初中物理解題中滑輪組的計(jì)算問(wèn)題探究

查勇

【摘要】初中階段是物理學(xué)習(xí)的重要階段，滑輪組是其中的一個(gè)核心內(nèi)容.但由于涉及多個(gè)物理量的相互作用，滑輪組的計(jì)算方法比較復(fù)雜，容易讓學(xué)生感到困惑.本文旨在通過(guò)探究滑輪組的計(jì)算方法，提供一種更加簡(jiǎn)單易懂的學(xué)習(xí)方式.通過(guò)分析滑輪組的結(jié)構(gòu)和作用原理，引入力的平衡和動(dòng)能守恒等概念，闡述滑輪組的力學(xué)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

【關(guān)鍵詞】初中物理；滑輪組；解題方法

在初中物理學(xué)習(xí)中，滑輪組是一個(gè)重要的概念.掌握滑輪組的計(jì)算方法，不僅能夠幫助學(xué)生解決相關(guān)物理問(wèn)題，還能夠培養(yǎng)他們的邏輯思維能力.但是，由于部分滑輪組問(wèn)題涉及多個(gè)物理量的相互作用，其計(jì)算方法復(fù)雜，容易讓學(xué)生感到困惑.因此，本文旨在通過(guò)探究滑輪組的計(jì)算方法，幫助初中學(xué)生更好地理解和應(yīng)用滑輪組的知識(shí).

1? 豎直方向滑輪組

例1? 如圖1所示，圖中滑輪質(zhì)量相同，假設(shè)甲乙兩個(gè)鉤碼在滑輪的作用下勻速上升，且在相同時(shí)間內(nèi)，鉤碼上升相同的高度（忽略繩子和摩擦），在此過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（? ）

（A）兩滑輪組繩端移動(dòng)的距離相等.

（B）兩滑輪組繩端的拉力做的功相等.

（C）兩滑輪組對(duì)物體做功的功率相等.

（D）甲滑輪組的機(jī)械效率小于乙滑輪組的機(jī)械效率.

分析? 通過(guò)分析滑輪組的構(gòu)造，可知承擔(dān)物重的繩子股數(shù)n，繩端的移動(dòng)距離可以由s=nh求出.由題目得鉤碼上升高度相同，因此，滑輪所做的有用功相同.題中忽略了繩重和摩擦，兩個(gè)動(dòng)滑輪重量相同，提升高度相同，因此做的額外功相同.所以此時(shí)有用功加上額外功也相同，即總功相同，再根據(jù)η=W有用W總以及功率公式，可求解.

解? 由圖①可知nA=2，nB=3，在相等時(shí)間內(nèi)鉤碼移動(dòng)相同的距離，則sA=2h，sB=3h，繩端A、B兩點(diǎn)移動(dòng)距離不相等，故（A）錯(cuò)誤；

因?yàn)閯?dòng)滑輪質(zhì)量相同，提升的物體重和高度都相同，且W額=G動(dòng)h，W有用=G物h，所以利用滑輪組做的有用功相同，故（B）（D）錯(cuò)誤；

因?yàn)樗脮r(shí)間相同、對(duì)物體做功相同，所以P=Wt可知兩滑輪組對(duì)物體做功的功率相等，故（C）正確.

例2? 小紅用如圖2所示的滑輪組，在10s內(nèi)將質(zhì)量為60kg的物體A勻速提升了2m.已知繩子自由端所用的拉力為200N，不計(jì)繩子重力及摩擦，g取10N/kg.求：（1）請(qǐng)計(jì)算動(dòng)滑輪總重力；（2）若小紅的體重是600N，則使用此滑輪組，她能提升的物體最重是多少？

分析? 已知物體的重力和繩子的拉力以及動(dòng)滑輪上繩子的段數(shù)，可求動(dòng)滑輪的重力；已知小紅的重力，可知繩子的拉力最大只能等于小紅的體重，根據(jù)動(dòng)滑輪上繩子的段數(shù)求出物體的最大重力.

解? （1）由圖2可知，連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n=4，不計(jì)繩子重力及摩擦，由F=1nG+G動(dòng)可得，動(dòng)滑輪總重力：G動(dòng)=nF－G=4×200N－600N=200N.

（2）由于小紅的體重是600N，則繩子的最大拉力F最大=G人=600N，不計(jì)繩子重力及摩擦，由F=1nG+G動(dòng)得，小紅能提升的物體最大重量為：G最大=nF最大－G動(dòng)=4×600N－200N=2200N.

2? 水平方向滑輪組

例3? 小明用滑輪組拉動(dòng)箱子，如圖3所示，已知箱子重300N，并勻速在水平面上作直線運(yùn)動(dòng)，速度大小為0.2m/s，假設(shè)箱子與地面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.2，并且該滑輪組的機(jī)械效率為75%，則下列說(shuō)法正確的是（? ）

（A）繩子的拉力F大小為40N.

（B）在10s內(nèi)，小明拉動(dòng)繩子移動(dòng)4m.

（C）整個(gè)過(guò)程中物體重力所做的功為180J.

（D）拉力F做功的功率大小為16W.

分析? 圖③中滑輪組承重繩的段數(shù)n=2，由題意知，箱子受到地面的摩擦力f=0.2G，在該過(guò)程中，克服摩擦力對(duì)箱子做的功為有用功，拉力F對(duì)繩子做的功為總功，根據(jù)η=W有用W總=f·s箱F·s繩=f·s繩F×ns繩=fnF=75%可計(jì)算出拉力F的大小；箱子在水平面上運(yùn)動(dòng)，重力在豎直方向，因此不做功.

根據(jù)P=Wt=Fst=Fv計(jì)算出拉力F的功率.fs繩F×n繩=fnF=75%得，拉力F的大小為：F=fηn=60N75%×2=40N，故（A）正確；

箱子的速度v箱=0.2m/s，則繩子自由端的速度為：v繩=nv箱=2×0.2m/s=0.4m/s，由v=st得，10s內(nèi)繩子自由端移動(dòng)的距離為：s繩=v繩t=0.4m/s×10s=4m，故（B）正確；

力與運(yùn)動(dòng)方向垂直，因此矢量積為0，所以3s內(nèi)物體重力不做功，故（C）錯(cuò)誤；

根據(jù)P=Wt=Fst=Fv得，拉力F的功率為：P=Fv繩=40N×0.4m/s=16W，故（D）正確.

3? 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)滑輪組的計(jì)算方法進(jìn)行探究和分析，提供了一種更加簡(jiǎn)單易懂的學(xué)習(xí)方式，幫助初中學(xué)生更好地理解和應(yīng)用滑輪組的知識(shí).通過(guò)本文的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)喗M有更深入的認(rèn)識(shí)，掌握滑輪組的計(jì)算方法，并能夠在實(shí)際問(wèn)題中靈活運(yùn)用.

參考文獻(xiàn)：

［1］駱文玲.初中物理解題障礙的原因分析［J］.中學(xué)物理，2023，41（24）：6-9.

［2］楊鏈.例析初中物理圖像題的解題策略［J］.數(shù)理化解題研究，2023（29）：80-82.

［3］王國(guó)勝.初中物理力學(xué)習(xí)題的解題方法［J］.理科愛(ài)好者，2023（04）：59-61.