【定滑轮和动滑轮】定滑轮和动滑轮示意图

　　一、认识定滑轮和动滑轮　　如图1，周边有槽能绕中心轴转动的轮子叫滑轮，轮上的凹槽用来绕绳并防其脱滑，连着外壳的挂钩用来挂重物或滑轮自身.重物升降时滑轮位置固定不动，这样的滑轮叫定滑轮；重物升降时滑轮随重物一起升降，这样的滑轮叫动滑轮.
　　例1　图2是家庭手摇升降晾衣架的结构图，顺时针摇动手柄，挂衣架的横梁就上升，逆时针摇动时就下降.请你指出装置中的　　　滑轮属于定滑轮，　　　滑轮属于动滑轮（填表示滑轮的字母）.
　　解析　判定滑轮类别，可看挂钩的作用，也可看重物运动时滑轮的运动状态.A、B、C、D四个滑轮被挂钩向上挂着，在衣架升降时它们位置不动，属于定滑轮；E、F两个滑轮挂钩下面挂着横梁，在衣架升降时它们也随之升降，属于动滑轮.
　　二、定滑轮和动滑轮的原理
　　滑轮因用法不同，发挥着不同的作用，可以利用杠杆知识解释其中的道理.图3的滑轮是定滑轮，它的轮是个圆形杠杆，用这样的杠杆提升重物，轮的位置不会移动，但轮能绕着轴心转动，轴心是圆形杠杆的支点.机械工作时轮受到支点左边和右边一对力的作用，右边绳子自由端的拉力F1是动力，左边重物端绳子的拉力F2是阻力.匀速提升重物时，这两个力使杠杆平衡.作出动力F1的力臂l1和阻力F2的力臂l2，比较两个力臂的长度，l1和l2都等于轮的半径.根据杠杆原理：F1·l1=F2·l2，得F1
　　=F2，因此定滑轮的实质是等臂杠杆，利用它不能省力，但改变了绳子自由端拉动方向，也就是说利用定滑轮能改变作用力的方向.
　　例2　图4中的物体重G，绳自由端的拉力F，物体提升的高度为h，绳自由端移动的距离s，请比较G和F、s和h的大小.
　　（1）F　　　　G（选填“＞”“＜”或“=”），使用定滑轮　　　　（选填“能”或“不能”）省力；
　　（2）s　　　　h（选填“＞”“＜”或“=”），使用定滑轮　　　　（选填“能”或“不能”）省距离；
　　（3）改变拉力的方向，拉力F的大小
　　（选填“增大”“减小”或“不变”），这是因为　　　　.
　　解析　使用定滑轮不能省力，F=G；利用定滑轮提升重物，绳会随物体一起升降，自由端移动的距离s=h.绳自由端向不同方向拉动提升重物，拉力大小不变，因为定滑轮的实质是等臂杠杆.
　　图5中的滑轮是动滑轮.提升重物时动滑轮不像定滑轮绕着轮的轴心转动，动滑轮的支点位置不在轮的轴心上，而是在绳的固定端所在直线与轮相切的边缘O处.动滑轮工作时，绳子自由端竖直向上的拉力F1是动力，重物对滑轮竖直向下的拉力F2是阻力，动力F1和阻力F2在支点的同侧.按图中方法作出动力臂l1和阻力臂l2，比较l1和l2的长度，动力臂l1等于轮的直径，阻力臂l2等于轮的半径，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆.根据杠杆原理得：F1=■G，省一半力.提升重物时重物、动滑轮、绳子自由端运动的方向一致，所以利用动滑轮不能改变作用力的方向.利用动滑轮提升重物，物体被提升的高度为h，动滑轮也要被提升h，左右两边绳子提升的高度也都为h，所以绳子自由端移动的距离就是2h.
　　例3　图6装置中物重G=100N，请根据机械工作情况回答下列问题（不计轮重）：
　　（1）绳子自由端的拉力F=　　　N.
　　（2）如果重物5s内被提升的高度h
　　=50cm，绳子自由端移动的距离s=　　　cm，绳子自由端移动的速度v=　　　m／s.
　　解析　利用动滑轮能省一半力，所以F=■G=50N；绳子自由端移动距离是重物提升高度的2倍，s=2h=100cm；绳自由端移动的速度v=■=■=0.2m／s.
　　三、了解受力情况，加深对定滑轮和动滑轮的认识
　　定滑轮和动滑轮都是用一根绳子绕制，在不考虑绳重及摩擦时，不管绳子多长，也不管绕绳的方向，正确绕制时绳上各处的拉力都是相等的.图3中，物重为G，匀速提起物体时，绳对重物的作用力就等于G，所以不管向何方拉绳，定滑轮绳子自由端的拉力F都等于G.图5中，滑轮下面挂着物体，重量由绳子的左右两段承担，两段绳子向上的作用力是相等的，所以在不考虑摩擦、滑轮重和绳重的情况下2F=G，F=■G.
　　例4　图7装置处于平衡状态，若滑轮重、绳重及摩擦均忽略不计，则G1与G2之比为（　）.
　　A.1∶1　　B.2∶1　　C.1∶2　　D.1∶3
　　解析　根据挂钩情况可知，左边的滑轮是动滑轮，右边的滑轮是定滑轮.装置处于平衡状态.在此前提下，能用杠杆平衡原理解释它们的受力情况，依据一根绳子上的作用力相等，则每段绳子上受到的拉力都等于F，对于左边的动滑轮有：G1=2F，对于右边的定滑轮有：F=G2，所以G1：G2=2:1，答案选B.
　　滑轮在运动的过程中受到的摩擦力较小，绕滑轮的绳子常用细棉线，因此一般情况不考虑绳重及摩擦对拉力的影响；但是滑轮本身的重量可能会影响拉力的大小，在探究过程中应有所认识，这方面的影响对于定滑轮和动滑轮来说又有所不同.用定滑轮提升物体，滑轮的重量不要绳子承担，整个装置向下的作用力由挂钩承担，所以绳子自由端的拉力F=G.用动滑轮提升物体，整个装置的重量由绳子的左右两段承担，绳子不仅要承担物重还要承担滑轮重，在不考虑绳重的情况下，整个装置的重量等于G+G轮，所以绳子自由端的拉力F=■（G+G轮）.
　　例5　图8装置中，物体被匀速提升，如弹簧测力计的示数为5N，在不计绳重、滑轮重及摩擦的情况下，绳子自由端的拉力F=　　N，被提升的物体重量G=　　N；如不计绳重及摩擦，但测出滑轮重G轮=2N，则被提升的物重G=　　N.
　　解析　在不计绳重及摩擦的情况下，一根绳上的拉力相等，绳子自由端的拉力F等于弹簧测力计的拉力，F=5N，使用动滑轮不考虑绳重、滑轮重及摩擦时F=■G，G=10N，考虑滑轮重时，F=■（G+G轮），G
　　=6N.