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第十二章 简单机械
课时12.3 滑轮
2025年课程标准 物理素养
1、理解滑轮的定义及分 物理观念：知道定滑轮可以改变力的方向，不省力，动滑轮可以省力但费
类。 距离，而且无法改变力的方向 。
2、掌握定滑轮和动滑轮的 科学思维：知道定滑轮与动滑轮的实质（杠杆变形） 。
特点。 科学探究：通过实验探究定滑轮、动滑轮及滑轮组的特点，记录数据并归
3、学会滑轮组的组装与分 纳规律 。
析，计算拉力大小与移动 科学态度与责任：通过实验操作培养严谨的科学态度，认识滑轮在工程中
距离。 的实际价值 。
知识点一、滑轮分类及工作特点
1.滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。因为滑轮可以连续旋转，因此可看
作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的平衡条件来分析。滑轮分为定滑轮和动滑轮。
2.定滑轮工作特点：
（1）定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但
可以改变作用力方向。
（2）定滑轮的特点：通过定滑轮来拉钩码并不省力，通过或不通过定滑轮，弹簧测力计的
读数是一样的，可见，使用定滑轮不省力但能改变力的方向。在不少情况下，改变力的方
向会给工作带来方便。
3.动滑轮工作特点：
（1）动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省
1
力，多费1倍距离。
2
（2）动滑轮的特点：使用动滑轮能省一半力，费距离；这是因为使用动滑轮时，钩码由两
段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半。使用动滑轮虽然省了力，但是动力移动的距
离大于钩码升高的距离，即费了距离。
特别提醒
（1）定滑轮的原理：定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂L 、阻力臂L 都等于滑轮半径，
1 2
根杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力的结论。（2）动滑轮的原理：动滑轮实质是个动力臂（L）为阻力臂（L）二倍的杠杆。
1 2
如图所示，用不同的滑轮提升重均为100N的物体，不计滑轮的重力、绳重和
摩擦，拉动B物体的滑轮相当于 杠杆（选填“省力”“费力”或“等臂”），
N； N。
【答案】 等臂 50 100
【详解】[1]拉动B物体的滑轮轴固定不动是定滑轮，其实质是等臂杠杆。
[2]动滑轮其实质是动力臂等于二倍阻力臂的杠杆，省一半的力，所以
[3]定滑轮可以改变力的方向，不能省力，所以F =100N。
B
知识点二、滑轮组的工作特点
1.滑轮组：定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组。
（1）使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离。
（2）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，
G物+G动 G物
即动力F= 若忽略滑轮重，则有F= ；其中n为承担物重的绳子的段数。
n n
特别提醒
用滑轮组提升物体时，虽然省了力，但是费了距离，滑轮组有几段绳子吊着物体，绳子自
由端移动的距离就是重物升高距离的几倍；设物体升高的距离为 h，则绳子自由端移动的
距离为s=nh（n表示承担物重的绳子的段数）。
如图甲所示，旗杆顶部的A装置是 滑轮，它的优点是
，小明和小杰握住两根较光滑的木棍，小张将绳子的一端系在其中一根木棍上，然后
依次将绳子绕过两根木棍，小明和小杰相距一定的距离握紧木棍站稳后，小张在图B
处拉绳子的另一端，用很小的力便能拉动他们。两根木棍和绳子组成的机械相当于
；实验说明 。【答案】 定 改变力的方向 滑轮组 使用滑轮组可以省力
【详解】[1][2]旗杆顶部的A装置不随旗帜一起升降，则该滑轮为定滑轮，可以改变力
的方向。
[3][4]从乙图的使用情况来看，一根木棍相当于定滑轮，另一根相当于动滑轮，故两根
木棍和绳子组成的机械相当于滑轮组；小张在图B处拉绳子的另一端，用很小的力便
能拉动他们，说明使用滑轮组可以省力。
知识点三、滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算
1.使用滑轮组时（忽略摩擦阻力）：滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是
G物+G动 G物
物重的几分之一，即动力F= ；若忽略滑轮重，则有F= ；其中n为承担
n n
物重的绳子的段数。
其中：F拉—拉力，G动—动滑轮的重力，G物—被提升物体的重力，n—吊住动滑轮绳子
的段数。
2.使用动滑轮时，条件不同，拉力的计算方法也不同。
（1）物体在竖直方向上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，
拉力等于物体重力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物
体和动滑轮重力之和的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都
