初中物理竞赛教程基础篇第11讲滑轮轮轴斜面

第 11 讲 滑轮 轮轴 斜面11.1 学习提要11.1.1 滑轮滑轮是一种常见的简单机械。滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的小轮，如图 11-1 所示。由于使用方法的不同，可以把滑轮分为定滑轮和动滑轮两类。1. 定滑轮工作时轴保持固定不动的滑轮称为定滑轮。定滑轮的实质是一个等臂杠杆，所以正确使用它既不省力，也不省距离，但可以改变用力方向。2. 动滑轮工作时轴随物体一起移动的滑轮称为动滑轮。动滑轮的实质是动力臂为阻力臂 2 倍的省力杠杆，所以在不计算滑轮所受重力及轮与绳的耗损摩擦的情况下，也就是理想情况下，使用动滑轮可以省一半的力，但要多移动一倍的距离，同时使用动滑轮不能改变用力的方向。定滑轮与动滑轮的示意图以及它们与杠杆的等效图如图11-2 所示。3. 滑轮组定滑轮和动滑轮的组合叫滑轮组。使用滑轮组，既能省力，又能改变用力的方向，但要多移动距离。1如图 11-3（a）所示，在理想状态下，只用动滑轮时，拉力FA 为重力 GA 的一半，省了一半的力，但没有改变用力的方向。如图 11-3（b）所示，在理想状态下，拉力 FB 仍为物体重力 GA 的一半，省了一半的力，但力的方向改变了！在这一实例中，动滑轮起到省力的作用，而定滑轮起到可以改变力的方向的作用， 把图 11-3（b）加以规范美观，就成为最常见、也是最简单的滑轮组，如图11-3（c）所示。在由一根绳子绕制的滑轮组中，重物和全部动滑轮的总重力由几段绳子承担，提起重物所用的力就是总重力的几分之一。动力作用点移动的距离就是物体移动距离的几倍。即F=1/nG 总，其中 n 为经过动滑轮的绳子股数，如果物体上升h，则动力作用点移动的距离为s=nh.4. 滑轮应用的实例滑轮或滑轮组在实际生产和生活中有着广泛的应用。如升旗时向下用力，红旗却向上冉冉升起；向下拉动窗帘的引线，可以使窗帘闭合或打开等，这些都是利用定滑轮改变力的方向来实现的。根据使用滑轮组可以省力和改变用力的方向这一特点，人们设计了一些“用小力换大力”的工作方案，如吊车上的滑轮组、工厂或建筑工地上常用的举吊重物的装置等，都是滑轮组的具体应用。11.1.2轮轴1. 轮轴由轮和轴组成，且轮和轴能绕共同轴线转动，这种简单机械叫做轮轴。2请注意观察图 11-4 所示的辘轳，在工作时，摇把转一周，辘轳的轴也转一周，其摇把相当于轮，而绕着绳子的部分即为轴。轮和轴是连在一起的整体，轮和轴两部分能绕共同轴线旋转，轮转一周，轴也转一周。轮轴实质为一种能绕固定点连续...