第十二章 第3节 滑轮 ----2024-2025学年人教版物理八年级下学期

课堂导入 请同学们欣赏一幅漫画 胖子与瘦子在提米的过程中，使用了什么工具，为什么会出现这种情况？ 啊？你怎么上来了？ 请您帮忙抓住，我到楼上接袋子。 好的 不行， 救命! 滑轮 学习内容 01. 定滑轮和动滑轮 02. 滑轮组 03. 轮轴和斜面 一、定滑轮和动滑轮 4 （1）滑轮 滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的小轮。 1. 滑轮 轴 轮 槽 请你观察滑轮的结构： 1. 滑轮 国旗上升时，旗杆顶端的 滑轮轴不随物体一起移动。 （2）滑轮的分类 叫定滑轮。 叫动滑轮。 货物上升时，起重机下面的滑轮轴随物体一起移动。 旗杆顶端的滑轮 定滑轮 起重机下面的滑轮 动滑轮 1. 滑轮 ①定滑轮：使用时，轴固定不动的滑轮，叫定滑轮。 ②动滑轮：使用时，轴随着物体移动的滑轮叫动滑轮。 定滑轮 动滑轮 1. 滑轮 升国旗时，升旗手向下拉绳，国旗却向上运动，你知道这是什么原因吗？ 2. 定滑轮 （1）实验：探究定滑轮的特点 设计实验 分别使同一物体在不使用滑轮、使用定滑轮时匀速运动，记录整个过程需要用力的大小、物体移动的距离及动力移动的距离、动力的方向，然后由数据分析得出结论。 G 拉力F 铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计 实验器材 演示实验——《探究定滑轮的特点》 2. 定滑轮 G ①用弹簧测力计直接测出钩码的重力G。 ②使用定滑轮缓缓提升钩码，记录整个过程中拉力的大小F、钩码上升的距离h物、拉力移动的距离s绳及拉力的方向。 进行实验 h物 F s绳 F1 F2 F3 ③改变拉力的方向 分别沿竖直方向拉升、斜着拉升、水平拉升钩码，观察拉力F1、 F2、 F3、的大小。把实验数据记入表格中。 ④改变钩码的重力，重复上述实验。 2. 定滑轮 进行实验 ①拉力与重力的大小关系：F=G，即使用定滑轮不省力。 ②拉力的方向：可以改变。 ③拉力（绳末端）移动距离与钩码上升高度的关系：s绳=h物 钩码重 G/N 钩码移动 方向 钩码移动 距离h/m 拉力 F/N 拉力 方向 拉力移动 距离s/m 1.5 竖直向上 0.3 1.5 竖直向下 0.3 1.5 竖直向上 0.3 1.5 斜向下 0.3 1.0 竖直向上 0.4 1.0 竖直向下 0.4 分析论证 2. 定滑轮 使用定滑轮不省力； 不省距离，可以改变力的方向。 实验结论 可以改变力的方向是指：拉力的方向与物体运动方向相反（或不同）。 物体运动方向 拉力方向 2. 定滑轮 2. 定滑轮 （2）用滑轮是杠杆的变形研究定滑轮的特点 如图所示，定滑轮的轴心O为支点，动力臂l1与阻力臂l2都是滑轮的半径r。 分析：定滑轮相当于如图所示的无数个可绕支点O转动的杠杆AB组成，它实质上可以看成是能够连续转动的等臂杠杆；所以使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。 F1l1=F2l2 l1=l2=r F1=F2 2. 定滑轮 F2 G F1 F3 分别沿不同方向的三个拉力哪个大些？ G F1l1=F2l2 F2 F1 l1 l2 O F1=G A B 2. 定滑轮 2. 定滑轮 G F2 F1 l1 l2 O F1=G A B F1l1=F2l2 2. 定滑轮 F2 G F1 F3 分别沿不同方向的三个拉力哪个大些？ F1= F2 = F3 如果不计绳重和所有摩擦，定滑轮两端就是一根绳子 一根绳子上的力是相等的 定滑轮的两种使用情况 G F G F （不计绳重和摩擦） 需要克服的力： 物重产生的拉力 ， ①目的：使物体在 竖直 方向移动， ②关系： 力关系 ， 距离关系 ， 速度关系 ， 需要克服的力：摩擦力产生的拉力 ， ①目的：使物体在 水平 方向移动， ②关系： 力关系 ， 距离关系 ， 速度关系 ， F= f V绳=v物 S绳=s物 F= G物 V绳=v物 S绳=h物 定滑轮的两种使用情况 竖直拉重物上升，此时拉力大小与物重有关； 拉物体在水平方向移动，拉力大小与物重无关，与地面的摩擦力有关 跟踪练习 【例题1】研究定滑轮的特点: ①在研究使用定滑轮是否省力时，用如图 甲所示装置匀速提升重物，需要测量的物 理量是________和______ 。 ②如图乙所示，分别用拉力F1、F2、F3匀速 提升重物，则三个力的大小关是　　　   。 ③旗杆顶部有一个定滑轮，给我们升国旗带来了 便利，这是利用定滑轮　　 　     的特点。 拉力 重力 F1=F2=F3 可改变力的方向 跟踪练习 D m2+m3-m1 m1 跟踪练习 例3. 胖者体重为800N，瘦者体重500N，货物重600N（绳重和摩擦力不计），则甲图中，静止站立在地面上的胖者受到向上的绳拉力 N，乙图中，瘦者会被绳拉离地面，在他被提升的过程中，手受到的拉力为 N 600 500 总结： 一个人能给绳子向下的最大拉力为其重力的大小。 图中滑轮为定滑轮。 胖子重力大于物体重力，因此胖子可将物体通过定滑轮吊到二楼。而瘦子的重力小于物体的重力，因此瘦子被吊到二楼，则无法将物体通过定滑轮吊到二楼。 这个故事中使用的是什么滑轮？为什么瘦子会被吊起来？ 瘦子用什么办法能在地面上把这袋大米拉上去？ 3. 动滑轮 （1）实验：探究动滑轮的特点 设计实验 分别使同一物体在不使用滑轮、使用动滑轮时匀速运动，记录整个过程需要用力的大小、物体移动的距离及动力移动的距离、动力的方向，然后由数据分析得出结论。 铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计。 实验器材 演示实验——《探究动滑轮的特点》 进行实验 ①用弹簧测力计直接测出钩码的重力G。 ②使用弹簧测力计缓缓竖直向上拉动滑轮提升钩码，记录整个过程中用力大小F、钩码升高的距离h及拉力移动的距离s。 ③将测量结果填入表格。改变钩码的个数，重复上述实验过程。 F h s G 3. 动滑轮 ①拉力与重力的关系：F＜G，即使用动滑轮省力。 若不计动滑轮的重力及摩擦力时，则拉力：F=G/2。 ②拉力的方向：不能改变。 ③拉力（绳末端）移动距离与钩码上升高度的关系：s绳=2h物。 物重 G/N 物体移动 方向 物体移动 距离h/m 拉力 F/N 拉力 方向 拉力移动 距离s/m 2 竖直向上 0.3 1.1 竖直向上 0.6 2 竖直向上 0.3 1.2 竖直向上 0.6 1.0 竖直向上 0.2 0.6 竖直向上 0.4 分析论证 3. 动滑轮 使用动滑轮可以省力， 但不改变力的方向，且费距离。 拉力（绳末端）移动的距离s是物体上升高度h的2倍： s拉=2h物 实验结论 3. 动滑轮 （2）用滑轮是杠杆的变形研究动滑轮的特点 如图所示，动滑轮O为支点，动力臂l1为滑轮的直径，阻力臂l2为滑轮的半径，在不计摩擦和动滑轮重时，动力是阻力的一半。 分析：动滑轮相当于由图所示的无数个可绕支点O转动的杠杆OA组成，它实质上可以看成是能够连续转动的动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆。 F1l1=F2l2 l1=2l2 F1= F2 3. 动滑轮 3. 动滑轮 F2 G F1 F3 分别沿不同方向的三个拉力一样大吗？ 3. 