滑轮及其应用课件-沪科版物理八年级下学期

11.2滑轮及其应用一、生活中的滑轮现象导入（一）情境展示与思考引导图片与视频展示：播放建筑工地上塔吊吊运重物的视频，展示窗帘拉动时滑轮的转动，以及晾衣架上滑轮的使用场景。提问学生：“大家在这些场景中都看到了滑轮，那滑轮在这些工作里起到了什么作用呢？为什么在吊运很重的建筑材料时要用塔吊上复杂的滑轮组合，而拉窗帘的滑轮却很简单？”引导学生观察并思考滑轮在不同情境下的功能差异。互动讨论：组织学生进行小组讨论，分享生活中见到的其他滑轮应用实例，如旗杆顶部的滑轮、吊车的起重臂上的滑轮等，讨论这些滑轮是如何帮助人们更轻松、高效地完成工作的，从而引出本节课对滑轮及其应用的深入探究。二、滑轮的基本概念与结构（一）滑轮的定义滑轮是一个周边有槽，能够绕轴转动的小轮。它由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索（绳、胶带、钢索、链条等）组成，是一种可以绕着中心轴旋转的简单机械。在力学中，滑轮通过绳索与物体相连，当对绳索施力时，绳索与滑轮之间的摩擦力会促使滑轮绕中心轴旋转，进而实现对物体的牵拉、提升等操作。（二）滑轮的结构剖析以常见的定滑轮为例，其结构主要包括一个固定的轴，轴上安装着带有凹槽的圆盘。圆盘的凹槽用于放置绳索，确保绳索在拉动过程中不会脱离滑轮。轴被牢固地固定在某个位置，使得圆盘只能绕轴转动。而动滑轮的结构则有所不同，它的轴是可以移动的，动滑轮与被提升的物体相连，随着物体一起运动，绳索绕过动滑轮，通过拉动绳索来提升物体。滑轮的材质多样，小尺寸、承受载荷不大的滑轮（d<350mm）一般制成实体，常采用15、q235钢材或铸铁（如ht200）；受大载荷的滑轮一般采用球铁或铸钢（如zg270-500），铸成带筋和孔或带轮辐的结构；大型滑轮（d>800mm）一般用型钢和钢板焊接结构，以满足不同工作场景的强度需求。三、滑轮的分类及特点（一）定滑轮定义与实质：轴固定不动的滑轮称为定滑轮，其实质是一个等臂杠杆。动力臂L1和阻力臂L2都等于滑轮的半径，根据杠杆平衡条件F1L1=F2L2，在理想情况下（忽略摩擦），作用在定滑轮上的动力F等于阻力G，即使用定滑轮不省力。特点展示：通过实验演示，用弹簧测力计通过定滑轮拉钩码，比较使用定滑轮和不使用定滑轮时弹簧测力计的读数。可以发现，使用定滑轮时，弹簧测力计的读数与直接提升钩码时相同，证明定滑轮不省力。但改变拉力的方向，物体的运动方向也随之改变，例如向下拉绳子，物体向上移动，说明定滑轮能改变力的方向。在许多实际应用中，改变力的方向能给工作带来极大的便利，如旗杆顶端的定滑轮，人们站在地面向下拉绳子，就能轻松将旗帜升到旗杆顶部。应用实例分析：在高层建筑的施工中，工人利用定滑轮将建筑材料从地面运送到楼上。通过定滑轮改变力的方向，工人可以在较为安全、方便的位置进行操作，而无需攀爬高处直接提拉材料。再如，窗帘的拉动装置中使用定滑轮，人们可以在窗户的一侧轻松拉动窗帘，实现窗帘的开合，极大地提高了生活的便利性。（二）动滑轮定义与实质：轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮，它的实质是动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆。