滑輪自述

謝玉珠

大家好！我的名字叫滑輪，是變形的杠桿，來(lái)自簡(jiǎn)單機(jī)械這個(gè)大家族.我是一個(gè)周邊有槽，能夠繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的小輪，在日常生活生產(chǎn)中你會(huì)經(jīng)常見(jiàn)到我哦！在旗桿頂端、吊車、高處下吊重物時(shí)都有我的身影.更重要的是，我還可以根據(jù)不同的需求而變化自己的身份和功能.那么，我都有哪些身份？分別具有什么特點(diǎn)？都可以幫助人們完成哪些事情呢？接下來(lái)，就讓我代表眾多的滑輪為大家做一個(gè)深度的自我介紹吧.

第一個(gè)身份：定滑輪

我的第一個(gè)身份是定滑輪，此時(shí)用我提升重物（如圖1甲），在繩子的一端向下用力，物體就會(huì)被向上拉起，但軸的位置是固定不動(dòng)的，如果截取我工作過(guò)程中的一張照片來(lái)分析，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)我繼承了很多杠桿家族的基因（如圖1乙）：我們可以將繩子兩端的力理解為兩個(gè)向下的力F1和F2，此時(shí)我轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心就可以看作是支點(diǎn).力臂就是我的兩條半徑，因?yàn)榘霃较嗟?，所以作為定滑輪的我，本質(zhì)是一個(gè)等臂杠桿。

當(dāng)改變力的方向時(shí)（如圖2），兩個(gè)力臂依然都是半徑，所以我無(wú)法省力，但我可以改變力的方向。

作為定滑輪的我有以下特點(diǎn)：（1）使用時(shí)不能省力，但能改變力的方向.（2）如果不考慮輪軸及繩與滑輪之間的摩擦力，則有s=h（s是繩子自由端移動(dòng)距離.h是物體上升高度），F(xiàn)=G物（F是繩子自由端拉力，G物是物重），v繩=v物（V繩是繩子自由端移動(dòng)速度，v物是物體運(yùn)動(dòng)速度）.

例1 （2019.安徽）如圖3所示，物塊甲和乙處于靜止?fàn)顟B(tài).已知甲重12N，乙重8N.不計(jì)繩重及一切摩擦，則甲受到地面的支持力為_(kāi)___ N.

解析：對(duì)乙進(jìn)行受力分析，可知乙受到繩子的拉力等于乙所受的重力.對(duì)甲進(jìn)行受力分析，可知甲受到繩子的拉力與地面的支持力之和等于甲所受的重力.由于不計(jì)繩重及一切摩擦，則甲、乙受到繩子的拉力相等，所以甲受到地面的支持力F=G甲-G乙=12 N-8 N=4 N.

答案：4

第二個(gè)身份：動(dòng)滑輪

我的第二個(gè)身份是動(dòng)滑輪，此時(shí)用我提升重物（如圖4甲），在繩子的一端用力向上拉.物體就會(huì)被向上拉起，物體被提升的同時(shí)我也跟著一起被提升了.截取我工作過(guò)程中的一張照片來(lái)分析（如圖4乙），可以將繩子末端的拉力理解為杠桿的動(dòng)力F1.重物對(duì)滑輪向下的拉力理解為阻力F2，此時(shí)我圍繞著左側(cè)與繩子相切的一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，把這個(gè)點(diǎn)看作是支點(diǎn)，那么動(dòng)力臂就是直徑，阻力臂是半徑，在這種情況下我就是動(dòng)力臂為阻力臂2倍的省力杠桿.

當(dāng)我們改變力的方向時(shí)（如圖5），阻力臂是半徑，動(dòng)力臂會(huì)發(fā)生改變.

作為動(dòng)滑輪的我有以下特點(diǎn)：（1）使用時(shí)省力，費(fèi)距離，不能改變力的方向.（2）如果不考慮輪軸及繩與滑輪之間的摩擦力.則有s=2h（s是繩子自由端移動(dòng)距離，h是物體上升高度），F(xiàn)=1/2（G物+G動(dòng)）（F是繩子自由端拉力，G物是物重，G動(dòng)是動(dòng)滑輪重），v繩=2v物（v蠅是繩子自由端移動(dòng)速度，v物 是物體運(yùn)動(dòng)速度）.

例2 （2019.海南）小謙想把被臺(tái)風(fēng)刮倒的樹(shù)拉正.如圖6所示.他把繩子的一端系在乙樹(shù)上.然后繞過(guò)甲樹(shù)用力拉繩子，這樣做有

段繩子拉甲樹(shù)，如果不計(jì)繩重和摩擦，甲樹(shù)受300 N拉力，則小謙對(duì)繩子的拉力至少為_(kāi)____N.

解析：由圖6可知，甲樹(shù)相當(dāng)于動(dòng)滑輪，故有2段繩子拉甲樹(shù)，如果不計(jì)繩重和摩擦.小謙對(duì)繩子的拉力F=（1/2）x300 N=150 N.

答案：2? 150

強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合——滑輪組

有時(shí)候既需要改變力的方向，又需要省力，那么我們就會(huì)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，構(gòu)成滑輪組！由于繩子的繞法不同，組成的滑輪組特點(diǎn)是不同的，

作為滑輪組時(shí)，我有以下特點(diǎn)：（1）既能省力又能改變力的方向，但費(fèi)距離.（2）如果不考慮輪軸及繩與滑輪之間的摩擦力，則有s=nh（s是繩子自由端移動(dòng)距離，h是物體上升高度，n是承擔(dān)物重的繩子段數(shù)），F(xiàn)=1/n（G物+G動(dòng)）（F是繩子自由端拉力，G物 是物重，G動(dòng)是動(dòng)滑輪重），v繩=nv物（v繩 是繩子自由端移動(dòng)速度，v物是物體運(yùn)動(dòng)速度）.

例3 （2019.河南，雙選）工人用圖7所示的滑輪組，在時(shí)間t內(nèi)將重為G的貨物勻速提升了h.工人對(duì)繩子豎直向下的拉力恒為F以下說(shuō)法正確的是（ ）.

A.拉力F的功率為2Fh/t

B.額外功為（2F-G）h

c.滑輪組的機(jī)械效率為旦D.滑輪組的機(jī)械效率隨h的增大而增大。