
1、滑轮组
(1)定滑轮:轴固定不动,使用定滑轮不能省力,也不能省距离,但可以改变用力的方向,定滑轮实质上是一个等臂杠杆。

(2)动滑轮:随物体一起移动,使用动滑轮可以省力一半(即用力一半),但要多费1倍的距离,且不能改变用力的方向。动滑轮实质上是一个动力臂为阻力臂2倍的杠杆。

(3)滑轮组:将定滑轮和动滑轮组合起来组成滑轮组,既可以省力,又可以改变用力的方向,使用起来很方便,但一定多费距离。

(4)轮轴:由一个轮和一个轴组成,并且都绕固定的轴线转动的机械。使用轮轴可以省力。如果动力作用在轴上,阻力作用在轮上,反而费力。

(5)斜面也是一种简单机械,使用斜面也可以省力,并且在斜面高相同时,斜面越长越省力。

2、滑轮组省力情况及移动距离的判断
滑轮组由若干个定滑轮和动滑轮组合而成,可以达到既省力又改变力的作用方向的目的。在忽略滑轮与绳子间摩擦的情况下,使用滑轮组时,重物和动滑轮总重由几段绳子承担,提起重物所用的力就等于总重的几分之一,即
(G物+G轮),若不计动滑轮重力,可近似认为
物,因此,要确定滑轮组的省力情况,关键要弄清绳子的段数n, n应是直接套在动滑轮上的绳子段数(包括动滑轮的挂钩上),如图所示,图甲中n为4,图乙中n为5.

省力的杠杆必定费距离,同理,滑轮组在省力的同时也会费距离,在图甲、乙两种情况下,若重物升高的距离为h,那么作用在绳自由端的力移动的距离应分别为4h和5h。即:若
,则绳子移动的距离S就是物体升高距离h的n倍。
3、如何根据需要,正确组装滑轮组?
(1)首先确定吊起动滑轮的绳子段数
确定吊起动滑轮的绳子段数n的方法有两种:①利用物重
与动力
的比值
来确定,即
;②利用动力作用点(或绳子自由端)移动的距离s与重物(或阻力作用点)移动的距离h的比值
来确定,即
。但无论采用哪种方法确定,吊起动滑轮的绳子段数n都应为整数,若n不为整数,在取值时应按“进位取整数”的原则取成整数。
如果滑轮组已知,如何判断吊起动滑轮的绳子段数n呢?可用“横线切割法”:在滑轮组图中的动、定滑轮之间的动滑轮上方作一横直线,将动、定滑轮分开(如图1和图2所示),
则直线的下方与动滑轮有直接联系的绳子根数即是承担动滑轮和重物总重力的绳子段数n。

图1 图2
(2)确定定滑轮和动滑轮的个数
①根据绳子股数(n)推算出动滑轮的个数(
),当n为偶数时,
;当n为奇数时,
。
②根据绳子股数(n)及拉力方向推算出定滑轮的个数(
)。
当拉力方向与物体提升方向相同时,n为奇数,则
,n为偶数,则
;当拉力方向与物体提升的方向相反时,n为奇数,则
,n为偶数,则
。
(3)确定绳子固定端的位置,再按从内到外的顺序沿滑轮缠绕。
因为每个动滑轮要两根绳子承担,则n的奇、偶就决定绳子固定端的位置。当n为偶数时,绳子固定端要在定滑轮组上。
典型例题讲解
例1、如下图所示,重150N的物体在拉力F作用下匀速上升,拉力F=______________N.

解析:
定滑轮能够改变施力方向,使用起来比较方便;物体在重力和绳拉力的作用下匀速上升,处于平衡状态(拉力大小等于物重).
定滑轮相当于一个等臂杠杆;一般应用时,动滑轮相当于一个动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆,利用动滑轮可以省力但不能改变施力方向.
答案:F=150N
例2、用下图中的几个装置匀速提升同一物体,最省力的装置是( )

A.甲 B.乙
C.丙 D.丁
解析:
分别计算出所需拉力跟物重的关系.甲装置由两个定滑轮组成(F=G);乙装置由一个定滑轮和一个动滑轮组成,三根绳承担物重(F=
G);丙装置由一个定滑轮和一个动滑轮组成,两根绳承担物重(F=
G);丁装置是一个动滑轮,但和丙装置相同(F=
G)
答案:B
例3、如下图所示用动滑轮提起一水桶,已知桶及水共重250N,如要把水桶提高2m人需要用多大力?绳自由端应移动多大距离?(不计动滑轮重及绳与轮间的摩擦)

解析:
解决滑轮组问题首先要从力的角度分析直接承担重物的绳子段数.
解:
由于是动滑轮,由两段绳承担重物,n=2,
根据滑轮省力原理,F=G/n=250N/2=125N
绳子自由端移动距离s=nh=2×2m=4m
答:人需用力125N,绳子自由端移动4m的距离.
例4、利用如图所示的滑轮组拉木箱,当加在绳子自由端的水平拉力F=300N时,木箱恰好在水平地面上匀速运动,则地面对木箱的摩擦力大小为_______N。(不计绳与滑轮间的摩擦)

解析:
木箱在地面上作匀速运动,表明木箱受到的摩擦力与拉力是平衡的。即f=F′,F′为木箱与动滑轮之间的绳子上承受的拉力。而对于滑轮组来说,F′=3F=3×300N=900N,所以f=F′=900N.
例5、用一根只能承受最大拉力900N的绳子提起2400N的重物,若动滑轮重可不计,应选用什么样的滑轮组?
解析:
由
,有
,则有2<n<3,根据题意,n选3为宜;又
为奇数,故绳子起头应接在动滑轮一侧.
<方案1>改变力的方向: 需要3个滑轮,两个定滑轮,一个动滑轮,将配效果如图甲所示.
<方案2>只省力, 可以不改变力的方向,共需要两个滑轮,一个定滑轮,一个动滑轮,装配效果如图乙所示.

例6、一根绳子只能承担5000N的力,用它提起1.8×104N的重物,应选怎样的滑轮组,怎样绕线?画出绕线图。
解析:
先利用滑轮组计算拉力的公式:F=G总/n,算出所用绳子的段数n.
n=G总/F=1.8×104N/5×103N=3.6,应取4段绳子。因此可断定应把绳子固定在定滑轮上,再确定滑轮组,其中动滑轮要有两个,才能4段绳子承担重物。如果不改变用力方向,则只要一个定滑轮,绕线如图甲所示,如果要改变用力方向,则要两个定滑轮,绕线如图乙所示。

说明:根据实际需要选用滑轮组,解题步骤如下:
①用F= G总/n,算出所用绳子的段数n.
②若n是偶数,绳子固定在定滑轮上;n是奇数,绳子固定在动滑轮上。
③先确定动滑轮的个数,若绳子的段数为2或3段,则只需一个动滑轮。若绳子为4段或5段,则要用两个动滑轮。
④再确定定滑轮的个数,若2段绳子,只需一个定滑轮,3段、4段绳子,只用一个定滑轮,则不能改变力的方向;用两个定滑轮则可以改变力的方向。
⑤绕绳子时,绳子固定在定滑轮上时,应穿过动滑轮,再绕过定滑轮;若绳子固定在动滑轮上,应穿向定滑轮,再绕过动滑轮。先绕里面的小滑轮,再绕到外面的大滑轮,一个滑轮只能穿过一次绳子。