12.2 滑轮（导学案）-八年级物理下册同步备课系列（人教版）【教师版】

12.2滑轮（导学案）【学习目标】1.认识定滑轮和动滑轮。2.知道定滑轮、动滑轮的特点，并能根据需要选择合适的滑轮解决实际问题。3.会安装滑轮组，并能根据安装情况分析施加的拉力大小与物重的关系。【学习重点】研究定滑轮和动滑轮的特点。【学习难点】滑轮组。【自主预习】阅读教材，完成以下问题：1．滑轮有定滑轮和动滑轮两种。使用时，滑轮的轴固定不动的叫定滑轮；滑轮的轴与物体一起运动的叫动滑轮。2.使用定滑轮不能省力，不能省距离（均选填“能”或“不能”），但是可以改变力的方向，定滑轮的实质是等臂杠杆。3.使用动滑轮的好处是省力，缺点是不能改变力的方向，且费距离。动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆。4.使用滑轮组的特点是：使用滑轮组既能省力又能改变力的方向。若承担物重的绳子股数为n，不考虑动滑轮重和摩擦，则拉力F与物重G之间的关系为F＝EQ\F(1,n)G。如果考虑动滑轮自重为G动，则该关系为F＝EQ\F(1,n)（G+G动），绳子自由端移动的距离s和重物提升的高度h之间的关系为s=nh。5.轮轴和斜面也是常见的简单机械，在使用时，省力，费距离（均选填“力”或“距离”），属于省力机械。【合作探究】探究一、定滑轮和动滑轮1.滑轮观察滑轮的结构，想一想，什么是滑轮？滑轮（1）滑轮是一个周边有槽，能绕轴转动的小轮。【想一想】旗杆顶部的滑轮与起重机下面吊物体的滑轮，它们在使用上有什么不同呢?【分析】国旗上升时，旗杆顶端的滑轮轴不随物体一起移动，叫定滑轮。货物上升时，起重机下面的滑轮轴随物体一起移动，叫动滑轮。（2）滑轮的分类滑轮有两种：定滑轮和动滑轮。定滑轮动滑轮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。2.定滑轮（1）实验：探究定滑轮的特点【提出问题】①使用定滑轮是否省力（或更费力）？②使用定滑轮是否省距离（或费距离）？③什么情况下使用定滑轮?【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。【实验器材】铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计。【进行实验】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。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。⑤数据记录物重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/m1竖直向上0.51竖直向下0.51竖直向上0.41斜向下0.41竖直向上0.61竖直向下0.6【分析论证】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【实验结论】使用定滑轮不省力，不省距离，可以改变力的方向。（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。根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，因为l1＝l2，所以F1＝F2（不计摩擦）。改变拉力方向，力臂不变，F＝G。所以使用定滑轮，无论拉力方向怎样改变，拉力的大小不变。绳子自由端移动的距离S和物体升高的高度h相等：S绳=h物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。（3）用平衡力的知识研究定滑轮的特点如图，在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F作用，由于物体匀速上升，所以拉力F跟物体的重力G是一对平衡力，大小相等，即F=G。物体向上运动，用力的方向却是向下，所以，使用定滑轮能改变力的方向。结论：使用定滑轮不省力，可以改变力的方向。物体受到平衡力例题1图【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，则三个力的大小关系是

。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。【答案】①拉力、重力；②F1=F2=F3；③可以改变力的方向。【解析】①用如图甲所示装置研究定滑轮的特点，需要测量的物理量是弹簧测力计对绳子末端的拉力和物体的重力；②图乙是一个定滑轮，使用定滑轮不省力，所以F1=F2=F3；③定滑轮可以改变力的方向，能够方便我们升降国旗。3.动滑轮（1）实验：探究动滑轮的特点【提出问题】①使用动滑轮是否省力（或更费力）？②使用动滑轮是否省距离（或费距离）？③什么情况下使用动滑轮?【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。【实验器材】铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计。【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。实验数据：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/m2竖直向上0.41.1竖直向下0.82竖直向上0.31.2竖直向下0.61竖直向上0.20.6竖直向下0.4【分析论证】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（选填“能”或：不能）。③拉力（绳末端）移动距离S与钩码上升高度h的关系：s绳=2h物。【归纳结论】使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向，且费距离。