动滑轮 G物 F1 F2 F1 O F1= G物 1 2 l1 l2 A B F1l1=F2l2 3. 动滑轮 G F1 F2 F1 O l1 l2 A B 3. 动滑轮 F2 G F1 F3 动滑轮是省力杠杆，三个力的力臂关系： l1>l2>l3, ∴F1<F2<F3 只有竖直向上拉绳子，动滑轮才省一半的力 分别沿不同方向的三个拉力一样大吗？ 动滑 轮 F=f/2；s绳=2s物；v绳=2v物 ；s绳=2s物；v绳=2v物 G物+G动 2 F= 计滑轮重： ；s绳=2s物；v绳=2v物 G物 2 F= 不计滑轮重： 拉重物上升，此时拉力大小与物重有关； 拉物体在水平方向移动，拉力大小与物重无关，与地面的摩擦力有关 动滑轮使用的情况 动滑轮使用的情况 （2）不考虑绳重和摩擦 拉力上升的距离为 如果拉动物体上升 h F=G动+2G物 轻质滑轮，不考虑动滑轮重力 F=2G物 此时为费力的动滑轮，但省距离。 动滑轮使用的情况 动滑轮 忽略绳重、滑轮重和摩擦 F=2F1=20 N f=F1=10 N 此时，对滑轮的拉力的大小与物体重力大小不等,是摩擦力大小的2倍。 S绳=S物 费力省距离 动滑轮 F=2G物+G动；s轮=s物/2；v轮=v物/2 F=2f；s轮=s物/2；v轮=v物/2 计滑轮重： 不计滑轮重： F=2G物；s轮=s物/2；v轮=v物/2 动滑轮使用的情况 定滑轮和动滑轮的本质 4. 定滑轮和动滑轮的区别 机械名称 定 义 实 质 特 点 定滑轮 动滑轮 滑轮轴 固定不动 等臂杠杆 不省力，能改 变力的方向 滑轮和重物一起移动 动力臂是 阻力臂二 倍的杠杆 能省力，不能 改变力的方向 二、滑轮组 42 1. 滑轮组 （1）滑轮组 想一想： 我们知道，定滑轮可以改变力的方向，但不能省力。动滑轮可以省力，但不能改变力的方向。 能否得到这样一种机械，它既可以省力，又可以改变力的方向呢？ 把定滑轮和动滑轮组合在一起，就构成了滑轮组。 1. 滑轮组 （2）两种简单的滑轮组 由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组，有几种组合？ 组合一 组合二 1. 滑轮组 想一想：如图甲、乙所示的两个滑轮组，这两个滑轮组有什么不同？ ①绳端的固定点不同： 甲固定在定滑轮的轴上，乙固定在动滑轮的轴上。 ②拉力的方向不同： 甲通过定滑轮向下，乙通过动滑轮向上。 固定点 固定点 2. 滑轮组的特点 想一想：用如图甲、乙所示的滑轮组把重力为G的物体提高h，在不计绳重、摩擦及动滑轮自重时，所用拉力F各是多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？ 滑轮组的受力分析 2. 滑轮组的特点 ①用力情况：图中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，每段绳子都要承担物重，因为同一根绳子上的力相等，所以拉力的大小：F（忽略动滑轮的自重与摩擦） ②距离情况：图中的重物由二段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，所以拉力移动的距离为2h。 （1）理论分析甲滑轮组的特点 ② F G ① 2. 滑轮组的特点 （1）理论分析甲滑轮组的特点 ② F G ① 拉力F； 拉力移动的距离为s=2h， 使用该滑轮组省力费距离。 结论 2. 滑轮组的特点 （2）理论分析乙滑轮组的特点 F F1 F2 G ① ③ ② ①用力情况：动滑轮上有三段绳子，每段绳子都要承担物重，因为同一根绳子上的力相等，所以拉力的大小：F（忽略动滑轮的自重与摩擦） ②距离情况：图中的重物由三段绳子通过动滑轮吊着，若物体升高的距离为h时，则每段绳子都要缩短h，三段绳子缩短的距离都要被拉力拉走，所以拉力移动的距离为s=3h 。 