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初中《物理课程标准》指出:通过实验探究,学会使用简单机械改变力的大小和方向。滑轮组是定滑轮和动滑轮的综合运用,它在生产中有着广泛的应用,主要因为具备三大优点:①能省力;②可改变施力方向;③能提高效率。简单滑轮组省力多少的判断和设计组装问题,是学生在学习这一章的两个难点,本人结合自己多年教学实践摸索出一种行之有效的解决此类问题的方法,和同行探讨供同学们参考。
1判断省力情况
使用滑轮组时,若不计动滑轮重滑轮组用几根绳子n吊着物体,提起物体所用的力F就是物重G的几分之一(即F=G)。在滑轮组中,承担物重的是吊着动滑轮的那几段绳子,这包括栓在框上的和最后从动滑轮引出的拉绳。而跨过定滑轮的绳子,包括最后从定滑轮引出的拉绳只起改变力方向的作用。故只要数一数有几根绳子吊着动滑轮(或者说跟动滑轮直接接触),就能算出省力到几分之一。具体确定方法如下:
1.1整体法。一条绳子绕在滑轮组上后,绳子就在定动滑轮之间分成几股。除了手拉的一股需判断是否承受重力外,其余几股(设为N)都要承担动滑轮和重物的重力。如果手拉的绳子自由端与定滑轮接触,就不承担重力,则n=N,如图1-甲所示n=4;如果手拉的绳子自由端与动滑轮接触,就承担重力,则n=N+1,如图1-乙所示n=5。
1.2隔离法。例如图1所示的滑轮组,为了便于分析我们可在定、动滑轮之间画一条水平直线,或直接用手将定滑轮盖住,便有了图2所示的效果。这样我们就能准确判断甲图有4段省力到1/4,乙图有5段省力到1/5。
2设计组装滑轮组
第一步:确定绕过动滑轮的绳子段数n。根据题意如每段绳子能承受最大拉力为F,要承担的重物G物和动滑轮的重力G动,则承担物重所需绳子段数n=,若不考虑动滑轮重则n=G物/F,注意n一律进位取整数。例如:所得结果为n=3.1时,我们应选择绳子的根数为4。
第二步:确定动滑轮的个数N动。根据每两根绳子需要一个动滑轮来确定动滑轮的个数。当n为偶数时,动滑轮的个数;当n为奇数时,动滑轮的个数。
第三步:确定定滑轮的个数N定。一般情况下,定滑轮的个数由绳子的段数n和拉力的方向共同决定。①当n为偶数时,配定原则是“一动配一定、偶数同向少一定”,即要改变方向使拉力方向向下时,N定=N动;方向不改变使拉力方向向上时,N定=N动-1。②当n为奇数时,配定原则是“一动配一定、奇数变向加一定”;即拉力的方向不变向上时,N定=N动;若改变方向使拉力向下时,N定=N动+1。
第四步:组装绕线。按口诀“奇动偶定”确定绳子起始点。①当n为奇数时,绳子的起始点从动滑轮开始,经定滑轮依次绕线。②当n为偶数时,绳子的起始点从定滑轮开始,经动滑轮依次绕线。
3实例解析
例1:某物重为5500N,一根绳子最大只能承担1300N的拉力,某人站在地面把重物向上提升。请帮其设计一个滑轮组,并画出组装示意图。
分析与解答:①确定绳子段数n。根据题意n==4.2,n应为5段绳子。②确定动滑轮个数N动。n=5为奇数,则N动===2(个)。③确定定滑轮个数N定。n=5为奇数,“一动配一定”定滑轮应为2个。但又要求站在地面把重物向上提升,需要改变施力的方向,即:“奇数变向加一定”。则应在2个的基础上再加上一个,即定滑轮的个数N定=N动+1=2+1=3个。④组装滑轮组。据“奇动偶定”n=5为奇数,绳子的起始点应从动滑轮的挂钩上开始,经定滑轮依次绕线。如图1所示:
例2:某物重为5200N,一根绳子最大只能承担1300N的拉力,要求站在楼上把重物向上提升。应利用怎样的滑轮组?画出组装示意图。
分析与解答:①确定绳子段数n=≈5;②动滑轮个数:N动===2(个);③定滑轮个数:n=5为奇数且不变向。即“一动配一定”定滑轮个数为2个;④组装滑轮组。按“奇动偶定”n=5为奇数,绳子的起始点应从动滑轮的挂钩上开始缠绕。如图2所示:
例3:某人站在地面上用一滑轮组提升一重1500N的重物,每个动滑轮的重力是100N,绳子所能承受的最大拉力是500N,应该怎样组装滑轮组?画出示意图。
分析与解答:①题目中动滑轮个数未知,我们可以设动滑轮的个数为N,则动滑轮的总重力G动=100N,重物的重力G物=1500N,绳子的最大拉力F=500N可判断承担重物的绳子的根数n==,又因为N=,代入可求得绳子的根数n=4;②动滑轮的个数为N动==2(个);③站在地上要求拉力的方向是向下的,故N定=N动=2(个);④由“偶定”确定绳子的固定端应栓在动滑轮上。滑轮组的设计如图3所示。
