例談初中物理滑輪與滑輪組受力問題的解題技巧

薛在升

【摘要】初中物理中滑輪內容屬于常見的一類機械模型，主要分為定滑輪、動滑輪和滑輪組三種，每種滑輪都有各自不同的特點和應用，需要學生主動學習和掌握.面對不同滑輪模型受力問題，本文列舉三個不同例題，幫助學生理清滑輪與滑輪組不同類型特點，提高解題效率，拓寬解題思路.

【關鍵詞】初中物理；受力分析；解題技巧

初中物理的“滑輪組受力問題”是中考和初中物理競賽中頻繁出現的題目，難度多樣，且易出錯.因此，本文旨在深入分析滑輪與滑輪組的受力問題，探討其通用和特殊解法的應用，并提供一些策略以幫助學生提高理解和應用這些解法的能力.

1 定滑輪

定滑輪本質上屬于等臂杠桿，具有不省力、不省距離、改變力的方向的作用，使用時動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑，故雖然改變力的方向，但不改變力的大小.在解答定滑輪相關問題時，需要熟悉相關特點，并根據對應特點進行解題.

例1 現有的歷史書籍記載中，最早討論滑輪的是《墨經》，書中將向上提舉重物的力稱為“挈”，將自由往下降落稱為“收”，將整個滑輪稱為“繩制”（圖1），現分別用甲、乙兩個力替代“收”（圖2），使重物在相同的時間內上升相同的高度，不計繩重與摩擦，下列說法正確的是（ ）

（A）使用這個滑輪能省力.

（B）使用這個滑輪不能改變力的方向.

（C）甲拉力大小等于乙拉力大小.

（D）甲拉力做的功大于乙拉力做的功.

思考 滑輪固定在墻上屬于定滑輪，根據定滑輪的特點對選項依次進行分析，得到對應內容正誤的判斷，即可得出正確答案.

解析 由圖1、2可知，該滑輪是定滑輪，定滑輪只能改變力的方向，不能省力，故選項（A）（B）錯誤；

定滑輪是等臂杠桿，由于阻力和阻力臂不變，動力臂都等于滑輪的半徑，即甲、乙拉力的力臂相等，根據杠桿平衡條件Fl=Fl可知，甲拉力大小等于乙拉力大小，故選項（C）正確；

由題意可知，重物上升的距離相同，在使用定滑輪時，繩子移動的距離等于物體上升的距離，由于甲、乙拉力相等，根據W=Fs可知，甲、乙做的功相等，故選項（D）錯誤；

綜上所述，正確答案為選項（C）.

2 動滑輪

動滑輪是指滑輪的軸不被固定可以任意運動的滑輪模型，可以類比為阻力臂為兩倍的杠桿模型，此時動滑輪具有省力、費距離、不改變力的方向等特點.解答動滑輪相關問題時，應判斷滑輪類型，再根據杠桿類比特點列式運算求解.

例2 如圖3所示，利用三個質量相同的滑輪提起相同質量的重物時，所需拉力分別為F、F和F，不計繩重與摩擦，若滑輪和物體重分別為2N和10N，勻速提升重物G時，拉力最大的是______，拉力最小的是______（前兩空選填“F”“F”和“F”），最小拉力為______N.

思考 甲乙兩滑輪屬于動滑輪，首先分析動滑輪中拉力與物體重力的等價關系，其次列式求解，對三個滑輪依次分析并進行比較，即可得到問題所求的答案.

解析 圖甲中，滑輪為動滑輪，拉力作用在繩子自由端，n=2，則

圖乙中，滑輪為動滑輪，拉力作用在動滑輪軸上，作用在繩子上的拉力等于物體的重力，根據力的平衡條件可得

F=2G+G=2×10+2=22N，

圖丙中，滑輪為定滑輪，定滑輪不省力，

則F=G=10N，

綜上所述，最大的拉力為F，最小的拉力為F，拉力最小為6N.

3 滑輪組

滑輪組是由動滑輪、定滑輪組合形成的一類滑輪類型，滑輪組具有定滑輪和動滑輪的特點，既能省力也能改變力的方向.對滑輪組問題進行解答時應注意兩點：①，物體由n股繩子承重，則拉力為1/nG，②繩子作用距離是物體移動距離的n倍.

例3 如圖4所示，滑輪組在3s內將一重為800N的物體勻速向上提起3m，拉力為500N，下列關于滑輪組說法正確的是（ ）

（A）拉力F端拉動的速度為1m/s.

（B）滑輪組做的有用功為1500J.

（C）滑輪組的機械效率為80％.

（D）拉力F的功率為500W.

思考 首先分析題目滑輪組由2股繩子承重，其次按照選項依次分析F端的移動速度、做功情況、功率和機械效率，分別列式求解，對照選項判斷正誤，即可得到正確答案.

解析 物體上升的速度

如圖4，滑輪組由2股繩子承擔物重，拉力F端拉動的速度是物體移動速度的2倍，則拉力F端拉動的速度為2m/s，故選項（A）錯誤；

滑輪組做的有用功為

W=Gh=800N×3m=2400J，

故選項（B）錯誤；

滑輪組的機械效率為

故選項（C）正確；

拉力F的功率為

故選項（D）錯誤.

綜上，正確答案為選項（C）.

4 結語

定滑輪、動滑輪和滑輪組都具有不同的特點，上述例題也充分體現出解答相關問題所對應的思路.解答滑輪相關問題時，首先要根據問題所給出的條件確定滑輪類型，其次根據滑輪特點列式解答問題.復雜的滑輪相關問題解答，則需要逐步進行分析，從而得出答案.

參考文獻：

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