无法忽略不计，那么拉力等于物体重力除以n和机械效率的乘积。
（2）物体在水平面上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉
力等于物体所受摩擦力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等
于物体所受摩擦力的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无
法忽略不计，那么拉力等于物体所受摩擦力除以n和机械效率的乘积。（注：n为滑轮的
股数）。
特别提醒
（1）明确滑轮组绳子的有效股数是关键，再根据力的关系公式和移动距离的关系公式计算
即可。
（2）解题的关键是掌握动滑轮费一倍距离省一半力这一特性，做题时注意是否考虑动滑轮
的重力。
如图所示，重为20N的物体A放在水平桌面上，重为10N的物体B挂在滑轮
M下，每个滑轮重均为2N，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，物体B恰好能匀速下降，则物体A 所受的摩擦力为 N；物体B下降0.5m时，物体A滑动的距离为
m。使用滑轮N的好处是可以 。
【答案】 6 1 改变力的方向
【详解】[1]由滑轮组的结构可知，承担物重绳子的股数n=2，则当物体B匀速下降时，
绳子自由端的拉力为
即绳子对物体A的拉力为
F =F=6N
A
由B做匀速直线运动可知物体A也做匀速直线运动，则对A受力分析可知其受到的摩
擦力为
f=F =6N
A
[2]物体B下降0.5m时，物体A向右滑动，滑动的距离等于绳子自由端移动的距离，
即
s=nh=2×0.5m=1m
[3]由图可知，滑轮N的轴固定不动，因此为定滑轮，定滑轮的作用是可以改变力的方
向，但不能省力。
知识点四、斜面和轮轴以及滑轮组的设计与组装
1.滑轮组的设计：
第一步：确定动滑轮的个数。首先算出承担所要拉起重物与动滑轮的自重所需要的绳子的
根数n，其方法和滑轮组绳子的绕法中的方法相同，然后我们根据每两根绳子需要一个动
滑轮来确定动滑轮的个数。当n为偶数时，绳子的固定端应拴在定滑轮上，动滑轮的个数
n n−1
N= ；当n为奇数时，绳子的固定端应拴在动滑轮上，动滑轮的个数 N= 。
2 2
第二步：确定定滑轮的个数。一般情况下，定滑轮的个数由绳子的段数n和拉力的方向共
n+1
同决定。当n为奇数且拉力方向向下时，定滑轮的个数应为 ；拉力的方向向上时，定
2
n−1 n
滑轮的个数为 ．当n为偶数且方向向下时，定滑轮的个数为 ；方向向上时，定
2 2
n
滑轮的个数为 - 1。
2
2.滑轮组绳子的绕法：
第一步：确定绕过动滑轮的绳子的根数。首先根据题目中的条件，如绳子能承受的最大拉
G物
力F、要承担的重物G物和动滑轮的重力G动，计算出承担物重所需绳子段数n= +
2G动
，如果算出的绳子段数不是整数，一律进一位。例如：所得结果为n=3.4时，我们应
2
选择绳子的根数为4。
第二步：确定绳子固定端的位置和绳子的绕法。当绳子的根数n为偶数时，绳子的固定端
应拴在定滑轮上，开始绕绳子；当n为奇数时，绳子的固定端应拴在动滑轮上，开始绕绳
子。
3.轮轴
（1）轮轴：由轮和轴组成的，能绕共同的轴线旋转的简单机械叫做轮轴。例如汽车方向
盘、辘护等。
（2）轮轴的实质：轮轴相当于一个杠杆，轮和轴的中心O是支点，作用在轮上的力是动力
F，作用在轴上的力是阻力F，轮半径OA就是杠杆的动力臂l，轴半径OB就是杠杆的阻
1 2 1
力臂l。
2
（3）轮轴的特点：因为轮半径大于轴半径，即杠杆的动力臂大于阻力臂，所以作用在轮上
的动力F 总小于作用在轴上的阻力F．使用轮轴可省力，但是动力作用点移动的距离大于
1 2
用轮轴提升的重物（钩码）所通过的距离。
（4）轮轴的公式：FR=Fr；
1 2
4.斜面：斜面是简单机械的一种，可用于克服垂直提升重物的困难。将物体提升到一定高
度时，力的作用距离和力的大小都取决于倾角。如物体与斜面间摩擦力很小，则可达到很
高的效率。
特别提醒
（1）当动力作用于轴上时，轮轴为费力省距离杠杆，实际的例子有：自行车后轮与轮上的
飞盘（小齿轮）、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用。
（2）用F表示力，L表示斜面长，h表示斜面高，物重为G．不计阻力时，根据功的原理得
FL=Gh，斜面倾角越小，斜面越长，则越省力，但越费距离。日常生活中常见的斜面，如盘
山公路、螺丝钉上的螺纹等。
如图所示：光滑斜面，若沿斜面AB和AC分别将同一重物从斜面底部拉到顶
部，所需拉力分别为 和 ，所做的功分别为 和 ，则 ，
。（均填“＞”、“＜”或“＝”），这表明使用任何机械，虽然能省力或省距离
或改变力的方向，但是都 省功（“能”或“不能”）。
【答案】 ＜ = 不能
【详解】[1][2]斜面光滑说明摩擦力为0，即使用光滑的斜面没有额外功，则把同一物
体沿斜面BA和CA分别拉到顶端A，h相同，由W=Gh知道，两次拉力做的功等于克服重力做的功，大小均相同，即
W=W
1 2
根据图示知道
sBA＞sCA
由W=Fs知道
FBA＜FCA
即
F ＜F
1 2
[3]由功的原理知道，使用任何机械都不能省功，但使用机械有许多好处；有的机械可
以省力，有的机械可以省距离，还有的机械还可以改变力的方向；但省力的机械必然
费距离；省距离的机械一定费力。
问题一：滑轮分类及工作特点
【角度1】定滑轮的概念、实质及特点
【典例1】如下图所示，用一根绳子绕过定滑轮，一端拴在钩码上，手执另一端，分别用
