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记得去年这时候,我带的一个学生小明刚学完滑轮组那块内容,整个人都是懵的。他拿着一道画满滑轮的题目来找我,说:"老师,这绳子到底该怎么绕啊?我看着图上的箭头,完全不知道从哪儿下手。"说实话,这种困惑我见多了。滑轮组绕线这个问题,看似简单,其实涉及到的空间想象能力和逻辑思维,对初三学生来说确实是个挑战。今天我就把这块内容彻底掰开了揉碎了讲讲,争取让你看完之后有种"原来如此"的感觉。
在金博教育一对一辅导的这些年里,我总结出来一个规律:滑轮组绕线之所以难,倒不是因为知识点有多深奥,而是因为学校里老师往往直接教你口诀和画法,却很少讲清楚背后的原理。学生们死记硬背,遇到变形题目就傻眼。所以这篇文章我不打算教你怎么快速蒙答案,而是真正帮你理解滑轮组的工作逻辑。当你搞懂了"为什么这样绕"之后,"怎么绕"这个问题自然就迎刃而解了。
在学习滑轮组绕线之前,有几个概念必须彻底弄清楚。否则你就算把各种画法背得滚瓜烂熟,换一道题照样不会。下面我逐个解释,这些都是后面内容的基石。
定滑轮的定义是轴固定不动的滑轮。使用它的时候,绳子会绕着滑轮转动,但滑轮本身的位置不变。定滑轮最核心的作用是改变力的方向——比如你想把重物往上拉,但是手往下拉更方便,这时候定滑轮就能帮你把"向下拉"变成"向上拉"。不过要注意,定滑轮不省力,你用多大的力拉绳子,重物感受到的力就是多大的。
动滑轮就不一样了。它的轴可以和重物一起移动。使用动滑轮时,绳子的一端固定在墙上或者天花板上,另一端被人往上拉。当人拉绳子的时候,动滑轮会跟着重物一起上升。动滑轮的特点是能省一半的力——假设重物是100牛,你只需要用50牛的力就能把它拉起来。当然,省力的代价是绳子要拉得更长,而且拉力的方向也变了。
这里有个常见的误区需要澄清。很多同学以为"定滑轮和动滑轮是两种完全不同的零件",其实它们在结构上完全可以是一样的。同一个滑轮,如果你把它固定在墙上,它就是定滑轮;如果你让它跟着重物一起动,它就成了动滑轮。区分的关键不是滑轮本身的构造,而是它在使用时的工作状态。这个认知非常重要,后面讲滑轮组的时候你会反复用到这个思路。

把定滑轮和动滑轮组合在一起,就形成了滑轮组。单独使用定滑轮不省力,单独使用动滑轮虽然省力但不能改变用力方向。把它们组合起来,就能既省力又能随心所欲地控制用力方向。
滑轮组省力的原理可以从两个方面理解。第一个角度是受力分析:在理想情况下(忽略滑轮重力和摩擦力),动滑轮被几段绳子拉着,承担重物的重力,这几段绳子就共同分担了重物的重量。第二个角度是功的原理:使用任何机械都不能省功,你想省力,就必须多花距离。滑轮组让你拉绳子的距离比重物上升的距离长,但每段绳子承担的力变小了。
判断滑轮组省力多少的关键,是数清楚动滑轮被几段绳子吊着。这个"绳子段数"通常用字母"n"来表示。n越大,省力就越明显。比如n=2时,拉力是物体重力的二分之一;n=3时,拉力是三分之一,以此类推。滑轮组绕线的核心任务,说白了就是通过合理的绕线方式,让动滑轮被尽可能多的绳子段数吊着。
现在我们进入正题:滑轮组的绳子到底该怎么绕?在讲具体画法之前,我要先给你几条百试百灵的原则。理解这些原则,你就能应对各种千奇百怪的滑轮组题目。
滑轮组绕线有一个万年不变的规律:绳子起点要么固定在定滑轮上,要么固定在动滑轮上;绳子终点则正好相反。换句话说,如果绳子起点绑在定滑轮上,那么终点就会在人的手里或者挂在某个固定点上;如果起点绑在动滑轮上,终点就会固定在天花板或者墙上。
这个规律看起来简单,但它是你判断绕线是否正确的第一道检验标准。你去翻任何一道滑轮组题目,不管它画得多复杂,绳子的起点和终点一定符合这个规律。如果不符合,那肯定是题目画错了或者你看错了。

为什么要这样设计呢?原因在于力的传导逻辑。绳子起点的固定方式决定了力的传递路径。如果起点固定在定滑轮上,那么拉力就会通过定滑轮改变方向后传递给动滑轮;如果起点固定在动滑轮上,那么力就直接作用在动滑轮上了。不同的起点选择,会影响绳子段数的计算方式。
前面我们说过,滑轮组的省力程度由绳子段数n决定。那么n到底怎么数呢?这里有个口诀:"动滑轮被几段绳子吊着,n就是几"。但实际操作的时候,很多同学会把滑轮两边都算上,或者漏掉最后那段绳子。
