摘 要:定滑輪與動滑輪的準(zhǔn)確辨別是滑輪類問題解決的關(guān)鍵;如果在學(xué)習(xí)中注意到動滑輪與定滑輪的區(qū)別——“在使用中,輪軸位置固定不動的滑輪叫定滑輪”“使用時輪軸和物體一起移動的滑輪叫動滑輪”這兩個判定動滑輪與定滑輪的方法后,很多問題就容易解決了。
關(guān)鍵詞:定滑輪;動滑輪;辨別
在《認(rèn)識簡單機(jī)械》這一節(jié)的學(xué)習(xí)過程中,總有一些同學(xué)對“定滑輪與動滑輪”“滑輪組”的內(nèi)容掌握得不太好,通過檢測與分析,我們發(fā)現(xiàn),這些同學(xué)的問題大多在于無法準(zhǔn)確地辨別出動滑輪與定滑輪,往往喜歡用一些似是而非的方法去判斷從而導(dǎo)致錯誤。
例如常見的有以下錯誤的判斷:
1.認(rèn)為繩往下拉的就是定滑輪;
2.認(rèn)為繩往上拉的就是動滑輪;
3.在高處的是定滑輪,在低處的是動滑輪;
4.繩子在輪上方的,該輪是動滑輪;繩子在輪下方的,該輪是定滑輪……
那么,怎么準(zhǔn)確地辨別定滑輪與動滑輪呢?
在浙教版《科學(xué)》(2006年第2版)九年級上冊“定滑輪與動滑輪”一節(jié)中,課文對“定滑輪”與“動滑輪”的說明是這樣的:“拉動繩子時,在圖3-27甲種滑輪的位置固定不變,乙種滑輪會隨鉤碼向上運動。我們將這兩種滑輪分別稱為定滑輪和動滑輪”;而在人教版《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理九年級》中對兩種滑輪又是這樣描述的:“旗桿頂部有一個滑輪,它的軸固定不動,這種滑輪叫做定滑輪?!€有一種滑輪,它的軸可以隨物體一起運動,這種滑輪叫做動滑輪”。
因此,如果我們在學(xué)習(xí)中注意并強(qiáng)調(diào)“在使用中,輪軸位置固定不動的滑輪叫定滑輪”“使用時輪軸和物體一起移動的滑輪叫動滑輪”這兩個辨別動滑輪與定滑輪的基本方法后,很多問題就容易解決了。
下面,我們嘗試用以上方法辨析在不同情況下對滑輪的判斷:
例1.如右圖示,辨別甲乙各是什么滑輪。
解析:圖1中的甲、乙兩圖是兩種滑輪類型的典型代表,甲輪的輪軸固定在天花頂上不動,乙輪的輪軸與重物連在一起向上移動,因此甲是定滑輪,乙是動滑輪。
例2.物體在F力的作用下移動時,圖2中a、b兩圖的滑輪分別是什么滑輪?
常見錯誤:有的同學(xué)見a圖與例一的甲圖都是輪在上方,兩段繩子在下方,便認(rèn)為a圖與例一的甲圖類似,不假思索地便認(rèn)定a圖上的滑輪為定滑輪;同樣,看到b圖與例一的乙圖都是輪在下方,兩段繩在上方,便認(rèn)定b圖中的滑輪為動滑輪。
解析:以上判斷是錯誤的,正確的方法應(yīng)該是利用“輪軸是否運動”來判斷,a圖中物體與滑輪一起向上移動,所以a圖中的滑輪應(yīng)該是動滑輪;b圖中拉動繩子時,氣球移動而滑輪(軸)的位置沒有改變,所以b圖中的滑輪應(yīng)該是定滑輪。
例3.用圖3中的滑輪組提起重物,在繩子自由端需多大的拉力F?(忽略輪重與摩擦力)
解析:滑輪組是許多學(xué)生初學(xué)時感到較多困惑的問題,尤其是三個以上滑輪所組成的滑輪組。在分析繩子的拉力前,正確判斷哪些滑輪為動滑輪,哪些為定滑輪是關(guān)鍵。
如圖3,通過觀察后發(fā)現(xiàn),輪二與輪三是固定連接在一起的,同時它們又通過掛鉤與被拉的重物連接在一起,因此輪二、輪三與重物總是保持同樣的運動狀態(tài)。
當(dāng)繩子自由端在拉力F力的作用下向上移動時,重物G被提起,與其連接掛在一起的輪三也隨著向上移動,因此輪三為動滑輪;而輪二與輪三也是固定連接的,也隨著重物一起向上移動,因此輪二也為動滑輪。而不論物體如何升降,輪一總是固定在天花頂上,它的軸并未移動,總固定在同一位置,因此輪一是定滑輪。
例4.如圖4,在拉力F的作用下,箱子向左勻速滑動,若箱子與地面之間的摩擦力為f,求拉力F與摩擦力f的大小關(guān)系。(不計輪重與繩子間摩擦力的影響)
解析:這道題,常見學(xué)生出現(xiàn)錯誤的解答。
在縱向排列的滑輪組案例中,學(xué)生較容易指出哪個是動滑輪,哪個是定滑輪,但對于橫向排列的滑輪組,則有許多同學(xué)一籌莫展,找不到思路。主要原因還是在于不知道他們?nèi)绾螀^(qū)別動滑輪與定滑輪。
如果能我們抓住問題的本質(zhì):“輪軸是否移動”去判斷,問題便迎刃而解了。
仔細(xì)觀察,輪一與墻是固定在一起的,它的輪軸始終沒有移動,所以可以確定輪一為定滑輪;而箱子向左移動時,與之相連的輪二也是隨之向左移動的,因此輪二必為動滑輪無疑。
因為箱子勻速運動,所以箱子在水平運動方向上受力平衡,即使箱子向左運動的動力大小等于向右的摩擦阻力f。
例5.如圖5,彈簧秤的左端固定在墻上,滑輪掛在彈簧秤的掛鉤上,滑輪上的繩一端系著一個靜止放在粗糙地面上的物體,繩的另一端在逐漸增大的F力的作用下,使物體由靜止變?yōu)檫\動,判斷在整個過程中該滑輪是什么滑輪?
解析:這是一道較為復(fù)雜的題目,許多同學(xué)一見該題便不假思索地認(rèn)定滑輪為定滑輪,直至重新認(rèn)真審題才發(fā)現(xiàn)問題沒那么簡單。
由于存在靜摩擦力,當(dāng)作用在物體上的拉力小于最大靜摩擦力時,該物體仍將保持靜止?fàn)顟B(tài),而滑輪及與之相連的彈簧秤將被向右拉動,此時滑輪應(yīng)視為動滑輪(此時被拉的是彈簧秤)。
當(dāng)拉力F增大到超過最大靜摩擦力之后,物體開始被拉動,此時,滑輪及已被拉長的彈簧秤,卻保持相對靜止?fàn)顟B(tài),這時的滑輪才能被看做為定滑輪。
如上所述,在“簡單機(jī)械——滑輪”的教學(xué)中,應(yīng)重視對定滑輪與動滑輪的辨別,它是我們對滑輪類問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ),值得我們在教學(xué)中給予足夠的注意。
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(作者單位 廣東省深圳文匯中學(xué))
注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文