一、认识定滑轮和动滑轮

如图1所示，周边有槽并能绕中心轴转动的轮子称为滑轮。轮上的凹槽用于绕绳并防止其滑脱，连着外壳的挂钩用于挂重物或固定滑轮。在重物升降时，若滑轮位置固定不动，这样的滑轮称为定滑轮；若滑轮随重物一起升降，这样的滑轮称为动滑轮。

例1：如图2所示，家庭手摇升降晾衣架中，顺时针摇动手柄，挂衣架的横梁上升；逆时针摇动，横梁下降。请指出装置中的哪些滑轮属于定滑轮，哪些属于动滑轮（填写滑轮字母）。

解析：判断滑轮类别，可观察挂钩作用，也可看重物运动时滑轮的运动状态。A、B、C、D四个滑轮被挂钩向上挂着，在衣架升降时它们位置不动，属于定滑轮；E、F两个滑轮挂钩下面挂着横梁，在衣架升降时它们也随之升降，属于动滑轮。

二、定滑轮和动滑轮的原理

滑轮因用法不同，发挥着不同的作用，可利用杠杆知识解释其中道理。图3的滑轮是定滑轮，其轮为圆形杠杆，提升重物时轮的位置不移动，但能绕着轴心转动，轴心是圆形杠杆的支点。机械工作时，轮受到散扒轮支点左边和右边一对力的作用，右边绳子自由端的拉力F1是动力，左边重物端绳子的拉力F2是阻力。匀速提升重物时，这两个力使杠杆平衡。作出动力F1的力臂l1和阻力F2的力臂l2，比较两个力臂的长度，l1和l2都等于轮的半径。根据杠杆原理：F1·l1=F2·l2，得F1=F2。因此，定滑轮的实质是等臂杠杆，利用它不能省力，但能改变作用力的方向。

例2：图4中的物体重G，绳自由端的拉力F，物体提升的高度为h，绳自由端移动的距离为s，请比较G和F、s和h的大小。

（1）F ＜ G（选填“＞”“＜”或“=”），使用定滑轮 能 省力；

（2）s = h（选填“＞”“＜”或“=”），使用定滑轮 不能 省距离；

（3）改变拉力的方向，拉力F的大小（选填“增大”“减小”或“不变”），这是因为 定滑轮的实质是等臂杠杆。

解析：使用定滑轮不能省力，F=G；利用定滑轮提升重物，绳会随物体一起升降，自由端移动的距离s=h。绳自由端向不同方向拉动提升重物，拉力大小不变，因为定滑轮的实质是等臂杠杆。

图5中的滑轮是动滑轮。提升重物时动滑轮不像定滑轮绕着轮的轴心转动，动滑轮的支点位置不在轮的轴心上，而是在绳的固定端所在直线与轮相切的边缘O处。动滑轮工作时，绳子自由端竖直向上的拉力F1是动力，重物对滑轮竖直向下的拉力F2是阻力，动力F1和阻力F2在支点的同侧。按图中方法作出动力臂l1和阻力臂l2，比较l1和l2的长度，动力臂l1等于轮的直径，阻力臂l2等于轮的半径，动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆。根据杠杆原理得：F1=1/2G，省一半力。提升重物时重物、动滑轮、绳子自由端运动的方向一致，所以利用动滑轮不能改变作用力的方向。利用动滑轮提升重物，物体被提升的高度为h，动滑轮也要被提升h，左右两边绳子提升的高度也都为h，所以绳子自由端移动的距离就是2h。

例3：图6装置中物重G=100N，请根据机械工作情况回答下列问题（不计轮重）：

（1）绳子自由端的拉力F=50N；

（2）如果重物5s内被提升的高度h=50cm，绳子自由端移动的距离s=100cm，绳子自由端移动的速度v=0.2m/s。

解析：利用动滑轮能省一半力，所以F=1/2G=50N；绳子自由端移动距离是重物提升高度的2倍，s=2h=100cm；绳自由端移动的速度v=s/t=0.2m/s。

三、了解受力情况，加深对定滑轮和动滑轮的认识

定滑轮和动滑轮都是用一根绳子绕制，在不考虑绳重及摩擦时，不管绳子多长，也不管绕绳的方向，正确绕制时绳上各处的拉力都是相等的。图3中，物重为G，匀速提起物体时，绳对重物的作用力就等于G，所以不管向何方拉绳，定滑轮绳子自由端的拉力F都等于G。图5中，滑轮下面挂着物体，重量由绳子的左右两段承担，两段绳子向上的作用力是相等的，所以在不考虑摩擦、滑轮重和绳重的情况下2F=G，F=1/2G。

例4：图7装置处于平衡状态，若滑轮重、绳重及摩擦均忽略不计，则G1与G2之比为（　）。

A.1∶1　B.2∶1　C.1∶2　D.1∶3

解析：根据挂钩情况可知，左边的滑轮是动滑轮，右边的滑轮是定滑轮。装置处于平衡状态。在此前提下，能用杠杆平衡原理解释它们的受力情况，依据一根绳子上的作用力相等，则每段绳子上受到的拉力都等于F，对于左边的动滑轮有：G1=2F，对于右边的定滑轮有：F=G2，所以G1：G2=2:1，答案选B。

滑轮在运动的过程中受到的摩擦力较小，绕滑轮的绳子常用细棉线，因此一般情况不考虑绳重及摩擦对拉力的影响；但是滑轮本身的重量可能会影响拉力的大小，在探究过程中应有所认识，这方面的影响对于定滑轮和动滑轮来说又有所不同。用定滑轮提升物体，滑轮的重量不要绳子承担，整个装置向下的作用力由挂钩承担，所以绳子自由端的拉力F=G。用动滑轮提升物体，整个装置的重量由绳子的左右两段承担，绳子不仅要承担物重还要承担滑轮重，在不计绳重的情况下，整个装置的重量等于G+G轮，所以绳子自由端的拉力F=1/2(G+G轮)。

例5：图8装置中，物体被匀速提升，如弹簧测力计的示数为5N，在不计绳重、滑轮重及摩擦的情况下，绳子自由端的拉力F=5N，被提升的物体重量G=10N；如不计绳重及摩擦，但测出滑轮重G轮=2N，则被提升的物重G=6N。

解析：在不计绳重及摩擦的情况下，一根绳上的拉力相等，绳子自由端的拉力F等于弹簧测力计的拉力，F=5N，使用动滑轮不考虑绳重、滑轮重及摩擦时F=1/2(G+G轮)，G=6N，考虑滑轮重时，F=1/2(G+G轮)，G=6N。

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文章来源：天狐定制

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