,小明站在地面上,用如图所示的器材,请帮他设计一较省力的方法,把材料送到二楼窗口去。
【答案与解析】人在地面上向下用力,且是一个定滑轮和一个动滑轮,故由两根绳子承担物重,绳子固定在定滑轮上。
所以该图为
【总结升华】本题考查了滑轮组的组装,组装滑轮组要按照“奇动偶定”的原则。
举一反三:
【变式】(高清课堂《滑轮》392030例1)如图所示,用滑轮组提升重物,请在图中画出滑轮组最省力的绕线方式。
【答案】
类型四、综合应用
7、如图所示,物体A的重力为G,不计滑轮重和摩擦。
当F=G时,才能把物体A匀速提起;若
,则重物对地面的压力为G。
【答案】
【解析】
【总结升华】本题考查了动滑轮的应用、平衡状态的物体的受力分析及相互作用力的应用.
8、说说自行车里的简单机械?
【答案与解析】
应用机械的位置
应用机械的类型
应用机械的作用
车把
轮轴
轻松控制方向
脚踏板与齿轮
轮轴
省力
刹车
杠杆
省力
大齿轮与小车轴
轮轴
加快速度
大齿轮与小齿轮
轮轴
提高转速
螺丝与螺帽
斜面
省力
【总结升华】本题考查学生应用知识解决实际问题的能力,对简单机械在日常生活中的应用能够解释其原理和作用。
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