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受力分析法巧解滑轮问题
一、动滑轮受力分析简介
1、提出问题
(1)人教版教材讲解动滑轮的省力特点
人教版物理课
本上在讲解动滑轮
时,是这样进行讲
解的,把它看做变
形了的杠杆。如图
1,先让学生判定,杠杆的支点是A还是O点,之后引导学生找出动力臂L1(大小为2R)是阻力臂L2(大小为R)的二倍,
再根据杠杆的平衡条件F1·L1=F2·L2 ,并计算出拉力F与物重G的关系(忽略动滑轮自重和摩擦时),有:G·R=F·2R,即F=G /2 。
并由此得出结论:动滑轮在使用时,相当于一个动力臂是阻力臂2倍的杠杆,省一半力,费一倍距离,不能改变力的方向。
当然,若考虑滑轮自重的话,关系为:F=(G物+G动)/2 。
(2)滑轮组中绳子段数和滑轮受力分析
如图2甲所示
,用虚线将两部分
分割开来,只看
下部,即动滑轮
部分,看受到几
段绳子的拉力,
图中为两段绳子拉动滑轮,则n=2,这时拉力和物重的关系即为F=G物/n=G物/2。若考虑动滑轮重的话,关系为:F=(G物+G动)/n=(G物+ G动)/2 。
同样,如果是用如图2乙所示的绕绳方法,则分析可得,n=3 ,这时拉力和物重的关系即为F= G物/3。若考虑动滑轮重的话,关系为:F=(G物+ G动)/3 。
然而,现在的题目都已经出的很活,如果单纯的记忆这些“定律”,难免会把东西学死,而无法熟练掌握。例如,图3为某省中考题,比较F1、F2、F3的大小。
如再用拉力与物重的关系来求解的话,难度就会比较大,因为拉力根本与物重没有关系,有关系的是摩擦力。尤其是B、C两图,都是动滑轮,力的大小却不相同,绳子移动距离与物体移动距离的关系也不同,所以再解决这类问题的时候就会比较麻烦。为此,本人发现,在涉及动滑轮及滑轮组的相关问题时,如从受力平衡的角度对动滑轮进行受力分析的,可以简化很多,经过笔者几年来的教学实践,收到了很好的效果,现与大家一起分享一下。
2、方法策略及解题步骤
利用受力分析来解决,所以解决滑轮组这一类问题的一般方法如下:
以动滑轮为研究对象,对动滑轮受力分析,看动滑轮受到的哪些力相互平衡,再利用平衡条件,最后求解。
需要提前做铺垫的一些知识:
(1)同一根绳子穿起来的滑轮组,其绳子上各处的拉力都相等。(一般情况下不计摩擦,不计绳重)
(2)初中阶段研究的物体要么静止,要么做匀速直线运动,即受力满足平衡条件:合力等于零。
3、实战演练
技巧介绍:取
动滑轮为研究对
象,受力分析如
下(如图4所示
):动滑轮收到2个大小均为F的向上的拉力,同时受到物体给它的大小为G物方向竖直向下的作用力(根据物体受力平衡,对重物进行受力分析即可得出绳子上的拉力为G物),在不考虑动滑轮自重时,有2F=G物,F= G物/2;如需考虑动滑轮重,只需把G物替换成(G物+G动)即可。
例题一:如图5
所示,用力F将重
物匀速提起,摩擦
、滑轮重均不计,
则物体重G与力F的关系为( )
A、F=G B、F=1/2G C、F=2G D、无法确定
解析:本题容易错利用动滑轮的“特点”,拉力为物重的一半,错选B,但如果选择对动滑轮进行受力分析的方法,如图5乙,滑轮受到1个向上的拉力,两个向下的大小为G的拉力,容易得到F=2G,当然如果考虑动滑轮重力的话,F=2G+G动。
例题二:如下图所示,前文提到的水平拉动滑轮的情况,用三种不同的方式分别拉着重为50N的同一物块A在水平地面上做匀速直线运动,已知物块与水平面的摩擦力为30N,所用拉力分别为F1、F2和F3,则F1=___N, F2___ =N, F3___=N 。
解析:三个物体在竖直方向上均受支持力和重力,彼此平衡,相互抵消。
A图,滑轮为定滑轮,取物块A为研究对象,水平方向上受向左的绳子拉力F1和向右的摩擦力,并且由于A处于平衡状态,故拉力=摩擦力;
对于B、C两图,采用对动滑轮受力分析的方法,如上图所示:B图中,动滑轮受到向左的两个大小均为F2的拉力和一个向右的大小等于摩擦力f的拉力作用下保持平衡,故2F2=f ,F2= f/2=15N .C图中,动滑轮受到向左的两个大小均等于f的摩擦力的拉力和向右的拉力F3的作用下保持平衡,故2f =F3 ,F3= 2f=60N .
例题三:如下图所示,不考虑滑轮与绳子重力以及之间的摩擦,绳子自由端拉力为3N,A、B两个弹簧测力计均保持静止,则弹簧测力计A的示数为___ N,弹簧测力计B的示数为___N .
分析:左右两个均是定滑轮,且均处于受力平衡状态,对左边滑轮A而言,FA=3F=9N,对右边滑轮受力分析,则FB=2F=6N .
二、总结
处理滑轮组这一类力学问题,使用的仍是解决力学问题的一般思路,即选取研究对象,分析受力,利用平衡条件列方程解题。养成这样的解题和思考习惯,对于学生今后的学习帮助会很大,当然,具体如何选取研究对象,是整体还是隔离某一物体,要具体情况具体分析,需要隔离分析时,还要知道相互作用力的知识。
受力分析先后顺序一般要从绕有自由端绳子的那个滑轮开始受力分析。正确地进行受力分析是解题的关键,既要找准力的个数,又要找准力的方向。
个人认为,作为教师应教给学生处理问题的一般方法,才有可能使学生能更加灵活地处理可能遇到的各种问题。
- 【发布时间】2014/12/1 17:13:41
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