（2）用滑轮是杠杆的变形研究动滑轮的特点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倍的杠杆。如图甲所示，定滑轮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，根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2：因为l1＝2l2，所以F1＝EQ\F(1,2)F2＝EQ\F(1,2)G（不计摩擦和动滑轮重）绳子自由端移动的距离S绳和物体升高的高度h物的关系：s绳=2h物甲乙（3）用平衡力的知识研究动滑轮的特点如图乙所示，在忽略动滑轮的重力和摩擦的情况下，物体受到重力G和两段绳子的两个拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以两个拉力F跟物体的重力G是平衡力。则2F＝G，F=EQ\F(1,2)G。若考虑动滑轮的重力，忽略绳重、摩擦的情况下，由于物体匀速上升，所以四个力平衡，满足：2F＝（G+G动），所以F=EQ\F(1,2)（G+G动）。【例题2】一辆小汽车陷进了泥潭，司机按如图所示的甲、乙两种方式安装滑轮，均能将小汽车从泥潭中拉出，甲方式中滑轮的作用是改变力的方向；设两种方式将汽车拉出的最小力分别是F1、F2，则F1＞F2（均选填“＞”、“＜”或“=”）。【解析】甲方式中的滑轮是一个定滑轮，不省力，可以改变力的方向。乙方式中的滑轮是一个动滑轮，省力，不能改变力的方向。汽车受到的阻力为f是不变的，则F1=f，F2=f/2，所以F1＞F2.探究二、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？（1）滑轮组：把定滑轮和动滑轮组合在一起，就构成了滑轮组。（2）两种简单的滑轮组【想一想】由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组有几种组合?【分析】可以组成甲、乙所示的两个滑轮组，这两种绕线方法的不同之处：①绳端的固定点不同：甲固定在动滑轮的轴上，乙固定在定滑轮的轴上；②拉力的方向不同：甲通过动滑轮向上，乙通过定滑轮向下。滑轮组的特点（1）理论分析甲滑轮组的特点①用力情况：如图甲所示，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=EQ\F(1,2)G（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。（2）理论分析乙滑轮组（见上图）的特点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=EQ\F(1,3)G（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.（3）两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组【想一想】利用两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组，怎样绕绳子？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？①有两种组合：可以组成如图丙、丁所示的两个滑轮组，这两种绕线方法的不同之处：一是绳端的起点（固定点）不同，丙在定滑轮的钩上，丁在动滑轮的钩上。二是拉力的方向不同，丙中拉力的方向向下，丁中拉力的方向向上。②分析两个滑轮组的特点（不计动滑轮重和摩擦）如图丙所示，承担物重的绳子段数为4，所以拉力F=EQ\F(1,4)G，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（选填“承担”或“不承担”）。F=EQ\F(1,4)G4如图丁所示，最后那段从下面的动滑轮绕上来的绳子起到承担物重的作用（选填“承担”或“不承担”），承担物重的绳子段数为5，所以拉力F=EQ\F(1,5)G。F=EQ\F(1,5)G（4）确定承担物重绳子段数n的方法（“分离法”）在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线，只考虑与动滑轮相连的绳子段数。如图甲所示的滑轮组中，绳子段数为n=4，则F=EQ\F(1,4)G，s=4h；图乙所示的滑轮组中，与动滑轮相连的绳子段数为n=5，则F=EQ\F(1,5)G，s=5h。温馨提示：n是连接动滑轮的绳子段数。3.滑轮组的组装（2）绕绳方式的判断——“奇动偶定”如下图所示，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”。（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①N=n-12（n为奇数时）；②N（4）定滑轮个数的确定①施力方向向上（与物体运动方向相同）n为偶数时，定滑轮比动滑轮少一个；n为奇数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同。②施力方向向下（与物体运动方向相反）n为偶数时，定滑轮的个数和动滑轮的相同；n为奇数时，定滑轮比动滑轮多一个。nn=5（奇数）动滑轮的个数为：N=n定滑轮的个数与动滑轮的相同，N=2（个）【例题3】利用图中的滑轮组，用200N向下的拉力将重为800N的物体匀速提升到高处（绳、滑轮的自重及摩擦不计），请在滑轮组上画出绳的绕法。【答案】见右图。【解析】用200N向下的拉力将重为800N的物体匀速提升，绳、滑轮的自重及摩擦不计，此滑轮组承担物重的绳子的段数为n=G/F=800N/200N=4根据偶定奇动，用力方向向下，如图所示。【例题4】分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是（A）ABCDABCD【解析】A．承重绳子的段数n=3，则拉力F1＝EQ\F(1,3)GB．