初中物理解题中滑轮组的计算问题探究

查勇

【摘要】初中阶段是物理学习的重要阶段，滑轮组是其中的一个核心内容.但由于涉及多个物理量的相互作用，滑轮组的计算方法比较复杂，容易让学生感到困惑.本文旨在通过探究滑轮组的计算方法，提供一种更加简单易懂的学习方式.通过分析滑轮组的结构和作用原理，引入力的平衡和动能守恒等概念，阐述滑轮组的力学性质和运动规律.

【关键词】初中物理；滑轮组；解题方法

在初中物理学习中，滑轮组是一个重要的概念.掌握滑轮组的计算方法，不仅能够帮助学生解决相关物理问题，还能够培养他们的逻辑思维能力.但是，由于部分滑轮组问题涉及多个物理量的相互作用，其计算方法复杂，容易让学生感到困惑.因此，本文旨在通过探究滑轮组的计算方法，帮助初中学生更好地理解和应用滑轮组的知识.

1  竖直方向滑轮组

例1  如图1所示，图中滑轮质量相同，假设甲乙两个钩码在滑轮的作用下匀速上升，且在相同时间内，钩码上升相同的高度（忽略绳子和摩擦），在此过程中，下列说法正确的是（  ）

（A）两滑轮组绳端移动的距离相等.

（B）两滑轮组绳端的拉力做的功相等.

（C）两滑轮组对物体做功的功率相等.

（D）甲滑轮组的机械效率小于乙滑轮组的机械效率.

分析  通过分析滑轮组的构造，可知承担物重的绳子股数n，绳端的移动距離可以由s=nh求出.由题目得钩码上升高度相同，因此，滑轮所做的有用功相同.题中忽略了绳重和摩擦，两个动滑轮重量相同，提升高度相同，因此做的额外功相同.所以此时有用功加上额外功也相同，即总功相同，再根据η=W有用W总以及功率公式，可求解.

解  由图①可知nA=2，nB=3，在相等时间内钩码移动相同的距离，则sA=2h，sB=3h，绳端A、B两点移动距离不相等，故（A）错误；

因为动滑轮质量相同，提升的物体重和高度都相同，且W额=G动h，W有用=G物h，所以利用滑轮组做的有用功相同，故（B）（D）错误；

因为所用时间相同、对物体做功相同，所以P=Wt可知两滑轮组对物体做功的功率相等，故（C）正确.

例2  小红用如图2所示的滑轮组，在10s内将质量为60kg的物体A匀速提升了2m.已知绳子自由端所用的拉力为200N，不计绳子重力及摩擦，g取10N/kg.求：（1）请计算动滑轮总重力；（2）若小红的体重是600N，则使用此滑轮组，她能提升的物体最重是多少？

分析  已知物体的重力和绳子的拉力以及动滑轮上绳子的段数，可求动滑轮的重力；已知小红的重力，可知绳子的拉力最大只能等于小红的体重，根据动滑轮上绳子的段数求出物体的最大重力.

解  （1）由图2可知，连接动滑轮绳子的股数n=4，不计绳子重力及摩擦，由F=1nG+G动可得，动滑轮总重力：G动=nF－G=4×200N－600N=200N.

（2）由于小红的体重是600N，则绳子的最大拉力F最大=G人=600N，不计绳子重力及摩擦，由F=1nG+G动得，小红能提升的物体最大重量为：G最大=nF最大－G动=4×600N－200N=2200N.

2  水平方向滑轮组

例3  小明用滑轮组拉动箱子，如图3所示，已知箱子重300N，并匀速在水平面上作直线运动，速度大小为0.2m/s，假设箱子与地面之间的滑动摩擦系数为0.2，并且该滑轮组的机械效率为75%，则下列说法正确的是（  ）

（A）绳子的拉力F大小为40N.

（B）在10s内，小明拉动绳子移动4m.

（C）整个过程中物体重力所做的功为180J.

（D）拉力F做功的功率大小为16W.

分析  图③中滑轮组承重绳的段数n=2，由题意知，箱子受到地面的摩擦力f=0.2G，在该过程中，克服摩擦力对箱子做的功为有用功，拉力F对绳子做的功为总功，根据η=W有用W总=f·s箱F·s绳=f·s绳F×ns绳=fnF=75%可计算出拉力F的大小；箱子在水平面上运动，重力在竖直方向，因此不做功.

根据P=Wt=Fst=Fv计算出拉力F的功率.fs绳F×n绳=fnF=75%得，拉力F的大小为：F=fηn=60N75%×2=40N，故（A）正确；

箱子的速度v箱=0.2m/s，则绳子自由端的速度为：v绳=nv箱=2×0.2m/s=0.4m/s，由v=st得，10s内绳子自由端移动的距离为：s绳=v绳t=0.4m/s×10s=4m，故（B）正确；

力与运动方向垂直，因此矢量积为0，所以3s内物体重力不做功，故（C）错误；

根据P=Wt=Fst=Fv得，拉力F的功率为：P=Fv绳=40N×0.4m/s=16W，故（D）正确.

3  结语

本文通过对滑轮组的计算方法进行探究和分析，提供了一种更加简单易懂的学习方式，帮助初中学生更好地理解和应用滑轮组的知识.通过本文的学习，学生能够对滑轮组有更深入的认识，掌握滑轮组的计算方法，并能够在实际问题中灵活运用.

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