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1、一、初中物理滑轮组的省力问题1 为了开发和利用深海的资源，我国某科研考察队在远海进行科学实验时，使用母船上的起降设备，将我国最新自主研制的“潜龙三号”无人潜水器，从母船甲板上吊起并降到海面上，如图甲所示，该起降设备利用了液压装置、杠杆、滑轮组等，“潜龙三号”潜水器是我国最新研制的具有高智能的自动巡航潜水器，长3.5 米、高 1.5 米、重 1.5 吨，可抵达3850 米深海连续航行42 小时 48 分钟、航程15682 公里。(1)起降设备中滑轮组的结构示意图如图乙所示，请你用笔画线代表钢丝绳，画出最省力的绕线方法 _。(2)该起降设备若在1min 内将“潜龙三号”匀速提升了20m，该过程中钢
2、丝绳的拉力由电动机提供，电动机的输出功率是10kW，则钢丝绳的拉力是多少_？(3)该滑轮组的机械效率是多少_ ？【答案】7500N 50%【解析】【分析】(1) 在使用滑轮组提升重物时，既要考虑到它的省力情况，还应注意动力的施力方向。(2)已知作用在动滑轮上的绳子段数和“潜龙三号”上升的高度，可以得到钢丝绳拉下的长度；已知电动机的输出功率，可以得到拉力做的功；已知拉力做的功和做功时间，利用公式 PW得到拉力。t(3)根据 Gmg 和 W有Gh 求出有用功，再根据= W有100% 求出该滑轮组的机械效W总率。【详解】(1)1 对由两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，可绕线方法有4 股和 5 股两
3、种，两种方法都达到了省力的目的，但拉力的方向不同，有5 股绕线的方法拉力方向向上；有4 股绕线的方法拉力方向向下，根据题意可知拉力方向向下，因此从定滑轮上固定，如图所示：(2)2 钢丝绳端移动的距离snh420m80m把“潜龙三号”提升20m 拉力做的功WPt10103 W60s6105 J钢丝绳的拉力W6 105 JF7500Ns80m(3)3 “潜龙三号”的重力Gmg1.5 103 kg10N/kg1.5 10 4 N有用功W有Gh1.5 104 N20m3 105 J滑轮组的机械效率W有100%3105 J50%W6100%105 J2 如图所示，不计滑轮重及摩擦，物体A、 B 均重为
4、20 牛。当用力F2 匀速提升物体B时，以滑轮的轴为参照物，物体B 是 _ 的 （选填 “静上 ”或“运动 ”），此时力F2 大小为_牛。若 F1 和 F2 所做的功相等 ,物体 A、 B 移动的距离之比是_，当绳子自由端上升 1 米时，力F2 所做的功为 _焦。【答案】静止101:110【解析】【详解】1 以滑轮的轴为参照物，物体B 相对与参照物的位置没有改变，是静止的；2B物体使用的是动滑轮，能省一半力，不计滑轮的重和摩擦，拉力：F2=1G=1 20N=10N223 因为使用任何机械都不能省功，当F 1 和F2 所做的功相等，物体A. B重力相同，移动的距离相同，故距离之比是1:1。4 当
5、绳子自由端上升 1 米时，力 F 2 所做的功为：W=Fs =10N1m=10J。3 小夏利用如图所示的滑轮组将重为500 N，双脚与地面的总接触面积为280 N 的物体匀速提起。已知他自身所受的重力为2400 cm ，动滑轮所受的重力为120 N，若不计绳重和摩擦，小夏对地面的压强为_Pa。【答案】 7500【解析】【分析】【详解】小夏对绳子的拉力为F1( G G动 )1( 280N 120N) 200N22小夏受到绳子的拉力 F 拉、重力 G、地面的支持力 F 支 ，因为小夏静止，小夏受到的重力等于拉力加上支持力，则地面的支持力F支G人F拉500N200N300N由于力的作用是相互的，则小
