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滑轮转轴在解决滑轮问题中的应用

时间:2022-08-17 18:58:24 物理论文 我要投稿
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滑轮转轴在解决滑轮问题中的应用

滑轮是个周边有槽,可以绕轴转动的轮子。下面谈谈通过分析滑轮转轴解决两类滑轮问题的方法。

一、分析转轴判断滑轮类型

对机械中的各个滑轮,先假设通过滑轮作用的物体被拉动,对照物体被拉动时滑轮转轴的情况进行判断:

①物体拉动时,滑动转轴位置静止不动时滑轮是定滑轮。如图1—(a)

②物体拉动时,滑轮转轴位置随差物体的移动而移动的是动滑轮。如图1—(b)

 

 

 

 

二、分析转轴确定动滑轮上的力的作用情况

在人教版教材中,分析动滑轮实质叙述为“是一个动力臂(L1)为阻力臂(L2)二倍的杠杆”。(如图2)根据力的平衡条件“动滑轮可省一半力”。在教学中,发现学生常误解为“只要是动滑轮,动力就是阻力的一半。”笔者尝试以下方式说明,能帮助学生更好理解,现说明如下:“作用在滑轮边缘上的力F1的力臂(L1)是作用在滑轮转轴上的力F2的力臂(L2)的二倍。根据杠杆平衡条件,作用在滑轮转轴上的力是作用在滑轮边缘上的力的二倍”。

下面结合例题示范说明。

[例一]力F作用在滑轮上,使重物G匀速上升,滑轮安装如图3所示。不计滑轮重量及摩擦力,则下列说法正确的是(    )

A、这是动滑轮,F=1/2G。

B、这是定滑轮,F=G。

C、这是动滑轮,F=2G。

D、这是定滑轮,F=2G。

解析:首先,因为重物被提升时,滑轮转轴跟随向上移动,所以判断这是个动滑轮。其次,由于力F作用在滑轮转轴上,重力G通过绳子作用于滑轮边缘,所以F=2G。应选C。

错解1:误认为是定滑轮,不省力,而选B。

错解2:认为动滑轮省一半力,而选A。

 

[例2]分别用如图4—(b)所示装置匀速提升相同重物。不计滑轮重力及摩擦力,那么F1F2大小关系和滑轮属于情况是(    )

A、(a)图中滑轮为定滑轮,(b)图中滑轮为动滑轮,Fa>Fb。

B、(a)图中滑轮为定滑轮,(b)图中滑轮为动滑轮,Fa<Fb。

C、(a)图中滑轮为动滑轮,(b)图中滑轮为定滑轮,Fa<Fb。

D、(a)图中滑轮为动滑轮,(b)图中滑轮为定滑轮,Fa=Fb。

 

解析:根据杠杆平衡条件,可知作用在杠杆左端上的力F是相同的。设想重物被提升时,(a)图中转轴位置发生移动,所以是动滑轮;(b)图中滑轮转轴位置固定不动,所以是定滑轮。(a)图中作用在滑轮转轴上的力F是作用在滑轮边缘上的力F1的二倍,所以Fa<F。(b)图中F=Fb,则Fa<Fb,应选C。

[例3]用如图5——(a)(b)所示装置匀速拉起相同重物G,不计滑轮重力和摩擦力,那么Fa=      G,Fb=      G。

解析:(a)图中,重物提升时,三个滑轮的转轴都固定不动,都是定滑轮,不省力所以Fa=G。

(b)图中,重物提升时,甲、乙滑轮转轴跟随移动是动滑轮,丙滑轮转轴固定不动是定滑轮。作用在甲滑轮转轴上的力G是作用在甲滑轮边缘上的力F甲边的二倍,所以F甲边= 1/2G。作用在乙滑轮转轴上的力F= F甲边。且F2是作用在乙滑轮边缘上的力F乙边的二倍,所以F乙边= 1/4G。则通过定滑轮丙后Fb=F乙边= 1/4G。


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