對(duì)“定滑輪”與“動(dòng)滑輪”辨別的探討

　　摘 要：定滑輪與動(dòng)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(dòng)滑輪與定滑輪的區(qū)別——“在使用中，輪軸位置固定不動(dòng)的滑輪叫定滑輪”“使用時(shí)輪軸和物體一起移動(dòng)的滑輪叫動(dòng)滑輪”這兩個(gè)判定動(dòng)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(dòng)滑輪；辨別
　　
　　在《認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)單機(jī)械》這一節(jié)的學(xué)習(xí)過程中，總有一些同學(xué)對(duì)“定滑輪與動(dòng)滑輪”“滑輪組”的內(nèi)容掌握得不太好，通過檢測(cè)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(dòng)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(cuò)誤。
　　例如常見的有以下錯(cuò)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(dòng)滑輪；
　　3.在高處的是定滑輪，在低處的是動(dòng)滑輪；
　　4.繩子在輪上方的，該輪是動(dòng)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(dòng)滑輪呢？
　　在浙教版《科學(xué)》（2006年第2版）九年級(jí)上冊(cè)“定滑輪與動(dòng)滑輪”一節(jié)中，課文對(duì)“定滑輪”與“動(dòng)滑輪”的說明是這樣的：“拉動(dòng)繩子時(shí)，在圖3-27甲種滑輪的位置固定不變，乙種滑輪會(huì)隨鉤碼向上運(yùn)動(dòng)。我們將這兩種滑輪分別稱為定滑輪和動(dòng)滑輪”；而在人教版《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理九年級(jí)》中對(duì)兩種滑輪又是這樣描述的：“旗桿頂部有一個(gè)滑輪，它的軸固定不動(dòng)，這種滑輪叫做定滑輪。……還有一種滑輪，它的軸可以隨物體一起運(yùn)動(dòng)，這種滑輪叫做動(dòng)滑輪”。
　　因此，如果我們?cè)趯W(xué)習(xí)中注意并強(qiáng)調(diào)“在使用中，輪軸位置固定不動(dòng)的滑輪叫定滑輪”“使用時(shí)輪軸和物體一起移動(dòng)的滑輪叫動(dòng)滑輪”這兩個(gè)辨別動(dòng)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(duì)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(dòng)，乙輪的輪軸與重物連在一起向上移動(dòng)，因此甲是定滑輪，乙是動(dòng)滑輪。
　　例2．物體在F力的作用下移動(dòng)時(shí)，圖2中a、b兩圖的滑輪分別是什么滑輪？
　　常見錯(cuò)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(dòng)滑輪。
　　解析：以上判斷是錯(cuò)誤的，正確的方法應(yīng)該是利用“輪軸是否運(yùn)動(dòng)”來判斷，a圖中物體與滑輪一起向上移動(dòng)，所以a圖中的滑輪應(yīng)該是動(dòng)滑輪；b圖中拉動(dòng)繩子時(shí)，氣球移動(dòng)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(shí)感到較多困惑的問題，尤其是三個(gè)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(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
　　當(dāng)繩子自由端在拉力F力的作用下向上移動(dòng)時(shí)，重物G被提起，與其連接掛在一起的輪三也隨著向上移動(dòng)，因此輪三為動(dòng)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(dòng)，因此輪二也為動(dòng)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(dòng)，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(dòng)，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(jì)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(cuò)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(gè)是動(dòng)滑輪，哪個(gè)是定滑輪，但對(duì)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(dòng)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(dòng)”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(dòng)，所以可以確定輪一為定滑輪；而箱子向左移動(dòng)時(shí)，與之相連的輪二也是隨之向左移動(dòng)的，因此輪二必為動(dòng)滑輪無疑。
　　因?yàn)橄渥觿蛩龠\(yùn)動(dòng)，所以箱子在水平運(yùn)動(dòng)方向上受力平衡，即使箱子向左運(yùn)動(dòng)的動(dòng)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(gè)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\(yùn)動(dòng)，判斷在整個(gè)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(jiǎn)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(shí)，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(dòng)，此時(shí)滑輪應(yīng)視為動(dòng)滑輪（此時(shí)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(dòng)，此時(shí)，滑輪及已被拉長的彈簧秤，卻保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)的滑輪才能被看做為定滑輪。
　　如上所述，在“簡(jiǎn)單機(jī)械——滑輪”的教學(xué)中，應(yīng)重視對(duì)定滑輪與動(dòng)滑輪的辨別，它是我們對(duì)滑輪類問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)，值得我們?cè)诮虒W(xué)中給予足夠的注意。
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　　［5］課程教材研究所與物理課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理九年級(jí)：人教版.1版，2001-12.
　　（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(qǐng)以PDF格式閱讀原文