轮轴与斜面
初中物理竞赛教程(基础篇)第11讲 滑轮 轮轴 斜面
第11讲滑轮轮轴斜面11.1 学习提要11.1.1 滑轮滑轮是一种常见的简单机械。
滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的小轮，如图11-1所示。
由于使用方法的不同，可以把滑轮分为定滑轮和动滑轮两类。
1. 定滑轮工作时轴保持固定不动的滑轮称为定滑轮。
定滑轮的实质是一个等臂杠杆，所以正确使用它既不省力，也不省距离，但可以改变用力方向。
2. 动滑轮工作时轴随物体一起移动的滑轮称为动滑轮。
动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆，所以在不计算滑轮所受重力及轮与绳的耗损摩擦的情况下，也就是理想情况下，使用动滑轮可以省一半的力，但要多移动一倍的距离，同时使用动滑轮不能改变用力的方向。
定滑轮与动滑轮的示意图以及它们与杠杆的等效图如图11-2所示。
3. 滑轮组定滑轮和动滑轮的组合叫滑轮组。
使用滑轮组，既能省力，又能改变用力的方向，但要多移动距离。
如图11-3（a）所示，在理想状态下，只用动滑轮时，拉力F A为重力G A的一半，省了一半的力，但没有改变用力的方向。
如图11-3（b）所示，在理想状态下，拉力F B仍为物体重力G A的一半，省了一半的力，但力的方向改变了！在这一实例中，动滑轮起到省力的作用，而定滑轮起到可以改变力的方向的作用，把图11-3（b）加以规范美观，就成为最常见、也是最简单的滑轮组，如图11-3（c）所示。
在由一根绳子绕制的滑轮组中，重物和全部动滑轮的总重力由几段绳子承担，提起重物所用的力就是总重力的几分之一。
动力作用点移动的距离就是物体移动距离的几倍。
即F=1/nG总，其中n为经过动滑轮的绳子股数，如果物体上升h，则动力作用点移动的距离为s=nh.4. 滑轮应用的实例滑轮或滑轮组在实际生产和生活中有着广泛的应用。
如升旗时向下用力，红旗却向上冉冉升起；向下拉动窗帘的引线，可以使窗帘闭合或打开等，这些都是利用定滑轮改变力的方向来实现的。
根据使用滑轮组可以省力和改变用力的方向这一特点，人们设计了一些“用小力换大力”的工作方案，如吊车上的滑轮组、工厂或建筑工地上常用的举吊重物的装置等，都是滑轮组的具体应用。
人教版物理八年级下册第12章 第2节 滑轮
第2节滑轮教学目标【知识与技能】1．认识定滑轮和动滑轮．2．知道简单机械的一些应用．3．知道轮轴和斜面也能省力．【过程与方法】1．通过观察和实验，了解定滑轮和动滑轮的构造．2．通过探究，了解定滑轮和动滑轮的特点．【情感、态度与价值观】通过了解简单机械的应用，初步认识科学技术对人类社会开展的作用．重点难点【重点】定滑轮和动滑轮的特点．【难点】对滑轮、斜面和轮轴特点的探究．教学过程知识点一定滑轮和动滑轮【自主学习】阅读课本P81－83，完成以下问题：1．滑轮是边缘有凹槽，能绕轴转动的小轮．2．轴固定不动的滑轮叫做定滑轮．物体和滑轮一起移动，这样的滑轮叫做动滑轮．【合作探究】1．我们可以直接用手将物体提升，但如果高度太高，手够不到怎么办呢？比方把国旗提升到顶端．这个时候就要用到滑轮了．升国旗时使用的滑轮有什么样的特点？答：滑轮的轴不随物体一起运动，我们将这样的滑轮称为定滑轮．2．滑轮除了刚刚的用法，还可采用如下图的用法来提升物体，该滑轮有什么样的特点？答：滑轮在转动，滑轮的轴随物体一起运动，将这样的滑轮称为动滑轮．探究定滑轮和动滑轮的特点使用定滑轮、动滑轮能否省力(或更费力)？能否省距离(或需要移动更大的距离)？通过实验来研究定滑轮和动滑轮的特点．答：实验器材：弹簧测力计、钩码(多个)、滑轮、铁架台、细线、刻度尺．进展实验：实验一：①如图甲所示，用弹簧测力计测出钩码的重力．②如图乙所示竖直向下匀速拉动弹簧测力计，使钩码保持平衡，读取弹簧测力计的示数，并与钩码所受的重力的大小进展比拟．③改变钩码个数或更换不同定滑轮，进展屡次实验，并记录数据．实验二：①如图右侧所示，用弹簧测力计测出钩码的重力．②如图左侧所示竖直向下匀速拉动弹簧测力计，使钩码保持平衡，读取弹簧测力计的示数，并与钩码所受的重力的大小进展比拟．