102滑轮及其应用

沪科版八年级
第十章《机械与人》
10.2 滑轮及其应用
【知识梳理】
一、定滑轮：
1．定义：如右图所示那样，在使用时轴固定不动的滑轮。

因为滑轮可以连续旋转，因此可看作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的
平衡条件来分析。

2．实质：是一个等臂的杠杆，支点是滑轮的轴，力臂就是滑轮的半径。

在如
图中动力臂l1和阻力臂l2都是滑轮的半径，即为等臂杠杆。

3．特点：不能省力，但可以改变力的方向，给工作带来方便。

既不省距离也
不费距离。

所谓“改变力的方向”是指我们施加某一方向的力能得到一个与该力方向不同的力。

4.动力移动的距离与重物移动的距离相等。

对于定滑轮来说，无论朝哪个方向用力，定滑轮都是一个等臂杠杆，所用拉力都等于物体的重力G。

（不计绳重和摩擦）
二、动滑轮：
1．定义：如图所示，和重物一起移动的滑轮。

2. 实质：动力臂l1为阻力臂l2二倍的杠杆．支点O在滑轮的边缘上. 随着动滑轮位置
的变化，支点O的位置也在变化。

如右图，O为支点，动力臂为l1为直径，阻力臂l2为半
径。

3. 特点：可以省一半的力．但不能改变力的方向．省了力但要费距离。

动力移动的距离为物体上升距离的2倍。

注意：对于动滑轮来说：1）动滑轮在移动的过程中，支点也在不停地移动；2）动滑轮省一半力的条件是：动滑轮与重物一起匀速移动，动力F1的方向与并排绳子平行，不计动滑轮重、绳重和摩擦。

三、滑轮组：
1.定义：由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成。

2.特点：可以省力，也可以改变力的方向。

使用滑轮组时，有几段绳子吊着物体，提起物体所用的力
就是物重的几分之一，即物G n
F 1
=
（条件：不计动滑轮、绳重和摩擦）。

注意：如果不忽略动滑轮的重量则：()滑物G G n
F +=1。

滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮匹配而成，使用滑轮组，综合了动滑轮能省力和定滑轮能改变用力
方向的优点，所以使用很广，使用滑轮组虽然能省力，但很费距离。

3.动力移动的距离S 和重物移动的距离h 的关系是：使用滑轮组时，滑轮组用n 段绳子吊着物体，提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n 倍，即S=nh 。

注意：判断滑轮组用几根绳子吊着物体的方法——切割分离法。

假想讲所有绳子从中间切割开来，沿着割点向下数，凡是与动滑轮接触的段数之和即为几段绳子吊着物体（即为n ）。

4.绳子端的速度与物体上升的速度关系：物绳nV V =。

【易错点】
当竖直拉动动滑轮时，动力臂是滑轮的直径，阻力臂等于滑轮的半径，故动滑轮实质上相当于一个动力臂是阻力臂2倍的杠杆，所以在不计摩擦和滑轮重的情况下，由杠杆平衡条件可得拉力F 和物重G 的关系是F=1/2G ，即使用动滑轮可以省一半力。

如图，当力的方向与竖直方向的夹角变大时，力臂变小，根据杠杆平衡原理，力的大小将变小。

且当力的方向与竖直方向的夹角越大，力的大小越大； 【规律总结】
滑轮组的相关计算总结如下表：
滑轮组的有关计算主要公式表
所求物理量 滑轮组竖直提升重物 滑轮组水平拖动重物 S 与h 的关
系
S=nh （n 绳子的股数；S 拉力移动的距离；h 物体上升的距离）
S 拉=nS 物（S 拉拉力移动的距离；S 物物体移动的距离）
F 与
G 物的关
系
F= (忽略绳重及摩擦)（G
物
重物的重力；G
轮
动滑轮重力）
F=（f 物体与水平面之间的摩擦力）
V 物与v 拉的
V 拉=nV 物（V 拉——拉力的移动速度；V 物——物体移动的速度）
注意：
在确定承担重物的绳子段数n 时，首先分清哪个是定滑轮，哪个是动滑轮；其次在定滑轮和动滑轮之间画一条虚线，将它们隔离出来，数一数绕在动滑轮上绳子的段数即为承担物重的绳子段数n ，则拉力
()1
F G G n
=
+动。