2. 滑轮组的特点 （2）理论分析乙滑轮组的特点 F F1 F2 G ① ③ ② 拉力F； 拉力移动的距离为s=3h， 使用该滑轮组省力费距离。 结论 2. 滑轮组的特点 组合一 组合二 想一想： 利用两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组，可以怎样绕绳子呢？有几种组装方法？所用拉力F各是多大？拉力移动的距离s与物体升高的距离h是什么关系？ （3）两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组 定滑轮 动滑轮 2. 滑轮组的特点 ①有两种组合：如甲、乙所示。 图甲、乙是利用两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组，它们有什么不同？ 绳端的起点（固定点）不同：甲固定在定滑轮的钩上；乙固定在动滑轮的钩上。 拉力的方向不同：甲中拉力的方向向下，乙中拉力的方向向上。 甲 乙 F 乙 4是动滑轮上绳子的段数 F 甲 图甲所示的滑轮组，承担物重的绳子段数为4，所以拉力F，而最后那段从最上面的定滑轮绕下来的绳子只起到改变力的方向的作用，不承担物重。 F 图乙所示的滑轮组，最后那段从下面的动滑轮绕上来的绳子也起到承担物重的作用，承担物重的绳子段数为5，所以拉力F。 G G ②分析两个滑轮组的特点（不计动滑轮重和摩擦） 5是动滑轮上绳子的段数 F 2. 滑轮组的特点 2. 滑轮组的特点 你发现了什么规律？ 在不计绳重，动滑轮重和摩擦，用一根绳子组装的滑轮组时，拉力F大小和绳子自由端移动的距离s与动滑轮相连的绳子段数n有关。 F F F F 2. 滑轮组的特点 F ① ② F F ① ② ③ F 有n段绳子与动滑轮连接，所用的力就是物重的n分之一。即： F(不计绳重，动滑轮重和摩擦)。 所以连接动滑轮的绳子段数n越多，越省力。 拉力F 的大小与连接动滑轮的绳子段数n的关系 2. 滑轮组的特点 ① ② ③ 绳子自由端移动的距离s与连接动滑轮的绳子段数n的关系 设物体升高h，则吊起动滑轮的每段绳子都要抽走h，这些都只能从绳子自由端抽走，则绳子自由端在相等的时间内共需要抽走nh，即s=nh。 所以连接动滑轮的绳子段数n越多，绳子自由端移动的距离越大。 s=2h s=3h s=4h s=5h ① ② h 2. 滑轮组的特点 不计绳重和摩擦但考虑滑轮重： 不计动滑轮重、绳重和摩擦： F F ①拉力的大小与物重的关系 拉力 F 的大小与吊起动滑轮的绳子段数 n 有关。动滑轮被几段绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一。即: 绳子自由端的速度与物体升高的速度的关系： v绳=nv物 拉力 F(绳子自由端)移动距离s是物体上升高度h的n倍， 即: s=nh G F 2. 滑轮组的特点 在动滑轮和定滑轮之间画一条虚线。只数与动滑轮相连的绳子，即为绳子的段数，用n表示。 ②判断滑轮组绳子段数n的方法 —— 分离法 n =2 n =3 n =4 n =5 ① ② ① ② ③ ① ② ③ ④ ① ② ③ ④ ⑤ 不能数 不能数 G = ______ h = ______ F=100N s=3m F=_____ s=_____ G=100 N h=1 m F=100 N s=______ G = ____ h=1.5 m F v= ____ 物体以0.2m/s的 速度匀速上升 300N 1m 300N 4.5m 2m 50N 【例题1】 用如图所示的滑轮组提高物体，根据已知条件，请填写空白处（不计绳重、摩擦及动滑轮自重 ）。 