初中物理人教版八年级下册第十二章 简单机械12.2 滑轮精品ppt课件

第2节   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】

滑轮组的装配及省力情况。

【自主预习】

阅读教材，完成以下问题：

1．滑轮有             和           两种。使用时，滑轮的轴固定不动的叫       滑轮；滑轮的轴与物体一起运动的叫       滑轮。

2.  使用定滑轮          省力，           省距离（均选填“能”或“不能”），但是可以改变力的       。定滑轮的实质是            杠杆。

3.  使用动滑轮的好处是            ，缺点是不能改变力的             ，且         距离。动滑轮的实质是       为

              2倍的杠杆。

4.  使用滑轮组的特点是：使用滑轮组既能             又能           。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＝______ G。如果考虑动滑轮自重为G动，则该关系为F＝________，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              。

5.  轮轴和斜面也是常见的简单机械，在使用时，省          ，费          ，属于省力机械。

【合作探究】

探究一、定滑轮和动滑轮

【看一看】观察图1所示滑轮的结构，什么是滑轮？

1.滑轮是一个周边有          ，能绕           转动的小轮。

【想一想】图2和图3中两个滑轮在使用上有什么不同?

图2国旗上升时，旗杆顶端的滑轮轴          物体一起移动，叫定滑轮。图3中的货物上升时，起重机下面的滑轮轴         物体一起移动，叫动滑轮（均选填“随”或“不随”）。

2.  滑轮有两种：定滑轮和动滑轮。

3. 定滑轮

【问题】使用定滑轮是否省力（或费力）？使用定滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？

（1）实验——探究定滑轮的特点

【设计实验】

①实验器材：铁架台、定滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计。

②把定滑轮固定在铁架台上，钩码挂在细线的一端；弹簧测力计挂在细线的另一端，用力缓慢拉动弹簧测力计向下匀速运动。记录拉力的大小、钩码上升的距离、拉力移动的距离及拉力的方向。

【进行实验】

①用弹簧测力计直接测出          的重力（图甲）。

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       h物、拉力移动的    s绳及拉力的方向（图乙）。

③如图丙所示，用弹簧测力计竖直拉升、斜着拉升，改变拉力的       ，观察拉力大小。

实验数据：

【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         。

②拉力的方向：           改变（可以/不可以）。

③拉力（绳末端）移动距离S绳与钩码上升高度h物的关系： S绳       h物.

【实验结论】使用定滑轮不省            ，不省            ，可以改变力的         。

（2）定滑轮的实质——           杠杆（等臂/不等臂）

【分析】如图甲所示，支点在轴心O处，拉力F1是动力，重物的拉力是阻力F2；两个力臂l1、l2都等于             。根据杠杆的平衡条件F1l1=F2l2，因为l1＝l2，所以F1＝F2＝G（不计摩擦）.

当改变拉力方向时，力臂不变，还是等臂杠杆，所以拉力不变 F＝G。

绳子自由端移动的距离S和物体升高的高度h的关系：S绳        h物

（3）用平衡力的知识研究定滑轮的特点

如图乙所示，在忽略摩擦的情况下，物体受到重力G和拉力F的作用。由于物体匀速上升，所以拉力F跟物体的重力G是一对            力，则：F            G。

物体向上运动，用力的方向向下，所以，使用定滑轮能改变力的          .

【归纳结论】使用定滑轮不省力，可以改变力的方向。

【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。

4.动滑轮      

【问题】使用动滑轮是否省力（或费力）？使用动滑轮是否省距离（或需要移动更大的距离）？

（1）实验探究——动滑轮的特点

【设计实验】

①实验器材：铁架台、动滑轮、细线、钩码、刻度尺、弹簧测力计

②把绳子一端固定在铁架台上，另一端通过动滑轮挂在测力计的挂钩上；钩码挂在动滑轮的轴上，用力缓慢拉动弹簧测力计竖直向上匀速运动。

记录整个过程中用力大小、钩码升高的距离及拉力移动的距离。

【进行实验】①用弹簧测力计直接测出钩码的          ；

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改变钩码的个数，重复上述实验过程。

将测量结果填入表格。

注意：单独使用动滑轮时，拉力的方向为竖直向上即物体运动的方向与拉力的方向朝向一致。

实验数据：

【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时，则拉力F=___G。

②拉力的方向：         改变（能/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         ，          （能/不能）改变力的方向，且        距离（省/费）。

