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物理滑輪問題應(yīng)用的論文
滑輪是個(gè)周邊有槽，可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的輪子。下面談?wù)勍ㄟ^分析滑輪轉(zhuǎn)軸解決兩類滑輪問題的方法。
一、分析轉(zhuǎn)軸判斷滑輪類型
對機(jī)械中的各個(gè)滑輪，先假設(shè)通過滑輪作用的物體被拉動(dòng)，對照物體被拉動(dòng)時(shí)滑輪轉(zhuǎn)軸的情況進(jìn)行判斷：
①物體拉動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)轉(zhuǎn)軸位置靜止不動(dòng)時(shí)滑輪是定滑輪。如圖1—（a）
②物體拉動(dòng)時(shí)，滑輪轉(zhuǎn)軸位置隨差物體的移動(dòng)而移動(dòng)的是動(dòng)滑輪。如圖1—（b）
二、分析轉(zhuǎn)軸確定動(dòng)滑輪上的力的作用情況
在人教版教材中，分析動(dòng)滑輪實(shí)質(zhì)敘述為“是一個(gè)動(dòng)力臂（L1）為阻力臂（L2）二倍的杠桿”。（如圖2）根據(jù)力的平衡條件“動(dòng)滑輪可省一半力”。在教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生常誤解為“只要是動(dòng)滑輪，動(dòng)力就是阻力的一半。”筆者嘗試以下方式說明，能幫助學(xué)生更好理解，現(xiàn)說明如下：“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”。
下面結(jié)合例題示范說明。
［例一］力F作用在滑輪上，使重物G勻速上升，滑輪安裝如圖3所示。不計(jì)滑輪重量及摩擦力，則下列說法正確的是（）
A、這是動(dòng)滑輪，F(xiàn)=1/2G。
B、這是定滑輪，F(xiàn)=G。
C、這是動(dòng)滑輪，F(xiàn)=2G。
D、這是定滑輪，F(xiàn)=2G。
解析：首先，因?yàn)橹匚锉惶嵘龝r(shí)，滑輪轉(zhuǎn)軸跟隨向上移動(dòng)，所以判斷這是個(gè)動(dòng)滑輪。其次，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。
錯(cuò)解1：誤認(rèn)為是定滑輪，不省力，而選B。
錯(cuò)解2：認(rèn)為動(dòng)滑輪省一半力，而選A。
［例2］分別用如圖4—（b）所示裝置勻速提升相同重物。不計(jì)滑輪重力及摩擦力，那么F1F2大小關(guān)系和滑輪屬于情況是（）
A、（a）圖中滑輪為定滑輪，（b）圖中滑輪為動(dòng)滑輪，F(xiàn)a＞Fb。
B、（a）圖中滑輪為定滑輪，（b）圖中滑輪為動(dòng)滑輪，F(xiàn)a＜Fb。
C、（a）圖中滑輪為動(dòng)滑輪，（b）圖中滑輪為定滑輪，F(xiàn)a＜Fb。
D、（a）圖中滑輪為動(dòng)滑輪，（b）圖中滑輪為定滑輪，F(xiàn)a＝Fb。
解析：根據(jù)杠桿平衡條件，可知作用在杠桿左端上的力F是相同的。設(shè)想重物被提升時(shí)，（a）圖中轉(zhuǎn)軸位置發(fā)生移動(dòng)，所以是動(dòng)滑輪；（b）圖中滑輪轉(zhuǎn)軸位置固定不動(dòng)，所以是定滑輪。（a）圖中作用在滑輪轉(zhuǎn)軸上的力F是作用在滑輪邊緣上的力F1的二倍，所以Fa＜F。（b）圖中F＝Fb，則Fa＜Fb，應(yīng)選C。
［例3］用如圖5——（a）（b）所示裝置勻速拉起相同重物G，不計(jì)滑輪重力和摩擦力，那么Fa=G，F(xiàn)b=G。
解析：（a）圖中，重物提升時(shí)，三個(gè)滑輪的轉(zhuǎn)軸都固定不動(dòng)，都是定滑輪，不省力所以Fa=G。
（b）圖中，重物提升時(shí)，甲、乙滑輪轉(zhuǎn)軸跟隨移動(dòng)是動(dòng)滑輪，丙滑輪轉(zhuǎn)軸固定不動(dòng)是定滑輪。作用在甲滑輪轉(zhuǎn)軸上的力G是作用在甲滑輪邊緣上的力F甲邊的二倍，所以F甲邊=1/2G。作用在乙滑輪轉(zhuǎn)軸上的力F乙=F甲邊。且F2是作用在乙滑輪邊緣上的力F乙邊的二倍，所以F乙邊=1/4G。則通過定滑輪丙后Fb=F乙邊=1/4G。
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