③改变钩码个数或更换不同动滑轮，进展屡次实验，并记录数据．实验数据：表一定滑轮实验次数定滑轮重力/N钩码重力/N弹簧测力计示数F/N钩码上升高度h/m绳子自由端移动距离h/m拉力方向物体移动方向10.42 2.050.30.3向下向上20.42310.50.5向下向上30.415 5.120.60.6向下向上表二动滑轮实验次数动滑轮重力/N钩码重力/N弹簧测力计示数F/N钩码上升高度h/m绳子自由端移动距离h/m拉力方向物体移动方向10.42 1.210.30.6向上向上20.43 1.720.5 1.0向上向上30.45 2.710.6 1.2向上向上实验结论：结论一：使用定滑轮可以改变动力的方向，但不能省力，也不省距离．假设不考虑绳子与滑轮之间的摩擦，作用在绳子自由端的拉力等于物体所受到的重力．结论二：使用动滑轮提升物体时，省力，但费距离．拉力F略大于物体和动滑轮总重的一半．【教师点拨】1．定滑轮中沿各个方向拉动时拉力大小都一样；定滑轮的实质是l1＝l2的等臂杠杆．2．动滑轮的特点是可以省一半力(只有竖直方向拉动时，才能省一半的力)；动滑轮的实质是l1＝2l2的省力杠杆．【跟进训练】定滑轮左端绳子下端挂着一样的重物，假设在定滑轮右端的绳子自由端分别沿三个方向用力(如下图)，力的大小分别为F1、F2、F3，那么(D)A．F1最大B．F2最大C．F3最大D．三个力一样大知识点二滑轮组【自主学习】阅读课本P83，完成以下问题：1．把定滑轮和动滑轮组合在一起即可构成滑轮组． 2．使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向. 【合作探究】1．定滑轮可以改变用力方向，动滑轮可以省力，那么如果想省力又想改变用力方向，该怎么办？答：可以把定滑轮和动滑轮组合在一起，构成滑轮组． 2．由此可知滑轮组有何特点？答：使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向． 3．使用滑轮组时能省多少力？答：使用滑轮组提升重物时，假设动滑轮的重力和所有摩擦不计，动滑轮被几股绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一，即F ＝1nG .【教师点拨】使用滑轮组水平拉动物体时，不计绳、轮重力及摩擦，滑轮组用几段绳子拉着物体做匀速直线运动，拉力大小就是物体所受摩擦力的几分之一．那么F 拉＝1n f ；物体移动距离与绳自由端移动距离的关系s 绳＝ns 物．【跟进训练】以下关于使用滑轮组的优点的论述，较全面的是( C ) A ．一定省力，又能改变力的方向 B ．一定省力，但不能改变力的方向C ．有时能省力，又能改变力的方向，有时可以省力，但不能改变力的方向D ．肯定可以改变力的方向，省力与否要具体分析 知识点三 轮轴和斜面 【自主学习】阅读课本P83－84，完成以下问题：1．轮轴是由轮和轴组成，并且都是绕固定的轴线转动的机械．2．斜面也是一种简单机械，使用斜面也可以省力，斜面越平缓越省力，但同时也就越费距离.【合作探究】1．轮轴实质上一个什么机械？答：轮轴实质是一个可连续转动的杠杆，支点在轮和轴的轴线上． 2．轮轴的计算公式是？答：如下图的轮轴中，由杠杆平衡条件可知F 1R ＝F 2r 或F 2F 1＝Rr.3．常见的轮轴有哪些？答：井上打水的辘轳、汽车的方向盘、水龙头、船舵、门的把手、螺丝刀、单车的踏板． 4．常见的斜面有哪些？ 答：盘山公路、螺纹等．课堂小结练习设计完本钱课对应训练． 温馨提示：实验视频见课件．励志小故事觉得苦你不送外卖有人送、觉得累你不开滴滴有人开、觉得难你不干有人干、觉得贵你不买有人买、觉得工资低你可以滚出公司。
滑轮组、轮轴和斜面
滑轮组、轮轴和斜面学习目标1.知道滑轮组的特点，并能识别生活中的滑轮组。
2.能根据要求组装简单的滑轮组。
3.能识别生活中轮轴，并用杠杆平衡条件分析轮轴。
4.能识别生活中的斜面，知道使用斜面的原因。