工欲善其事,必先利其器。我们掌握了一种简捷有效的方法只是为了提高我们的学习效率,解决具体问题还需各位灵活运用。
1判断省力情况
使用滑轮组时,若不计动滑轮重滑轮组用几根绳子n吊着物体,提起物体所用的力F就是物重G的几分之一(即F=G)。在滑轮组中,承担物重的是吊着动滑轮的那几段绳子,这包括栓在框上的和最后从动滑轮引出的拉绳。而跨过定滑轮的绳子,包括最后从定滑轮引出的拉绳只起改变力方向的作用。故只要数一数有几根绳子吊着动滑轮(或者说跟动滑轮直接接触),就能算出省力到几分之一。具体确定方法如下:
1.1整体法。一条绳子绕在滑轮组上后,绳子就在定动滑轮之间分成几股。除了手拉的一股需判断是否承受重力外,其余几股(设为N)都要承担动滑轮和重物的重力。如果手拉的绳子自由端与定滑轮接触,就不承担重力,则n=N,如图1-甲所示n=4;如果手拉的绳子自由端与动滑轮接触,就承担重力,则n=N+1,如图1-乙所示n=5。
1.2隔离法。例如图1所示的滑轮组,为了便于分析我们可在定、动滑轮之间画一条水平直线,或直接用手将定滑轮盖住,便有了图2所示的效果。这样我们就能准确判断甲图有4段省力到1/4,乙图有5段省力到1/5。
2设计组装滑轮组
第一步:确定绕过动滑轮的绳子段数n。根据题意如每段绳子能承受最大拉力为F,要承担的重物G物和动滑轮的重力G动,则承担物重所需绳子段数n=,若不考虑动滑轮重则n=G物/F,注意n一律进位取整数。例如:所得结果为n=3.1时,我们应选择绳子的根数为4。
第二步:确定动滑轮的个数N动。根据每两根绳子需要一个动滑轮来确定动滑轮的个数。当n为偶数时,动滑轮的个数;当n为奇数时,动滑轮的个数。
第三步:确定定滑轮的个数N定。一般情况下,定滑轮的个数由绳子的段数n和拉力的方向共同决定。①当n为偶数时,配定原则是“一动配一定、偶数同向少一定”,即要改变方向使拉力方向向下时,N定=N动;方向不改变使拉力方向向上时,N定=N动-1。②当n为奇数时,配定原则是“一动配一定、奇数变向加一定”;即拉力的方向不变向上时,N定=N动;若改变方向使拉力向下时,N定=N动+1。
第四步:组装绕线。按口诀“奇动偶定”确定绳子起始点。①当n为奇数时,绳子的起始点从动滑轮开始,经定滑轮依次绕线。②当n为偶数时,绳子的起始点从定滑轮开始,经动滑轮依次绕线。
3实例解析
例1:某物重为5500N,一根绳子最大只能承担1300N的拉力,某人站在地面把重物向上提升。请帮其设计一个滑轮组,并画出组装示意图。
分析与解答:①确定绳子段数n。根据题意n==4.2,n应为5段绳子。②确定动滑轮个数N动。n=5为奇数,则N动===2(个)。③确定定滑轮个数N定。n=5为奇数,“一动配一定”定滑轮应为2个。但又要求站在地面把重物向上提升,需要改变施力的方向,即:“奇数变向加一定”。则应在2个的基础上再加上一个,即定滑轮的个数N定=N动+1=2+1=3个。④组装滑轮组。据“奇动偶定”n=5为奇数,绳子的起始点应从动滑轮的挂钩上开始,经定滑轮依次绕线。如图1所示:
例2:某物重为5200N,一根绳子最大只能承担1300N的拉力,要求站在楼上把重物向上提升。应利用怎样的滑轮组?画出组装示意图。
分析与解答:①确定绳子段数n=≈5;②动滑轮个数:N动===2(个);③定滑轮个数:n=5为奇数且不变向。即“一动配一定”定滑轮个数为2个;④组装滑轮组。按“奇动偶定”n=5为奇数,绳子的起始点应从动滑轮的挂钩上开始缠绕。如图2所示:
例3:某人站在地面上用一滑轮组提升一重1500N的重物,每个动滑轮的重力是100N,绳子所能承受的最大拉力是500N,应该怎样组装滑轮组?画出示意图。
分析与解答:①题目中动滑轮个数未知,我们可以设动滑轮的个数为N,则动滑轮的总重力G动=100N,重物的重力G物=1500N,绳子的最大拉力F=500N可判断承担重物的绳子的根数n==,又因为N=,代入可求得绳子的根数n=4;②动滑轮的个数为N动==2(个);③站在地上要求拉力的方向是向下的,故N定=N动=2(个);④由“偶定”确定绳子的固定端应栓在动滑轮上。滑轮组的设计如图3所示。
工欲善其事,必先利其器。我们掌握了一种简捷有效的方法只是为了提高我们的学习效率,解决具体问题还需各位灵活运用。