0.8m/s 跟踪练习 动手动脑学物理 解释图中的科学漫画。一个人要拉起比他体重大的重物，用定滑轮行吗?应该怎么办? 要拉起比自己体重大的物体，使用定滑轮不行。因为定滑轮不省力，提升动物所需的力至少要等于自己的体重。 解决的办法是，大人可以使用动滑轮提升物体。 （1）确定绕绳的有效段数 根据 F可得绳子的有效段数为n ，也可以根据 得n，计算后本着“只入不舍”的原则取整数值n，即绳子的有效段数。 例如，绳子承受的力最大为100N，利用滑轮组将重为500N的物体匀速提高（绳、滑轮的自重及摩擦不计），则可以判断绳子的有效段数至少为 n=G/F=500N/100N=5。 3. 滑轮组的组装 滑轮组的绕线方法 （2）绕绳方式的判断——“奇动偶定” 当承重的绳子段数n为偶数时，绳的起始端系在定滑轮的挂钩上；当n为奇数时，绳的起始端系在动滑轮的挂钩上。 这一原则可概括为“奇拴动，偶拴定”。简称“奇动偶定”。 n=2 n=3 n=3 n=4 n=4 n=5 3. 滑轮组的组装 （3）动滑轮个数的确定 当需要n段绳子承担物重时，需要动滑轮的个数N为 ①（n为奇数时）；②（n为偶数时） （4）定滑轮个数的确定 ①施力方向与物体运动方向相同 a. n为偶数时，定滑轮比动滑轮少一个； b. n为奇数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同。 ② 施力方向与物体运动方向相反 a. n为偶数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同； b. n为奇数时，定滑轮比动滑轮多一个。 3. 滑轮组的组装 n=5（奇数） 动滑轮的个数为 ： =2（个） 定滑轮的个数与动滑轮的相同，N=2 n=5 由图可知，物体上升的高度为0.5m，绳子自由端通过的距离为1.5m，绳子自由端通过的距离为物体上升高度的3倍，则有三段绳子拉着动滑轮。先把绳子固定在动滑轮的上面的挂钩上，然后依次连接下面的定滑轮、动滑轮、最上面的定滑轮，连接到人的手上，如图所示。 【例题1】在图中用线代表绳子，将三个滑轮连成省力的滑轮组，要求人用力往下拉绳使重物升起，且绕线符合图中要求。 跟踪练习 4. 水平方向滑轮组的特点 省力情况的判定(水平拉动重物) G f f S绳 = 2 L S绳 = 3 L G S绳:表示绳子自由端移动距离 L:物体沿水平面移动距离 f f 4. 水平方向滑轮组的特点 F . 实验表明，使用滑轮组拉重物时，若动滑轮重和摩擦不计，动滑轮被几股绳子拉住，所用的力就是物体与接触面摩擦力的几分之一。即 1 3 F＝ f f N G T 如图所示，拉力F的大小等于 。 1 n F＝ f 如图所示，物体A重G＝80N，在F＝60N拉力下匀速前进，此时物体A受到的摩擦力等于 N。（滑轮自重及绳子与滑轮的摩擦不计） A F . f T N G 1:竖直方向上有一对平衡力N和G 2:水平方向上有一对平衡力T和f G=N=80N T=f=120N 1 2 F＝ f 因为 所以 f=2F=120N 综合分析得： 120 n n n n D 跟踪练习 【例题1】 滑轮组特殊用法 滑轮组特殊用法 三、轮轴和斜面 74 1. 轮轴 除了杠杆和滑轮，简单机械家族中还有轮轴、斜面、螺旋等。 （1）轮轴 由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称为轮，小的称为轴。 轮 动力 阻力 轴 1. 