知识梳理1.滑轮组定滑轮和动滑轮的组合叫做滑轮组．使用滑轮组可以省力，可以省距离，可以改变施力的方向，但不可以同时既省力、又省距离．滑轮组的省力情况，通常采用隔离法和整体法结合起来分析．即先将动滑轮和重物从整个系统中隔离出来作为一个整体，再全面分析该整体的受力情况，然后据力的平衡条件即可得出动力和阻力大小之间的关系．2．轮轴由轮和轴组成、能绕共同轴线旋转的简单机械，叫做轮轴．轮轴实质是可以连续旋转的杠杆．i．当动力作用在轮上，阻力作用在轴上时，使用轮轴省力，但要多移动距离．常见的有：辘轳、手摇卷扬机、汽车驾驶盘、自行车的龙头、拧螺丝的板手、拧螺丝钉的螺丝刀、自行车上的龙头和前叉、脚踏板和大齿轮组成的轮轴等．ii．当动力作用在轴上，阻力作用在轮上时，使用轮轴费力，但可少移动距离．如自行车上的飞轮和后轮组成的轮轴等．在现代工农业生产中，很多机械和机器是由多种简单机械组合起来的，如差动滑轮就是由轮轴和动滑轮组合起来的，起重机就是由杠杆和滑轮组组合起来的．3.斜面：同水平面成一向上倾斜角度的平面。
斜面推力公式：FL=Gh,其中F表示力，L表示斜面长，h表示斜面高，物重为G。
根据FL=Gh 知斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之一。
典例分析1. 如图13—12—1所示，用甲、乙两滑轮匀速向上提升重物，物重都是900 N，一个动滑轮重90N，不考虑摩擦拉力则，拉力F1为________N；F2为________N。
若将重物提高1 m，则甲滑轮绳子的自由端移动的距离为________ m；乙滑轮绳子的自由端移动的距离为________ m。
思考：除了运用书上的规律来计算外，还有其它的方法计算吗？图13—12—1 图13—12—2甲乙2.如图13—12—2所示，重为200牛顿的物体沿水平匀速前进，不计滑轮的摩擦和质量，物体A受到摩擦力为重力的十分之一，则拉力的大小为__________N。
青岛版科学六年级上册第五单元《简单机械》第14课《斜面》教学设计
单元教学设计单元名称简单机械1.单元教学设计说明本单元课与课之间有着密切的联系，知道杠杆、滑轮、轮轴、斜面、齿轮等是常见的简单机械。
使用杠杆、滑轮、轮轴、斜面、齿轮等简单机械解决生活中的实际问题。
本单元是在学生认识了一些常见的简单机械的基础上编写的，通过本单元的学习，丰富了学生对技术、工程与社会的认识，为学生进一步学习技术、工程的内容奠定基础。
2.单元目标与重点难点单元目标：科学观念：知道杠杆、滑轮、轮轴、斜面等是简单机械；认识到运用杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械装置可以提高工作效率。
科学思维：运用有关简单机械装置的结构和作用，解释处理生活中使用力的事例，尝试创造、制作各类简单机械装置，改变力的大小，使工作更方便。
探究实践：在科学实践活动中，运用杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械装置的传递改变力的大小，提高工作效率。
态度责任：愿意经历使用简单机械帮助生活与工作的过程，发展尝试利用简单机械改变力的大小的兴趣；了解简单机械在生产、生活中的应用，体会到科学技术的发展与应用影响着社会发展。
重点：知道杠杆、滑轮、轮轴、斜面等是简单机械；认识到运用杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械装置可以提高工作效率。
难点：设计实验探究杠杆、滑轮、轮轴、斜面等简单机械装置可以提高工作效率。
1.单元整体教学思路课时教学设计课题14.斜面1.教学内容分析《斜面》是青岛版小学科学（六三学制）六年级年级上册《简单机械》单元的第一课时。
1.认识斜面。
教科书呈现了一幅工人利用斜搭的木板往车上推送货物的生活场景图，目的是使学生通过观察生活中常见的现象，认识斜面，知道斜面是一种简单机械。
教科书还呈现了3名学生搭斜面的情景图，目的教师活动1.搭斜面。
师:利用桌上的实验材料搭一个斜面。
2.猜想斜面的作用。