设动滑轮的半径为r，物体的重力为阻力G，作用在动滑轮绳子自由端的拉力为动力F，此时动力臂L1=2r，阻力臂L2=r。特点探究：同样通过实验演示，用弹簧测力计直接提升重物和通过动滑轮提升重物，记录并比较弹簧测力计的示数。实验结果表明，在理想情况下（忽略动滑轮自重和摩擦），使用动滑轮提升重物时，弹簧测力计的示数约为直接提升重物时示数的一半，即F=G/2，说明动滑轮能省力。但观察绳子自由端移动的距离和物体上升的高度会发现，绳子自由端移动的距离是物体上升高度的两倍，即s=2h，表明使用动滑轮要费距离。应用场景举例：在一些简易的起重装置中，动滑轮得到广泛应用。比如，在农村地区，农民使用动滑轮来提升水井中的水桶，通过省力的作用，即使是力气较小的人也能较为轻松地将装满水的水桶从深井中提上来。在一些小型工厂的货物搬运中，也会利用动滑轮来减轻工人搬运重物的负担，提高工作效率。（三）滑轮组定义与构成：定滑轮和动滑轮组合在一起构成滑轮组。滑轮组的构成方式多种多样，根据不同的工作需求，可以选择不同数量的定滑轮和动滑轮进行组合，既能省力又能改变力的方向。例如，一个简单的滑轮组可以由一个定滑轮和一个动滑轮组成，通过合理的绕线方式，实现省力和改变力方向的双重效果。省力特点与计算：滑轮组的省力程度取决于承担物重的绳子段数n。在理想情况下（忽略动滑轮自重、绳重和摩擦），作用在绳子自由端的拉力F=G/n，其中G为物体和动滑轮的总重力。例如，当n=3时，拉力F=G/3，即使用滑轮组可以将拉力减小为原来的三分之一，大大减轻了提升重物所需的力。同时，绳子自由端移动的距离s与物体上升高度h的关系为s=nh，如n=3时，绳子自由端移动3h的距离，物体才上升h的高度。应用案例解析：在大型港口的集装箱吊运作业中，广泛使用复杂的滑轮组。通过多个定滑轮和动滑轮组成的滑轮组，能够轻松吊起几十吨重的集装箱。滑轮组不仅省力，还可以通过巧妙的绕线方式改变力的方向，使操作人员能够在合适的位置进行操作，提高了吊运作业的安全性和效率。在建筑工地上的塔吊设备中，滑轮组也是核心部件之一，它能够将大量的建筑材料快速、稳定地吊运到不同的施工楼层，满足建筑施工的需求。四、滑轮应用中的力学原理拓展（一）滑轮与杠杆原理的联系滑轮本质上是杠杆的变形。定滑轮的支点在轴的中心，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，相当于一个等臂杠杆，所以不省力但能改变力的方向；动滑轮的支点在绳子与滑轮边缘的接触点，动力臂是滑轮直径，阻力臂是滑轮半径，是动力臂为阻力臂二倍的省力杠杆，因此能省力但费距离。这种将滑轮与杠杆原理紧密联系的理解方式，有助于学生从更本质的力学原理层面去认识滑轮的工作机制，深化对力学知识体系的理解。（二）滑轮应用中的摩擦力与效率问题在实际使用滑轮时，摩擦力是不可忽视的因素。滑轮的轴与支撑结构之间、绳索与滑轮凹槽之间都会存在摩擦力。摩擦力的存在会导致额外功的产生，降低滑轮系统的机械效率。为了减小摩擦力，提高滑轮的使用效率，可以在滑轮的轴上添加润滑油，减小轴与支撑结构之间的摩擦；选择表面光滑、质地柔软的绳索，并确保绳索与滑轮凹槽良好匹配，以减小绳索与滑轮之间的摩擦。同时，合理选择滑轮的材质和结构，也能在一定程度上减小摩擦力对滑轮系统的影响，使滑轮在实际应用中更加高效地工作。五、课堂练习（一）基础题下列关于定滑轮的说法中，正确的是（