力 、 、 匀速拉起钩码。忽略绳子与滑轮间的摩擦，下列说法正确的是（ ）
A． 、 、 的大小相等 B． 最大
C． 最大 D． 最大
【答案】A
【详解】由图可知，图中滑轮是定滑轮，定滑轮不能省力，忽略绳子与滑轮的摩擦，所
以F 、F 、F 都与物体重力相等，所以三种拉法所用拉力一样大，故BCD错误，故A
1 2 3
正确。
故选A。
1、定滑轮并不能减少所需施加的力，虽然定滑轮不能省力，但它可以改变施力的方向。这
对于某些需要改变施力方向的应用场景来说是非常有用的 。
2、定滑轮在力学原理上等同于一个等臂杠杆，其动力臂和阻力臂长度相等，因此不能省力。
【变式1-1】如图是学生设计的一种垃圾投放装置的示意图，人向下拉吊把就能打开垃圾桶桶盖，非常方便、卫生。下列说法正确的是（ ）
A．该装置中左边滑轮是定滑轮，右边滑轮是动滑轮
B．该装置中的两个滑轮都属于动滑轮
C．使用该装置中的滑轮可以改变力的方向
D．使用该装置中的滑轮可以省力
【答案】C
【详解】AB．由图可知，装置中的两个滑轮在使用时轴的位置固定不动，所以都是定
滑轮，故AB错误；
CD．定滑轮的实质是等臂杠杆，使用时不省力但能改变力的方向，故C正确，D错误。
故选C。
【变式1-2】如图为一组滑轮装置，此滑轮装置可以 。A、B物块都由同一种
物质制成。先用弹簧测力计测出A物块在水平桌面上匀速直线运动时的示数为100N，
以及A物块的重力为200N，则B物块重 N时，能拉动A物块匀速直线运动；
若将此时的A、B两物块调换位置，则B物块做 （匀速直线/加速/减速）运动。
【答案】 改变拉力的作用方向 100 加速
【详解】
[1]由图知，此滑轮装置为定滑轮，可以改变拉力的作用方向。[2]用弹簧测力计测出A
物块在水平桌面上匀速直线运动时的示数为100N，B的重力等于对A的拉力，所以B
物块重100N时，能拉动A物块匀速直线运动；
[3]A重200N，B重100N，A、B物块都由同一种物质制成，所以若将此时的A、B两
物块调换位置，则A对B的拉力大于B受到的摩擦力，所以B物块做加速运动。
【角度2】动滑轮的概念、实质及特点
【典例2】如图所示，利用动滑轮提升物体，使物体在10s内匀速上升4m，物体的重力为
10N，动滑轮的重力为2N，不计绳重与摩擦。下列说法正确的是（ ）A．使用动滑轮可以省距离 B．物体运动的速度为
C．拉力的大小为5N D．绳子自由端移动的距离为8m
【答案】D
【详解】A．使用动滑轮可以省力，但是费距离，故A错误；
B．物体运动的速度为
故B错误；
C．不计绳重与摩擦，则拉力的大小为
故C错误；
D．绳子自由端移动的距离为
故D正确。
故选D。
（1）动滑轮：是指轴随物体一起移动的滑轮，实质是动力臂等于2倍阻力臂的杠杆。
（2）特点：省力，不能改变动力方向，费距离。
（3）判断一个滑轮是定滑轮还是动滑轮的关键在于观察其是否固定。 如果一个滑轮的轴位
置固定不动， 那么它是定滑轮； 如果一个滑轮的轴位置随着被拉物品的运动而运动， 那么
它是动滑轮。
【变式2-1】如图所示，工人用动滑轮匀速提升重物，这样做（ ）
A．省力，同时也省距离 B．省力，但不改变施力的方向
C．既省力，也改变施力的方向 D．既不省力，也不改变施力的方向
【答案】B【详解】由图得，工人使用的滑轮为动滑轮，动滑轮是省力杠杆，可以省力，但费距离，
且不能改变施力的方向，故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
【变式2-2】如下图所示，通过滑轮沿水平方向拉一个重物A，该滑轮的作用是 。
若重物A移动的距离为2m，则绳子自由端移动的距离为 m。
【答案】 省力 4
【详解】[1]轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮称为动滑轮。图中的滑轮为动滑轮，
动滑轮能省力，但是费距离，因此该滑轮的作用是省力。
[2]图中承担物重的绳子股数为2，若重物A移动的距离为2m，则绳子自由端移动的距
离为
【角度3】动滑轮绳端拉力及移动距离的计算
【典例3】如下图所示，某同学用重 的滑轮匀速提升重 的物体。不计绳重和摩擦，
则该同学所用的拉力F可能为（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】动滑轮之所以能省一半的力，是因为其相当于杠杆的变形，轮的直径相当于动
力臂，轮的半径相当于阻力臂，这样动力臂是阻力臂的二倍，自然就能省一半的力，而
这一关系成立的前提条件是：必须竖直向上拉绳子；不计绳重和摩擦，重物和动滑轮的
总重由2段绳子承担， 当沿竖直方向拉动时，拉力
图中斜向上拉绳子时，动力臂和阻力臂都会减小，但动力臂会小于阻力臂的二倍，而阻
力不变，由杠杆平衡条件可知，动力就会增大，因此所用拉力变大，则拉力F的范围
是F＞50N，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。动滑轮自由端移动距离=物体移动距离×2。
【变式3-1】如图所示，沿水平方向通过轻质滑轮匀速拉动物体A，测力计的读数为
0.4N。若不计滑轮的摩擦，则滑轮挂钩对物体A的拉力为（ ）
A． B． C． D．
【答案】D
【详解】由图可知，该滑轮为动滑轮，拉力F等于测力计的计数，所以物体A受到的
拉力为F的两倍，即
故选D。
【变式3-2】有一个矿井，深30m，工人用如图所示装置将一个重为500N的矿石从井底匀
速拉向井面，装置中每个滑轮重20N，不计绳重与摩擦，则工人所用的拉力
N；当矿石拉出井面时，绳子自由端移动了 m；使用滑轮A的好处是可以
。
