在什么条件下使用动滑轮省一半的力

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滑轮由可绕中心轴转动的有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索(绳、胶带、钢索、链条等)所组成的可以绕着中心轴转动的简单机械.我国早在战国时期的著作《墨经》中就有关于滑轮的记载.我们都知道，中心轴固定不动的滑轮叫定滑轮，是变形的等臂杠杆，它不省力但可以改变力的方向.中心轴跟重物一起移动的滑轮叫动滑轮，是变形的不等臂杠杆，它能省一半力，但不改变力的方向.

使用动滑轮能省一半的力，在任何条件下都成立吗？下面我就江西省2008年中考物理试题第20小题作一分析.

原题做物理实验要遵循实事求是的原则.芳芳同学按照图１所示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)该实验中出现这样结果的主要原因是什么？除此之外还应满足什么条件时“使用动滑轮能省一半的力”？

(2)分析表中数据你还发现该装置的机械效率随物重的增大怎样变化？

解析第(1)问中第1小问的答案：动滑轮的重力、绳与动滑轮间存在摩擦.

对第(1)问中第2少问的理论分析：动滑轮是杠杆的变形，按照图1所示装置，其变形后的杠杆示意图如图2甲(放大图)所示(图中O1是动滑轮轴心，O是支点)，在忽略动滑轮的重力、摩擦、绳重等条件，竖直、匀速向上拉弹簧测力计时才有L1=2L2，根据杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂有FL1=GL2，故有F=G／2.即使用动滑轮省一半的力.

如果按照图2乙所示的装置进行探究，在忽略动滑轮的重力、摩擦、绳重等条件时，使用动滑轮还是省一半的力吗？

理论分析：按照图2乙所示装置进行探究，其变形后的杠杆示意图如图2丙(放大图)所示（图中O1是动滑轮轴心，O是支点，OB是直径，延长OB交拉力F'的作用线于A点，C、D均为垂足，O1B=O1C=O1O=L2），在忽略动滑轮的重力、摩擦、绳重等条件下，根据杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂，有F'L'=GL2，因AO1C∽AOD，根据相似三角形对应边成比例特点

即此时使用动滑轮不是省一半的力.

综上分析可知，使用动滑轮省一半力是有条件的.在忽略动滑轮受到的重力、摩擦、绳重等因素时，还必须竖直、匀速向上拉弹簧测力计，此时弹簧测力计的拉力F与钩码的重力G的关系才是F=G／2，使用动滑轮才是省一半的力.

通过对表中数据的分析处理可得出第(2)问的答案：该装置的机械效率随物重的增大而增大.

本题是培养同学们尊重实验事实的科学精神，考查同学们对实验数据的分析处理能力.第(1)问中第2小问是考核同学们对物理规律成立条件的理解，同学们解题时需要看清题目，审清题意，明白“具体问题具体分析”的道理，其目的是防止学生“死读书”现象的发生.只有这样，才能达到事半功倍，水到渠成.