正确的数法是:从动滑轮开始,沿着绳子走向一直追踪,直到绳子离开滑轮组为止。你经过动滑轮一次,就算一段。举个例子,如果一根绳子从天花板固定点下来,绕过动滑轮,再绕到定滑轮,最后被人拉在手里,那么动滑轮就被两段绳子吊着(天花板那段和人拉的那段都算),所以n=2。
这里有个小技巧:看动滑轮和定滑轮之间有几根绳子。动滑轮和定滑轮之间的绳子段数,加上直接从动滑轮引出、连接在固定点的那段绳子,就是总段数n。定滑轮本身不计入n的计算,因为它只是改变方向,不承担省力的功能。
掌握了上面的基本原则后,我们来看三种最典型的滑轮组绕线方法。每种方法都有它的适用场景和特点,你可以对照着题目要求选择使用。
这种画法的特点是:绳子的一端固定在定滑轮上,人拉着的绳子另一端是"动"的。用这种绕法,当人拉绳子时,重物会上升,但定滑轮保持不动。
具体操作步骤是这样的:首先确定重物下面挂着的动滑轮数量。然后从动滑轮开始画绳子——绳子先绕过最上面的定滑轮,再绕回动滑轮,如此反复。最后,绳子的末端留出来给人拉。
这种画法的优势在于操作直观,适合初学者理解。而且在很多实际应用中(比如在工地上起重),人站在上面拉绳子比站在下面推更方便。不过这种画法有一个局限:如果题目要求计算绳子移动距离,你需要记住绳子拉动的长度是重物上升距离的n倍,这里n是动滑轮被吊着的绳子段数。
第二种画法和第一种相反:绳子的一端固定在动滑轮上,另一端固定在某个固定点上。当人拉绳子时,重物上升,但绳子末端并不在人手里,而是在天花板上。这种情况下,你拉的是定滑轮那一端的绳子。
这种画法的操作顺序是:先把绳子固定在动滑轮上,然后绳子往上绕到定滑轮,再绕回来,如此反复。最后把绳子的末端固定在天花板或者墙上。使用这种滑轮组时,你会发现拉绳子的人其实不需要出多大的力,因为省力效果特别明显——特别是当动滑轮数量较多的时候。
这种画法在什么情况下用得比较多呢?在一些需要自动复位的装置里,或者当人不方便站在重物正下方操作的时候。比如电梯井里的滑轮组,绳子一端连着轿厢,另一端连着配重,中间经过滑轮组来调节速度和力度。
前面两种都是最基本的情况,实际题目中经常会出现更复杂的组合:比如两个定滑轮加两个动滑轮,或者三个滑轮叠在一起绕。这时候就需要用混合式画法。
处理复杂滑轮组的诀窍是化繁为简。先把滑轮组拆成几个部分,每个部分都符合前面讲的两种基本画法之一。然后考虑各部分之间的连接关系。具体的操作建议是:
复杂滑轮组虽然看起来吓人,但只要你一步步来,把每一步都画对,最后的结果一定是正确的。这里我想分享一个在金博教育辅导时的小技巧:我会让学生先用铅笔轻轻画出绳子的走向草图,确认没有问题后再用钢笔描一遍。这样即使画错了也很容易修改,而且能帮助学生建立清晰的思维路径。
教了这么多年书,我见过学生在滑轮组绕线这件事上踩过无数坑。这里我把最常见的几个错误总结一下,你对照着检查,避免重蹈覆辙。
| 易错点 | 正确做法 |
| 把定滑轮也算进绳子段数n里 | 只有动滑轮被几段绳子吊着才算n,定滑轮只改变方向,不计入 |
| 绳子从动滑轮绕出来之后,直接就连到了人手里,漏掉了中间的定滑轮 | 绳子每绕过一层滑轮组,都要经过定滑轮改变方向,确保拉力方向合理 |
| 起点和终点搞反了,导致画出来的滑轮组无法正常工作 | 记住口诀:起点定、终点人(第一种画法);起点动、终点定(第二种画法) |
| 画完绳子后发现有几段绳子互相交叉或者绕成了死结 | 画线之前先规划走向,尽量让绳子自然伸展,不要人为制造交叉 |
除了这些技术性的错误,还有一个心态上的问题需要提醒:很多学生看到复杂的滑轮组题目就直接放弃了。他们觉得"这种题我肯定做不出来",然后连题目都不仔细看就开始蒙答案。我要告诉你的是,滑轮组题目看着复杂,但只要你掌握了基本原理,每一道题都是可以攻克的。关键在于沉下心来,一步步分析。
光学理论不练题,等于没学。下面我拿一道经典的中考真题来示范完整的解题思路,这道题曾经难倒了一大片学生。
如图所示,用滑轮组提升重物,已知重物G=500牛,动滑轮重G动=100牛,每个滑轮重相同。当绳子自由端拉力F=200牛时,求:(1)绳子的段数n是多少?(2)重物上升的高度h与绳子自由端移动的距离s有什么关系?