【典例分析】
1．（2021辽宁中考）如图所示，物体A 重150N ，物体B 重15N ，此时物体A 沿着水平桌面以0.2m/s 的速度向右做匀速直线运动（不计绳重、滑轮重、绳轮及轮轴间的摩擦），物体B 匀速下降的速度是_______m/s ，物体A 与水平桌面间的摩擦力是_______N 。

【答案】 0.4 30 60 【解析】
[1]由图可知绳子的段数n 为2，已知物体A 的速度，则物体B 下滑的速度为v B =2vA =2×0.2m/s=0.4m/s [2]物体B 施加在绳端的拉力F =G B =15N
不计摩擦、绳重及滑轮重，物体A 、B 均做匀速直线运动，物体A 受到的拉力与摩擦力是一对大小相等的平衡力，则11
22
A F F f =
= 所以物体A 受到的水平向左的摩擦力f =2F =2×15N=30N 【思路小结】
物体在水平面上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n 分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n 分之一；绳子自由端移动的距离等于物体移动距离的n 倍。

【真题操练】 一、单选题
1．（2021江苏海州九年级）关于定滑轮和动滑轮，以下说法不正确的是（ ） A ．定滑轮实质是个等臂杠杆
B ．使用定滑轮不省力但能改变动力方向
C ．动滑轮实质是个动力臂为阻力臂两倍的杠杆
D ．使用动滑轮能省一半力，还能改变动力的方向 【答案】D 【解析】
定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向，故AB 正确，AB 不符合题意；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，在不计滑轮重及摩擦时，使用动滑轮能省一半力，但不能改变力的方向，故C 正确，C 不符合题意；D 错误，D 符合题意。

故选D 。

2．（2022上海八年级）旗杆顶端装有一个滑轮，如图所示。

若国旗以0.4米/秒的速度匀速上升，绳自由端施加的拉力为5牛，不考虑滑轮与轴之间的摩擦，则国旗的重力G 、绳子自由端移动的速度v 分别是（ ）
A ．5G =牛 0.4v =米/秒
B ．5G =牛 0.8v =米/秒
C ．10G =牛 0.2v =米/秒
D ．10G =牛 0.4v =米/秒
【答案】A 【解析】
旗杆顶端装的滑轮是定滑轮，定滑轮只改变力的方向，不改变力的大小，故，绳自由端施加的拉力等于国旗的重力G ，国旗的重力为5N ；绳子自由端移动的速度等于国旗匀速上升的速度，为0.4米/秒，故A 符合题意，BCD 不符合题意。

故选A 。

3．（2021江苏盐城市初级中学九年级期中）利用如图所示的动滑轮（重0.5N ）提升钩码时，不能证明使用动滑轮能省力的操作是（ ）
A．竖直匀速提升0.5N的钩码B．竖直匀速提升1.0N的钩码
C．竖直匀速提升1.5N的钩码D．竖直匀速提升2.0N的钩码
【答案】A
【解析】
使用如图所示动滑轮提升钩码时，若不计绳重及摩擦，绳端拉力为F＝1
2
(G+G动)
当钩码重力G≤G动时，F≥G
即当动滑轮重力大于或等于物体的重力时，不能证明使用动滑轮能省力；因为动滑轮重0.5N，所以提升钩码重力小于或等于0.5N时不能证明。

故选A。

4．（2022上海八年级课时练习）如图所示，是工人师傅往高处运送货物的两种方法。

物重均为500N，滑轮重均为10N，不计摩擦和绳重，下列说法正确的是（）
A．甲图中的拉力等于乙图中的拉力B．甲图中的拉力小于乙田中的拉力
C．甲图中的拉力大于乙图中的拉力D．甲图中的拉力为乙图中拉力的两倍
【答案】C
【解析】
如图甲是定滑轮，只改变力的方向，不改变力的大小，乙图为动滑轮，省一半的力，费二倍的距离，故甲
的拉力为500N，而乙要拉动物体和动滑轮，故乙的拉力为
1
500N10N255N
2
F=+=
乙
（）
所以甲图中的拉力大于乙图中的拉力。

