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1、一、初中物理滑轮组的省力问题1 工人利用图甲所示的滑轮组将重为400N 的物体向上匀速提起2m，所用拉力为250N（ 1）求滑轮组的机械效率； _（ 2）如果要用这个滑轮组达到更省力的效果，绳子应该怎样绕，请在图乙中画出绳子的绕法； _（ 3）用甲乙两个滑轮组把同一物体提升同样高度，不计绳重和摩擦，机械效率的关系是 甲 _ 乙（选填“”，“ =”， “”）【答案】 80%；=【解析】【详解】（1）由图甲可知，滑轮组承担重物和动滑轮重的绳子的股数n=2，则拉力端移动距离s=2h=2 2m=4m，工人做的有用功：W 有用 =Gh=400N2m=800J ，工人做的总功：W 总=Fs=250N4m=
2、1000J，滑轮组的机械效率： W有用100%800J100%80% ；W总1000J（ 2）如果要用这个滑轮组达到更省力的效果，绳子应从动滑轮上面的挂钩开始绕起，依次绕过上面的定滑轮和下面的动滑轮，如图所示：（ 3）用甲乙两个滑轮组把同一物体提升同样高度，做的有用功相同；不计绳重和摩擦，做的额外功是提升动滑轮做的功，由题意可知，动滑轮的重力相同，提升动滑轮的高度也相同，由 W=Gh 可知做的额外功相同；因为W 总=W 有用 +W 额 ，所以做的总功相同，由W 有用 100%可知两个滑轮组的机械效率相同，即甲 =乙 W总2 工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮组的机械效率随
3、建材重力变化的图像如图乙所示，滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。则：（1）若某次运送建材的质量为40kg，滑轮组的机械效率是_。动滑轮的重力是_N。（2）若工人在1min内将建材匀速竖直向上提升12m ，作用在绳上的拉力为500N 时，拉力的功率是 _W，运送建材的重力是_N，此时的机械效率是_。【答案】 50%40020060060%.【解析】【分析】【详解】(1)1 建材质量为40kg，其重力为Gmg =40kg10N/kg=400N由图乙得，当建材重力为400N 时，滑轮组机械效率为50%。2 此时机械效率=G400=50%GG动400+G动解得 G 动=400N。(2)3 滑轮组由一个动
4、滑轮和一个定滑轮组成，与动滑轮相连的绳子有两段，则该滑轮组可以省一半的力，建材向上提升了12m ，则绳子段移动的距离为24m ，拉力功率PWFs = 500N 24m =200Wtt60s4 滑轮组省一半的力，所以G材 +G动 =2F解得 G材 =600N 。5 此时的机械效率为G材=600=60%=G动600+400G材3 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】
5、【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G200N50NF4n3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】4 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_ 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
6、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WFsPttFvF3 v物20N30.1m/s=6W5 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、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 A 受到 B 施加的摩擦力 _（选填“水平向左”、“水平向右”或“为零”），水平拉力F 大小为 _N，水平
7、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 物体移动的速度v物s物12010 2 m0.24m/st5s则滑轮移动的速度v轮110.24m/s 0.12m/sv物222 由力的作用是相互的，相互作用力大小相等，方向相反，而
8、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fBA24N16N40N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/s9.6W6 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