第一步:受力分析
根据牛顿定律,在物体匀速上升时,绳子对动滑轮的拉力之和等于动滑轮和重物的总重力。也就是说,nF = G + G动。这里n是我们要找的绳子段数,F是拉力。代入数值:n×200牛 = 500牛 + 100牛 = 600牛,所以n=3。
第二步:验证n的合理性
既然n=3,说明动滑轮被3段绳子吊着。你在画图的时候,就要让绳子从固定点出发,绕过动滑轮,再经过定滑轮改变方向,如此绕三圈,最后留出人拉的那段。这样画出来的图一定符合n=3的条件。
第三步:找s和h的关系
根据功的原理,使用任何机械都不省功。所以Fs = Gh,这里s是绳子拉动的距离,h是重物上升的高度。我们已经知道n=3,而s和h的关系正好是s=nh(理想情况下)。所以s=3h。这个关系要记牢,考试经常考。
在金博教育从事物理一对一辅导这些年,我带过的学生少说也有几百个了。关于滑轮组绕线这个问题,我发现最有效的教学方式不是让学生疯狂刷题,而是让他们动手画。
我会让学生在纸上画出各种滑轮组的示意图,不追求画得多好看,关键是每一条线都要有道理。然后我会随机指着他画的某一段绳子问他:"这段绳子是干什么的?拉力往哪个方向传?算不算在n里面?"如果他能答得上来说明真的理解了,如果答不上来那就正好是他的知识盲区,针对性补一补就可以了。
还有一点很重要:让学生自己发现错误比直接告诉他正确答案印象更深刻。比如有时候学生会画错绳子段数,我不会直接说"你数错了",而是问他:"你画的这个滑轮组,如果按照你画的绳子走向来拉,你觉得重物能匀速上升吗?"他自己比划两下就会发现不对劲,然后主动修改。这种自己纠错的过程,恰恰是最有效的学习过程。
如果你是家长,正在考虑给孩子报一对一辅导,我建议你关注辅导方式而不仅仅是知识点的讲授。好的老师不只是告诉学生答案,而是培养学生独立思考的能力。滑轮组这点东西说难不难,但要是孩子能通过这个章节学会"遇到复杂问题如何拆解分析",那对他以后学习物理乃至其他科目都有巨大的帮助。
如果你正在备战中考,滑轮组这一块内容你一定要吃透。这部分内容在中考物理中属于必考点,难度中等,但得分率并不高,主要原因就是很多学生只会死记硬背,不会灵活运用。
最后我给你几条复习建议:第一,把三种基本绕线方法画到烂熟于心,随手就能画出来;第二,多做受力分析的练习,真正理解nF=G+G动这个公式是怎么来的;第三,考前做几套关于滑轮组的综合题,找找做题的感觉。
学习这件事没有什么捷径,但有方法。希望这篇文章能帮你在滑轮组这个知识点上有所突破。物理学习就是这样,有时候你觉得某个地方怎么也理解不了,换个角度想想可能就豁然开朗了。如果还有其他问题,随时来金博教育找老师聊聊,一对一辅导的优势就在于能针对你的具体情况给出个性化的指导。
祝你学习顺利,中考取得好成绩!

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