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滑輪轉(zhuǎn)軸在解決滑輪問題中的應(yīng)用
滑輪是個(gè)周邊有槽,可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子。下面談?wù)勍ㄟ^分析滑輪轉(zhuǎn)軸解決兩類滑輪問題的方法。
一、分析轉(zhuǎn)軸判斷滑輪類型
對(duì)機(jī)械中的各個(gè)滑輪,先假設(shè)通過滑輪作用的物體被拉動(dòng),對(duì)照物體被拉動(dòng)時(shí)滑輪轉(zhuǎn)軸的情況進(jìn)行判斷:
①物體拉動(dòng)時(shí),滑動(dòng)轉(zhuǎn)軸位置靜止不動(dòng)時(shí)滑輪是定滑輪。如圖1—(a)
②物體拉動(dòng)時(shí),滑輪轉(zhuǎn)軸位置隨差物體的移動(dòng)而移動(dòng)的是動(dòng)滑輪。如圖1—(b)
二、分析轉(zhuǎn)軸確定動(dòng)滑輪上的力的作用情況
在人教版教材中,分析動(dòng)滑輪實(shí)質(zhì)敘述為“是一個(gè)動(dòng)力臂(L1)為阻力臂(L2)二倍的杠桿”。(如圖2)根據(jù)力的平衡條件“動(dòng)滑輪可省一半力”。在教學(xué)中,發(fā)現(xiàn)學(xué)生常誤解為“只要是動(dòng)滑輪,動(dòng)力就是阻力的一半!惫P者嘗試以下方式說明,能幫助學(xué)生更好理解,現(xiàn)說明如下:“作用在滑輪邊緣上的力F1的力臂(L1)是作用在滑輪轉(zhuǎn)軸上的力F2的力臂(L2)的二倍。根據(jù)杠桿平衡條件,作用在滑輪轉(zhuǎn)軸上的力是作用在滑輪邊緣上的力的二倍”。
下面結(jié)合例題示范說明。
[例一]力F作用在滑輪上,使重物G勻速上升,滑輪安裝如圖3所示。不計(jì)滑輪重量及摩擦力,則下列說法正確的是( )
A、這是動(dòng)滑輪,F(xiàn)=1/2G。
B、這是定滑輪,F(xiàn)=G。
C、這是動(dòng)滑輪,F(xiàn)=2G。
D、這是定滑輪,F(xiàn)=2G。
解析:首先,因?yàn)橹匚锉惶嵘龝r(shí),滑輪轉(zhuǎn)軸跟隨向上移動(dòng),所以判斷這是個(gè)動(dòng)滑輪。其次,由于力F作用在滑輪轉(zhuǎn)軸上,重力G通過繩子作用于滑輪邊緣,所以F=2G。應(yīng)選C。
錯(cuò)解1:誤認(rèn)為是定滑輪,不省力,而選B。
錯(cuò)解2:認(rèn)為動(dòng)滑輪省一半力,而選A。
A、(a)圖中滑輪為定滑輪,(b)圖中滑輪為動(dòng)滑輪,F(xiàn)a>Fb。
B、(a)圖中滑輪為定滑輪,(b)圖中滑輪為動(dòng)滑輪,F(xiàn)a<Fb。
C、(a)圖中滑輪為動(dòng)滑輪,(b)圖中滑輪為定滑輪,F(xiàn)a<Fb。
D、(a)圖中滑輪為動(dòng)滑輪,(b)圖中滑輪為定滑輪,F(xiàn)a=Fb。
[例3]用如圖5——(a)(b)所示裝置勻速拉起相同重物G,不計(jì)滑輪重力和摩擦力,那么Fa= G,F(xiàn)b= G。
解析:(a)圖中,重物提升時(shí),三個(gè)滑輪的轉(zhuǎn)軸都固定不動(dòng),都是定滑輪,不省力所以Fa=G。
(b)圖中,重物提升時(shí),甲、乙滑輪轉(zhuǎn)軸跟隨移動(dòng)是動(dòng)滑輪,丙滑輪轉(zhuǎn)軸固定不動(dòng)是定滑輪。作用在甲滑輪轉(zhuǎn)軸上的力G是作用在甲滑輪邊緣上的力F甲邊的二倍,所以F甲邊= 1/2G。作用在乙滑輪轉(zhuǎn)軸上的力F乙= F甲邊。且F2是作用在乙滑輪邊緣上的力F乙邊的二倍,所以F乙邊= 1/4G。則通過定滑輪丙后Fb=F乙邊= 1/4G。
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