粤沪版八年级下册第六章 力和机械6 探究滑轮的作用优秀学案设计
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知识精讲
知识点01 滑轮的分类
1.定滑轮:使用滑轮时,轴的位置固定不动的滑轮称为定滑轮.
2.动滑轮:轴的位置与重物一起移动的滑轮称为动滑轮.
【即学即练1】如图6-6-1所示,下列滑轮分别是什么滑轮?
【答案】定滑轮;定滑轮;定滑轮;动滑轮.
知识点02 定滑轮和动滑轮的特点
1.定滑轮:定滑轮实质上是一个等臂杠杆,使用它不省力,但可以改变拉力的方向.
2.动滑轮:动滑轮是一个动力臂是阻力臂2倍的省力杆杆,使用动滑轮时能省一半的力,但是不能改变拉力的方向.
【即学即练1】小明利用如图6-6-2所示的简单机械移动物体A时,当沿不同方向分别用F1、F2、F3的力,以不同速度匀速拉动物体时,忽略绳子与滑轮的摩擦,关于三个力的大小,下列说法正确的是( )
F1最小 B.F2最小 C.F3最小 D.一样大
【答案】由图可知,图中滑轮是定滑轮,定滑轮不能省力,因为物体A匀速运动,所以F1、F2、F3都与物体A受到地面的摩擦力相等,所以三种拉法所用拉力一样大,故A、B、C错误;D正确.
知识点03 滑轮组
1、根据你所掌握的滑轮知识,完成下列表格:
【即学即练1】如图所示的各种情况中,用同样大小的力F将重物匀速提升,若不计摩擦及绳与滑轮的重力,物重最大的是( )
【答案】【解析】在A中,拉力是物体重力的一半,即F= eq \f(G物,2) ,所以G物=2F;在B中,拉力等于物体重力,G物=F;在C中,拉力等于物体重力的 eq \f(1,3) ,即F= eq \f(G物,3) ,所以G物=3F;在D中,拉力是物体重力的一半,即F= eq \f(G物,2) ,所以G物=2F.所以物体重力最大的是C.
答案:C.
知识点04 滑轮组的组装
1、组装滑轮组的方法:首先根据公式n= eq \f(G物+G动,F) 求出绳子的股数,然后根据“奇动偶定”的原则,结合题目的具体要求组装滑轮.
2、如图6-6-17,写出加在绳子末端的力F与滑轮所提重物的重力G之间的关系及绳子末端移动的距离s和重物提升的高度h之间的关系.(不计摩擦及绳与滑轮的重力)
【答案】
【即学即练4】如图所示,人站在地面上通过滑轮组向下用力提升重物,请用笔画线组装滑轮组.
【解析】如上图
分层提分
【基础训练】
1.如图,在不计摩擦的情况下,要将物体匀速提升,则F1,F2,F3的大小关系是( )
A.F1方向的拉力最小
B.F2方向的拉力最小
C.F3方向的拉力最小
D.三个方向的拉力都一样大
【解答】解:由图可知,此装置为定滑轮,在不计摩擦的情况下,使用定滑轮可以改变力的方向但不能改变力的大小,则F1=F2=F3=G。
2.某工厂要提升一个笨重的零件,一位工人设计了图示的四种方案,不计机械重力、不计绳重和摩擦,其中最省力的是( )
B.C. D.