师:请同学们猜想一下，斜面可能有什么作用呢?师:你这样想的理由是什么?师:大家同意他的观点吗?下面，我们就来验证一下。
3.研究斜面的作用。
师:做实验之前，我们必须要设计好实验方案。
滑轮组轮轴和斜面
应用场景与优势
应用场景
滑轮组轮轴广泛应用于各种机械设备中，如起重机、输送机 、纺织机等，用于传递运动和动力，实现多种运动形式的变 换。
优势
滑轮组轮轴具有高效、节能、维护方便等优点，能够实现远 距离的动力传递，同时可以通过改变滑轮数量和钢丝绳的走 向实现多种运动形式的传递，满足不同机械设备的需求。
02
精度要求
对于一些高精度要求的应 用，需要提高制造精度， 以确保系统的稳定性和高 效性。
设计实例与展示
要点一
实例1
一种用于起重机的滑轮组，通过斜面的设计实现了高效 、稳定的力传递。
要点二
实例2
一种用于机械手臂的滑轮组，通过优化结构设计，提高 了系统的耐用性和稳定性。
05
滑轮组轮轴和斜面的制造 工艺
斜面的应用场景与优势
应用场景
滑轮组斜面广泛应用于各种需要传递动力和运动的场 合，如起重机、输送机、挖掘机等机械设备。
优势
滑轮组斜面具有高效省力、操作稳定、能够完成各种 复杂运动等优点，能够提高生产效率、降低劳动强度 。
04
滑轮组斜面设计
设计原则与目标
01
02
03
高效性
斜面的设计主要是为了实 现力的有效传递和减少力 的损失，因此高效性是设 计的首要目标。
材料选择与处理
选材
根据产品需求，选择合适的钢材或其他材 料。
打孔
根据设计要求，对材料进行打孔处理。
切割
将材料切割至合适的大小和形状。
热处理
为了提高材料的机械性能，进行热处理工 艺。
制造流程与步骤
粗加工
去除材料大部分的余量，为后续加 工做准备。
精加工
按照设计要求，对轮轴和斜面进行 精细加工。
简单机械结构
简单机械结构简介：在日常生活中，我们经常使用和接触到各种各样的机械结构。
简单机械结构是一种基本的机械结构，它由一些简单的部件组成，通过力的作用实现特定的功能。
本文将介绍几种常见的简单机械结构及其原理和应用。
第一节：杠杆杠杆是一种简单的机械结构，由杠杆杆杆和支点构成。
根据支点的位置和力的作用点，杠杆可以分为三类：一级杠杆、二级杠杆和三级杠杆。
1. 一级杠杆一级杠杆是最简单的杠杆结构，其支点位于杠杆的一端，力作用点位于另一端。
根据杠杆原理，一级杠杆可以实现力的放大或者距离的放大。
举例：撬棍撬棍是一种常见的一级杠杆结构，由一根长杆和一个固定在地面上的支撑点组成。
当我们用撬棍下面的一段往上推时，可以轻松地将物体抬起，这是因为撬棍实现了力的放大。
2. 二级杠杆二级杠杆是支点位于杠杆中间的杠杆结构。
二级杠杆通过将力的作用点放在支点的一侧，实现了力的放大和距离的缩小。
举例：推车推车是一种常见的二级杠杆结构，由两个轮子和一个支点构成。
当我们将物体放在推车前部并向前推动时，推车能够轻松地移动，这是因为推车实现了力的放大和距离的缩小。
3. 三级杠杆三级杠杆是支点位于杠杆一端的杠杆结构。
三级杠杆通过将力的作用点放在支点的另一侧，实现了距离的放大。
举例：梯子梯子可以看作是一种常见的三级杠杆结构，梯子的支点位于梯子的一端。
当我们沿着梯子向上爬时，梯子实现了人的距离的放大，使我们能够轻松地攀爬到高处。
第二节：轮轴轮轴是一种由轮子和轴组成的机械结构。
轮轴通过轮子的旋转来实现物体的移动或者力的传递。
1. 简单轮轴简单轮轴由一个轮子和一个固定的轴组成。
当我们施加力来旋转轮子时，轮轴可以实现物体的移动。
举例：自行车自行车是一种常见的简单轮轴结构，轮子固定在轴上，当我们踩踏脚踏板时，轮轴使自行车前进。
2. 锁紧轮轴锁紧轮轴通过将轮子与轴锁定，在一定程度上阻止了轮子的旋转。
这种结构可以用于制动系统或者防止转动。
举例：螺母螺母与螺杆相配合，通过旋转螺母来固定物体。
滑轮与斜面全解
、图中要求F甲＝G/3，F乙＝G/4，请画出滑轮组的绕线（不计动滑轮重）。
二、滑轮的特点
、如图16所示，在动滑轮的挂钩上施加一个竖直向下的拉力．拉力F大小只是G的一半 B
三、滑轮的综合应用
图1
21所示，物重G＝30N，绳的一端拴在地面，拉力F
）若滑轮重不计，滑轮向移动= N