9、滑轮的重力为G物150NG动 =-G物 =-150N=100N故动滑轮的重力为100N。7 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) 中弹簧测力计示数，所以：使用动滑轮可以省力，动滑轮
10、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。8 如图所示，物体A 在水平桌面上，绳重及摩擦不计，动滑轮重力为2N。当 B 物体重力为 8N 时，它恰好能匀速下降。（ 1）以上装置中属于动滑轮的是 _（填字母）。（ 2）物体 A 所受的摩擦力为 _N。（ 3）若用一个水平向左的力 F 拉物体 A，使其向左匀速运动，则这个力F 大小应为_N。【答案】 M510【解析】【详解】1 由于 M 随物体移动而发生位置变化，所以M 是动滑轮。2A 对 B 的拉力为F，动滑轮M 和 B 受
11、力分析可知中：2F=GM +GB2N8NF5N2A 受力平衡，所以摩擦力f=F=5N 。3A 向左匀速运动时，受力平衡：F 左 =f+F=5N+5N=10N 。9 小夏利用如图所示的滑轮组将重为280 N的物体匀速提起。已知他自身所受的重力为500 N，双脚与地面的总接触面积为400 cm 2 ，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
12、，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300N7500Pap0.04m2S10 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。
13、(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有(3)根据 G
14、mg 和 W有Gh 求出有用功，再根据W100% 求出该滑轮组的机械效=总W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4
15、5W有 Gh 1.5 10 N 20m3 10 J滑轮组的机械效率W有100%3105 J50%W6100%105 J11 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
16、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 小明在实验室内尝试用四种简单机械匀速提升同一物体（不计机械自重和摩擦），如图所示，其中所用动力最小的是（）ABCD【答案】 D【解析】【分析】【详解】设物体重力为G，不计机械自重和摩擦；A 图中为斜面，由功的原理可得F1 4m G 2m解得 F1 0.5G；B 图中为滑轮组，通过动滑轮绳子段数n1G；3，所以 F2 3C 图中为动滑轮，动力作用在动滑轮的轴上，则F3 2G；D 图中是杠杆，
17、设杆与水平面的夹角为，则有F4 4cosG 1 cos 1解得 F4 G。4由此可知动力最小的是D。故选 D。13 如图所示，物重为G 的物体在不同简单机械中均处于平衡状态（不计机械自重和摩擦），拉力大小错误的是（）AF1GCD【答案】 C【解析】【分析】【详解】A由图像可知l1=l 2，由杠杆平衡条件1B由图像可知滑轮组n=3，则 F231BF2G31F3G21F4G2Fl1 1F2 l2可得 F =G，故正确，不符合题意；1G ，故正确，不符合题意；C由图像可知动滑轮动力作用在轴上，则F32G ，故错误，符合题意；D不计机械自重和摩擦，则斜面为理想斜面，满足FL=Gh，即 F41 G ，故
18、正确，不符2合题意。故选 C。14 如图所示， 甲滑轮组中滑轮的质量均为m，乙滑轮组中滑轮的质量均为0.5m，用甲、乙滑轮组分别使重力均为G 的重物在相同时间内匀速上升相同高度h，绳子自由端的拉力分别为 F1 、 F2 。不计绳重和摩擦，则下列判断正确的是（）A拉力 F1 小于 F2B拉力 F1 的功率小于F2 的功率C拉力 F1 做的功小于拉力F2 做的功D甲滑轮组的机械效率小于乙滑轮组的机械效率【答案】 D【解析】【分析】【详解】A 由图知，图甲、图乙滑轮组，n=3，因为不计绳重和滑轮轴处摩擦，所以11(G+mg)， F 2=11F1=(G+G 甲)=(G+G 乙 )=(G+0.5mg)3