（2）动滑轮的实质

动滑轮的实质是一个动力臂为阻力臂        倍的杠杆。

如图1所示，动滑轮相当于一根杠杆，支点在绳和轮相切的O处；拉力F1是动力，重物的拉力是阻力F2；动力臂l1是轮           、阻力臂l2是轮           （直径/半径）。

根据杠杆的平衡条件：F1l1=F2l2

因为l1＝2l2，所以 F1＝          F2＝         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

（3）用平衡力的知识研究动滑轮的特点

如图2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       力，则2F＝G ，所以拉力   F=        G

若考虑动滑轮的重力，忽略绳重、摩擦，由于物体匀速上升，所以四个力平衡，满足 2F＝（G + G动）

 所以拉力 F=                    .

【想想议议】这个故事中使用的是什么滑轮？为什么瘦子会被吊起来？

【分析】图中滑轮为       滑轮。

胖子对绳子的拉力         物体的重力，且胖子重力         物体重力，因此胖子可将物体通过定滑轮吊到二楼。而瘦子对绳子的拉力         物体的重力，且瘦子的重力         物体的重力，因此瘦子被吊到二楼（均选填“等于”、“大于”或“小于”）。

【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__________；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“=”）。

5. 定滑轮和动滑轮的区别

探究二、滑轮组

【问题】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. 由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组的省力与费距离情况

【想想议议】由一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组有几种组合?这样的组合各有什么特点？

【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        滑轮的轴上，乙固定在       滑轮的轴上。

②拉力的方向不同：甲通过动滑轮向          ，乙通过定滑轮向         。

【提问】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）甲滑轮组的省力与费距离的情况：

【分析】动滑轮受四个力的作用而平衡，得出               =G物，因为同一根绳子上的力        ，F1=F2=F，所以得出F=           G物。

甲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。.

【结论】拉力F=           G物，拉力移动的距离s=           h；使用该滑轮组省力费           。

（2）乙滑轮组的省力与费距离的情况

【分析】乙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=            G物；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       h。

【结论】拉力F= G物/2，拉力移动的距离s=2h。使用该滑轮组        力       距离。

3. 由两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组的省力与费距离情况

【想想议议】用两个定滑轮和两个动滑轮组成滑轮组，怎样绕绳子？有几种方法？绕线方法有什么不同？

【分析】如图所示，可以组成丙、丁所示的两个滑轮组，这两种绕线方法的不同之处：

①绳端的起点（固定点）不同，丙在        滑轮的钩上；丁在         滑轮的钩上。

②拉力的方向不同，丙中拉力的方向向        ，丁中拉力的方向向       。

（1）丙滑轮组的省力与费距离的情况（不计动滑轮重和摩擦）：

【分析】对丙动滑轮受力分析：F1+F2+ F3+ F4 =G，同一根绳子上的力相等：F1=F2= F3=F4 = F

结论：F=           G物；拉力移动的距离s=         h（4是动滑轮上绳子的段数）

（2）丁滑轮组的省力与费距离的情况（不计动滑轮重和摩擦）：

动滑轮受力分析：F1+F2+ F3+ F4 + F5=G，同一根绳子上的力相等：F1=F2= F3=F4 =F5= F

结论：F =       G；拉力移动的距离 s=       h（5是动滑轮上绳子的段数）

4. 总结：滑轮组的特点

①省力情况：若有n段绳子与动滑轮连接，则所用的力就是物重的n分之一。

即：F= G（不计绳重，动滑轮重和摩擦）。

不计绳重和摩擦但考虑滑轮重：则F=_______ G；

②费距离情况：绳子自由端移动距离s是物体上升高度h的n倍，即s=       h。

【例题3】楼下有一箱重力为300N的货物，要将它用滑轮组提到二楼（每层楼高为3m），若想最省力，应该如何绕线？计算出力的大小、人拉绳子的长度。 （不计绳重、摩擦及动滑轮自重）

