漫谈动滑轮的特点及使用

周志巍

【摘要】在解决常规滑轮时，要注意条件，认清距离、力等关系.对于非常规的动滑轮，一定要找到平衡关系.动滑轮实质是省力杠杆.

【关键词】竖放动滑轮；水平动滑轮；受力分析

在简单机械中，对于动滑轮的使用是一个难点，特别是对动滑轮的特别类型的使用，给学生造成了一定的困难，而动滑轮是学习解决滑轮组的基石，因此熟练掌握动滑轮的特点及使用显得格外重要.在中考中，对于动滑轮的考查还涉及功与功率等知识的运用，因此要全方位的去理解，为了更好地解决此类问题，下面从三个角度来认识动滑轮：

1 常规竖放动滑轮的使用

平时大多数接触的都是竖放动滑轮，我们首先从其实质来认识，动滑轮是一个动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆，理想状态下能省一半的力，但是相对于定滑轮来说，它不能改变力的方向，并且费距离，绳子自由端移动的距离为物体移动距离的2倍.如果忽略绳重，则其拉力是物重和动滑轮重的一半，通过以上数据关系即可解决此类问题.

例1 如图1所示，用20N的拉力F匀速提起15N的重物，当重物匀速上升的速度为1m/s时，不计绳重及摩擦，下列说法正确的是（    ）

（A）使用此滑轮省力，也改变力的方向.

（B）绳自由端移动速度为0.5m/s.

（C）此滑轮重25N.

（D）拉力的功率为20W.

解析 （A）选项中，此滑轮随物体一起运动，属于动滑轮，因此此滑轮省力，但不能改变力的方向，故（A）选项错误；（B）选项中，由于动滑轮被两段绳子承担，故绳自由端移动速度为物体移动速度的2倍，为2m/s，故（B）选项错误；（C）选项中，由于不计绳重及摩擦，根据F＝1／2（G＋G）可知G=2F-G=2×20N-15N=25N，故选项正确；（D）选项中，拉力的功率P=Fv=20N×2m/s=40W，故（D）选项错误.故选（C）.

点评 在解决常规滑轮时，要注意条件，认清距离、力等关系，另外，还要注意对于动滑轮来说，力的方向会影响力的大小，如果斜方向拉动时，此时动滑轮将不能省一半的力.当动滑轮重力忽略不计时，利用动滑轮匀速提升物体时，拉力将等于物体重力的一半.因此常规动滑轮使用时，它实质上是由两段绳子来拉物体，所以它才能省一半的力.

2 常规横放动滑轮的使用

当常规动滑轮水平使用时，基本和竖放原理一样，实质是两段绳子承担，仍然省一半的力，有所区别的是其承担的不是物重而是摩擦力，在距离方面关系仍然遵循绳子移动距离为物体移动距离的两倍，拉力为物体所受摩擦力的二分之一，所以要看清使用方法及其相关的物理量.

例2 如图2所示，滑轮重5N，在F＝10 N的拉力作用下拉着重G＝15N的物体向左匀速运动，在4s内移动0.2m，若不计细绳与滑轮的摩擦，下列说法正确的是（    ）

（A）物体受到地面摩擦力的大小为5N.

（B）此滑轮为定滑轮，能改变力的方向.

（C）绳子移动的速度为0.1m/s.

（D）拉力的功率为0.5W.

解析 此题为横放滑轮组，由于水平拉动，滑轮重与物重和此问题无关，属于干扰要素.（A）选项中，根据动滑轮省一半的力的特点，物体受到向左的拉力为绳子拉力的两倍，即F′＝2F＝2×10N＝20N；由于物体做匀速直线运动，因此物体受力平衡，所以摩擦力等于物体所受的拉力，即f＝F′＝20N，故（A）不符合题意；（B）选项中，此滑轮随物体一起移动，因此属于动滑轮，不能改变力的方向，故（B）选项不符合题意；（C）选项中，由题意可知物体的速度为：v=st=0.2m4s=0.05m/s，则绳子运动的速度是物体速度的2倍，则绳子速度v＝2×0.05m/s＝0.1m/s，故（C）选项正确；（D）选项中，拉力的功率P=Fv=10N×0.1m/s=1W，故（D）选项错误.故选（C）.

点评 此类问题首先要看清滑轮的种类，通过定义法进行判断，然后找出滑轮的特点，对应水平使用时，要排除物体重力的干扰，但有时物体受到的阻力也是通过重力进行判断，因此要审清题意，记住拉力和摩擦力、绳子移动速度和物体的速度、绳通过路程和物体移动路程等数量关系，另外，在求解功率时，注意绳子段数.

3 非常规动滑轮的使用

对于动滑轮来说，有时会出现不同的使用方法，这时要转换思想，通过平衡思想去分析判断，这类非常规动滑轮的特点是物体和绳子换位置使用，因此在力、距离和速度等关系方面都相反，此时这类动滑轮不省力，但是省距离.

例3 如图3所示，G＝10N，在拉力F的作用下，将一个重100 N的物体匀速提升，动滑轮在2s内上升了0.2m（不计绳的重力和摩擦），则下列说法正确的是（    ）

（A）所需的拉力F=50N，拉绳的速度为0.4m/s.

（B）所需的拉力F=210N，拉绳的速度为0.1m/s.

（C）物体的速度为0.1m/s，所需拉力F=55N.

（D）物体所受的重力和拉力是一对相互作用力.

解析 由图示可知，拉力作用在动滑轮的轴上，物体作用在动滑轮两侧，根据平衡思想，滑轮两侧绳的拉力与动滑轮重力的和与拉力F为平衡力，大小相等，即F＝2G+G=2×100N+10N=210N，动滑轮与拉力的速度是相同的，而动滑轮的速度为物体移动速度的1/2，v=st=0.2m2s=0.1m/s，故拉繩的速度v=0.1m/s，物体上升的速度为v=2v=0.2m/s而物体所受的重力和拉力不是两个物体之间相互产生的力，因此不是相互作用力，故选（B）.

点评 对于这类非常规的动滑轮，一定要找到平衡关系，竖直非常规动滑轮是拉力与动滑轮重、物重的平衡，水平非常规动滑轮，则是拉力与物体所受摩擦力的平衡，与动滑轮重、物重无关.

4 结语

总之，对于动滑轮来说，先弄清实质，然后看清使用方法及条件，把各个数量关系弄清，不要相互混淆，同时打破动滑轮省一半的力的思维，运用好平衡思想对动滑轮进行受力分析，列出相应的关系式，而且要知道省力就得费距离，费力则会省距离的检验方式，从而更好地帮助解题.