轮轴 支点O R r F F2=G F1 F2 O l1 l2 r R （2）轮轴的特点 轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。如图，轮轴作为杠杆的支点在轴心0，轮半径R是动力臂，轴半径r是阻力臂。 根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2 得 FR=Gr，因为 R>r 所以 F<G 1. 轮轴 汽车的方向盘 从上边看下去，也可画成下图: 动力臂大于阻力臂——省力杠杆。 F2 l1 = R l2 = r O F1 1. 轮轴 F2 l1 = R l2 = r O F1 水龙头 从上边看下去，也可画成下图: 动力臂大于阻力臂——省力杠杆。 1. 轮轴 支点O R r F F2=G F1 F2 O l1 l2 r R 当动力作用在轮上时，轮轴是一个省力杠杆，但费距离；当动力作用在轴上时，轮轴是一个费力杠杆，但省距离。 常见的省力轮轴：方向盘、钥匙、水龙头、脚踏板、扳手、门把手 1. 轮轴 常见的费力轮轴：轮胎、电风扇 1. 轮轴 2. 斜面 （1）斜面 斜面是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。 盘山路也是斜面 使用斜面推动物体 找一张三角形的纸，按照图那样可以模拟一个盘山公路的形状。展开这张纸看一看，原来是个斜面。 （2）斜面的特点 如图所示：把重力为G的物体，沿着长为l、高为h的斜面，用大小为F的力拉上去的过程中： 根据功的原理，若不计斜面和物体间的摩擦力，则有： Fl =Gh，则沿斜面向上的推力： 如果不计摩擦，斜面长是斜面高的几倍，拉力就是物体重力的几分之一，所以斜面是一种省力的简单机械。 因为斜面长l大于高h，所以使用斜面时要费距离。 2. 斜面 2. 斜面 斜面也是一种省力机械 斜面不是杠杆 ③螺旋——特殊的斜面 螺旋可以看做是绕在圆柱上的斜面。 螺丝钉较容易被旋进木板，螺旋千斤顶能轻松把汽车顶起来，都是利用斜面的原理。除了省力，还可以将旋转运动与沿轴向运动进行互相转化。 把三角形的纸片绕在铅笔上，你可以体会到斜面变形成为螺旋的过程。 千斤顶 螺杆 木螺丝 常见的斜面：盘山公路、螺丝钉、扶梯、运货木板、斜坡 2. 斜面 跟踪练习 【例题1】图甲中的辘轳是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。提水时，辘轳可视为______杠杆，支点 是图乙中的_____点；图丙是 某种水龙头开关，为了更省力， 应选用开关___（选填①/②）。 ① 辘轳的实质是轮轴，动力作用在轮上，动力臂大于阻力臂，可以省力，属于省力杠杆；支点是绕着转动的固定点，即B点。 水龙头开关的设计也应用了轮轴，增大轮的半径可以增大动力臂，在阻力和阻力臂一定时，可以减小动力，故选择图中的①可以更省力。 省力 B 四、课堂总结 88 四、课堂总结（1） ①定义：轴固定不动的滑轮，实质是等臂杠杆. ②特点：不省力，但可以改变力的方向. ①定义：轴随物体一起运动的滑轮. ②实质：动力臂是阻力臂2倍的杠杆. ③特点：省一半力，但不能改变力的方向. ①定义：定滑轮和动滑轮组合在一起. ②特点：既可以省力又可以改变力的方向. ③省力：F＝（G动+G轮）/n. 费距离：s=nh ①组成：由具有共同转动轴的大轮和小轮组成. ②特点：能省力：F1R=F2r ③应用：自行车脚踏板、汽车方向盘、门把手等. ①特点：能省力：Fl=Gh. ②应用：盘山公路、螺丝钉的螺纹等. 滑轮组 定滑轮 滑轮 斜面 动滑轮 轮轴 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $$