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滑輪轉軸在解決滑輪問題中的應用
滑輪轉軸在解決滑輪問題中的應用 滑輪是個周邊有槽，可以繞軸轉動的輪子。下面談談通過分析滑輪轉軸解決兩類滑輪問題的方法。 一、分析轉軸判斷滑輪類型 對機械中的各個滑輪，先假設通過滑輪作用的物體被拉動，對照物體被拉動時滑輪轉軸的情況進行判斷： ①物體拉動時，滑動轉軸位置靜止不動時滑輪是定滑輪。如圖1—（a） ②物體拉動時，滑輪轉軸位置隨差物體的移動而移動的是動滑輪。如圖1—（b） 二、分析轉軸確定動滑輪上的力的作用情況 在人教版教材中，分析動滑輪實質敘述為“是一個動力臂（L1）為阻力臂（L2）二倍的杠桿”。（如圖2）根據(jù)力的平衡條件“動滑輪可省一半力”。在教學中，發(fā)現(xiàn)學生常誤解為“只要是動滑輪，動力就是阻力的一半。”筆者嘗試以下方式說明，能幫助學生更好理解，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，作用在滑輪轉軸上的力是作用在滑輪邊緣上的力的二倍”。 下面結合例題示范說明。 ［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。不計滑輪重量及摩擦力，則下列說法正確的是（ ） A、這是動滑輪，F(xiàn)=1/2G。 B、這是定滑輪，F(xiàn)=G。 C、這是動滑輪，F(xiàn)=2G。 D、這是定滑輪，F(xiàn)=2G。 解析：首先，因為重物被提升時，滑輪轉軸跟隨向上移動，所以判斷這是個動滑輪。其次，由于力F作用在滑輪轉軸上，重力G通過繩子作用于滑輪邊緣，所以F=2G。應選C。 錯解1：誤認為是定滑輪，不省力，而選B。 錯解2：認為動滑輪省一半力，而選A。 ［例2］分別用如圖4—（b）所示裝置勻速提升相同重物。不計滑輪重力及摩擦力，那么F1F2大小關系和滑輪屬于情況是（ ）
A、（a）圖中滑輪為定滑輪，（b）圖中滑輪為動滑輪，F(xiàn)a＞Fb。 B、（a）圖中滑輪為定滑輪，（b）圖中滑輪為動滑輪，F(xiàn)a＜Fb。 C、（a）圖中滑輪為動滑輪，（b）圖中滑輪為定滑輪，F(xiàn)a＜Fb。 D、（a）圖中滑輪為動滑輪，（b）圖中滑輪為定滑輪，F(xiàn)a＝Fb。 解析：根據(jù)杠桿平衡條件，可知作用在杠桿左端上的力F是相同的。設想重物被提升時，（a）圖中轉軸位置發(fā)生移動，所以是動滑輪；（b）圖中滑輪轉軸位置固定不動，所以是定滑輪。（a）圖中作用在滑輪轉軸上的力F是作用在滑輪邊緣上的力F1的二倍，所以Fa＜F。（b）圖中F＝Fb，則Fa＜Fb，應選C。
［例3］用如圖5——（a）（b）所示裝置勻速拉起相同重物G，不計滑輪重力和摩擦力，那么Fa= G，F(xiàn)b= G。 解析：（a）圖中，重物提升時，三個滑輪的轉軸都固定不動，都是定滑輪，不省力所以Fa=G。 （b）圖中，重物提升時，甲、乙滑輪轉軸跟隨移動是動滑輪，丙滑輪轉軸固定不動是定滑輪。作用在甲滑輪轉軸上的力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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