平衡力巧解滑輪組有關(guān)問題

李 婧

(江蘇省儀征市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 211400)

初中生生學(xué)習(xí)了簡單機(jī)械的有關(guān)知識后，在處理簡單機(jī)械中有關(guān)滑輪組的問題經(jīng)常會束手無策，遇到一些特殊情況，更是無從下手，感覺解答此類問題時(shí)很難.這是初中物理的難點(diǎn)知識，我們教師不妨引導(dǎo)學(xué)生從另一個(gè)視野切入，掌握一種解題方法，先分析確哪個(gè)是定動滑輪，哪個(gè)是定滑輪，利用平衡力的知識解決此類的問題，將復(fù)雜問題簡單化，讓學(xué)生能游刃有余解決有關(guān)滑輪組的問題.筆者經(jīng)過多年的實(shí)踐，將這類問題進(jìn)行歸納整理，以有助于教師教，學(xué)生學(xué).下面舉幾種不同情況下有關(guān)滑輪組利用平衡力解決問題的例子，僅供大家參考.

一、滑輪組豎直放置時(shí)

例1 把質(zhì)量相等的A、B兩物體掛在如圖1滑輪組下面，不計(jì)繩子、滑輪的重力和摩擦，放手后將會出現(xiàn)什么情況？( )

A．A上升 B．A下降 C．A、B均靜止 D．無法判斷

圖1

分析利用動滑輪、定滑輪的省力特點(diǎn)結(jié)合平衡力的知識分析解答此題.由于不計(jì)繩子、滑輪的重力和摩擦力，左邊的是定滑輪，右邊的是動滑輪，B物體掛在動滑輪上被兩根繩子往上拉著，根據(jù)力的平衡知識知道每根繩子上的力F與B物體的重力關(guān)系有：2F=G，得F=0.5G，而重物A的重力為G，定滑輪具有只改變力的方向，不能省力的特點(diǎn)，故A物體向下的拉力為G，由于G>0.5G，即G>F，所以A下降，B上升.故選B.

點(diǎn)評此題考查了動滑輪、定滑輪的省力特點(diǎn)，屬于基礎(chǔ)題目，教師在講解此題時(shí)應(yīng)當(dāng)注意滲透平衡力的知識，讓學(xué)生學(xué)會受力分析，為下面更復(fù)雜的滑輪組題目打下基礎(chǔ).

二、滑輪組水平放置時(shí)

例2 如圖2所示，彈簧測力計(jì)A和B及滑輪組均處于靜止?fàn)顟B(tài)，F(xiàn)=10 N，若不考慮測力計(jì)重、滑輪重及摩擦，彈簧測力計(jì)A和B的示數(shù)應(yīng)分別為( ).

A．30N和30N

圖2

B．30N和20N

C．20N和20N

D．20N和30N

分析分析可知左邊的是定滑輪，右邊的是動滑輪，但本題不需要判斷；連接滑輪組的同一根繩子上的拉力都是相等的，對于輪子來說，向左的拉力等于向右的拉力，有幾段繩子拉著輪子，彈簧測力計(jì)的示數(shù)就是拉力的幾倍；根據(jù)平衡力知識，A彈簧測力計(jì)連接的輪子中共有三段繩子承擔(dān)拉力，則：FA=3F=3×10N=30N；對于B彈簧測力計(jì)連接的輪子中共有兩段繩子承擔(dān)拉力，則：FB=2F=2×10N=20N；故選B.

點(diǎn)評此題看上去是滑輪組的使用，但實(shí)際是平衡力的知識應(yīng)用，運(yùn)用平衡力只是分析學(xué)生比較容易理解，即彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于繩子對滑輪的拉力之和，這樣解決問題不需要學(xué)生判斷滑輪究竟是動滑輪還是定滑輪，方便簡單不易錯.

圖3

例3 如圖3所示，某人拉著繩的自由端勻速向左運(yùn)動時(shí)，測力計(jì)B的示數(shù)是600N，那么在不計(jì)繩和輪重以及摩擦的情況下，下列關(guān)于測力計(jì)A的示數(shù)和汽車受到摩擦力大小的說法中，正確的是( ).

A．1200N 1800N B．1200N 1200N

C．1800N 1800N D．1800N 1200N

分析由圖分析可知左邊的是定滑輪，右邊的是動滑輪，由上一題分析可知連接滑輪組的同一根繩子上的拉力都是相等的，有幾段繩子拉著動滑輪，繩子自由端的拉力就是動滑輪拉物體拉力的幾倍；不計(jì)繩和滑輪重以及摩擦的情況下，由于某人拉著繩的自由端勻速向左運(yùn)動時(shí)，汽車水平勻速移動，所以整個(gè)裝置處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡力可知動滑輪對車的拉力大小等于摩擦力，所以，f=F拉=1800N.故選A.

點(diǎn)評本題考查滑輪組拉力的計(jì)算、二力平衡的條件的應(yīng)用，根據(jù)平衡力的知識解答學(xué)生較容易理解，即彈簧測力計(jì)的示數(shù)等于繩子對滑輪的拉力，學(xué)生只要數(shù)清楚幾股繩子就可以了，這樣分析解題學(xué)生不易出現(xiàn)錯誤.

三、人在籃中自提時(shí)

例4 人的體重為500N，吊籃重為700N，人要將吊籃勻速吊起，求下面兩種情況下人的拉力(不計(jì)滑輪、繩重及摩擦)．

圖4

(1)如圖4甲，人站在地面上，至少要用____N的力拉繩．

(2)如圖4乙，人站在吊籃中至少要用____N的力拉繩．

點(diǎn)評此題考查滑輪組繩子拉力的計(jì)算，難點(diǎn)在(2)要把動滑輪、人和吊籃看著整體分析，利用平衡力的知識進(jìn)行受力分析，是解答此題的關(guān)鍵.

綜上分析可知，對于滑輪組的問題，學(xué)生要理解定滑輪只能改變力的方向，不能省力的特點(diǎn)；動滑輪在理想情況下可以省二分之一的力；滑輪組要找準(zhǔn)作用在動滑輪上繩子的根數(shù).在實(shí)際解決滑輪組的問題時(shí)要學(xué)會受力分析，結(jié)合平衡力的知識，讓復(fù)雜的問題簡單化，能夠幫助學(xué)生輕松地解決這類問題，同時(shí)又培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用和分析問題的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.教師在平時(shí)的教學(xué)中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解題的方法，找出規(guī)律，相信這樣持之以恒一定能夠取得較好的效果.