【解答】解:不计机械重力、不计绳重和摩擦:
A、用绳子直接拉物体,绳子拉力等于物体重力,F=G物;
B、动滑轮上有两根绳子承担物体的重力,n=2,F=G物;
C、定滑轮不能省力,绳子拉力等于物体重力,F=G物;
D、动滑轮上有两根绳子承担物体的重力,n=3,F=G物;
故D中拉力最小,最为省力。
3.用如图所示的滑轮将重5N的物体匀速提升10cm,如果动滑轮的重为1N,说法正确的是( )
A.拉力F一定为3N
B.绳子向上移动的距离为20cm
C.拉力F一定为6N
D.绳子向上移动的距离为10cm
【解答】解:图中动滑轮一共有两根绳子承担物重,n=2:F===3N,但题干中并未说明忽略绳子的重力和摩擦,所以拉力应大于3N,但也不一定等于6N,故AC错误;绳子自由段移动的距离s=nh=2×0.1m=0.2m=20cm,故B正确,D错误。
4.人站在地面上用滑轮组将放在水平地面上的重物G提起,在图中画出滑轮组的绕法。
【解答】
5.利用如图所示的动滑轮(重0.5N)提升钩码时,不能证明使用动滑轮能省力的操作是( )
A.竖直匀速提升0.5N的钩码
B.竖直匀速提升1.0N的钩码
C.竖直匀速提升1.5N的钩码
D.竖直匀速提升2.0N的钩码
【解答】解:使用如图所示动滑轮提升钩码时,若不计绳重及摩擦,绳端拉力为:F=(G+G动);
当钩码重力G≤G动时,F≥G,即当动滑轮重力大于或等于物体的重力时,不能证明使用动滑轮能省力;
因为动滑轮重0.5N,所以提升钩码重力小于或等于0.5N时不能证明;
6.若用滑轮组提升物体,且提升的物体重力大于动滑轮重力。则关于滑轮组的叙述,较全面的是( )
A.一定省力,又能改变力的方向
B.一定省力,但不能改变力的方向
C.不一定省力,但一定能改变力的方向
D.一定省力,是否改变力的方向要具体分析
【解答】解:
A、如右图所示,滑轮组有三段绳子,力的方向向上,因此可以省力但不能改变力的方向。故A不符合题意。
B、如左图所示,滑轮组有两段绳子,力的方向向下,因此可以省力,同时能改变力的方向。故B不符合题意。
C、左图滑轮组能省力、能改变力的方向;右图滑轮组能省力,不能改变力的方向。故C不符合题意。
D、因为提升的物体重力大于动滑轮重力,则使用滑轮组一定省力,是否改变力的方向要具体分析,故D符合题意。
7.如图所示的滑轮组提升100N的重物,两个相同的滑轮的重力均为20N,不计绳重和轮与轴的摩擦,则下列说法正确的是( )
A.自由端拉力F为40N
B.若物体上移0.5m,则自由端移动1m
C.顶部与定滑轮相连的绳子拉力为140N
D.若自由端拉绳子的速度为0.2m/s,物体移动的速度为0.4m/s
【解答】解:A、由图可知,绳子的有效段数n=2,因为考虑动滑轮的重,而不考虑摩擦力,自由端拉力 F=(G动+G物)=×(100N+20N)=60N,故A错误;
B、动滑轮上n=2,则绳子自由端移动的距离为:s=nh=2×0.5m=1m,故B正确;
C、对于定滑轮,其顶部与定滑轮相连的绳子拉力与定滑轮下端三段绳子的拉力及定滑轮自身重力平衡,所以顶部绳子拉力为F′=3F+G定=3×60N+20N=200N,故C错误;
D、绳子自由端移动的速度与物体移动速度的关系为:v绳=nv物,若自由端拉绳子的速度为0.2m/s,则物体上升速度为:v物=v绳==0.1m/s,故D错误。
8.如图所示,G=100N,G动=10N,用力F将重物G以0.1m/s的速度匀速提升,则所需拉力F及力F拉绳的速度v分别为(不计摩擦)( )
A.50N,0.2m/s B.5.5N,0.2 m/s
C.200N,0.05 m/s D.210N,0.05 m/s
【解答】解:图中动滑轮一共有两根绳子承担重力,n=2,拉力F=nG+G动=2×100N+10N=210N;绳子自由端移动的速度与拉力移动速度的关系为:vG=nvF,得vF=vG=×0.1m/s=0.05m/s,D选项符合题意。
9.用如图所示的滑轮组,将重为5N的物体A匀速提升,已知动滑轮重为1N,不计绳重和摩擦,则作用在绳端竖直向下的拉力F的大小为( )
A.6NB.2N
C.3.5ND.3N
【解答】解:由图知,n=2,不计绳重和摩擦,拉力:
F=(G+G动)=×(5N+1N)=3N。
分层提分