＝ N
的作用下，拉着重
如图所示，花岗岩石块甲、乙体积之比为13׃2，将它们分别挂在轻质硬棒AB的两端，当把铁块甲浸没在水中时，硬棒恰能水平位置平衡。
然后将甲石块从水中取出，拭干后浸没在液体丙中，调节
这种起重机主要用于房屋建筑施工中物料的竖直或水平输送。
）由杠杆的平衡条件可知，塔式起重机的起重量随起吊幅度而变化，起
）某塔式起重机是通过电动机带动如图乙所示滑轮组竖直起吊物料的。
物料匀速上升
①原理：
西湖一摸)）斜面上有一个重为100 N 沿斜面匀速向上滑动了1.5 m，此重物B
F
0.5m
，长为30cm．此后
，如果沿斜面
．通过实验：②帮小红评估一下，实验结果与分析不一致，是实验误差还是分析错误，还是别的什么原因？最好能提出改。
轮轴和斜面
斜面也是一种简单机械
F G
斜面是省力杠杆，省力但费了距离。
甲
将玩具车升高 20 公分，甲最费力， 丙最省力，由此可知斜面长越省力。
乙 丙
20公分
20公分
20公分
盘山公路也应用了斜面原理
螺丝钉也应用了斜面原理
1、你会测斜面的机械效率么？根据什么公式或原理？
W有 W总
=
Gh Fs
2、你知道斜面的机械效率与什么因素有关么？ 都有什么关系？
2、井上的辘轳：从右边看过去，可画成下图:
F2 O
l1 = R
l2 = r
F1
动力臂大于阻力臂， 是个省力杠杆。
3. 水龙头（从上边看下去，也可画成下图:）
F2 O l1 = R
l2 = r F1
动力臂大于阻力臂 是个省力杠杆。
4. 其他轮轴
螺丝刀 船舵
门 的 把 手
单车的踏板
轮轴的两个主要功能： 一，改变用力大小 二，改变物体的运动速度
科学世界
轮轴和斜面 杠杆、滑轮都是简单机械，它 们还可以变形为轮轴和斜面。
1、汽车的方向盘（从上边看下去，也可画成下图）
F2 O l1 = R
l2 = r F1
动力臂大于阻力臂 是个省力杠杆。
由两个半径不等的圆柱固定在同一轴线上组成，大的称轮.小的 称轴，根据杠杆 平衡条件作用在轮上的力F与作用在轴上的力G的关系为————
★斜面的机械效率与斜面的倾斜程度和粗糙程度有关：
斜面越倾斜、斜面越光滑斜面机械效率越高。
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3.要使物体升高相同的高度，斜 面越长越省力．
斜 面 的 应 用
盘山公路到山顶 路长省力是斜面
4.螺旋也是斜面的一种应用
螺旋的特点；可以将旋转运动与沿轴向的运动
进行互相转化
例题1.把一重物从底端分别沿如下图所示的BA、CA、 DA三个光滑斜面推向顶端A，推力所做的功分别是W1、 W2、W3，则它们的关系是 W1=W2=W3 ，推力 分别为F1、F2、F3，则它们的关系为是 F1＜F2＜F3
改变世界的机械
—轮轴和斜面
一、轮轴
1．实质：能够连续转动的杠杆 2．特点：动力作用在轮上， 轮轴是一个省力杠杆，但费距 离
r
R
G
F
F作用在轴上，省 力还是费力？为什么？
总结:使用轮轴可以省力.
• 3.轮轴的两个主要功能 改变用力大小 • 一是__________________,
方法指导： 1.当斜面高度相同时，斜面越长越省力 2. 推力或拉力做的功是总功，当斜面光滑时，额外功为 零
例题2. 如图所示，将同一物体分别沿光滑的斜面AB、AC以相 同的速度从底部匀速拉到顶点A，已知AB>AC， 施加的力分别为 F1、F2，拉力做的功为W1、W2，拉力做功的功率分别为P1、 P2，则下列判断中正确的是 （ A ） A、F1<F2，W1=W2，P1<P2 B、F1>F2，W1>W2， P1>P2 C、F1<F2，W1<W2，P1<P2 D、F1<F2，W1=W2， P1>P2
改变物体的速度 • 二是_____________________。
古代打水用的辘轳——轮轴
汽车方向盘——轮轴
机械部件中的齿轮——轮轴
二.斜
面
1.一个与水平面成一定夹角的倾斜平面
假设斜面很光滑，无摩擦．
根据功的原理：
W直接 W机械
Gh F L Gh F L
2.斜面长是斜面高的几倍，推力 或拉力就是物重的几分之一．