故选C。

5．（2022上海八年级）如图所示，三个滑轮拉同一物体在同一水平面做匀速直线运动，所用拉力分别为F1、F2、F3，那么这三个力的关系是（）
A．F1＞F2＞F3B．F1＜F2＜F3C．F2＞F1＞F3D．F2＜F1＜F3
【解析】
三幅图物体重力与接触面粗糙程度相同，则与地面摩擦力相同，第一幅图为定滑轮，只改变力的方向，则拉力为F 1=f
第二三幅图为动滑轮，根据绳子段数关系可知，拉力分别为23,22
f
F F f == 综合可得312F F F >>，故选D 。

6．（2021广西凤山八年级期中）如图所示的滑轮组中，不计滑轮重，挂上A 、B 两物体后恰能静止，则两物重关系为（ ）
A ．G A ∶G
B ＝1∶1 B ．G A ∶G B ＝1∶2
C ．G A ∶G B ＝2∶1
D ．G A ∶G B ＝3∶1
【答案】C 【解析】
定滑轮是等臂杠杆，所以绳子两端的力相等，动滑轮是省力杠杆，绳子上的力是轴上力的一半，所以G A =2G B ，故有G A ∶G B ＝2∶1，故ABD 不符合题意，C 符合题意。

故选C 。

7．（2021江苏灌云九年级期中）某同学探究动滑轮的特点，进行了正确操作后，将得到的数据记录在表格中，分析数据后发现，实验结果与课本中“使用动滑轮能省一半力”的结论不符，面对这一事实，下列做法中最不可取的是（ ）
A ．实验失败，停止实验
B ．查阅资料，了解结论的适用条件
C ．改进实验条件，重新实验
D ．与同学分析可能的原因
【解析】
课本中“使用动滑轮能省一半力”的结论是在不考虑动滑轮重力、不考虑绳与滑轮摩擦的情况下得出的，在实际的实验中应当考虑动两个因素对结果的影响，故最不可取的是“实验失败，停止实验”，其它三个选项是可取的，故A符合题意，BCD不符合题意。

故选A。

8．（2021贵州黔东南八年级期末）如图所示，天花板上挂着一个滑轮，绳绕过滑轮后两端分别连接A、B 两物体，A、B两物体所受重力为G A＝6N，G B＝9N，B放在光滑水平地面上，A、B都处于静止状态，不计滑轮和绳的重力及摩擦，下列说法正确的是（）
A．绳对A的拉力大小为9N B．绳对B的拉力大小为9N
C．地面对B的支持力大小为3N D．天花板所受拉力大小为15N
【答案】C
【解析】
由图可知，A处于静止状态，则绳对A的拉力和A的重力是一对平衡力，大小相等，则绳对A的拉力大小为6N，故A错误；使用定滑轮不能改变力的大小，且同一根绳子的拉力相等，所以绳对B的拉力为6N，故B错误；B受到三个力的作用：竖直向下的重力、竖直向上的支持力和竖直向上的拉力，则地面对B的支持力大小为9N﹣6N＝3N，故C正确；有两断绳子向下拉定滑轮，故定滑轮受到向下的拉力为2×6N＝12N，不计滑轮和绳的重力及摩擦，则天花板所受拉力大小等于12N，故D错误。

故选C。

9．（2021山东烟台中考真题）用如图所示的四种方式匀连提升同一物体（不计机械自重和摩擦），其中最费力的是（）
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】A 【解析】
设物体重力为G ，不计机械自重和摩擦，则没有额外功。

选项A 中为动滑轮，拉力F 1=2G ；选项B 中为定滑轮，拉力F 2=G ；选项C 中滑轮组有效绳子段数n =3，则拉力F 3= 3
G
；选项D 斜面长为高的2倍，则 F 4=
2
G。

