滑轮与滑轮组的详细介绍：定滑轮、动滑轮、滑轮组的特点及原理

一、滑轮与滑轮组

1.定滑轮

(1)定滑轮定义：工作过程中中心轴固定不动的滑轮。

注：升国旗的旗杆上的滑轮就是定滑轮。

(2)定滑轮的工作特点：不可以省力，但可以改变力的方向。

(3)定滑轮不省力的原因：实质是个等臂杠杆

2.动滑轮

(1)定义：工作时中心轴随物体移动的滑轮。

(2)动滑轮工作特点：可以省力，但是不能改变力的方向。

其省力之故在于，本质上它是一个省力杠杆，其支点恰好位于固定边与轮缘相接之处，从而使得动滑轮的动力臂长度是阻力臂的两倍，因此。

3.滑轮组

(1)定义：把定滑轮和动滑轮组合起来使用，就组成了滑轮组。

滑轮组的特点在于它既能减少所需的力，还能调整力的作用方向，然而，这会使得移动的距离增加。

二、功

若有力作用于物体，且物体沿该力的作用方向移动了特定距离，则此力对物体实施了功。

2.做功的必要条件：

(1)有力 (2)在力的方向上移动的距离

3.不做功的几种情况：

有力无距，即物体虽承受力的作用，却未发生位移，故此力对物体未完成功。

注：推箱子没推动推力不做功。

物体运动因惯性持续，尽管它已经移动了一段距离，但并未受到力的作用，从而无法完成功的转化。

注：踢出去的足球，离开脚以后踢力对足球不做功。

力与距离的夹角为直角；物体所受之力若与运动轨迹成直角，则该力对物体无法完成功的输出。

注：在水平地面上滚动的足球，重力不做功。

4.功的计算

公式表明，在克服重力进行功的作业过程中，功W与重力G和高度h成正比，即W等于G乘以h。该功的单位是焦耳，具体来说，1焦耳等于1牛顿·米。

5.功的原理

(1)内容：使用任何机械都不省功。

有时这样做可以节省力气，有时可以缩短路程，然而却无法做到既省力又缩短路程。

三、功率

1.定义：单位时间内所做的功叫功率，用符号P表示。

2.物理意义：功率是表示做功快慢的物理量。

(1)相同时间内，物体做功越多功率越大

(2)做相同的功，物体用时越短功率越大

(3)物体做功越快功率越大

3.公式：

推导公式：

(注：当功率一定时，力和速度成反比。)

4.单位：瓦特，简称“瓦”，用“W”表示

四、机械效率

进行机械作业时，对人类有益且不可或缺的劳动，被称为有用功。

注：例如利用滑轮提升重物时对物体重力做的功。

2.额外功：利用机械做功时不得不做的功叫作额外功。

在运用滑轮系统提升重物过程中，需要抵消滑轮自身的重量所消耗的能量，同时还要克服轮轴之间摩擦以及绳索重量带来的阻力，完成相应的功。

3.总功：有用功和额外功的总和叫作总功。

注：例如利用滑轮提升重物时拉力所做的功。

4.机械效率

(1)定义：有用功跟总功的比值叫作机械效率。

(2)公式：

(3)滑轮组的机械效率公式：在忽略绳重和各种摩擦时，

(竖直滑轮组)；

(水平滑轮组)

5.滑轮组的机械效率的因素

(1)与滑轮的重力，绳重荷各部分间的摩擦有关。

与物体提升后的重力相关，而不受提升的垂直距离或滑轮绕线方式的影响。

6.滑轮组的机械效率计算

①竖直方向：

②竖直方向(水中)：

③水平方向(省力)：

④水平方向(费力)：

物体位于水平地面上，受到水平拉力的推动，从点O沿直线运动至点Q。在OP段，施加的拉力F1达到300牛顿，该力完成了功W1，并产生了功率P1。而在PQ段，拉力F2为200牛顿，它完成了功W2，并生成了功率P2。

A. W1>W2 B. W1P2 D P1

【答案】C

【解析】本题考查的是功和功率的计算比较。O到Q区间内物体进行匀速直线运动，其速度保持恒定，F1的力值为300N，而F2的力值为200N，因此F1的做功功率比F2的做功功率要高，即P1大于P2，选项C正确，D错误；在OP区间内移动了4米，拉力所做的功W1为300N乘以4m，等于1200焦耳，而在PQ区间内移动了6米，拉力所做的功W2为200N乘以6m，同样等于1200焦耳，由此可见，两段区间内的拉力做功是相等的，因此选项AB错误；综上所述，本题的正确答案是C。

如图所示，工人师傅运用动滑轮对重物进行提升，经过20秒的时间，重物以匀速的方式被提升至4米的高度。动滑轮自身的重量为20牛顿，而重物的重量则为480牛顿。在此过程中，我们假设绳子的重力以及各种阻力均可忽略不计。现需计算：

（1）工人师傅对绳子施加的拉力大小；

（2）该动滑轮的机械效率；

（3）工人师傅做功的功率。

【答案】

（1）2F=G+G动，

（G+G动）＝（480N +20N）＝250N；

（2）η=＝=96%；

（3）v物＝＝0.2，v绳＝2v物＝2，

P=Fv绳=250N＝100W

【解析】本题考查的是滑轮组的功率及机械效率。首先，我们进行动滑轮的受力分析，发现向上的两条绳子所受的力，以及向下的动滑轮自身重力与货物的重力共同作用。根据这一分析，我们可以列出等式：2F等于G加上G动。通过计算，我们得到F的值为250N。接着，我们运用公式η来计算机械效率。在20秒内，货物被提升了4米，因此货物的提升速度为0.2米每秒，而绳子自由端的移动速度则为0.4米每秒。最后，我们利用公式P=FV，即功率等于力乘以速度，计算出功率为250N乘以0.4米每秒，得到100瓦特。

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