【答案】 260 60 省力
【详解】[1]由图知，该滑轮组由两股绳子共同承担物体和动滑轮的总重力，不计绳重
与其他摩擦，则每个工人的拉力均为
[2]物体上升了30m，则绳子自由端移动的距离为
[3]滑轮A是一个动滑轮，根据拉力和物重的关系可知，使用动滑轮的好处时可以省力，
缺点是费距离。
问题二：滑轮组的工作特点
【角度1】滑轮组的构成及优点
【典例1】高速铁路的输电线、无论冬、夏都需要绷直，以保障列车电极与输电线的良好
接触。图乙为输电线的牵引装置工作原理图。钢绳通过滑轮组悬挂30个相同的坠砣，
每个坠砣配重为150N，若某段时间内坠砣串下降了20cm，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，
下列说法正确的是（ ）A．滑轮A为动滑轮、B为定滑轮 B．该牵引装置既能省力又能省距离
C．输电线P端受到的拉力大小为5000N D．坠砣对钢绳的拉力做功为900J
【答案】D
【详解】A．由图可知，滑轮A的轴不随物体运动，是定滑轮；滑轮B的轴随物体运动，
是动滑轮，故A错误；
B．使用动滑轮可以省力，但费距离，使用任何机械都不能省功。故B错误；
C．图中坠砣挂在钢绳的自由端，由图知，使用的滑轮组承担P端拉力的绳子股数
n=2，不计滑轮和钢绳自重、摩擦，可得
则输电线P端受到的拉力大小为
故C错误；
D．坠砣对钢绳的拉力做功为
故D正确。
故选D。
（1）使用滑轮组时，既可以省力，也可以改变施力的方向；
（2）使用滑轮组提起重物时，动滑轮上有n段绳子承担物重，提起物体的力就是物重的n
分之一（忽略绳重及各处的摩擦力）。
（3）滑轮组不是既可以省力又可以省距离，没有任何机械既可以省力又可以省距离。
【变式1-1】用如图所示的装置提升重为600N的物体。不计摩擦和滑轮与绳的自重，下列
说法正确的是（ ）
A．两个滑轮均为动滑轮 B．物体匀速上升时，人对绳子的拉力为
300NC．若人将绳子匀速拉过2m，物体也上升2m D．使用该装置不能省力，但能改变力
的方向
【答案】B
【详解】A．由图可知，此装置由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，故A错误；
B．由图得
不计摩擦和滑轮与绳的自重，拉力为
故B正确；
C．物体上升2m，则绳子的自由端会通过
故C错误；
D．由图可知，使用该装置既能省力，又能改变力的方向，故D错误。
故选B。
【变式1-2】如图是现代家庭经常使用的自动升降衣架的结构示意图，它可以很方便晾起
洗好的衣服，取下晒干的衣服，其实就是通过一些简单机械的组合来实现此功能。图
中动滑轮有 个，动滑轮 （填“能”或“不能”）改变施力的
方向。定滑轮实质是一个 杠杆，动滑轮实质是一个 杠杆。
（以上两空均选填“省力”、“费力”或“等臂”）。
【答案】 2 不能 等臂 省力
【详解】[1][2]当晾衣架上升时，下面的两个滑轮与晾衣架一起上升，所以下面的两个
滑轮是动滑轮，动滑轮不能改变力的方向。
[3][4]定滑轮的动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，所以定滑轮实际上是等臂杠杆；动
滑轮的动力臂等于滑轮的直径，阻力臂等于滑轮的半径，所以动滑轮实际上就是动力
臂是阻力臂二倍的省力杠杆。
问题三：滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算
【角度1】滑轮组的连线问题
【典例1】小衡同学的最大拉力是400N，他想站在地上将重900N的物体提起2m，请你在
图中选择可能的装置，帮他绕上绳子组成滑轮组解决问题（动滑轮重不计）（ ）A．只能选丁
B．只能选丙和丁
C．只能选乙、丙、丁
D．甲、乙、丙、丁都能选
【答案】B
【详解】承担物重的绳子段数为
所以此滑轮组至少由3段绳子承担物重，拉力方向需要向下，所以至少需要一个动滑轮
和两个定滑轮。甲、乙均只有一个定滑轮，不能满足拉力方向向下，所以只能选丙和丁。
故ACD不符合题意，B符合题意。
故选B。
明确滑轮组绳子的有效股数是关键，再根据力的关系公式和移动距离的关系公式计算即可。
【变式1-1】用下列简单机械提升同一重物，忽略机械自重和摩擦，最省力的是（ ）
A． B．C． D．
【答案】A
【详解】A．分别用如图四种机械提起同一重物，忽略机械自重和摩擦，则根据杠杆
平衡条件可得
则
B．由图可知，该滑轮组由1股绳子承担物重，拉力等于物重G，即F=G；
C．由图可知，该滑轮组由2股绳子承担物重，拉力为物重的二分之一，即 ；
D．由图可知，该滑轮组由2股绳子承担物重，拉力为物重的二分之一，即 ；
综上分析可知，最省力的是A，故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
【变式1-2】如图所示，小明分别使用甲、乙两种不同的机械把同一物体M匀速提升到相
同的高度，测得两次拉力和物体M的重力如表所示。当使用乙机械时，测得绳子自由
端移动的距离是物体M上升高度的2倍。
F F G
甲 乙 M
7N 8N 6N
(1)根据题意在图乙中正确画出滑轮组的绕法 ；
(2)使用甲提升物体M时 （选填“省力”或“费力”）。【答案】(1)
(2)费力
【详解】（1）绳子自由端移动的距离是物体M上升高度的2倍，说明有效绳子股数
为2股，如图所示：
（2）由表中数据可知，甲中拉力F 大于物体的重力G ，所以使用甲提升物体M时
甲 M
费力。
【角度2】滑轮组承重绳子段数与绳端拉力、移动距离的关系
【典例2】如下图所示，物体A重50N，物体B重30N，物体A在绳子拉力的作用下向右