19、333故 F1 F 2，故 A 错误；BC 重物在相同时间内匀速上升相同高度h，则拉力移动距离s 相同，拉力做功W1= F 1s， W2=F2s故 W121的功率大于2的功率，故 BC 错误； W ，因为做功时间相同，所以拉力FFD甲滑轮组和乙滑轮组做的有用功相同，G 甲 G 乙，则甲滑轮组做的额外功多，故甲滑轮组的机械效率小于乙滑轮组的机械效率，故D 正确。故选 D 。15 小明用如图的滑轮组提升重为100N 的物体，使其在5s 内匀速上升2m ，动滑轮的重为 10N，不计绳重及摩擦，下列计算正确的是（）A拉力 F 为 50NB绳子自由端移动的距离为6mC此时滑轮组的机械效率为90.9%D拉
20、力的功率为40W【答案】 C【解析】【详解】A由图知，通过动滑轮的绳子段数n=2，不计绳重及摩擦，则拉力：1F（G物G动）（100N10N）=55N ，2选项不符合题意；B绳端移动的距离：s2h22m4m ，选项不符合题意；C所做的有用功：WG h100N 2m=200J，有物拉力做的总功：WFs55N4m=220J，总滑轮组的机械效率：W100%=200J100%90.9% ，有用W220J总选项符合题意；D由 C可知，拉力做的功：W 总 =220J，拉力的功率：W220JP=44W，t 5s选项不符合题意。故选 C。16 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
21、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 ） /22
22、h=（ 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。17 用下列方法匀速提升同一重物，若不计绳子、滑轮的重力及摩擦，其中最省力的是（）ABCD【答案】 C【解析】【分析】【详解】不计绳子、滑轮的重力及摩擦，提起的是同一物体G；1A此图是动滑轮，由动滑轮及其工作特点可知，省一半的力，即FG ；2B此图
23、是定滑轮，由定滑轮及其工作特点可知，不省力，即FG；C此图是滑轮组，绕在动滑轮上的绳子有3 股，则F1 G ；3D此图是滑轮组，绕在动滑轮上的绳子有2 股，则F1 G 。2由以上可知：在不计绳子、滑轮的重力及摩擦的情况下最省力的是C。故选 C。18 在水平桌面上放一个重300N的物体，物体与桌面的摩擦力为60N，如图所示，若不考虑绳的重力和绳的摩擦，使物体以0.1m/s匀速移动时，水平拉力F 和其移动速度的大小为（）A300N 0.1m/sB150N 0.1m/sC 60N 0.2m/sD 30N 0.2m/s【答案】 D【解析】【分析】【详解】由于物体在水平面上做匀速直线运动，所以物体所受拉
24、力等于物体受到的摩擦力；滑轮组是由两根绳子承担动滑轮，所以绳子末端拉力11Ff60N=30N22有两段绳子与动滑轮接触，绳子自由端移动的距离是物体移动距离的2 倍，故绳子自由端移动速度是物体移动速度的2 倍，即v=0.1m/s 2=0.2m/s故选 D 。19 如图所示，不计绳子的质量和一切摩擦作用，整个系统处于静止平衡状态。重物 G1 =100N，每一个滑轮重力均为 20N，则下列说法正确的是（ ）A b 处绳子的拉力为50N2B G =280NC e 处绳子的拉力为140ND G2=200N【答案】 C【解析】【分析】【详解】A由图知， a、b、c、d 在同一根绳上，拉力相同；e、f 在同
25、一根绳上，拉力相同；G由1两根绳子承担G1G动2Fb则 b 处绳子的拉力为FbG1 G动100N+20N60N22故 A 错误；C e 处绳子的拉力为Fe2FbG动260N20N140N故 C 正确；BD G2 由两根绳子加上f 承担，则G2G动2FbFfF f2FbG动则G24Fb460N240N故 B、 D 错误。故选 C。20 一名质量为55kg0.04m2的学生站在水平地面上，要用滑轮组、双脚与地面接触面积为在 20s 内将 600N 的重物匀速提升1m 。（ g=10N/kg ）求：(1)他站在地面上时对地面的压强多大？(2)画出滑轮组的绕线方式。(3)若匀速提升过程中滑轮组的机械效
26、率是75%，拉力的功率多大？【答案】 (1)13750Pa； (2)；(3)40W【解析】【分析】【详解】(1)站在地面上时，对地面的压力大小等于自身重力，则对地面的压强为G人mg55kg 10N/kg13750PapS0.04m2S(2)因为重物运动方向向上，人在地面上通过上方定滑轮改变力的方向，拉力方向向下，2股绳子与动滑轮接触以省力，故滑轮组的绕线方式如图所示：。(3)有用功为克服重物重力势能做的功，为W有G物 h拉力做的总功为拉力的功率与所用时间的乘积，为W总Pt滑轮组的机械效率为= W有100%W总可知W总W有G物 hPt则G物 h600N 1mP20s40Wt0.75答： (1)他站在地面上时对地面的压强是13750Pa；(2)滑轮组的绕线方式见解析；(3)拉力的功率是 40W。