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(定滑轮是杠杆的变形的演示
定滑轮是杠杆的变形的演示
为了帮助学生理解滑轮是一种变形的杠杆,可以做如下的演示:用硬纸片剪成两条略长于滑轮半径的纸条,分别涂上红色和白色;在两纸条的一端分别穿一小孔,使小孔到纸条另一端的长恰好等于滑轮半径,旋出滑轮轴上的螺帽,将两纸条套在滑轮的框架外,再旋入螺帽将纸片卡住,如图12。
演示定滑轮时,用红、白两纸条分别表示动力臂和阻力臂,无论动力方向怎样改变,可以看到它都是一个等臂杠杆,如图13(a)和(b)。
关于滑轮
(1)定滑轮和动滑轮
定滑轮和动滑轮都是周边有槽可绕中心转动的轮,在实际使用时,根据轮的中心轴位置是否移动而分为定滑轮(中心轴不移动)、动滑轮(中心轴随物体移动)。
定滑轮两边的力与轮相切且都绕中心轴转动,因此中心轴即为杠杆支点。由于轮半径处处相等,所以定滑轮实质是一个等臂杠杆,不省力也不费力,但可以改变力作用方向而方便使用。
动滑轮由于一边悬于固定点,重物的重力作用线通过滑轮中心轴,滑轮的“支点”位于固定边与轮相切的地方。由于轮直径是轮半径的二倍,所以动滑轮实质是一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆,可以省一半力,但不能改变力作用方向。
(2)滑轮组
滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成,可以达到既省力又改变力作用方向的目的。使用中,省力多少和绳子的绕法,决定于滑轮组的使用效果。如图(a)中,动滑轮被两根绳子承担,即每根绳承担物体和动滑轮
力就是物体和动滑轮总重的几分之一。
数,原则是:n为奇数时,绳子从动滑轮为起始。用一个动滑轮时有三段绳子承担,其后每增加一个动滑轮增加二段绳子。如:n=5,则需两个动滑轮(3+2)。n为偶数时,绳子从定滑轮为起始,这时所有动滑轮都只用两段绳子承担。如:n=4,则需两个动滑轮(2+2)。
其次,按要求确定定滑轮个数,原则是:一个动滑轮一般配一个定滑轮。力作用方向不要求改变时,偶数段绳子可减少一个定滑轮;要改变力作用方向,需增加一个定滑轮。
综上所说,滑轮组设计原则可归纳为:奇动偶定;一动配一定,偶数减一定,变向加一定。
关于轮轴
轮轴使用时,一般情况下作用在轮上的力和轴上的力的作用线都与轮和轴相切,因此,它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径。
由于轮半径总大于轴半径,因此当动力作用于轮时,轮轴为省力费距离杠杆,如:自行车脚踏与牙盘是省力轮轴。当动力作用于轴上时,轮轴为费力省距离杠杆,如:自行车后轮与轮上的飞盘是费力轮轴。设:轮半径R,轴半径r。如图4所示,根据杠杆平衡条件,作用在轮上的力F1和轴上的力F2满足关系式:F1R=F2r。
“滑轮组用力问题”的分类解法
河北石家庄市一中(050000) 信明军
关于“滑轮组用力的问题”,在中考和初中物理竞赛中曾多次考过,有的较难,有的易错.据本人所见.滑轮组一般可以分为三类:第一类是简单滑轮组;第二类是复杂滑轮组;第三类是差动滑轮.(设本文述及的滑轮组均处于平衡状态).前两类滑轮组各有通用解法和特殊解法.“通用解法”具有广泛性,用其解题较为稳妥;“特殊解法”有时具有局限性,用其解题较为快速.
l 简单滑轮组的特点及其解法
简单滑轮组(不含差动滑轮)(如图1、图2所示)是用同一根绳子连结,其中一端(始端)固定,其它部分依次绕过定滑轮、动滑轮,拉力作用在另一端(末端).其特点是系动滑轮的每段绳子所受的拉力(下简称张力)相等.求简单滑轮绍们用力情况有如下两种方法.
(1)通用解法;整体受力分析法
此法是将动滑轮及其吊着的重物视为一个整体,对该“整体”作受力分析,最后据“该整体受到的力平衡”列方程、解方程.
例如,在图1所示的滑轮组中(绳的末端来吊重物),据上述方法,
又如,对图2所示的滑轮组(绳的末端吊着重物),由整体的受力
由(1)式和(2)式可得到求简单滑轮组用力情况的一般公式:
(3)式中的n代表绳子的段数;当绳的末端来吊物体时,则n代表“系动滑轮的绳子的段数”;当“末端”吊着物体时,则n代表“系动谓轮绳子的段数”再加“吊重物时的那一段”.这样一来,“整体受力分析法”就把求两种简单滑轮组用力情况的方法统一到了(3)式中.
(2)特殊解法#0;“截线法”
此法是在定滑轮和动滑轮之间作一条水平辅助线.假设它把滑轮组的绕线“截断”.当绳的末端未吊物体时,则接动滑轮的绳头的个数等于”绳子的段数”.例如图1的滑轮组中,“绳头”为3个(A、B、
的末端吊着物体时.则按动滑轮头的个数再加吊物体的那段绳为“绳子的段数”.例如图2中的滑轮组中共有4个绳头(D、E、M、N),绳子的末端吊着物体,则“绳子的段数”为“4”+“l”=5段.若不
2 复杂滑轮组的特点及其解法
复杂滑轮组(如图
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