）A.定滑轮能省力B.定滑轮能省距离C.定滑轮能改变力的方向D.定滑轮实质是省力杠杆（答案：C，解析：定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不省距离，但能改变力的方向，C正确，A、B、D错误）用一个动滑轮提升重为100N的物体，若不计动滑轮重和摩擦，绳子自由端的拉力为（

）A.100NB.50NC.200ND.25N（答案：B，解析：在理想情况下（不计动滑轮重和摩擦），动滑轮省力一半，拉力F=G/2=100N÷2=50N，B正确）（二）提升题如图所示的滑轮组，用200N的拉力在10s内将重为500N的物体匀速提升了2m，不计绳重和摩擦，求：（1）动滑轮的重力；（2）拉力的功率；（3）滑轮组的机械效率。（答案：（1）由F=(G+G动)/n（n为承担物重的绳子段数，此滑轮组n=3）可得，G动=3F-G=3×200N-500N=100N；（2）绳子自由端移动的距离s=nh=3×2m=6m，拉力做的功W总=Fs=200N×6m=1200J，拉力的功率P=W总/t=1200J÷10s=120W；（3）有用功W有=Gh=500N×2m=1000J，滑轮组的机械效率η=W有/W总

×100%=1000J÷1200J×100%≈83.3%）在生活中，我们常常看到工人利用滑轮组来提升重物。请举例说明一个具体的应用场景，并分析在这个场景中滑轮组是如何实现省力和改变力的方向的。（答案：例如建筑工地上用滑轮组吊运建筑材料。假设滑轮组由两个定滑轮和两个动滑轮组成，承担物重的绳子段数n=5。工人通过向下拉绳子，利用滑轮组省力，拉力F=(G+G动)/n（G为建筑材料重力，G动为动滑轮重力），相比直接提升重物，所需拉力大大减小。同时，向下拉绳子使物体向上运动，改变了力的方向，方便工人在地面操作提升高处的重物）六、课后作业实践作业：家庭小实验：①利用家中的物品（如纸盒、绳子、铅笔等）制作一个简易的定滑轮和动滑轮，并分别用它们来提升一些较轻的物体（如装满书的书包），感受定滑轮和动滑轮在使用过程中的不同特点，如是否省力、力的方向是否改变等，并记录实验现象。②尝试将制作好的定滑轮和动滑轮组合成一个简单的滑轮组，用它来提升更重的物体，观察滑轮组的省力效果和绳子自由端移动距离与物体上升高度的关系，思考如何通过改变滑轮组的绕线方式来进一步优化其性能。生活观察：观察生活中至少3个不同的滑轮应用实例（如电梯的升降系统、窗帘的拉动装置、自行车的变速系统等），分析这些滑轮在实际工作中属于定滑轮、动滑轮还是滑轮组，并记录它们在各自场景中所起到的具体作用，如省力、改变力的方向、提高工作效率等，以图文并茂的形式整理成一份观察报告。书面作业：完成课本对应练习题，重点练习“滑轮的特点分析”“滑轮组的省力计算”“滑轮应用中的力学原理阐述”相关题目，巩固对滑轮及其应用知识的理解，为后续学习复杂机械的相关内容做好准备。同时，思考在实际应用中，如何根据具体的工作需求选择最合适的滑轮类型和组合方式，以实现最佳的工作效果和经济效益。沪科版2024版物理八年级全册授课教师：

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11.2滑轮及其应用第十一章

机械与人

aiTujmiaNg线槽轴小轮1.滑轮结构挂钩线槽轴小轮挂钩1.滑轮结构2.轴固定不动的滑轮叫定滑轮。3.探究：定滑轮的特点。不省力也不能省距离，但可改变力的方向。“改变力的方向”指：施加某一方向的力，能得到一个与该力的方向不同的力。3.探究：定滑轮的特点。4.实质：等臂杠杆。1.轴心移动的滑轮叫动滑轮。2.实质：动力臂是阻力臂两倍的杠杆。⑴省一半的力，即，或：或(1)省一半的力，即，用如图所示的装置拉起G=100N的重物，不摩擦、绳重和滑轮重，拉力F为______N。G=100N(1)省一半的力，即，(4)不能改变力的方向：(2)自由端移动距离()是轴心移动距离()的____倍。两(3)自由端移动速度()是轴心移动速度()的____倍。两自由端拉力方向与轴心受力方向相反。例：在竖直方向上大小为1200N的力F的作用下，重为500N物体A沿竖直方向以0.4m/s的速度匀速上升。求，(1)动滑轮上升的速度。(2)动滑轮的重。1.定义：定滑轮和动滑轮的组合。2.绳子段数(n)为动滑轮上的绳子。奇动偶定；3.绕线方法：动定交替绕线。可省力、可改变力的方向。或，n=2×绕线动滑轮数,n=2×绕线动滑轮数+1例：如图所示，物重100N，不计摩擦、绳重及动滑轮重，求拉力F的大小。解：例：如图所示，物重100N，动滑轮重20N,不计摩擦、绳重，求拉力F的大小。解：例：如图所示，物重100N，拉力F为70N，不计摩擦、绳重，求动滑轮重。解：例：在F＝200N的拉力作用下，A以2m/s的速度沿水平面做匀速直线运动2min，滑轮组克服摩擦做功的功率为960W，(忽略绳子和滑轮的重力)求，(1)地面对物体的摩擦力。(2)拉力F做的功。解：(1）(2)1星题

知识过关

定滑轮及其工作特点1.[2024·天津中考]

高高的旗杆矗立在操场上。旗手缓缓向下拉绳子，旗子就会徐徐上升。这是因为旗杆顶部有一个滑轮，关于该滑轮的说法正确的是(

)

DA.它是动滑轮

B.利用它可以省力C.利用它可以省距离

D.利用它可以改变力的方向2.在探究定滑轮特点时，小华做的实验如图所示，由数据可知：使用定滑轮不______，原因是定滑轮本质上是______(填“等臂”“省力”或“费力”)杠杆。省力等臂(第2题)(第3题)

200不变

600

动滑轮及其工作特点

省力(第4题)(第5题)

202(第6题)

50100

(第7题)7.[2024·合肥期中]

小明同学在“研究动滑轮特点”的实验