6、夏对地面的压力F压F支300N受力面积S400cm 20.04m 2小夏对地面的压强F压300N7500Pap0.04m2S4 如图所示，用滑轮组提重力为140N 的物体，当拉力为 50N 时，物体对地面的压力刚好为 0N。若重物与地面的接触面积-2 2，不计绳重和摩擦，每个滑轮质量相同，绳对S=210 m滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。若拉力F 为 40N，则定滑轮对天花板的拉力为_N，重物对地面的压强为_ Pa。3【答案】 901.510【解析】【分析】【详解】12 滑轮组的动滑轮绕3 段绳，不计绳重和摩擦，当拉力为50N 时，物体对地面的压力刚好为 0N，拉力的大小1F1= (G+G
7、动 )3动滑轮的重力G 动 =3F1-G=3 50N-140N=10N每个滑轮质量相同，定滑轮的重力等于动滑轮的重力为10N，对定滑轮受力分析，受到重力、下方两段绳子的拉力，天花板的拉力，根据平衡条件得到F 天 =G 定 +2F=10N+2 40N=90N由力的作用相互性可知，定滑轮对天花板的拉力是90N。拉力 F 为 40N 时，滑轮组的动滑轮对物体的拉力F2=3F- G 动 =340N-10N=110N地面对物体的支持力F 支=G-F2=140N-110N=30N由力的作用相互性可知物体对地面的压力F 压= F 支 =30N物体对地面的压强F压30N3p=S2 10 -2 m 2 =1.5
8、 10Pa5 如图所示，在力F 作用下使重200 N的物体在水平面上做匀速直线运动，当F=30N 时，物体受到的摩擦力_ N（不计滑轮重力和绳与滑轮间的摩擦）；当物体移动4m时，绳子自由端移动的距离_m 。【答案】 608【解析】【详解】1 由图知道，使用动滑轮时， n=2，由于不计滑轮重力和摩擦，所以，绳子自由端的拉力是：F 1 f ，2即物体受到的摩擦力是：f=2F=2 30N=60N；2 由于 n=2，所以，当物体移动 4m 时，绳子自由端移动的距离是： s=2s 物=24m=8m。6 如图所示为家用手摇晾衣架，它是我们生活中经常使用的简单机械，其中A、 B 两滑轮中属于动滑轮的是_；若
9、衣服和晾衣架的总重力为200N ，晾衣架上升的高度为1m ，不计动滑轮重、绳重及摩擦，静止时绳的拉力_ m 。F_ N ，绕进旋轮上的绳子长度是【答案】 B504【解析】【分析】【详解】1使用时，轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮，由图可知B 为动滑轮；2由图可知承重绳为4 股，衣服和晾衣架的总重力为200N ，所以绳子的拉力G200NF50Nn43承重绳为 4 股，所以绕进旋轮上的绳子长度是S=4h=4 1m=4m【点睛】7 在水平桌面上放一个重300N的物体，物体与桌面间的摩擦力为60N，如图所示，若不考虑绳子重力和轮与轴之间的摩擦，使物体以0.1m/s 的速度匀速移动时，水平拉力的大小为
10、_ N，拉力做功的功率为 _W【答案】 206【解析】【详解】因为物体在水平桌面上匀速运动，所以物体受的拉力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，即F拉f60N从图可知，此滑轮组有三股绳子承担对物体的拉力，不考虑绳的重力和绳的摩擦，绳子自由端的水平拉力为F1 F拉160N=20N33水平拉力的功率WFsPFvF3 v物20N30.1m/s=6Wtt8 小黄同学用水平力 F 拉动如图所示装置，使重 200N 的 A 物体 5s 内在水平地面上匀速运动了 120cm，物体 B 重 100N （物体 B 与 A 始终接触），此过程中 A 受到地面的摩擦力为 24N，弹簧测力计的示数为 16N。若不计滑轮重
