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2025初中物理《简单机械》常用知识点梳理（下）

二、滑轮与滑轮组的深入解析

在初中物理“简单机械”这一章节中，滑轮作为改变力的方向和大小的重要工具，其应用广泛且原理深刻。学生在掌握杠杆基本规律之后，进一步学习滑轮系统，有助于理解更复杂的机械组合形式。滑轮看似结构简单，但在实际应用中涉及受力分析、功与能的关系以及效率计算等多个维度。本节将从定滑轮、动滑轮的本质特征出发，逐步过渡到滑轮组的设计逻辑与力学特性，并结合典型例题揭示其中隐藏的物理思想。

定滑轮：改变方向而不省力

定滑轮是一种轴固定不动的滑轮，其主要功能是改变施加拉力的方向，使操作更加便捷。例如，在升旗仪式中，人站在地面向下拉动绳子，国旗却向上运动，这正是定滑轮的实际应用体现。尽管它不能减少所需拉力的大小，但极大地提升了使用的灵活性。

从力学角度分析，当忽略摩擦和绳重时，定滑轮可视为一个等臂杠杆。支点位于滑轮中心，动力臂与阻力臂均等于滑轮半径。因此，根据杠杆平衡条件：

F

即拉力$F$等于物体所受重力$G$。虽然力的大小不变，但由于方向得以调整，使得某些高空作业或空间受限场景下的操作成为可能。

值得注意的是，定滑轮并不改变做功总量。若将一质量为$m$的物体匀速提升高度$h$，则有用功为$W_{}=mgh$，而拉力作用点移动的距离也为$h$，故总功$W_{}=Fh=mgh$。由此可见，使用定滑轮既不省力也不省功，符合能量守恒的基本原则。

在教学实践中，部分学生容易误认为“改变了方向就等于省了力”，这种误解源于对“力的效果”与“力的大小”的混淆。教师应通过实验演示——如用弹簧测力计分别测量直接提物与通过定滑轮提物时的拉力值——帮助学生建立正确的认知框架。

此外，定滑轮在复杂机械系统中常作为导向装置使用。比如起重机吊臂末端安装的滑轮，仅用于引导钢丝绳走向，确保主牵引机构能够稳定运行。这类应用场景强调的是系统的协调性而非省力效果，体现了工程设计中的功能分化思维。

动滑轮：实现省力的关键元件

相较于定滑轮，动滑轮的核心优势在于能够实现省力效果。其工作特点是滑轮随被吊物体一起移动，轴的位置不断变化。由于绳子两端共同承担物体重力，因而所需的拉力显著减小。

以最简单的单个动滑轮为例，假设绳子绕过滑轮后一端固定于支架，另一端由人手施加拉力$F$向上拉动。此时，整段绳子形成两股分担重力的分支，每段承受一半的负载。忽略滑轮自重与摩擦的理想情况下，可得：

2

也就是说，只需施加物体重力一半的拉力即可将其匀速提起。这是动滑轮实现“省一半力”的理论依据。

然而，省力的背后伴随着距离代价。为了将物体提升高度$h$，拉力作用点必须移动$2h$的距离。这是因为两段绳子都需要缩短$h$才能使滑轮上升$h$。由此带来的结果是：输入功仍等于输出功。

计算如下：

有用功：$W_{}=Gh$

总功：$W_{}=F2h=2h=Gh$

显然，$W_{}=W_{}$，说明理想状态下动滑轮也没有提高机械效率，只是重新分配了力与位移的比例关系。

在真实情境中，滑轮本身具有质量，绳子存在摩擦，这些因素都会导致实际拉力大于理论值。例如，若动滑轮质量为$m_0$，则总负载变为$G+m_0g$，此时拉力应修正为：

F

该表达式提醒我们在解题过程中不可盲目套用公式，而需结合具体条件进行受力分析。尤其在考试命题中，经常设置“已知拉力、求滑轮重”或“给定效率、反推额外功”等逆向思维题目，考查学生的综合建模能力。

教学建议方面，建议采用对比实验法。准备两个相同规格的滑轮，分别组装成定滑轮和动滑轮系统，用同一物体进行提升测试，记录弹簧测力计读数及绳端移动距离。通过数据对比，学生能直观感受到“定滑轮改方向、动滑轮省力”的差异，从而加深理解。

滑轮组：多级协同的力学系统

当单一滑轮无法满足特定工程需求时，工程师通常会将多个定滑轮与动滑轮组合使用，构成所谓的滑轮组。滑轮组兼具省力与改变方向的优点，是现代起重设备中最常见的传动结构之一。

滑轮组的省力程度取决于承担重物的绳子段数，也称为“承重绳股数”或“有效绳段数”。设此数值为$n$，在理想条件下（无摩擦、无绳重、无滑轮重），所需拉力为：

F

同时，拉力作用点移动的距离$s$与物体上升高度$h$之间的关系为：

s

这两个公式构成了滑轮组分析的基础模型。关键在于如何准确判断$n$的取值。一般方法是从动滑轮引出的绳子中，凡是竖直向上连接至定滑轮或固定点的段落均计入$n$。特别注意：若最后一段绳子由人手拉动且方向向下，则该段也参与承重；反之，若绕过最后一个定滑轮后水平引出，则不计入。

举例说明