综上分析可知，F 1最大、最费力。

故选A 。

10．（2021河南睢县八年级期末）如图所示，水平桌面上放一重为100N 的物体A ，A 与桌面间的摩擦力为40N ，当用力F 拉绳子的自由端使A 匀速运动时，拉力F 的大小为（不计绳重、滑轮重及绳轮间摩擦）：（ ）
A ．20N
B ．50N
C ．60N
D ．70N
【答案】A 【解析】
由图示知，滑轮组承重绳子为2根，A 与桌面间摩擦力为40N ，在不计绳重、滑轮重及绳轮间摩擦时，拉力
11
40N 20N 2
F f n =
=⨯= 故A 符合题意，BCD 不符合题意。

故选A 。

二、填空题
11．（2021江苏沭阳九年级）简单机械的使用，给人们的生活带来很多便利。

小华用如图甲所示的方法将被台风刮倒的树拉正，A 的树干相当于_________（选填“动滑轮”、“定滑轮”或“杠杆”下同），图乙所示晾衣架在靠近天花板上的轮子是__________。

【答案】动滑轮定滑轮
【解析】
[1]在拉动时，A的树干与绳子一起运动，起到省力作用，相当于动滑轮。

[2]靠近天花板的轮子，轴是固定不动的，是定滑轮。

12．（2021江苏海州九年级）如图所示，小芳同学用图中所示的滑轮装置，分别用力竖直匀速提升重210N 的物体，不计滑轮重、绳重和摩擦。

能改变力的方向的是图_____，拉力F丙＝_____N。

【答案】甲70
【解析】
[1]若不使用机械而直接提起重物，拉力向上，如图，甲为定滑轮，拉力方向向下，乙为动滑轮，拉力方向向下，丙为滑轮组，拉力方向向上，所以能改变力的方向的是图甲。

[2]图丙中动滑轮一共有三根绳子承担
重力，n＝3，计滑轮重、绳重和摩擦，拉力大小为
210N
==70N
3
G
F
n
物
丙
＝
13．（2021广西八步八年级期末）一辆汽车不小心陷进了泥潭中，司机按图所示的甲、乙两种方法安装滑轮，均可将汽车从泥潭中拉出。

由图可知，滑轮______是定滑轮（选填“A”或“B”）；如果汽车受到的阻力为1000N，则乙图的人匀速拉动汽车的拉力至少为______N（不计摩擦和滑轮重力）。

【答案】A500
【解析】
动滑轮：轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮。

定滑轮：使用时，轴的位置固定不动的滑轮。

[1]由图可知，滑轮A 不随物体一起运动，滑轮B 随物体一起运动，则滑轮A 是定滑轮，滑轮B 是动滑轮。

[2]乙图中是动滑轮，不计摩擦和滑轮重力，可以省一半的力，则乙图中人匀速拉动汽车的拉力至少为11
100050022
N N F f =
=⨯= 14．（2021广西贵港八年级期末）高速铁路的输电线，无论冬、夏都绷得直直的，以保障列车电极与输电线的良好接触。

如图为输电线的牵引装置。

钢绳通过滑轮组悬挂坠砣，其中左侧滑轮是_____（选填“定”或“动”）滑轮；若某段时间内坠砣串下降了30cm ，则输电线A 端向左移动了_____cm （不考虑钢绳的热胀冷缩）。

【答案】定 15 【解析】
[1]由图可知，坠砣移动时，左侧滑轮的位置不会改变，所以左侧滑轮是定滑轮。

[2]图中坠砣挂在钢绳的自由端，右侧滑轮是动滑轮，且n ＝2，输电线A 端向左移动，坠砣下降，则坠砣串下降高度h ＝2s A ，坠砣串下降了30cm ，则输电线A 端向左移动了A 11
30cm 15cm 22
s h =
=⨯=
15．（2021黑龙江绥棱九年级期中）如图所示，在50N 的水平拉力F 作用下，重800N 的物体A 沿水平地面做匀速直线运动，则物体A 与地面间滑动摩擦力为______N ；若增大拉力F 使物体A 沿水平地面做加速直线运动，则物体A 与地面间滑动摩擦力将_______（不计滑轮自重及滑轮与绳间摩擦）。