11、、弹簧测力计重、绳重和绳与滑轮间摩擦，则滑轮移动的速度为_m/s ，物体“水平向右”或“为零”），水平拉力A 受到 B 施加的摩擦力 _（选填“水平向左”、F 大小为 _N，水平拉力F 的功率为 _W。【答案】 0.12水平向右809.6【解析】【分析】滑轮为动滑轮，滑轮移动的速度等于物体移动速度的二分之一；根据力的作用的相互性得出物体 A 受到 B 施加的摩擦力的大小及方向；物体A 受到向左的拉力等于地面对A 的摩擦力 f 地加上物体 A 受到 B 施加的摩擦力fA；而滑轮为动滑轮，滑水平拉力F 为 F 左 的 2 倍，据此计算水平拉力F 的大小；然后利用PFv 计算功率。【详解】1 物体移
12、动的速度s物120102 mv物5s0.24m/st则滑轮移动的速度v轮1v物10.24m/s 0.12m/s222由力的作用是相互的，相互作用力大小相等，方向相反，而物体B 受到 A 的摩擦力与弹簧测力计的拉力是平衡力，大小等于16N，则物体 A 受到 B 施加的摩擦力也为 16N，方向水平向右。3物体 A 受到向左的拉力等于地面对A 的摩擦力加上物体A 受到 B 施加的摩擦力，即F左f地fBA24N 16N40N滑轮为动滑轮，则水平拉力F 为F2F左240N80 N4 水平拉力 F 的功率PFv 轮80N0.12m/s9.6W9 用一个动滑轮提起重 100N 的物体（绳重与摩擦不计），所用
13、拉力 60N。若用此动滑轮将重 200N 的物体以 0.2m/s 速度匀速上升时，拉力功率为 _W。较前一次提升物体，该滑轮的机械效率_（选填“变大”、“不变”或“变小”）【答案】 44变大【解析】【详解】1 根据题意可知，物体以 0.2m/s 速度匀速上升，对于动滑轮，绳子移动的速度v=20.2m/s=0.4m/s绳重与摩擦不计，则拉力1F=(G 物 +G 动 )2即160N=(100N+ G 动 )2解得 G 动 =20N ，用此动滑轮将重200N 的物体时，拉力1F =(200N+20N)=110N2拉力功率为P=F v=110N0.4m/s=44W拉力功率为44W 。2 较前一次提升物
14、体，物体的质量增加，重力增大，有用功增大，而摩擦不计、动滑轮重不变，额外功不变，这样有用功在总功中所占的比例增大，滑轮组的机械效率将增大。10 小红利用弹簧测力计、钩码来研究动滑轮的作用，每次都匀速提物体，做实验情况如图所示，请观察、比较图中的操作、现象和数据，归纳得出初步结论。（1）由（ a）（ b）两图 _ 。（2）由（ c）（ b）两图 _ 。【答案】使用动滑轮匀速(竖直 )提物体，省力但是不能改变用力的方向。使用同一动滑轮匀速 (竖直 )提不同物体，物体越轻，拉力越小。【解析】【详解】(1)1 由图可知 ,比较 (a)、 (b)两图提起物体一样重 ,(b) 中弹簧测力计示数小于 (a)
15、 中弹簧测力计示数，所以：使用动滑轮可以省力，动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆，所以不能改变用力方向；(2)2 比较图 (b) 与 (c)可得：使用动滑轮匀速提升不重物时，物体重力越轻，所用的拉力越小，越省力。11 用图 3 甲、乙两种方式匀速提升重为 100N 的物体，已知滑轮重 20N、绳重和摩擦力不计则A手的拉力： F 甲=F 乙；机械效率：甲 =乙B手的拉力：F 甲 F 乙 ；机械效率： 甲 乙C手的拉力：F 甲 F 乙 ；机械效率：甲乙D手的拉力：F 甲 F 乙 ；机械效率： 甲 乙【答案】 D【解析】【分析】【详解】由图可知，甲滑轮是定滑轮，使用该滑轮不省力，所以拉力等于物
16、体的重力；乙滑轮是动滑轮，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等于物体和滑轮总重力的一半，则手的拉力：F甲 F 乙；两幅图中的W 有 是克服物体重力做的功是相同的，但乙图中拉力做功要克服动滑W有轮的重力做功，比甲图中做的总功要多，所以结合机械效率公式可知，有用功相W总同时，总功越大的，机械效率越小；所以选 D12 如图所示，用F1 的力将物体B 匀速提升h，若借助滑轮组用F2 的力把物体B 匀速提升相同高度。下列说法确的是（）A使用滑轮组过程中，绳子移动距离是物体的上升高度的两倍B F1 一定大于 F2C滑轮组的机械效率为F1h 3hF2D F2 做功的功率比F1 做功的功率大【答案】 D【解析】