承重绳子的段数n=2，则拉力F2＝EQ\F(1,2)GC．定滑轮相当于等臂杠杆，则拉力F3=D．动滑轮相当于省力杠杆，则拉力F4＝EQ\F(1,2)G综上，四种装置匀速提升同一重物，最省力的是A中的装置。探究三、轮轴和斜面除了杠杆和滑轮，简单机械家族中还有轮轴、斜面、螺旋等。1.轮轴（1）轮轴的组成：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。（2）轮轴的特点【分析】轮轴可以看成一个可连续转动的不等臂杠杆。如图所示，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F1R=F2r得：F1R=Gr，因为R>r，所以F1<G。（选填“>”或“<”）【结论】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。（3）生活中的一些轮轴例如，水龙头的开关、门把手、自行车的脚踏板、自行车的手把等。2.斜面（1）斜面：是一个与水平面成一定夹角的的倾斜平面。（2）斜面的特点通过斜面将一个大箱子推进车厢，通常要比把箱子直接从地面搬到车厢省力。【分析】如图所示，把重为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，如果不计斜面和物体的摩擦，则FL=Gh，所以F=Gh/L【结论】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机械。因为斜面长l大于高h，所以使用斜面时要费距离。【例题5】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）。【答案】省力，B，①。【解析】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。【归纳整理】第2节滑轮【精讲点拨】1.滑轮组的特点（1）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：不计动滑轮重、绳重和摩擦：F＝EQ\F(1,n)G。不计绳重和摩擦但考虑滑轮重：F＝EQ\F(1,n)（G+G动）。（2）绳子自由端移动距离s是物体上升高度h的n倍，即：s=nh.（3）绳子自由端的速度与被物体的速度的关系：v绳=nv物2.滑轮组的组装（1）确定绳子的段数：n=EQ\F(G,F)=EQ\F(s,h)（2）滑轮组的绕绳方法——“奇动偶定”当承重绳子的段数n为奇数时，绳子的固定端在动滑轮上；当承重绳子的段数n为偶数时，绳子的固定端在定滑轮上。（3）动滑轮个数N的确定①N=EQ\F(（n-1）,2)（n为奇数）；②N=EQ\F(n,2)（n为偶数）。（4）定滑轮个数的确定①n为偶数：当施力方向与物体运动方向相同时，定滑轮比动滑轮少一个；施力方向与物体运动方向相反时，定滑轮的个数和动滑轮的相同。②n为奇数：当施力方向与物体运动方向相同时，定滑轮的个数和动滑轮的相同；施力方向与物体运动方向相反时，定滑轮比动滑轮多一个。【课堂练习】1．如图所示，甲、乙两人将同一物体拉到楼顶上，不计滑轮重力和摩擦，下列说法正确的是（）A．甲、乙两人用力一样大B．甲使绳索移动的距离大于乙使绳索移动的距离C．乙用力比甲小D．甲乙使绳索移动的距离相等【答案】C【详解】AC．由甲乙两图可知，甲图的滑轮是定滑轮，乙图的滑轮是动滑轮，不计滑轮重和摩擦，则甲的拉力等于物体重力，乙的拉力等于物体重力的1/2，所以乙用力比甲小，故A错误，C正确；BD．将同一物体拉到楼顶，即物体上升高度相同，甲使绳索移动距离等于物体上升的高度，乙使绳索移动距离等于物体上升高度的两倍，所以甲使绳索移动的距离小于乙使绳索移动的距离，故BD错误。故选C。2.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。【答案】右图。【解析】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。3．用如图所示的滑轮将重3N的物体A匀速提升10cm，如果动滑轮的重为1N，忽略摩擦，则下列说法正确的是（）A.拉力F=1.5NB.拉力F=2NC.绳子向上移动的距离为10cmD.绳子向上移动的距离为5cm【答案】B。【解析】这是一个动滑轮，不计摩擦，所用拉力是物重与动滑轮重力之和的二分之一，即F＝EQ\F(1,2)（G+G动）＝EQ\F(1,2)（3N+1N）=2N绳子自由端移动的距离是物体升高距离的2倍，为20cm。所以选B。第3题图第4题图4.如图甲，方向盘相当于一个轮轴，若F1＝20N，轮盘的半径为20cm，轴的半径为2cm，不计摩擦阻力，该轮轴平衡时F2＝_____N．如图乙，门锁的把手相当于一个______（选填“省力”或“费力”）轮轴。【答案】200，省力。【解析】由题知，F1＝20N，盘的半径R＝20cm，轴的半径r＝2cm，轮轴的实质是杠杆的变形，根据杠杆的平衡条件可得F1R＝F2rF门锁的把手，外轮半径大于轴半径，动力作用在轮上，相当于一个省力轮轴。5.如图所示，用20N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5m（不计绳重和摩擦）。则下列说法不正确的是（）A.绳子自由端移动的距离为15mB.动滑轮重为10NC.物体上升的速度为1m/sD.绳子自由端拉动的速度为6m/s【答案】D.【解析】A.由图知n=3，绳子自由端移动距离s=3h=3×5m=15m，故A正确；B.不计绳重和摩擦，拉力F=(G+G动)/3，则动滑轮的重力：G动=3F-G=3×20N-50N=10N，故B正确；CD.物体上升的速度v物=h/t=5m/5s=1m/s，绳子自由端拉动的速度：v=3v物=3×1m/s=3m/s，故C正确、D错误。所以选D。第5题图第6题图6.一名重为600N的建筑工人想把建筑材料提升至楼顶。请你利用三个滑轮帮他组装一个滑轮组，使站在地面上的他每次能够提升尽可能多的建筑材料，已知