【能力提高】
1.如图所示,将重为G的物体A挂在滑轮组下,若要使物体A处于静止状态(不计绳重、滑轮重和摩擦),则虚线框内悬挂的物体重为( )
A.0.5GB.G
C.2GD.3G
【解答】解:
由图知,n=2,不计绳重、滑轮重和摩擦,则绳子自由端的拉力F=G物,
而A物体静止,由二力平衡条件可得F=G,
所以虚线框内悬挂的物体重:G物=2G,故ABD错误、C正确。
2.在探究使用滑轮组时拉力与物重的关系活动中,瑞瑞同学在与动滑轮相切的细绳上作一标记A,如图甲所示。然后用大小为F的拉力匀速竖直向上提升总重为G的钩码,当钩码上升的高度为H时,瑞瑞同学在与动滑轮相切的细绳上作另一标记B,并测得AB两点间的距离为2H,如图乙所示。则以下物理量正确的是( )
A.拉力F=G B.拉力F=G
C.绳自由端移动距离为2H D.绳自由端移动距离为3H
【解答】解:CD、由图可知,物体的重由三段绳子承担,钩码升高H,则绳子自由端移动的距离为:s=3H,故C错误,D正确;
AB、若不计摩擦和绳重,则绳端的拉力F=(G+G轮),故AB错误。
3.如图所示为我国第一部物理学著作《远西奇器图说》所记载的一机械装置,书中对小球A、B的质量大小关系作出了正确的推测。若小球A的质量为10克,不考虑摩擦和绳重,则两小球匀速移动时,小球B的质量可能为( )
A.14克B.12克C.10克D.8克
【解答】解:不考虑摩擦和绳重,定滑轮即不省力又不省距离,则绳子对A的拉力等于B的重力,当B下降时,B下降的高度hB等于A沿斜面上升的距离LA大于A竖直上升的高度hA,根据功的原理可知,重力对B做的功等于绳子的拉力对A做的功,也等于克服A的重力做的功,即mAghA=mBghB,因为hA<hB,所以mA>mB,因此B的质量肯定小于10g。
4、如图所示,物重为G的物体在不同简单机械中处于平衡状态(不计机械自重和摩擦),拉力F1、F2、F3、F4四个力中最小的是( )
A.F1B.F2C.F3D.F4
【解答】解:
不计机械自重和摩擦。
由第一个图可知,L1=L2,由杠杆平衡条件可得F1=G;
由第二个图可知,使用的滑轮组n=3,F2=G;
由第三个图可知,使用动滑轮,动力作用在轴上,F3=2G;
由第四个图可知,使用的斜面=sin30°=,因为FL=Gh,所以F4=G。
可见,F2<F4<F1<F3。
故选:B。
5.如图所示,甲、乙两个滑轮组通过细绳悬挂在天花板上,用滑轮组匀速提升重为600N的物体时,悬挂甲、乙两滑轮组的细绳所受的拉力分别为F甲、F乙,已知每个滑轮重30N,不计绳重及滑轮轴间的摩擦,则拉力F甲、F乙的大小分别为( )
A.F甲=630N,F乙=630NB.F甲=660N,F乙=660N
C.F甲=900N,F乙=975ND.F甲=975N,F乙=900N
【解答】解:观察滑轮组可知,左图承担总重的绳子股数n1=3,右图承担总重的绳子股数n2=2,
不计绳重及滑轮轴间的摩擦,绳端的拉力为:
F1=(G1+G动)=×(600N+30N)=210N;
F2=(G2+G动)=×(600N+30N)=315N;
同一滑轮组每股绳子承担的力是相同的,则悬挂甲、乙两滑轮组的细绳所受的拉力分别为:
F甲=4F1+2G定=4×210N+2×30N=900N;
F乙=3F2+G定=3×315N+30N=975N;
故选:C。
6.如图所示,物重为G的物体在不同简单机械中均处于平衡状态(不计机械自重和摩擦),拉力F1、F2、F3的大小关系是( )
A.F3<F1<F2B.F2<F1<F3C.F1<F3<F2D.F2<F3<F1
【解答】解:由题知,不计机械自重和摩擦;
(1)第一幅图中L1=L2,为等臂杠杆,由杠杆平衡条件可得F1=G;
(2)第二幅图是滑轮组,承担总重的绳子段数n=3,则F2=G;
(3)第三幅图是动滑轮,但动力作用在轴上,费一倍的力,则F3=2G;
由此可知F2<F1<F3,故BC正确,AD错误。
故选:B。
课程重点
1.知道什么是动滑轮和定滑轮,了解它们的特点.
2.能根据杠杆的平衡条件对滑轮进行理论分析.
3.知道使用滑轮组时拉力和物重的关系.
4.会组装简单的滑轮组.
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