漫談動滑輪的特點及使用

周志巍

【摘要】在解決常規滑輪時，要注意條件，認清距離、力等關系.對于非常規的動滑輪，一定要找到平衡關系.動滑輪實質是省力杠桿.

【關鍵詞】豎放動滑輪；水平動滑輪；受力分析

在簡單機械中，對于動滑輪的使用是一個難點，特別是對動滑輪的特別類型的使用，給學生造成了一定的困難，而動滑輪是學習解決滑輪組的基石，因此熟練掌握動滑輪的特點及使用顯得格外重要.在中考中，對于動滑輪的考查還涉及功與功率等知識的運用，因此要全方位的去理解，為了更好地解決此類問題，下面從三個角度來認識動滑輪：

1 常規豎放動滑輪的使用

平時大多數接觸的都是豎放動滑輪，我們首先從其實質來認識，動滑輪是一個動力臂為阻力臂兩倍的省力杠桿，理想狀態下能省一半的力，但是相對于定滑輪來說，它不能改變力的方向，并且費距離，繩子自由端移動的距離為物體移動距離的2倍.如果忽略繩重，則其拉力是物重和動滑輪重的一半，通過以上數據關系即可解決此類問題.

例1 如圖1所示，用20N的拉力F勻速提起15N的重物，當重物勻速上升的速度為1m/s時，不計繩重及摩擦，下列說法正確的是（??? ）

（A）使用此滑輪省力，也改變力的方向.

（B）繩自由端移動速度為0.5m/s.

（C）此滑輪重25N.

（D）拉力的功率為20W.

解析 （A）選項中，此滑輪隨物體一起運動，屬于動滑輪，因此此滑輪省力，但不能改變力的方向，故（A）選項錯誤；（B）選項中，由于動滑輪被兩段繩子承擔，故繩自由端移動速度為物體移動速度的2倍，為2m/s，故（B）選項錯誤；（C）選項中，由于不計繩重及摩擦，根據F＝1／2（G＋G）可知G=2F-G=2×20N-15N=25N，故選項正確；（D）選項中，拉力的功率P=Fv=20N×2m/s=40W，故（D）選項錯誤.故選（C）.

點評 在解決常規滑輪時，要注意條件，認清距離、力等關系，另外，還要注意對于動滑輪來說，力的方向會影響力的大小，如果斜方向拉動時，此時動滑輪將不能省一半的力.當動滑輪重力忽略不計時，利用動滑輪勻速提升物體時，拉力將等于物體重力的一半.因此常規動滑輪使用時，它實質上是由兩段繩子來拉物體，所以它才能省一半的力.

2 常規橫放動滑輪的使用

當常規動滑輪水平使用時，基本和豎放原理一樣，實質是兩段繩子承擔，仍然省一半的力，有所區別的是其承擔的不是物重而是摩擦力，在距離方面關系仍然遵循繩子移動距離為物體移動距離的兩倍，拉力為物體所受摩擦力的二分之一，所以要看清使用方法及其相關的物理量.

例2 如圖2所示，滑輪重5N，在F＝10 N的拉力作用下拉著重G＝15N的物體向左勻速運動，在4s內移動0.2m，若不計細繩與滑輪的摩擦，下列說法正確的是（??? ）

（A）物體受到地面摩擦力的大小為5N.

（B）此滑輪為定滑輪，能改變力的方向.

（C）繩子移動的速度為0.1m/s.

（D）拉力的功率為0.5W.

解析 此題為橫放滑輪組，由于水平拉動，滑輪重與物重和此問題無關，屬于干擾要素.（A）選項中，根據動滑輪省一半的力的特點，物體受到向左的拉力為繩子拉力的兩倍，即F′＝2F＝2×10N＝20N；由于物體做勻速直線運動，因此物體受力平衡，所以摩擦力等于物體所受的拉力，即f＝F′＝20N，故（A）不符合題意；（B）選項中，此滑輪隨物體一起移動，因此屬于動滑輪，不能改變力的方向，故（B）選項不符合題意；（C）選項中，由題意可知物體的速度為：v=st=0.2m4s=0.05m/s，則繩子運動的速度是物體速度的2倍，則繩子速度v＝2×0.05m/s＝0.1m/s，故（C）選項正確；（D）選項中，拉力的功率P=Fv=10N×0.1m/s=1W，故（D）選項錯誤.故選（C）.

點評 此類問題首先要看清滑輪的種類，通過定義法進行判斷，然后找出滑輪的特點，對應水平使用時，要排除物體重力的干擾，但有時物體受到的阻力也是通過重力進行判斷，因此要審清題意，記住拉力和摩擦力、繩子移動速度和物體的速度、繩通過路程和物體移動路程等數量關系，另外，在求解功率時，注意繩子段數.

3 非常規動滑輪的使用

對于動滑輪來說，有時會出現不同的使用方法，這時要轉換思想，通過平衡思想去分析判斷，這類非常規動滑輪的特點是物體和繩子換位置使用，因此在力、距離和速度等關系方面都相反，此時這類動滑輪不省力，但是省距離.

例3 如圖3所示，G＝10N，在拉力F的作用下，將一個重100 N的物體勻速提升，動滑輪在2s內上升了0.2m（不計繩的重力和摩擦），則下列說法正確的是（??? ）

（A）所需的拉力F=50N，拉繩的速度為0.4m/s.

（B）所需的拉力F=210N，拉繩的速度為0.1m/s.

（C）物體的速度為0.1m/s，所需拉力F=55N.

（D）物體所受的重力和拉力是一對相互作用力.

解析 由圖示可知，拉力作用在動滑輪的軸上，物體作用在動滑輪兩側，根據平衡思想，滑輪兩側繩的拉力與動滑輪重力的和與拉力F為平衡力，大小相等，即F＝2G+G=2×100N+10N=210N，動滑輪與拉力的速度是相同的，而動滑輪的速度為物體移動速度的1/2，v=st=0.2m2s=0.1m/s，故拉繩的速度v=0.1m/s，物體上升的速度為v=2v=0.2m/s而物體所受的重力和拉力不是兩個物體之間相互產生的力，因此不是相互作用力，故選（B）.

點評 對于這類非常規的動滑輪，一定要找到平衡關系，豎直非常規動滑輪是拉力與動滑輪重、物重的平衡，水平非常規動滑輪，則是拉力與物體所受摩擦力的平衡，與動滑輪重、物重無關.

4 結語

總之，對于動滑輪來說，先弄清實質，然后看清使用方法及條件，把各個數量關系弄清，不要相互混淆，同時打破動滑輪省一半的力的思維，運用好平衡思想對動滑輪進行受力分析，列出相應的關系式，而且要知道省力就得費距離，費力則會省距離的檢驗方式，從而更好地幫助解題.