例析中考物理中的滑轮问题

摘 要：滑轮是初中物理中的重要模型，也是历年中考的必考点.由于滑轮问题容易与其他知识点，例如浮力、摩擦力、受力分析等相结合，因此该类问题的综合性比较强，难度系数也比较高，文章例析中考中的滑轮问题，以期为教师和学生提供参考.

关键词：中考;物理;滑轮

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）23-0118-03

收稿日期：2023-05-15

作者简介：郑步祥（1986.8-），男，江苏省盐城人，本科，中学一级教师，从事初中物理教学研究.

滑轮问题是中考物理比较常见的一类题型，无论是在客观题部分，还是在解答题部分，甚至在实验题，都有可能涉及到滑轮问题.

1 滑轮组的设计问题

在中考物理的作图题中，经常会出现滑轮组的设计问题.一般情况下，该类题型的滑轮组由一个动滑轮一个定滑轮组成，而解答此类问题是按照一定的解题步骤进行的，即先要计算出绳子的股数（其是解题的关键和突破口），然后在确定动定滑轮的个数以及绳子的固定端所在的位置，最后可设计出满足题意的滑轮组^［1］.

例1 一根绳子最大能承受的拉力为1 000 N，请设计一个滑轮组能吊起3 300 N的物体，画出滑轮组的组装图（其中各滑轮的质量以及摩擦力不计）.

3 滑轮组中的拉力与速度的计算

滑轮组的中拉力与速度的计算是滑轮组问题最常见、最基础的问题，在许多中考试题中，经常会将滑轮组设置得比较复杂，或将滑轮组模型与弹簧等结构结合起来进行考查^［3］.

例3 如图3所示，其中物体A、B都恰好处于静止状态（其中各滑轮的质量以及滑轮间的摩擦力不计），下列说法正确的是（）.

图3 滑轮组

A.物体A、B的重力关系为G₁=2G₂；

B.物体A所受的摩擦力为f_A=2G₂；

C.物体A所受力的合力的方向为向右；

D.物体A受到3个力，而物体B受到2个力.

解析 因为物体A、B都处于静止状态，所以物体A、B处于平衡状态；以物体A研究对象，此时物体A受到向下的重力G₁，桌子对物体A的支持力F_N，绳子对物体A向右的拉力F_TA以及向左的摩擦力f_A，所以可得G₁=F_N、F_TA=f_A；以物体B为研究对象，此时物体B受到向下的重力G₂以及绳子对物体B向上的拉力F_TB，所以可得G₂=F_TB.通过题图可得，F_TA=2F_TB.在选项A中，f_A=μF_N=μG₁=F_TA=2F_TB=2G₂，即μG₁=2G₂，所以物体A、B的重力关系为μG₁=2G₂，故选项A错误；在选项B中，f_A=μF_N=μG₁=F_TA=2F_TB=2G₂，故选项B正确；在选项C中，由于物体A处于平衡状态，此时其合力为0，故选项C错误；在选项D中，物体A受到4个力，分别为重力G₁、支持力F_N、繩子拉力F_TA、摩擦力f_A；物体B受到2个力，分别为重力G₂、绳子拉力F_TB，故选项D错误.综上所述，本题选择B.

点拨 从本题的解析过程，我们可以看出其突破口就是分别对两个物体进行受力分析，而解题的关键则是确定连接各个物体绳子拉力之间的定量关系.

4 滑轮组拉力做功问题

滑轮组问题中的拉力F一直是学生最为疑惑的地方，拉力到底是由人自身还是由物体产生的，这个问题一直困扰着学生，于是便产生了滑轮组拉力做功这类题型，该类题型中涉及到的人体内力做功、人体对外界做功及人的拉力做功这三类问题，都是我们在日常教学中亟需理清的问题，以便深化学生对滑轮组做功的理解.

例4 已知一人自身质量为500 N，小船质量为2 500 N，如图4所示，当站在船上的人使用50 N的拉力拉动绳子时，小船则可呈现出匀速直线运动状态.假设在此背景下，忽略绳子的重量、滑轮组的重量及运动过程中的摩擦力，请问当小船移动10 m后，拉力做功多大？

解析 首先看一类学生常见的概念误区，左侧固定的滑轮为定滑轮，小船船头滑轮则为动滑轮，若是小船移动10 m，根据滑轮组原理则可判定人手持的绳端移动距离为s=3×10 m=30 m，那么拉力做功为W_拉=F×s=50 N×30 m=1 500 J.从此处的错误解法不难看出，该计算方法是以人作为参考系进行做功计算的.但对题中场景而言，人和小船这个整体相对于地面在做匀速直线运动，所以不难看出分别以人和地面作为参考系后，计算得到的做功结果必然不一样.正确的解法应该是将地面作为参考系，根据滑轮组原理，绳子的末端相对于人体移动了30 m，人与小船组合而成的整体相对于地面参考系移动了10 m，故可知绳子的末端相对于地面参考系移动的距离应为20 m，按照做功计算，便可得到拉力做功为W_拉=F×s=50 N×20m=1 000 J.

点评 值得注意的是，在中学物理教学中，若无特殊说明，必然是将地面作为参考系，若是没有明确具体的参考系类型，对位移、速度及功等具备相对性特征的物理量，其计算结论往往会受到参考系的影响而发生变化.尤其是涉及到此类滑轮组做功计算问题时，默认参考系必须以地面为参考系，对应的受力运动距离也应该是受力物体相对于地面的位移.

中考物理中滑轮组问题，不仅会出现本文所给出的一些常见题型，甚至可能会出现一些与生活比较密切、综合性比较强的题目，注意在解答此类问题时把握解题技巧，牢记一些特有的规律，才能够快速准确解答^［4］.

参考文献：

［1］ 张洪霞.滑轮组问题分析［J］.物理教学探讨，2008，26（2）：34-35.

［2］ 佚名.滑轮组问题的分析方法［J］.数理化学习（初中版），2009（4）：41-42.

［3］ 郭佳.滑轮组机械效率问题求解方法探索［J］.亚太教育.2015（5）：32.

［4］ 林艳.解有关滑轮组机械效率计算题的基本步骤［J］.中学课程辅导（教学研究），2010（15 ）：55.

［责任编辑：李 璟］