滑輪是個周邊有槽、能繞軸轉(zhuǎn)動的小輪.

一、滑輪的作用

1.定滑輪的作用

使用滑輪時，滑輪的軸固定不動的叫做定滑輪.如圖1所示，升國旗時，在旗桿的頂端就有一個定滑輪.如圖2所示，我們發(fā)現(xiàn)人是向下用力，而糧袋是上升的，這說明定滑輪可以改變力的方向.

那么用定滑輪能省力嗎?

我們可以用如圖3所示的方法進(jìn)行探究，先用測力計測量出鉤碼的重力.再取一滑輪固定在方座支架上，構(gòu)成一個定滑輪.用細(xì)繩穿過滑輪，細(xì)繩的一端掛上鉤碼作為阻力，細(xì)繩的另一端掛一彈簧測力計.用手豎直向下勻速拉測力計，當(dāng)滑輪平衡時，觀察測力計讀數(shù).改變所掛鉤碼重量，重復(fù)上述實驗，并記下各次測力計的讀數(shù)和所掛鉤碼重.由實驗所得的數(shù)據(jù)分析，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，測力計的讀數(shù)跟所掛鉤碼重相等.由此得出結(jié)論:使用定滑輪不省力，但是可以改變力的方向.

注意事項

①繩子最好是尼龍質(zhì)地的，中間不要有結(jié)，要光滑，盡量減小繩和滑輪之間的摩擦力.掛的鉤碼不要太多;

②注意觀察用力的方向和重物移動方向，要注意測力計的測量范圍.

2.動滑輪的作用

如圖4所示，某人用一個滑輪向上提升一袋糧食，這個滑輪的軸不再固定不動，而是隨物體一起運動，這樣的滑輪叫做動滑輪.從圖上來看，不使用動滑輪，只用手提的話，要向上用力，而使用了動滑輪之后，仍然要向上用力，也就是說，使用動滑輪并沒有改變動力的方向，那么，人們?yōu)槭裁催€要使用它呢?我們通過實驗來看一看它有什么好處.

我們可以用如圖5所示的方法進(jìn)行實驗探究.取一細(xì)繩穿過滑輪，細(xì)繩的一端固定在方座支架上，另一端系在彈簧測力計的掛鉤上.

在滑輪中心框架的鉤上掛鉤碼，使滑輪兩邊的細(xì)繩在豎直方向上，手通過測力計拉住繩子的一端.當(dāng)滑輪平衡或?qū)⒒喓退旅娴你^碼一起勻速提升時，觀察并記下測力計的讀數(shù).改變鉤碼重，重復(fù)以上實驗，并記下測力計的讀數(shù)和所掛鉤碼重.實驗結(jié)果表明，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，測力計讀數(shù)僅為鉤碼重的一半.由此可以得出結(jié)論:使用動滑輪能省一半力. 在進(jìn)行上述研究實驗中，發(fā)現(xiàn)測力計移動的距離與物體上升的高度是不等的，它們是什么關(guān)系呢?我們就在鐵架臺上立一根直尺，如圖6所示，記下物體和彈簧測力計移動前后的位置，看一下物體上升高度與動力移動距離的關(guān)系.這時我們發(fā)現(xiàn)，動力移動距離是物體上升高度的二倍.

注意事項

實驗的演示中，會出現(xiàn)測力計讀數(shù)偏大的情況，這是由于在提升重物的同時要提升動滑輪，還要克服摩擦力.與滑輪有關(guān)的摩擦有兩種，一種是滑輪和轉(zhuǎn)軸之間的摩擦;另一種是繩子與滑輪的摩擦.

二、滑輪的實質(zhì)

1.定滑輪的實質(zhì)

定滑輪實質(zhì)是一個什么杠桿呢?如圖7所示，用力拉繩提起重物時，滑輪受到力的作用. 動力F1作用在滑輪邊緣的A點，阻力F2作用在滑輪邊緣的B點，它們對軸心O的力臂分別是OA、OB這兩條半徑. 由于OA=OB，所以定滑輪實質(zhì)上是個等臂杠桿.根據(jù)杠桿的平衡條件，動力臂如果等于阻力臂，動力就和阻力相等，因此使用定滑輪不省力，也不費力. 但是，可以改變力的方向，給工作生活帶來方便.

為了幫助同學(xué)們理解滑輪是一種變形的杠桿，可以做如下的演示:

用硬紙片剪成兩條略長于滑輪半徑的紙條，分別涂上紅色和白色;在兩紙條的一端分別穿一小孔，使小孔到紙條另一端的長恰好等于滑輪半徑，旋出滑輪軸上的螺帽，將兩紙條套在滑輪的框架外，再旋入螺帽將紙片卡住，如圖8所示.演示定滑輪時，用紅、白兩紙條分別表示動力臂和阻力臂，無論動力方向怎樣改變，可以看到它都是一個等臂杠桿，如圖 9(a)和(b).