做匀速直线运动。如果在物体A上加一个水平向左的力F拉动物体A，使物体B匀速
上升，则该拉力F的大小为（滑轮和绳子的重力及绳子与滑轮之间的摩擦均不计）（
）
A．10N B．20N C．30N D．50N
【答案】B
【详解】由图可知滑轮组绳子段数为3，因为滑轮和绳子的重力及绳子与滑轮之间的
摩擦均不计，当物体A水平向右做匀速直线运动时，绳子自由端的拉力为物体A受到的滑动摩擦力方向水平向左，根据二力平衡可知，物体A受到的滑动摩擦
力大小为
当物体A在水平向左的力F的作用下水平向左运动时，受到的滑动摩擦力方向水平向
右，因接触面粗糙程度不变，压力大小不变，所以滑动摩擦力大小不变，物体B匀速
上升，绳子自由端对物体A的拉力大小和方向都不变，所以拉力F的大小为
故B正确，ACD错误。
故选B。
物体在竖直方向上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力
等于物体重力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体和
动滑轮重力之和的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法
忽略不计，那么拉力等于物体重力除以n和机械效率的乘积。
【变式2-1】如图所示，物体A重100N，物体B重20N，动滑轮重10N，此时物体B匀速
下降，若不计绳重和摩擦，则物体A与水平面的摩擦力为（ ）
A．15N B．20N C．30N D．100N
【答案】A
【详解】由图知，滑轮组绳子的股数n=2，若不计绳重和摩擦，当物体B匀速下降，
作用在绳子自由端的拉力为
物体B匀速下降，物体A也做匀速直线运动，根据二力平衡的条件，物体A受到水平
向右滑动摩擦力的大小
f=F =15N
拉
故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
【变式2-2】如图，王兵同学用20N的水平拉力F将重100N的物体M向左匀速拉动，物
体以0.2m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动，则在此过程中，拉力F的功率为
W，物体与地面间的滑动摩擦力为 N，物体重力做功为 J。（滑轮
重、绳重、摩擦均忽略不计）【答案】 12 60 0
【详解】[1]由图知，动滑轮上的绳子股数n=3，则绳子自由端移动的速度为
拉力F的功率为
[2]滑轮重、绳重、摩擦均忽略不计，根据 可得，物体与地面间的滑动摩擦力为
[3]重力的方向竖直向下，物体在水平地面上向左匀速运动，没有在重力的方向上移动
距离，根据做功的条件可知，重力没有做功，即做功为0J。
问题四：斜面和轮轴以及滑轮组的设计与组装
【角度1】斜面模型及相关计算
【典例1】我国是多山之国，修建了很多盘山公路，尤其在西南和中部地区。如图所示，
盘山公路修得弯弯曲曲，主要目的是为了（ ）
A．省距离 B．省力 C．省功 D．省力和省功
【答案】B
【详解】盘山公路属于斜面，盘山公路修得弯弯曲曲，主要目的是为了省力，即减小
汽车上坡时需要的牵引力；汽车上山时，需要克服重力和摩擦力做功，克服摩擦力做
的功为额外功，汽车上山时不能省功，反而多做功，使用任何机械都不能省功，故B
符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
掌握斜面的原理以及作用，学会对斜面做省力分析。
【变式1-1】每年五月的第三个星期日为全国助残日。如图所示，现在很多地方设有轮椅
专用通道，该通道实际上就是一种简单机械，使用这种简单机械是为了（ ）A．省距离 B．省力 C．省功 D．省力和省功
【答案】B
【详解】图中是生活中常见的斜坡，斜坡相当于简单机械中的斜面，使用斜面可以省
力，但费距离，不能省功，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B 。
【变式1-2】如图所示为光滑斜面，若沿斜面AB和AC分别将同一重物从斜面底部拉到顶
部，所需拉力分别为F 和F ，所做的功分别为W 和W，则F F ，W
1 2 1 2 1 2 1
W。（均选填“>”、“<”或“=”）
2
【答案】 < =
【详解】[1][2]斜面光滑说明摩擦力为0，即使用光滑的斜面没有额外功，则把同一物
体沿斜面BA和CA分别拉到顶端A，h相同，由W=Gh可知两次做的功相同，即
W=W
1 2
根据图示可知
s >s
BA CA
由W=Fs可知
F <F
1 2
【角度2】轮轴模型及相关计算
【典例2】拧螺丝时，你觉得用到了哪种简单机械（ ）
A．斜面 B．轮轴 C．杠杆 D．滑轮
【答案】B
【详解】轮子和轴固定在一起转动的机械，叫做轮轴。螺丝刀是轮轴类工具，它的刀
柄是轮，刀杆是轴；在轴相同的情况下，轮轴上的轮越大越省力，拧螺丝时用到了轮
轴。故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
使用轮轴时，一般情况下作用在轮上的力和轴上的力的作用线都与轮和轴相切，因此，它们的力臂就是对应的轮半径和轴半径、由于轮半径总大于轴半径，因此当动力作用于轮时，
轮轴为省力费距离杠杆，实际的例子：有自行车脚踏与轮盘（大齿轮）是省力轮轴。
当动力作用于轴上时，轮轴为费力省距离杠杆，实际的例子有：自行车后轮与轮上的飞盘
（小齿轮）、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用。