【答案】150 不变 【解析】
[1]物体A沿水平地面做匀速直线运动，物体A和动滑轮处于平衡状态，将动滑轮与物体当成一个整体，该整体受到了向左的3段绳子的拉力，总拉力为150N，还受到了向右的地面给其的摩擦力，摩擦力与总拉力是平衡力，故摩擦力的大小为150N。

[2]由于A与地面的摩擦力属于滑动摩擦力，只与接触面的粗糙程度有关和压力的大小有关，与速度无关，故摩擦力的大小不变。

16．（2021浙江东海实验中学九年级期末）如图所示，吊篮的重力为300N，动滑轮总重力为50N，定滑轮总重力为30N，人的重力为500N，人在吊篮里拉绳子使吊篮匀速向上运动，此时人拉绳子的力为_____。

【答案】170N
【解析】
将人、吊篮、动滑轮看作一个整体，由于它们处于静止状态时，整体受力平衡；由图可知，有5段绳子承
受整体的总重力，则绳子的拉力
11
(300N50N500N)170N 55
F G
==⨯++=
总
17．（2021安徽省马鞍山市第七中学八年级期中）如图所示，若物体A重1500N，物体A与地面间摩擦力是90N，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦。

当绳子自由端移动3m，则沿水平方向匀速拉动物体A前进时，拉力F＝______N，物体A移动______m。

【答案】301
【解析】
由图可知，滑轮组绳子的有效股数n＝3，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦，绳端的拉力
11
90N30N
3
F f
n
==⨯=
当绳子自由端移动3m时，物体A向左移动的距离
11
=3m=1m 33
s s
=⨯
绳
三、作图题
18．（2021贵州中考真题）用滑轮组将放在水平地面上的重物G提起，在图中画出最省力的绳子绕法。

【答案】
【解析】
因为要最省力，所以从动滑轮开始绕线，总共3股绳。

四、实验题
19．（2021陕西眉县八年级期末）做物理实验要遵循实事求是的原则。

芳芳同学按如图所示的装置对动滑轮特点进行了探究，记录的数据如下表：
通过分析数据，她觉得与“使用动滑轮能省一半的力”的结论偏差较大。

你一定也做过这样的实验，回想你的实验经历，回答下列问题：
（1）该实验中有______段绳承担动滑轮，弹簧测力计示数应为物重的______分之一，但出现了上表中这样结果的主要原因是______；
（2）除上述原因之外，还应满足什么条件时，“使用动滑轮能省一半的力”______。

【答案】 2 二 动滑轮有重力 不考虑绳子重力和绳子与滑轮间的摩擦力 【解析】
（1） 用动滑轮提升重物时，相当于两段绳子对动滑轮施加竖直向上的拉力，在忽略动滑轮和绳子重力以及绳子与滑轮间的摩擦力时，绳子自由端（弹簧测力计）拉力等于物体重力一半，即2
G F =
物
（2）忽略绳子与滑轮间的摩擦力，匀速竖直向上拉，拉力的力臂才等于轮的直径时，才能有“使用动滑轮能省一半的力”。

即2
G G F +=
物动
20．（2021广西荔浦八年级期末）同学们共同研究滑轮的特点。

（1）他们研究定滑轮特点时，做的实验如图甲所示，据此可证明：使用定滑轮不省力，但可以改变______。

他们通过进一步分析还发现：使用定滑轮时，相当于一个_______杠杆。

（2）他们研究动滑轮特点时，用不同的动滑轮匀速缓慢竖直提升4N的重物，如图乙所示。

记录的数据如表。

①通过观察和比较测量结果，可得初步结论:使用动滑轮可以省力，但不能改变_______；用动滑轮匀速竖直提起同一重物时，不考虑绳重、滑轮与绳子之间的摩擦力，弹簧测力计的示数等于提升重力的______。

②若还想继续研究用动滑轮匀速缓慢提起物体时，拉力方向对拉力的影响，则需要选择_______滑轮与
_______重力的物体来进行实验对比（均选填“相同”或“不同”）。

