滑輪自述

謝玉珠

大家好！我的名字叫滑輪，是變形的杠桿，來自簡單機械這個大家族.我是一個周邊有槽，能夠繞軸轉動的小輪，在日常生活生產中你會經常見到我哦！在旗桿頂端、吊車、高處下吊重物時都有我的身影.更重要的是，我還可以根據不同的需求而變化自己的身份和功能.那么，我都有哪些身份？分別具有什么特點？都可以幫助人們完成哪些事情呢？接下來，就讓我代表眾多的滑輪為大家做一個深度的自我介紹吧.

第一個身份：定滑輪

我的第一個身份是定滑輪，此時用我提升重物（如圖1甲），在繩子的一端向下用力，物體就會被向上拉起，但軸的位置是固定不動的，如果截取我工作過程中的一張照片來分析，你就會發現我繼承了很多杠桿家族的基因（如圖1乙）：我們可以將繩子兩端的力理解為兩個向下的力F1和F2，此時我轉動的軸心就可以看作是支點.力臂就是我的兩條半徑，因為半徑相等，所以作為定滑輪的我，本質是一個等臂杠桿。

當改變力的方向時（如圖2），兩個力臂依然都是半徑，所以我無法省力，但我可以改變力的方向。

作為定滑輪的我有以下特點：（1）使用時不能省力，但能改變力的方向.（2）如果不考慮輪軸及繩與滑輪之間的摩擦力，則有s=h（s是繩子自由端移動距離.h是物體上升高度），F=G物（F是繩子自由端拉力，G物是物重），v繩=v物（V繩是繩子自由端移動速度，v物是物體運動速度）.

例1 （2019.安徽）如圖3所示，物塊甲和乙處于靜止狀態.已知甲重12N，乙重8N.不計繩重及一切摩擦，則甲受到地面的支持力為____ N.

解析：對乙進行受力分析，可知乙受到繩子的拉力等于乙所受的重力.對甲進行受力分析，可知甲受到繩子的拉力與地面的支持力之和等于甲所受的重力.由于不計繩重及一切摩擦，則甲、乙受到繩子的拉力相等，所以甲受到地面的支持力F=G甲-G乙=12 N-8 N=4 N.

答案：4

第二個身份：動滑輪

我的第二個身份是動滑輪，此時用我提升重物（如圖4甲），在繩子的一端用力向上拉.物體就會被向上拉起，物體被提升的同時我也跟著一起被提升了.截取我工作過程中的一張照片來分析（如圖4乙），可以將繩子末端的拉力理解為杠桿的動力F1.重物對滑輪向下的拉力理解為阻力F2，此時我圍繞著左側與繩子相切的一點轉動，把這個點看作是支點，那么動力臂就是直徑，阻力臂是半徑，在這種情況下我就是動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿.

當我們改變力的方向時（如圖5），阻力臂是半徑，動力臂會發生改變.

作為動滑輪的我有以下特點：（1）使用時省力，費距離，不能改變力的方向.（2）如果不考慮輪軸及繩與滑輪之間的摩擦力.則有s=2h（s是繩子自由端移動距離，h是物體上升高度），F=1/2（G物+G動）（F是繩子自由端拉力，G物是物重，G動是動滑輪重），v繩=2v物（v蠅是繩子自由端移動速度，v物 是物體運動速度）.

例2 （2019.海南）小謙想把被臺風刮倒的樹拉正.如圖6所示.他把繩子的一端系在乙樹上.然后繞過甲樹用力拉繩子，這樣做有

段繩子拉甲樹，如果不計繩重和摩擦，甲樹受300 N拉力，則小謙對繩子的拉力至少為_____N.

解析：由圖6可知，甲樹相當于動滑輪，故有2段繩子拉甲樹，如果不計繩重和摩擦.小謙對繩子的拉力F=（1/2）x300 N=150 N.

答案：2? 150

強強聯合——滑輪組

有時候既需要改變力的方向，又需要省力，那么我們就會強強聯手，構成滑輪組！由于繩子的繞法不同，組成的滑輪組特點是不同的，

作為滑輪組時，我有以下特點：（1）既能省力又能改變力的方向，但費距離.（2）如果不考慮輪軸及繩與滑輪之間的摩擦力，則有s=nh（s是繩子自由端移動距離，h是物體上升高度，n是承擔物重的繩子段數），F=1/n（G物+G動）（F是繩子自由端拉力，G物 是物重，G動是動滑輪重），v繩=nv物（v繩 是繩子自由端移動速度，v物是物體運動速度）.

例3 （2019.河南，雙選）工人用圖7所示的滑輪組，在時間t內將重為G的貨物勻速提升了h.工人對繩子豎直向下的拉力恒為F以下說法正確的是（ ）.

A.拉力F的功率為2Fh/t

B.額外功為（2F-G）h

c.滑輪組的機械效率為旦D.滑輪組的機械效率隨h的增大而增大。