【变式2-1】小原用如图所示的红酒开瓶器开一瓶红酒，他先旋转上端的转柄，使金属杆
下端钻头插入红酒木塞，再向下按动压柄，红酒木塞就被拔出，关于红酒开瓶器，下
列说法正确的是（ ）
A．压柄是费力杠杆
B．钻头制成螺旋状应用了斜面可以省距离
C．钻头做得比较细是为了减小压强
D．转柄和金属杆组成轮轴
【答案】D
【详解】A．压柄的动力臂大于阻力臂是省力杠杆，故A错误；
B．钻头上的螺旋，相当于较长的斜面，因为斜面高度一定时，斜面越长，使用起来
越省力，故B错误；
C．钻头做得比较细，根据 可知，减小受力面积，增大压强，故C错误；
D．转柄相当于轮，金属杆相当于轴，故转柄和金属杆一起构成了简单机械中的轮轴，
轮轴在使用时动力作用在轮上，轮半径大于轴半径，相当于省力杠杆，故D正确；
故选D。
【变式2-2】如图所示的是变速自行车链条、飞轮和链条轮部分的构造图（A为飞轮，B为
链条轮，C为脚蹬）。保持链条在飞轮上的位置不变，在同样的路况下自行车匀速前
进时，链条调至 （选填“1”“2”或“3”）处更省力。理由是 。
【答案】 3 见解析
【详解】[1][2]链条轮和脚蹬构成轮轴，调至3时阻力臂较小，阻力不变，动力臂不变，
由杠杆平衡条件可知，动力最小，所以更省力。【角度3】按照要求设计滑轮组
【典例3】如下图所示，汽车陷入烂泥中，附近有一棵大树，车上有两个滑轮、一根绳子，
如何用最小的力把汽车拉出来？请在图中用笔画线代替绳子画出滑轮组的绕线方法。
【答案】
【详解】用最小的力，则承担拉力的绳子段数最多，则应从动滑轮绕起。因此将绳子
先系在动滑轮的固定挂钩上，然后绕过左边的定滑轮，再绕过动滑轮。如图所示：
1、求出滑轮组绳子股数n设计滑轮组是比较难以掌握的一种题型，为了帮助大家掌握好这
类题型，现归纳出解答设计滑轮组特点。
2、确定滑轮组个数及绳子始方位：
（1）动滑轮N动=n/2（n为偶数） （n-1）/2（n为奇数 ）
（2）定滑轮N定=N动（n为偶数端力向下）（n为奇数端力向上 ）N动+1（n为奇数端力
向下）N动-1（n为偶数端力向上 ）
（3）绳子始端固定方位：（偶定、奇动），n为偶数，绳子始端在定滑轮钩上；n为奇数
则连在动滑轮钩上。
3、组装滑轮组：在完成1求出，2确定的基础上，绳子由里至外一圈地绕置即可。
【变式3-1】通过如图所示的滑轮组，用向下的300N的拉力将重为900N的物体匀速提升
到高处（绳重及摩擦不计），请画出滑轮组上绳子的绕法。【答案】
【详解】此滑轮组承担物重的绳子的段数为
同时用力方向向下，如图：
【变式3-2】工人向下拉绳来提升重物。请用笔画线代替绳子画出滑轮组的绕线方法。【答案】
【详解】由图可知使用该滑轮组是为了省力和改变力的方向。工人站在地面上向下拉
绳来提升重物，所以由2段绳子承担物重，是最省力的绕绳方法，根据“奇动偶定”
原则绕绳方法如下图所示
。
【基础强化】
1．如图甲所示是欧洲中世纪使用的吊车，如图乙所示是我国古人使用的绞车。关于吊车与
绞车的认识，下列说法错误的是（ ）
A．图甲的吊车是轮轴与定滑轮的组合
B．图甲中工人脚踩巨轮走过的距离一定大于重物上升的高度
C．图乙的绞车是轮轴与定滑轮、动滑轮的组合
D．图乙中的定滑轮改变了施力方向
【答案】C【详解】A．图甲所示，吊车顶端是定滑轮，改变力的方向，中间是轮轴，绕着共同的
一个轴转动，故A正确，不符合题意；
B．轮轴省力，但是费距离，故工人脚踩巨轮走过的距离一定大于重物上升的高度，故
B正确，不符合题意；
C．图乙的绞车是两个定滑轮和轮轴构成的，故C错误，符合题意；
D．图乙中，定滑轮只能够改变力的方向，不能改变力的大小，故D正确，不符合题意。
故选C。
2．随着生活水平的提高，人民越来越重视健康，实施全民健身计划是国家的重要发展战略。
如图是小强自己设计的用于锻炼臂力的拉力结构示意图。他每次用恒为F的拉力向下
拉动拉杆，使重为G的配重块在t时间内加速升高了h，然后放手让其自由落下。（不
计拉杆和绳子的重力）以下说法正确的是（ ）
A．图中的滑轮是为了省力
B．静止时，沿b方向的拉力比a方向拉力大
C．每次拉动拉力器的过程对配重块做的功是Gh
D．每次拉动过程中拉力做功的功率为
【答案】C
【详解】A．从图中可以看出，这是定滑轮，不能省力，但能改变力的方向。因为小强
需要向下拉动拉杆，而配重块需要向上移动，所以定滑轮起到了改变力的方向的作用。
故A错误。
B．定滑轮实质是一个等臂杠杆，当配重块静止时，它受到的是平衡力的作用。无论拉
力是沿a方向还是b方向，只要拉力的大小等于配重块的重力G，配重块就能保持静止。
因此，沿b方向的拉力并不比a方向的拉力大。故B错误。
C．配重块在拉力方向上移动的距离是h，所以拉力器对配重块做的功是Gh。故C正
确。
D．每次拉动过程中拉力做功为
每次拉动过程中拉力做功的功率为
故D错误。故选C。
3．如图所示小明组装了甲、乙两种滑轮，用来提升同一物体， （不计绳重、轮
重和摩擦），要使物体竖直匀速提升 。下列说法中正确的是（ ）
A． ,并向上移动 B． ,并向上移动
C． ,并向上移动 D． ,并向上移动
【答案】D
【详解】AB．甲图中，自由端绳子的拉力为
故AB错误；
CD．乙图中，自由端绳子的拉力为
物体上升2m，则绳子的自由端上升1m，故C错误，D正确。
故选D。
4．如图所示的机械模型，推动硬棒CD或EF，使它们在水平面内绕轴O转动，即可将绳
逐渐绕到轴O上，提升重物G。下列说法不正确的是（ ）
A．滑轮A是定滑轮，它的作用是改变力的方向
B．滑轮B为动滑轮，它的作用是省力
C．轴O上增加的绳长等于重物上升的高度
D．硬棒CD（或EF）及转轴组成的装置与汽车方向盘的作用相同。
