郁从军

生活中我们常会看到如下几种情景：如图1，升旗时，升旗手只要拉动旗杆下面的绳子，国旗就能冉冉升起；如图2，人站在地面上只要拉动绳子，就可以把重物吊到二楼；如图3，在施工中，起重机可以把重物吊到高处.

上面3幅图中的装置都使用了滑轮这种简单机械.我国早在战国时期的《墨经》中就有关于滑轮的记载.所谓滑轮就是一个周边有槽，能够绕轴转动的轮子（如图4）.滑轮有两种：定滑轮（如图5）和动滑轮（如图6），定滑轮和动滑轮可以组合成为滑轮组（如图7）.

一、定滑轮

使用滑轮时，轴的位置固定不动的滑轮称为定滑轮.使用定滑轮有什么好处？

（1）我们按图8所示的方式组装定滑轮，用弹簧测力计测出绳端的拉力，将该拉力与钩码的重力相比较，发现绳端的拉力等于钩码的重力（不计绳重和摩擦）.

（2）如图9所示，轴心O点固定不动为支点，其动力臂l1=阻力臂l2=圆的半径r.根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，可知，当匀速提起重物时杠杆处于平衡状态（不计绳重和摩擦），F1=F2=G，即不省力.

（3）如图10所示，改变力的方向，由图可知l1=l2=r.根据杠杆平衡条件可得F1

=F2=G，可见，对于定滑轮来说，无论朝哪个方向用力，定滑轮都是一个等臂杠杆，所用拉力都等于物体的重力G（不计绳重和摩擦），拉力的大小与方向无关.

由此可得出，定滑轮的特点是不省力，但可以改变力的方向.用定滑轮提升重物时，动力移动的距离s等于重物移动的距离h.

二、动滑轮

使用滑轮时，轴的位置随物体一起移动的滑轮称为动滑轮.使用动滑轮有什么好处？

（1）我们按图11所示的方式组装动滑轮，用弹簧测力计测出绳端的拉力，将该拉力与钩码的重力相比较，发现绳端的拉力等于钩码的重力的一半（不计绳重、摩擦和轮重）.

（2）如图12所示，图中O点可以看做一个能够移动的支点，其动力臂l1=2l2=2r.根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2，可知，当匀速提起重物时杠杆处于平衡状态（不计绳重、摩擦和轮重），F1=G/2，即省一半的力.

（3）如图13所示，改变力的方向，由图可知l1<2r.根据杠杆平衡条件可得F1>G/2，可见，对于动滑轮来说，只有当拉力竖直向上拉时才省一半的力（不计绳重和摩擦），拉力的大小与方向有关.

由此可得出，动滑轮的特点是省一半的力，但不可以改变力的方向.用动滑轮提升重物时，还可以得到动力移动的距离s等于重物移动的距离h的2倍，即省一半的力就要用2倍的距离.

三、滑轮组

我们把定滑轮和动滑轮组合起来，就可以组合成滑轮组.使用滑轮组时，既可以达到省力又可达到改变力的方向的作用.

四、对应练习

1.如图14为家庭手摇升降晾衣架结构图，当顺时针摇动手柄时，横梁上升.下列滑轮属于动滑轮的是（ ）.

A.甲 B.乙 C.丙 D.丁

2.建筑工地上常用如图15所示的装置搬运建筑材料，使用的滑轮组由A、B、C、D 4个滑轮组成，其中属于定滑轮的有 ，

属于动滑轮的有 （填字母）.

3.如图16所示，学校国旗的旗杆上有一个滑轮，升旗时往下拉动绳子，国旗就会上升，对该滑轮的说法，正确的是（ ）.

A.这是一个动滑轮，可省力

B.这是一个定滑轮，可省力

C.这是一个动滑轮，可改变力的方向

D.这是一个定滑轮，可改变力的方向

4.如图17所示，在竖直向上大小为10N的力F的作用下，重物A沿竖直方向匀速上升.已知重物A上升速度为0.2m/s，不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间的摩擦，则物体的重力大小和滑轮上升的速度分别为（ ）.

A.20N 0.4m/s B.20N 0.1m/s

C.5N 0.4m/s D.5N 0.1m/s

5.如图18所示，某同学用重为10N的动滑轮匀速提升重为50N的物体.不计摩擦，则该同学所用拉力F的可能值是（ ）.

A.20N B.25N C.30N D.35N

6.如图19所示，在用滑轮将同一物体沿相同水平地面匀速移动时，拉力分别为F甲、F乙、F丙、F丁，比较它们的大小（不计滑轮重及滑轮与细绳间的摩擦），正确的是（ ）.

A.F甲>F乙 B.F乙=F丙

C.F丙

7.工人们为了搬运一台笨重的机器，设计了如图20所示的4种方案（机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的截面），其中最省力的方案是（ ）.

8.如图21所示，在健身运动的过程中，物体A的质量为4kg，滑轮摩擦不计.当向下摆动脚腕使细绳拉着物体A缓慢（匀速）提升时，脚腕对细绳拉力的方向在改变、大小 （也改变/不变）.

9.如图22所示，物体A的质量m=12kg，在拉力F的作用下，物体A以0.1m/s的速度在水平面上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为12N，忽略滑轮与绳子的摩擦力以及滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力，并且绳子足够长.求：（1）物体A与水平面间摩擦力f的大小；（2）拉力F的大小.

10.定滑轮在使用时相当于一个杠杆.如图23所示，某人用绳子沿着倾斜方向通过定滑轮拉住钩码，已知人手的拉力为F，钩码重力为G.

（1）请在图中标出这只“杠杆”的支点O，画出拉力F、钩码重力G及它们的力臂（保留作图痕迹）；

（2）若不计摩擦、滑轮重和绳重，请用杠杆平衡条件推证：F=G.