1、滑轮分析与讲解 一. 教学内容： 关于滑轮，可以考查的知识点有拉力（F） 、机械效率（） 、速度（v） 、功率（P）等，综合性较强。（一）基本方法对于滑轮或滑轮组的拉力（F）或机械效率（ ） ，一般分为三种状态：a. 理想状态：即不计滑轮的重（ ） 、绳重（ ） 、摩擦力（ ） ，此时，拉力，机械效率 。b. 半理想状态：只计 ，不计 ，此时拉力 ，机械效率。c. 实际状态：只计 G 动 、G 绳 、G f， ，此时拉力 ，机械效率。【典型例题】例 1. 如图 1 所示，若 ，当 ，求此时拉力 ，拉力功率 ，机械效率 。图 1分析：根据题意， ，可知，其属于半理想状态。此时，求是关键，依 ，有
2、 ，所以当 时，例 2. 用一只重为 的滑轮按图 2 中甲、乙、丙三种方式分别匀速提升重为 G 的物体（，不计摩擦） ，所用拉力分别为 F1、F 2、F 3 装置的机械效率分别为 ，则拉力 从大到小的顺序是 _，机械效率 从高到低的顺序是_。图 2分析：根据题意可知，三只滑轮中，甲处于理想状态（为一定滑轮） ，乙、丙处于半理想状态，则有：故（二） “倒下”的滑轮滑轮的使用常有竖直放置和水平放置两种形式。同学们接触较多的是竖直放置形式，而对水平放置的滑轮感到陌生，其实，它们的本质是相同的。1. 使用动滑轮，要搞清谁是动力，谁是阻力。当使用动滑轮拉物体在水平面上做匀速直线运动时，设物体与地面间的摩
3、擦力为 f，若拉力作用在绳的自由端，有 ，则可省力一半，如图（a）所示；若拉力作用动滑轮轴上，有 ，如图（b） ，这时反而费力。可见，对水平使用动滑轮是否省力，一定要注意动力作用在何处。2. 绳子的自由端和动滑轮移动的距离关系和速度关系为： ，其中分别指绳的自由端移动的距离、速度， 分别指动滑轮或物体移动的距离、速度，是指动滑轮上绳子的股数。3. 当滑轮沿水平方向拉物体时，可忽略动滑轮重。4. 求机械效率时，有用功一般指克服摩擦阻力做的功，即 。5在使用滑轮组的整个过程中拉力做功的功率是平均功率。例 3. 如图 3 所示，在水平动力 F 的作用下，使物体 m 沿水平地面匀速直线运动，若滑轮与绳
4、子质量及摩擦不计，已知物体 m 与地面间的摩擦力为 10N，物体 m 运动的速度为2m/s。那么关于拉力 F 的大小和拉力的功率 P 的大小，下列说法中正确的是（ ）图 3A. 拉力 F 的大小为 20N B. 拉力 F 的大小为 5NC. 拉力的功率 P 的大小为 20W D. 拉力的功率 P 的大小为 10W分析：用隔离法将物体与动滑轮分开，物体 m 在水平方向上受力情况如图 4 所示，由于物体 m 做匀速直线运动，则 ，再对动滑轮受力分析，如图 5 所示，此时，有，所以 。图 4 图 5因动滑轮上有 2 股绳子，绳子自由端移动的速度拉力的功率选 B、C。（三） 根据要求设计滑轮组（1）根
5、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。设想如果需要 n 段绳（n 为偶数）那么就需要 个动滑轮和 个定滑轮。穿绳组装时，n2n2绳的固定端要固定在滑轮下的挂钩上（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。()12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n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。12上述方法叫“奇动偶定” 。例 4. 如