（3）他们组装了滑轮组，进行的实验如图丙所示。

他们通过分析数据发现，利用滑轮组提升重物时，若动滑轮重、绳重和摩擦不计，动滑轮被几段绳子吊起，所用的力就是物重的______。

【答案】力的方向等臂力的方向一半相同相同几分之一
【解析】
（1）[1]由甲图知道，三种拉力情况，每次拉力的方向都不相同。

在实验过程中不断改变拉力的方向，观察测力计的示数都为4N，等于物重，故得出结论是：定滑轮能改变动力方向，但不能省力。

[2]定滑轮相当于一等臂杠杆，沿不同方向拉重物时，拉力的力臂都等于滑轮的半径
（2）①[3]分析图乙实验中的数据知道，使用动滑轮时省力，但不能改变力的方向。

[4]分析实验数据知道，用动滑轮匀速竖直提起同一重物时，不考虑绳重、滑轮与绳子之间的摩擦力，弹簧测力计的示数等于提升重力的一半。

②[5][6]由控制变量法知道，若研究拉力方向对拉力的影响，只需要改变拉力的方向，其它因素不变，则需要选择相同滑轮与相同的重力的物体来进行实验对比。

（3）[7]图丙中动滑轮被3段绳子吊起，弹簧测力计的分度值是0.2N，示数是0.8N，若动滑轮重、绳重和
摩擦不计，则所用的力就是物重的1
3
，即动滑轮被几段绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一。

21．（2021广东广州九年级）小明要将物体A水平移动距离s，为了省力，他用图中的动滑轮匀速拉动物体A在水平地面上移动。

现小明要验证该装置在本次使用中是否真的省力，请你帮他设计实验并分析论证。

（1）实验工具___________（填图中没有显示的）
（2）实验步骤：( )
（3）分析论证：( )
【答案】刻度尺和弹簧测力计见解析见解析
【解析】
（1）[1]要将物体A水平移动距离s，故要测量距离；要验证该装置在本次使用中是否真的省力，故要测量拉力，因此所用的实验工具为刻度尺和弹簧测力计。

（2）[2]①先用弹簧测力计直接拉动物体在水平地面做匀速直线运动移动s距离，记下测力计示数f；②按照上图，用弹簧测力计拉动绳子和物体在水平地面做匀速直线运动移动s距离，记示数为F；③为得出普遍性的结论，要不断改变移动距离，重复步骤①②多次实验；④整理数据，得出结论。

（3）[3]若F<f，则该装置在本次使用中是真的省力；若F>f，则该装置在本次使用中不是真的省力。

五、计算题
22．（2021广西百色八年级期末）一辆重为2×104N的汽车陷入泥潭中，现用如图所示装置匀速拉动汽车移动2m，若已知汽车移动过程中受到的阻力为3×103N。

求这过程中
（1）绳头需要拉动多少距离？
（2）至少要用多大的拉力F才能拉动汽车？
【答案】（1）6m ；（2）1000N 【解析】
解：（1）如图所示的滑轮组中，n ＝3，绳头拉动的距离为
s 绳＝ns 物＝3×2m ＝6m
（2）不计绳重、滑轮重、及绳与滑轮等的摩擦时，绳端的拉力至少为
311
31010003
N N F f n =⨯==
⨯ 23．（2021广西凤山八年级期中）工人利用如图所示的滑轮组将400N 的物体匀速向上提高了2m ，所用拉力为250N ；忽略绳重、绳子与滑轮之间的摩擦力。

求； （1）绳子自由端移动的距离； （2）动滑轮的重力。

【答案】（1）4m ；（2）100N 【解析】
解：（1）由图可知承担物重的绳子的股数n =2，绳子自由端移动的距离
s =nh =2×2m=4m
（2）当匀速拉动时，当G =400N 时，拉力F =250N 。

不计绳重和摩擦，由受力分析可知
()1
F G G n =
+动
由上式可得，动滑轮的重力为
G 动=2FG =2×250N400N=100N。