使用單個動滑輪省一半力的條件

馬連杰

(高郵市汪曾祺學(xué)校 江蘇 揚(yáng)州 225600)

滑輪是一種常用的簡單機(jī)械，分為定滑輪和動滑輪.使用定滑輪，不能省力，但可以改變施力的方向，學(xué)生比較容易理解；使用單個動滑輪，不能改變施力的方向，但可以省力，且最多省一半的力.學(xué)生對于“最多”兩個字的認(rèn)識就有了很大差別.有的學(xué)生認(rèn)為，使用單個動滑輪一定能省一半的力，有的學(xué)生認(rèn)為使用單個動滑輪能省力，但說不清楚什么情況下能省一半的力.其實，使用單個動滑輪能省力是有條件的，省一半力更是有條件的[1].其他文獻(xiàn)中雖已有過討論，但不全面[1，2]，本文旨在通過對動滑輪工作時的受力情況進(jìn)行分析，幫助學(xué)生厘清使用單個動滑輪省一半力的條件，從而更好地認(rèn)識動滑輪，同時，對理解和掌握滑輪組工作時的特點也有積極意義.

1 教材解讀

章節(jié)：“11.2探究定滑輪和動滑輪工作時的特點(二)動滑輪工作時的特點”

步驟：(1)測出鉤碼和動滑輪的總重力，然后按圖1組裝滑輪.豎直線上拉彈簧測力計，使鉤碼勻速上升，讀出彈簧測力計的示數(shù).

(2)改變鉤碼個數(shù)，重復(fù)實驗，把測得的數(shù)據(jù)填入自己設(shè)計的表格中.

接下來，教材上給出“實驗表明，使用單個動滑輪最多可以省一半力”，似乎順理成章.

圖1 用動滑輪拉起鉤碼

然而，教材和教參上都未對“最多省一半力”的情況進(jìn)行說明[3，4]，導(dǎo)致不少學(xué)生形成“使用單個定滑輪就能省一半力”、“不計繩重和摩擦，使用單個動滑輪，能省一半力”、“沿豎直方向拉動就能省一半力”[1]、“不計繩重、摩擦，勻速拉動就能省一半力”[2]等錯誤認(rèn)識.

2 分析過程

圖2 加速或減速拉動物體

使用單個動滑輪要省一半力，還需要別的條件嗎？需要！實驗中，為什么要豎直向上拉彈簧測力計？若不沿豎直方向拉，如圖3所示，向上的兩個力要更大一些，才能使物體勻速上升[6]，即要讓物體勻速上升時F拉最小，F(xiàn)拉方向要與阻力(G物)方向相反且平行.

圖3 斜向上拉測力計

3 結(jié)論

(1)不計摩擦；(2)不計G繩；(3)不計G動；(4)勻速直線拉動；(5)F拉與阻力(G物)方向平行且相反.