6、图 6 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 。图 6分析：口诀是“奇动偶定” ，意思是说拉力是总重的奇数分之一，穿绳时绳的固定端应拴在动滑轮上方的钩子上，向上先绕过定滑轮，如果拉力是总重的偶数分之一，绳的固定端应拴在定滑轮下方的钩子上，向下先绕过动滑轮。绕绳装配图如图 7 所示。图 7练习：1某人用如图所示的滑轮组匀速提起 260N 的物体，所用的力为 100N，物体提高 1m。 则下列说法中正确的是A拉力做的有用功是 100J B 拉力做的
7、总功是 260JC滑轮组的机械效率是 65% D 物体上升过程中动能转化为势能2下列说法正确的是A机械做功越快，机械效率就越高 B做功时间越长，机械功率越大C功率大的机械比功率小的做功快 D所有机械的机械效率都小于 13如图所示，重力为 500N 的物体与地面间的滑动摩擦力是150N，为使物体匀速移动， 必须在绳端至少加 60N 的拉力。则滑轮组的机械效率 =_。若物体上面再放一重为 200N 的物体A，那么这时滑轮组的机械效率应 _(填“增加” “减小” “不变”)4一个滑轮组经改进后提高了机械效率，用它把同一物体匀速提升同样的高度，改进后与改进前相比A有用功减少，总功减少 B有用功增加，总
8、功增加C有用功不变，总功不变 D有用功不变，总功减少5在不计绳重和摩擦的情况下，利用图示的甲、乙两装置，分别用力把相同的物体匀速提升相同的高度若用 、 表示甲、乙两装置的机械效率，、 表示拉力所做的功。A ，B ，C ，D ，6程跃要提起重 800N 的物体，但是他的最大拉力只有 300N于是，他找来了一些滑轮，想利用滑轮组提起这个重物。己知每个滑轮重 20N，程跃想站在地上向下拉绳，他最好选择图中_滑轮组来提起重物(选填“a” 、b” 或“c ”)。请在所选的图中画出正确的绕绳方法。如果程跃的实际拉力是 280N，求出所选滑轮组的机械效率。7如图所示，小民利用滑轮组先后竖直向上匀速提升物体
9、A 和物体B。当提升物体 A 时，滑轮组的机械效率为 75%，小民对地面的压力为 F1；当提升物体 B 时，小民对地面的压力为 F2。已知小民的质量为 65kg，物体A 的质量为 90kg，物体 B 的质量为 50kg。假设在拉绳子的过程中，小民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，不计绳重和摩擦。则 F2:F1=_。8用滑轮组以不同速度匀运提升重物 A，作用在滑轮组绳子自由端的拉力均为 F，如图所示，不计绳重和摩擦。当拉力 F 的功率为 P1 时，重物 A 以速度 v1 匀速上升 h 所用的时间为 t1；当拉力 F 的功率为 P2 时重物 A 以速度v2 匀速上升 h 所用的
10、时间为 t2；当拉力 F 的功率为 时，重物 A 以速度v3 匀速上升 h 所用的时间为A B C D 9在生产中，人们往往用的是由杠杆、滑轮等简单机械组合而成的复杂机械。在一次科技活动中，某校物理小组的同学们分别用一轻质杠杆(不计杆重) 、一只滑轮和一些细绳构成了如图所示的组合机械，其中 O 为支点，OA=3OB，他们发现使用组合机械可以更省力，如果提升 G=90N 的物体。在不计滑轮重、杆重和绳重及部件间的摩擦时，拉力F= _N。为了测量这个组合机械的机械效率需要测量的物理量有(用文字和字母表示 ) _；这个组合机械的机械效率为(用你选用的字母表示 )=_。10大军用某机械把 500N 的重物匀速提高 0.5m，做的额外功是 160J，则他做的有用功是多少?总功是多少? 机械效率是多少?13. 一个工人用动滑轮提起货物，它对绳端的力是 120 牛，如果物体升高 5 米，这个工人做功是多少？ 14. 用弹簧测力计沿斜面拉着重为 20 牛的物体匀速向上移动 3 米，上升的高度是 1 米，测力计的示数是 10 牛，求：（1）有用功、总功、额外功各是多少？（2）斜面的机械效率是多少？
