例谈初中物理滑轮与滑轮组受力问题的解题技巧

薛在升

【摘要】初中物理中滑轮内容属于常见的一类机械模型，主要分为定滑轮、动滑轮和滑轮组三种，每种滑轮都有各自不同的特点和应用，需要学生主动学习和掌握.面对不同滑轮模型受力问题，本文列举三个不同例题，帮助学生理清滑轮与滑轮组不同类型特点，提高解题效率，拓宽解题思路.

【关键词】初中物理；受力分析；解题技巧

初中物理的“滑轮组受力问题”是中考和初中物理竞赛中频繁出现的题目，难度多样，且易出错.因此，本文旨在深入分析滑轮与滑轮组的受力问题，探讨其通用和特殊解法的应用，并提供一些策略以帮助学生提高理解和应用这些解法的能力.

1 定滑轮

定滑轮本质上属于等臂杠杆，具有不省力、不省距离、改变力的方向的作用，使用时动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，故虽然改变力的方向，但不改变力的大小.在解答定滑轮相关问题时，需要熟悉相关特点，并根据对应特点进行解题.

例1 现有的历史书籍记载中，最早讨论滑轮的是《墨经》，书中将向上提举重物的力称为“挈”，将自由往下降落称为“收”，将整个滑轮称为“绳制”（图1），现分别用甲、乙两个力替代“收”（图2），使重物在相同的时间内上升相同的高度，不计绳重与摩擦，下列说法正确的是（ ）

（A）使用这个滑轮能省力.

（B）使用这个滑轮不能改变力的方向.

（C）甲拉力大小等于乙拉力大小.

（D）甲拉力做的功大于乙拉力做的功.

思考 滑轮固定在墙上属于定滑轮，根据定滑轮的特点对选项依次进行分析，得到对应内容正误的判断，即可得出正确答案.

解析 由图1、2可知，该滑轮是定滑轮，定滑轮只能改变力的方向，不能省力，故选项（A）（B）错误；

定滑轮是等臂杠杆，由于阻力和阻力臂不变，动力臂都等于滑轮的半径，即甲、乙拉力的力臂相等，根据杠杆平衡条件Fl=Fl可知，甲拉力大小等于乙拉力大小，故选项（C）正确；

由题意可知，重物上升的距离相同，在使用定滑轮时，绳子移动的距离等于物体上升的距离，由于甲、乙拉力相等，根据W=Fs可知，甲、乙做的功相等，故选项（D）错误；

综上所述，正确答案为选项（C）.

2 动滑轮

动滑轮是指滑轮的轴不被固定可以任意运动的滑轮模型，可以类比为阻力臂为两倍的杠杆模型，此时动滑轮具有省力、费距离、不改变力的方向等特点.解答动滑轮相关问题时，应判断滑轮类型，再根据杠杆类比特点列式运算求解.

例2 如图3所示，利用三个质量相同的滑轮提起相同质量的重物时，所需拉力分别为F、F和F，不计绳重与摩擦，若滑轮和物体重分别为2N和10N，匀速提升重物G时，拉力最大的是______，拉力最小的是______（前两空选填“F”“F”和“F”），最小拉力为______N.

思考 甲乙两滑轮属于动滑轮，首先分析动滑轮中拉力与物体重力的等价关系，其次列式求解，对三个滑轮依次分析并进行比较，即可得到问题所求的答案.

解析 图甲中，滑轮为动滑轮，拉力作用在绳子自由端，n=2，则

图乙中，滑轮为动滑轮，拉力作用在动滑轮轴上，作用在绳子上的拉力等于物体的重力，根据力的平衡条件可得

F=2G+G=2×10+2=22N，

图丙中，滑轮为定滑轮，定滑轮不省力，

则F=G=10N，

综上所述，最大的拉力为F，最小的拉力为F，拉力最小为6N.

3 滑轮组

滑轮组是由动滑轮、定滑轮组合形成的一类滑轮类型，滑轮组具有定滑轮和动滑轮的特点，既能省力也能改变力的方向.对滑轮组问题进行解答时应注意两点：①，物体由n股绳子承重，则拉力为1/nG，②绳子作用距离是物体移动距离的n倍.

例3 如图4所示，滑轮组在3s内将一重为800N的物体匀速向上提起3m，拉力为500N，下列关于滑轮组说法正确的是（ ）

（A）拉力F端拉动的速度为1m/s.

（B）滑轮组做的有用功为1500J.

（C）滑轮组的机械效率为80％.

（D）拉力F的功率为500W.

思考 首先分析题目滑轮组由2股绳子承重，其次按照选项依次分析F端的移动速度、做功情况、功率和机械效率，分别列式求解，对照选项判断正误，即可得到正确答案.

解析 物体上升的速度

如图4，滑轮组由2股绳子承担物重，拉力F端拉动的速度是物体移动速度的2倍，则拉力F端拉动的速度为2m/s，故选项（A）错误；

滑轮组做的有用功为

W=Gh=800N×3m=2400J，

故选项（B）错误；

滑轮组的机械效率为

故选项（C）正确；

拉力F的功率为

故选项（D）错误.

综上，正确答案为选项（C）.

4 结语

定滑轮、动滑轮和滑轮组都具有不同的特点，上述例题也充分体现出解答相关问题所对应的思路.解答滑轮相关问题时，首先要根据问题所给出的条件确定滑轮类型，其次根据滑轮特点列式解答问题.复杂的滑轮相关问题解答，则需要逐步进行分析，从而得出答案.

参考文献：

[1]李必安，刘信生.创设有效教学情境的策略与实践——以初中物理“提高滑轮组机械效率”教学为例[J].安徽教育科研，2018（16）：39-41.

[2]杨建亚.平衡力知识在解析滑轮组用力问题中的妙用[J].新高考（升学考试），2013（08）：14-15.

[3]李小東.平衡力分析法在滑轮组解题中的应用[J].科普童话，2019（09）：83.