2.動滑輪的實質(zhì)

同學(xué)們見到輪，往往認(rèn)為圍繞轉(zhuǎn)動的支點一定在圓心.然而動滑輪的支點卻在滑輪的邊緣.我們可以演示一個實驗，將一個圓柱體慢慢推上一個臺階，如圖10所示，此時支點就不在圓的中心，而在圓邊緣的O點.

還可以用一把直尺來演示，如圖11所示，這樣就很容易找到動滑輪的支點.對照動滑輪，滑輪的圓心相當(dāng)于直尺的A點，是阻力的作用點，滑輪的邊緣相當(dāng)于直尺的邊緣，是杠桿的支點.滑輪隨重物一起運動，支點的位置也不斷地變化.所以滑輪是一個連續(xù)轉(zhuǎn)動的杠桿，是無數(shù)根杠桿的組合.動滑輪作為杠桿的支點確定了，判斷力臂就很容易了，動力臂是滑輪的直徑，阻力臂是滑輪的半徑.所以，動滑輪是動力臂為阻力臂兩倍的杠桿.如圖12所示，用力F1向上拉繩時，動力F1作用在滑輪邊緣的A點，阻力 F2作用在輪的中心B點，動滑輪與繩相切的O點是支點，動力 F1和阻力 F2對支點的力臂分別是OA為直徑，OB為同圓半徑，所以，動力臂是阻力臂的2倍，即OA=2OB ，使用動滑輪可以省一半的力.對于動滑輪來講，它在空間的位置隨著動滑輪的升降而上下移動，支點O是不固定的，但在每個時刻動滑輪都繞移動的支點轉(zhuǎn)動.

這里“定滑輪不省力、動滑輪省力一半”的理論，必須在一定條件下才能成立，即①勻速拉動;②不計摩擦;③不計繩重.

三、制作定滑輪和動滑輪

制作方法

1.用三合板鋸成兩個直徑為20cm的圓盤，再鋸一個直徑19cm的圓盤.小盤在中間，大盤在兩邊同心地粘合在一起，組成輪體.在兩面畫上輪輻，以便演示時觀察滑輪的轉(zhuǎn)動.輪體中心打孔，并穿一直徑4mm、長25mm的螺釘做軸，使輪可以自由轉(zhuǎn)動，如圖13所示.

2.用罐頭鐵皮做成如圖14所示的滑輪支架和指示器.支架用于固定滑輪軸，指示器用于指示滑輪受力的方向.

3.組裝滑輪時，滑輪支架與滑輪軸焊接，并要求滑輪能自由轉(zhuǎn)動.指示器可直接焊在滑輪支架上，并與支架相垂直.如圖15所示.定、動滑輪制作完成.

四、題例分析

在學(xué)習(xí)中，有的同學(xué)常誤解為“只要是動滑輪，動力就是阻力的一半”.現(xiàn)在我們只有這樣理解“作用在滑輪邊緣上的力F1的力臂(l1)是作用在滑輪轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸上的力是作用在滑輪邊緣上的力的二倍”，才是正確的.

例1力F作用在滑輪上，使重物G勻速上升，滑輪安裝如圖16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(zhuǎn)軸跟隨向上移動，所以判斷這是個動滑輪.但由于力F作用在滑輪轉(zhuǎn)軸上，重力G通過繩子作用于滑輪邊緣，所以F=2G，應(yīng)選C.

例2如圖17所示，用滑輪按甲、乙、丙三種方式拉同一重物在相同的水平面上做勻速直線運動，拉力分別為F1、F2、F3，比較它們的大小，其中正確的是().

A.F1=F2=F3 B.F1

C.F1

解析甲圖F1作用在動滑輪的邊緣上，省一半力，所以F1=1/2f(f為摩擦阻力);乙圖F2作用在動滑輪的滑輪轉(zhuǎn)軸上，所以F2=2f ;丙圖是定滑輪，所以F3=f，因此F1

例3在不計摩擦的情況下，如圖18所示，要將物體勻速向上提起，F(xiàn)1和F2相比較().

A.F1比較小 B.大小相同

C.F2比較小 D.無法確定

解析F1和F2的方向不同，從圖中可以看出，F(xiàn)2的力臂是圓輪的直徑，F(xiàn)1的力臂小于直徑，即l2 大于l1，因此選C.

例4重物G分別在拉力F1、F2、F3作用下靜止不動，如圖19所示，不計摩擦力則().

A.F1最大 B.F2最大

C.F3最大 D.一樣大

解析由于定滑輪的支點在輪的中心，而輪中心到輪邊的各點距離相等(等于半徑)，即三個力的力臂都相等，且等于物體重力的力臂.因此選D.

綜上所述，定滑輪是一個等臂杠桿，使用定滑輪不省力，但是可以改變力的方向.動滑輪是一個動力臂為阻力臂2倍的杠桿，使用動滑輪可以省一半力，但是不能改變力的方向.

注意:在有些題目中，可能會把動滑輪作為費力杠桿使用，需要具體問題具體分析.