【答案】B
【详解】D．推动硬棒CD，使它们在水平面内绕轴O转动，支点在O点，动力臂大于
阻力臂是省力杠杆，汽车方向盘的作用相同都是省力杠杆，故D正确，不符合题意；AB．在重物提升的过程中滑轮A、B位置均固定不变，所以两滑轮均为定滑轮，定滑
轮可以改变力的方向，不能省力，故B错误，符合题意，A正确，不符合题意；
C．因为A、B均为定滑轮，绳端的速度与重物提升的速度相同，所以重物上升过程中，
轴O上增加的绳长等于重物上升的高度，故C正确，不符合题意。
故选B。
5．如图所示滑轮组，忽略滑轮自重和摩擦，若物块A重15N，当滑轮平衡时，物块B重
为 N。
【答案】30
【详解】忽略滑轮自重和摩擦，若物块A重15N，则定滑轮右端绳子的拉力也为15N，
右边为动滑轮，动滑轮省一半力，因此当滑轮平衡时，物块B重力为G =2×15N=30N
B
6．如图所示，探究“使用滑轮组时拉力与物重的关系”，吊起动滑轮的绳子段数为
。钩码总重力为1N，若动滑轮重、绳重和摩擦均不计，弹簧测力计的示数是
N。
【答案】 2 0.5
【详解】[1][2]如图所示，装置中只有一个动滑轮，绳子末端拉力方向向下，2段绳子
承担总重力，即吊起动滑轮的绳子段数为2；钩码总重力为1N，若动滑轮重、绳重和
摩擦均不计，故弹簧测力计的示数是
7．如图所示，A物重100N，在力F的作用下，以0.5m/s的速度在水平面上匀速向右运动，
此时弹簧测力计的示数为10N，则A物体受到的摩擦力是 N，拉力F为
N，拉力F做功的功率为 W，拉力在10s内所做的功为 J。【答案】 10 20 5 50
【详解】[1][2]图中滑轮是动滑轮，A受到的摩擦力等于弹簧测力计的示数，为10N；
拉力作用在动滑轮的轴上，拉力等于摩擦力的2倍，为20N。
[3]F的移动速度为A移动速度的一半，为
拉力F做功的功率
[4]拉力在10s内所做的功为
W=Pt=5W×10s=50J
8．如图所示，画出滑轮组提起重物最省力时绳子的绕法。
【答案】
【详解】图中定滑轮和动滑轮各有一个，要求最省力，则通过动滑轮的绳子段数最多
为3，绳子先固定在动滑轮上面的挂钩上，再依次绕绳，如图所示：9．如图所示，工人师傅用一个定滑轮和一个动滑轮组成滑轮组，把重力为400N的箱子在
10s内匀速向上提高了5m，动滑轮的质量为8kg。（不计绳重和摩擦，g取10N/kg）
(1)请在图上用笔画线代替细绳组装滑轮组（要求：人用力向下拉细绳）。
(2)在匀速竖直提升箱子的过程中，人对细绳的拉力是多少？人拉细绳的速度是多少？
【答案】(1)
(2)240N，
【详解】（1）由于人站在地面上提升重物，所以人用力向下拉绳子，故最终的绳子自
由端方向向下，从工人师傅手的一端依次绕起，如下图所示：（2）动滑轮的重力为
由图可知，与动滑轮相连的绳子股数n=2，不计绳重和摩擦，所以人对细绳的拉力为
细绳自由端移动的距离为
人拉细绳的速度为
【能力培优】
10．在小区改造工程中，工人师傅用滑轮组提升建筑材料，如图所示。滑轮组挂在固定的
钢架上，每个滑轮重为150N。绳子自由端受到的拉力F为500N，材料在30s内匀速上
升了3m，不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（ ）
A．绳子自由端的速度为0.1m/s B．拉力F的功率为50W
C．滑轮组的机械效率为90% D．建筑材料重力为1500N
【答案】C
【详解】A．由图可知，动滑轮上的绳子根数n=3，绳子在30s内移动的距离为
由 可知，绳子自由端的速度为
故A错误；
B．由可知，拉力F的功率为
故B错误；
CD．根据 可知，材料的重力为
滑轮组的机械效率为
故C正确，D错误。
故选C。
11．在已有探究动滑轮工作特点的实验后，小明进行了“再探定滑轮”实验，按图组装动
滑轮，用弹簧测力计拉动动滑轮，使挂在它下面的钩码缓缓上升，分别测量相应的物理
量，进而比较拉绳所做的功和动滑轮拉钩码所做的功是否相等，下列说法中正确的是（
）
A．实验中还需要使用秒表
B．确保弹簧测力计拉着绳子处于静止时读数
C．实验中还需要改变钩码的数量进行多次实验
D．拉绳所做的功可能比动滑轮拉钩码所做的功小
【答案】C
【详解】A．在这个实验中，主要关注的是功的比较，即拉绳所做的功和动滑轮拉钩码
所做的功是否相等。功的计算公式是W=Fs，其中F是力，s是在力的方向上移动的距
离。实验中已经通过弹簧测力计测量了力，通过观察和测量得到了在力的方向上移动的
距离，因此不需要秒表来测量时间，故A错误；
B．在实验过程中，需要确保弹簧测力计拉着绳子处于匀速直线运动状态，此时拉力与
重力才是一对平衡力，大小相等。如果弹簧测力计拉着绳子处于静止状态，虽然拉力与
重力仍然相等，但这种情况下测量的是静摩擦力，而不是动滑轮在工作过程中的拉力，
故B错误；
C．为了使实验结论更具有普遍性和准确性，需要改变钩码的数量进行多次实验。通过
多次实验，可以观察到不同情况下拉绳所做的功和动滑轮拉钩码所做的功的关系，从而得出更可靠的结论，故C正确；
D．考虑到动滑轮在工作过程中存在摩擦力等因素，这些因素会消耗一部分功。因此，
拉绳所做的功一定会大于动滑轮拉钩码所做的功，故D错误。
故选C。
12．为了赶在雨季之前给住在山区的奶奶的房屋做一次维修，爸爸专门请了一个小型施工
队。这个施工队利用3个相同的滑轮组成滑轮组将材料运送到高处，滑轮组的结构如下
图所示。已知每个滑轮重50N，绳子能够承受的最大拉力是500N，忽略绳重和摩擦。
用此滑轮组提升材料，下列说法错误的是（ ）
A．滑轮a是定滑轮，可以改变力的方向，但不省力