【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（   ）

探究三、轮轴和斜面

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      ，小的称为      。

②轮轴省力原理

【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      力臂，轴半径r是     力臂。根据杠杆的平衡条件：F1R = F2r得：F1R = Gr，因为R        r，所以F1      G。

【结论】当动力作用在轮上时，轮轴是一个          力杠杆，但        距离（均选填“省”或“费”）。

 ③生活中的一些轮轴

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斜面省力原理

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，把重为G的物体，沿着长为l，高为h的斜面，用大小为F的力推上去的过程中：

根据功的原理，如果不计斜面和物体的摩擦，则Gh=FL，所以F=            .

【结论】斜面长是斜面高的几倍，拉力就是物体重力的            。斜面是一种省        的机械。

③螺旋——特殊的斜面

螺旋可以看做是绕在圆柱上的斜面，除了省力，还可以将旋转运动与沿轴向运动进行互相转化。          

【归纳整理】

【精讲点拨】

1. 使用滑轮组的特点：

（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＝ G。

不计绳重和摩擦但考虑滑轮重：F＝（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.

（2）滑轮组的绕绳方法：

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。

【课堂练习】

1．小刚站在地面上想要缓慢提升重物，在图1中画出一种可行的细绳绕系方案。

2.  在图2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。

3．用如图3所示的滑轮将重3 N的物体A匀速提升10 cm，如果动滑轮的重为1 N，忽略摩擦，则下列说法正确的是（　　）

A. 拉力F=1.5 N                                    B. 拉力F=2 N

C. 绳子向上移动的距离为10 cm       D. 绳子向上移动的距离为5 cm

4. 分别用图4中所示的装置甲和乙把同一重物吊到同一高度时（　　）

A．用装置甲吊起重物比用装置乙省力

B．用装置乙吊起重物比用装置甲省力

C．用装置甲或装置乙吊起重物所用拉力相同

D．用装置乙吊起重物，动力移动的距离比用装置甲小

5. 如图5所示，用大小为500 N的拉力F通过滑轮组将重为800 N的物体匀速提升10 cm，不计绳重与摩擦，拉力F移动的距离为　　 cm，动滑轮重力是　  N。

6. 如图6所示，用20 N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5 m（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15 m       B. 动滑轮重为10 N

C. 物体上升的速度为1 m/s                   D. 绳子自由端拉动的速度为6 m/s

7．物体的重力为G，用滑轮组把它提上来，在绕过滑轮组的绳子的一端所用的力是G/5，最少需要的定滑轮和动滑轮数分别为（       ）

A．两个定滑轮和两个动滑轮　

B．一个定滑轮和两个动滑轮

C．一个定滑轮和一个动滑轮　

D．两个定滑轮和一个动滑轮

8. 一名重为600 N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，已知每个滑轮的重均为20 N，绳子能够承受足够大的拉力。画出你设计的滑轮组，并求出他每次最多能够提起的建筑材料的重力。

9. 如图所示，在绳子自由端拉力F作用下重为20N的物体沿水平面以0.01 m/s的速度匀速行驶20s，受到的摩擦力为30N。拉力F=　    　N，绳子自由端拉动的速度是　　   m/s。（忽略绳子和滑轮的重力及轮与轴、绳子与滑轮间的摩擦）

10. 工人用如图所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮与钢绳间的摩擦力及绳重忽略不计。若某一次工人将重800N的建材匀速竖直向上提升了6m，所用的拉力为300N，求：

（1）动滑轮的重力；

（2）钢绳自由端移动的距离；

（3）当所运送建材的重为1100N时，工人作用在绳子上的拉力。

【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？