17、【分析】【详解】A动滑轮与3 股绳接触，故n=3，使用滑轮组过程中，绳子移动距离是物体的上升高度的三倍，故 A 错误；B由于F2 = GG动 = F1G动33故如果动滑轮很重，则F1不一定大于2F ，故 B 错误；C滑轮组的机械效率为W有用GhF1hW总100%3F2hnF2 h故 C 错误；D F1 做功的功率为P1 =F1vF2 做功的功率为P2nF2v ( F1G动 )v可知， F2做功的功率比1做功的功率大，故 D 正确。F故选 D。13 用如图所示的滑轮组吊装100 袋大米，每袋大米的质量是力为 1200N，不计滑轮以及绳重，不计轮、轴间摩擦，g 取50kg，绳子能承受的最大拉10N
18、/kg，则至少需要吊运的次数是（）A9 次B 10 次C 11 次D 12 次【答案】 D【解析】【详解】由题意及图知吊起重物的绳子股数为n=4，最大拉力 F 1200N，一次能吊起的大米重力为：G14F4 1200N 4800N ，一次能吊起的大米质量为：m1G4800Ng480kg ，10N/kg因为每袋大米的质量是50kg，故一次能吊起的大米袋数为：n1480kg9.6袋 ，50kg / 袋由题意知一次能吊起9 袋大米，即n1 9 ，则至少需要吊运的次数是：100袋n11.1次 ，9袋 / 次至少需要吊运12 次。故选D。14 如图所示，用相同的滑轮组装成甲、乙滑轮组，分别将同一重物在相
19、等的时间内提升相同的高度，不计绳重和摩擦，则（）A甲、乙的拉力之比是2 3B甲、乙的机械效率之比是1 1C甲、乙拉力的功率之比是3 2D甲、乙绳的自由端速度之比是1 1【答案】 B【解析】【分析】【详解】A不计绳重及摩擦，拉力F 1 G物 G轮 n由图知， n 甲=2， n 乙=3，所以绳端的拉力分别为F甲1G轮G物2F乙1 G物G轮3则甲乙拉力之比F乙1G轮1G物F甲G物3G轮 =3 22故 A 错误；D将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，则提升物体的速度相同，由图知，n 甲=2， n 乙 =3，所以甲、乙绳的自由端速度分别为v 甲 =2vv 乙 =3v所以，甲、乙绳的自由端速度之比v
20、甲 v 乙 =2v 3v=2 3故 D 错误；C由 PFv 可得，甲、乙拉力的功率之比甲乙F甲v甲32P: PF乙v乙21:13故 C 错误；B不计绳重及摩擦，动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，由W 额 =G 轮 h、 W 有=G 物 hW有可知，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则拉力做的总功相同，由可得W总两滑轮组的机械效率相同，即甲、乙的机械效率之比甲 : 乙 =1: 1故 B 正确。故选 B。15 如图所示的甲、乙两滑轮组，所用滑轮的规格相同，用它们将相同的重物G 匀速提升相同的高度，不计绳重与摩擦，以下说法正确的是A甲滑轮组所用拉力较大B甲滑轮组拉力做的功较多C两滑轮组拉力做
21、功的功率一定相等D两个滑轮组的机械效率一定相等【答案】 D【解析】【分析】【详解】A不计绳重及摩擦，因为拉力 F=（ G 物 +G 轮 ） /n ，且 n 甲 =3，n 乙=2，所以，绳子受的拉力：F 甲=（ G 物 +G 轮 ） /3，F 乙=（ G 物 +G 轮 ） /2，即 F 甲 F 乙 ，故 A 错误；B不计绳重及摩擦，拉力做的功：W 甲 =F 甲 s 甲=（ G 物 +G 轮 ） /33h=（ G 物 +G 轮） hW 乙 =F 乙 s 乙=（G 物 +G 轮 ） /22h=（ G 物 +G 轮 ）h ，W 甲=W 乙 ，故 B 错误；C甲、乙两滑轮组提升重物的时间不知道，故无法比