B．滑轮b是动滑轮，使用时可以省力
C．工人每次将材料匀速提起，需要施加大小等于材料和动滑轮总重力的一半的力
D．工人以0.2m/s的速度拉绳子时，材料上升的速度为0.4m/s
【答案】D
【详解】A．在使用时，轴的位置固定不动的滑轮叫做定滑轮。滑轮a是定滑轮，可改
变力的方向，但不省力，故A正确，不符合题意；
B．轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮称为动滑轮。滑轮b是动滑轮，使用时省力，
但费距离，故B正确，不符合题意；
C．由于滑轮组中有一个动滑轮b，承担物重的绳子股数为2，在忽略绳重和摩擦时，
每次将材料提起，需要施加材料和动滑轮总重的一半的力，故C正确，不符合题意；
D．动滑轮b上有两股绳，工人以0.2m/s的速度拉绳子时，材料上升的速度应该是
故D错误，符合题意。
故选D。
13．如图所示，木板A放在水平面上，用10N的水平拉力F拉滑轮，使足够长的木板A以
0.2m/s的速度在水平地面上匀速运动，与物块B相连的弹簧测力计的示数为3N。若不
计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和滑轮摩擦，则下列说法中正确的有（ ）A．木板A与地面间的摩擦力为5N
B．滑轮向右移动的速度为0.2m/s
C．物块B受到的摩擦力为3N，方向水平向右
D．绳子拉木板A的功率为0.6W
【答案】C
【详解】AC．由图可知，这是一个动滑轮，木板A接在绳子自由端，力F作用在动滑
轮上，因为不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和滑轮摩擦，所以木板A受到绳对其水
平向右的拉力，大小为
拉动过程中B相对于地面静止，受力平衡，因为B相对于A向左运动，所以受到A对
其水平向右的滑动摩擦力，大小等于弹簧测力计的示数，即
因为A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对相互作用力，大小相等，方向相反，所
以A受到B对其水平向左的滑动摩擦力，大小为
对A进行受力分析可知，在水平方向上A受到水平向右的拉力，水平向左的地面对它
的摩擦力和B对它的摩擦力，因为A做匀速直线运动，受力平衡，所以木板A与地面
间的摩擦力为 ，故A错误，C正确；
B．因为木板A接在绳子自由端，力F作用在动滑轮上，根据动滑轮的特点可知，滑轮
向右移动的速度为 ，故B错误；
D．绳子拉木板A的功率为 ，故D错误。
故选C。
14．装置如图甲所示，A是重10N的空吊篮，绳子B（动滑轮与吊篮A连接的绳子）和绳
子C能承受的最大拉力分别为100N和50N，质量为50kg的小张同学将A提升到高处，
施加的拉力F随时间变化关系如图乙所示，A上升的速度v随时间变化关系如图丙所
示。忽略绳重及摩擦，则动滑轮的质量为 kg，第1～2s内拉力F的功率为
W，此装置最多能匀速运载 N的货物。
【答案】 1 40 80
【详解】[1]由图丙可知，在1～2s内A被匀速提升，绳子股数n=2，忽略绳重及摩擦，则动滑轮重力为
所以动滑轮的质量为
[2]由图丙可知，第2s内A上升的速度 ，拉力端移动速度
第2s内拉力F的功率
[3]绳子B（动滑轮与吊篮A连接的绳子）和绳子C能承受的最大拉力分别为100N和
50N，则C处绳子拉力为最大拉力时
没有超过B绳能承受的最大拉力，符合题目要求；
当B处最大拉力为100N时，C绳承受的拉力为
超过C绳能承受的最大拉力，不符合题目要求
综上所述，此装置最多能匀速运载货物的重力为80N。
15．如图所示，物体A在水平拉力F的作用下，沿水平面运动了2m，用时5s，弹簧测力
计的示数为5N，则拉力F做功的功率为 W。
【答案】4
【详解】图中滑轮是动滑轮，根据动滑轮的特点可知，两股绳的拉力大小相等，且绳
末端拉力移动的距离是物体移动距离的2倍，已知弹簧测力计的示数为5N，则绳末端
拉力为5N，绳末端移动的距离是4m，则拉力F做功的功为
拉力F做功的功率为
16．用轻质滑轮组将重力为G的物体提起来，请按要求在下图中画出不同的绕线方法。要
求：不计绳重和摩擦， 。【答案】
【详解】左边滑轮组中，有两个动滑轮和一个定滑轮，要求 ，即绳子承重股数
为4股，所以绳子始端固定在定滑轮的下挂钩上，然后依次绕过下面的动滑轮、上面
的定滑轮、下面的动滑轮，如左图所示；右边滑轮组中，有两个动滑轮和一个定滑轮，
要求 ，即绳子承重股数为3股，所以绳子始端固定在动滑轮的挂钩上，然后依
次是上面的的定滑轮和下面的动滑轮，如右图所示：
17．某同学自制了一个可以测人体重心位置的装置，如图所示，取一块与自己等长的木板，一端固定，另一端用轻质细绳通过一个滑轮组悬挂起（摩擦不计，动滑轮重不计）在
绳子末端的托盘上放一些码砝，使木板水平平衡。如果该同学身高150cm质量40kg，
平躺到木板上后在托盘中再加上质量为8kg的码砝，木板再次水平平衡。
(1)在测人体重心之前，先“在绳子末端的托盘上放一些码砝，使木板水平平衡。这样
做的目的是什么？
(2)请你计算出该同学重心到“O”的距离是多少？（写出计算过程）
【答案】(1)消除木板重力对实验的影响
(2)60cm
【详解】（1）若在测量重心前不将木板调整为水平平衡，那么在测量过程中，木板的
阻力实际是人的重力与木板自重的和，这样就会影响到测量结果的准确性；所以测量
前，先在托盘上放置少量的重物，来平衡木板的自重，排除干扰。其目的是：消除木
板重力对实验的影响。
（2）由图知道，滑轮组对木板的拉力
其力臂
人的重力为
其力臂为L，由杠杆的平衡条件知道
1
即
解得
