光杠杆

关于动滑轮受力的两种分析方法叶老师物理

发布时间:2022/9/29 1:10:19   
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航空港区的老师提出一个问题:讲动滑轮时把动滑轮看作省力杠杆,如何把找支点讲的更清晰?

这个问题困惑我很久了,我一直没有想明白,为什么有很多老师在讲动滑轮的时候会把动滑轮看作是杠杆呢?我想最可能的原因是上节课正好讲过杠杆,而杠杆分为省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆,这节课所讲的动滑轮可以省力,所以就把动滑轮与省力杠杆联系起来了。

我们从杠杆平衡的角度来看看动滑轮的省力情况,如图所示。

首先要明白的是,一个处于平衡状态的刚体,其“支点”可以有无数个,这一点在《撬棒》里已经讲过了。虽然“支点”可以有无数个,但我们在研究问题时,肯定是要选择那些特殊的“支点”以方便问题的解决。

如图所示,动滑轮上A、B、C三点显然是便于我们研究问题的“支点”。

设动滑轮的半径为R,轻绳拉力为F,重物(滑轮)重为G,则:

以A为支点,有:FR=GR/2

所以,F=G/2

这就是动滑轮省一半力的原因。

以B为支点,有:F左R=F右R

所以,F左=F右

这证明了一根轻绳上的弹力处处相等。

以C为支点,情况与以A为支点相同——对称。

用同样的方法分析定滑轮可以得出不省力的结论。

需要注意的是,上述分析的前提是缓慢拉动定滑轮——系统处于平衡状态。

我们再从物体平衡的角度来看看动滑轮的省力情况,系统(动滑轮+物体)受力如图。

当系统处于平衡状态时,有:

2F=G

所以,F=G/2

同样可以得出动滑轮省一半力的结果。

个别老师纠结于到底要不要考虑动滑轮的重力,原因就在于没有“整体”的方法意识,把动滑轮和物体作为一个整体进行研究,若滑轮有质(重)量,上述结果中的G就是总重力,若滑轮没有质(重)量,上述结果中的G就是物体的重力,这跟考虑不考虑滑轮的重力没有任何关系。

用上述分析方法研究定滑轮,同样可以得出使用定滑轮不省力的结论。

通过上述研讨,我们可以得出一个结论:对同一个问题,我们可以应用不同的方法解决。这就是一题多解。在习题教学中,引导学生学会从不同的角度看问题并能应用不同的方法解决问题,就把学生的认知带到了一个新的高度。

祝同学们进步!



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