22、较功率，故C 错误；D因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W 额=G 轮 h，W 有用 =G 物 h，所以，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，因为=W 有用 /W 总， 滑轮组的机械效率相同，故 D 正确；故答案为 D。16 如图所示，工人师傅用250N 的力 F 将重为 400N 的物体在 20s 内匀速提升2m ，若不计绳重和摩擦，以下说法错误的是：（）A动滑轮重力为100NB工人做功的功率为50WC滑轮组的机械效率为53.3%D若提升物重变为500N，则拉力F 为 300N【答案】 C【解析】【详解】A 由图知n=2，不计绳重和摩擦，拉力：F = 1 GG动；2则动滑
23、轮的重力：G动 =2 FG =2250N-400N=100N ；故 A 正确，不符合题意；B绳自由端移动的距离：s=2h=22m=4m ；拉力做的功：W总 =Fs=250N4m=1000J工人做功的功率即为拉力F 的功率：P= W总 = 1000J =50W ；t20s故 B 正确，不符合题意；C拉力做的有用功：W =Gh=400N2m=800J ；滑轮组的机械效率：W有100%= 800J100%=80%；W总1000J故 C 错误，符合题意；D若提升物重变为G =500N ，则拉力为：F = 1G +G动= 1500N+100N =300N ；22故 D 正确，不符合题意。17 如图，小华
24、用滑轮组匀速提升一个重为900N的物体，人拉绳的力F 为350N，不计绳重和摩擦，若用这个滑轮组匀速提升2100N 的物体，绳未断裂，人的拉力为（）A650NB 700NC 750ND 800N【答案】 C【解析】【分析】【详解】由图可知，通过动滑轮绳子的段数：n=3，不计绳重和摩擦，绳子自由端拉力：F1= 1 （ G+G 动），3由此可得动滑轮重：G 动 =3F1-G=3 350N-900N=150N，当提起 2100N 物体时，人的拉力：F2= 1 （ G1+G 动 ）= 1 （ 2100N+150N） =750N33故选 C18 如图所示，在水平地面上，木箱重600N ，受到的摩擦力为3
25、00N，用力 F 拉动木箱使它匀速直线运动了2m（不计滑轮重量及绳与滑轮间的摩擦），下列说法正确的是（）A拉力 F 的大小为100NB拉力 F 的大小为 200NC绳自由端移动了4mD绳自由端移动了 1m【答案】 C【解析】【详解】AB由图知， n=2，不计滑轮重及绳与滑轮间的摩擦，则拉力11Ff300N150N22故 A、 B 错误；CD绳子的自由端移动的距离s2s物22m4m故 C 正确、 D 错误。故选 C。19 使用一个动滑轮匀速提升一个物体时，若分别沿如图所示的方向用力F1、 F2 和F3 ，则这三个力的大小关系是:A F =F =FBF F F123123C F F FD F F
26、F321231【答案】 C【解析】【分析】【详解】固定绳子的一端与动滑轮接触的地方为支点，各力臂如下：可知 F1 的力臂为直径,力臂最大 ,F2 的力臂较大 ,F3 的力臂最小 ,由杠杆平衡条件知 ,当阻力与阻力的力臂的积固定时,力臂越大 ,力越小故三个力的关系为：F1F2F3故 选 C20 一工人利用如图所示的滑轮组提起重物，当被提起重物的重力是150N时，滑轮组的机械效率为60%。若忽略绳重、滑轮摩擦，则动滑轮重_N。【答案】 100【解析】【分析】【详解】因不计绳重和摩擦，由题意可知，效率G物=60%G物G动则动滑轮的重力为G物150NG动 =-G物 =-150N=100N故动滑轮的重力为100N。