滑轮的认知
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起重设备上的滑轮组
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定
滑
轮
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特征:
1. 轮的边缘有槽;
2. 轮可以转动, 轴固定不动;
3. 利用绳索拉起重物;
4. 能改变用力的方向.
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受力分析:
1. 同一条绳索上任意一点受力大小是相同的;
2. 由于绳子能任意弯曲, 所以力方向可以改变;
3. 我们把动力作用在绳子上的一端叫做自由端, 实验表明, 在匀速或静止状态下, 动力和阻力的大小是相同的.
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动
滑
轮
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特征:
1. 绳子的一端被固定, 滑轮是沿固定的绳子滚动, 所以滑轮与固定绳端的接触点是支点;
2. 滑轮不仅转动, 而且还随着绳子一起上下移动;
3. 动力与克服阻力的方向一致, 所以动滑轮不能改变用力方向.
4. 由于阻力F2随滑轮一起移动, 所以滑轮受到的重力也是阻力的一部分.
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受力分析:
1. 重物(阻力)是作用在滑轮轴上的; 所以阻力的力臂是轮半径R;
2. 动力作用在滑轮的绳子自由端, 动力的力臂为2R;
根据杠杆原理, 不计滑轮的重力时, 使用动滑轮最多省一半力.
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定滑轮的杠杆原理
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等臂杠杆:
, 即:
;
其中: s为绳子端的移动距离,
h为物体移动距离.
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动滑轮的杠杆原理
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省力杠杆:
,
即:
;
其中: s为绳子端的移动距离,
h为物体移动距离.
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反拉滑轮模型
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受力分析:
费力省距离: ;
其中: s为绳子端的移动距离, h为物体移动距离.
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水平滑轮问题
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;
;
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;
;
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;
;
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☆ 教师引例: 升国旗时, 人站在地面拉动绳子, 能够让国旗升到旗杆的顶端, 旗杆顶端用到的简单机械是 .
【答案】定滑轮
【例1】 如图所示是小海同学“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验装置. 他按如图所示提起钩码时注意保持测力计匀速移动, 分别测得一组数据如下表所示.
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钩码重G/N
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钩码升高高度h/m
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测力计示数F/N
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测力计移动距离S/m
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甲
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0.98
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0.2
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0.98
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0.2
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乙
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0.98
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0.2
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1.02
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0.2
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丙
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0.98
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0.2
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0.55
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0.4
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请你分析:
(1) 比较测力计拉力的方向, 可知: 使用定滑轮的好处是 ;
(2) 比较测力计示数的大小, 可知: 使用动滑轮的好处是 ;
(3) 把钩码升高相同的高度, 比较乙和丙实验测力计移动的距离, 可知: 使用动滑轮 ;
(4) 在提升重物的过程中, 如果要同时兼顾定滑轮和动滑轮的特点, 则应选择
;
【答案】(1) 可以改变力的方向 .(2) 能省力
(3) 费距离(移动更多距离) (4) 由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组
【例2】 如图所示, 通过定滑轮匀速提起重物G时, 向三个方向拉动的力分别为F1、F2、F3, 则三个力大小关系是 ( )
A. F1最大 B. F2最大 C. F3最大 D. 一样大
【答案】D
【例3】 采用了如图所示的两种方法将同一物体提升同样的高度. 已知物体所受重力为20N, 每个滑轮重力均为5N, 物体在10s内被提升的高度均为2m. 不计绳重和摩擦:
(1) 人在绳子端所用力分别为F1和F2, 则F1= N, F2= N;
(2) 绳子自由端移动的距离分别为s1和s2, 则s1= m, s2= m;
(3) 绳子自由端移动的速度分别为v1和v2, 则v1= m/s, v2= m/s.
【答案】(1) 20; 12.5 (2) 2; 4 (3) 0.2; 0.4
【例4】 如图所示, 放在水平地面上的物体所受重力为G, 系着它的一根轻绳竖直绕过转轴光滑的滑轮, 绳子的另一端受的拉力为F, 地面对物体的支持力为N. 下面关于这三个力的大小关系正确的是 ( )
A. B.
C. D.
【答案】D
