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1、一、初中物理滑轮组的省力问题1 用一动滑轮将重物匀速提升 2 m，人对绳子的自由端所用力是 40 N，不计滑轮重和摩擦，则物重和提升重物所做的功分别是A80N，80JB 80N， 160JC 40N， 160JD 40N， 80J【答案】 B【解析】【分析】【详解】动滑轮省一半力，多费一倍的距离，所以物体的重为：G2F2 40N80N ；由h 2m 得 s 2h 2 2m4m ，提升重物所做的功：WFs40N4m 160J 故选 B2 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
2、 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300N7500Pap0.04m2S3 用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，分别匀速将两个相同的钩码在相同时间内提升相同高度
3、，若不计绳子与滑轮的摩檫，_装置更省力（选填“甲”或“乙”）。甲装置的机械效率_乙装置的机械效率（选填“高于”、“低于”或“等于”）。甲图中若钩码总重100N，动滑轮重为20N，不计摩擦及绳重，若工人将绳子匀速向上拉6m，则泥桶上升的高度为_m ，滑轮组的机械效率为 _。【答案】甲等于283. 3%【解析】【详解】1 不计摩擦，拉力F=1 （G 物+G 轮 ）， n 甲=3 ，n 乙 =2，绳子受的拉力：nF 甲=1 （G 物 +G 轮），3F 乙 =1 （ G 物 +G 轮 ），2F 甲F 乙，甲更省力；2 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，
4、故利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，据=W有用甲可知，滑轮组的机械效率相同，即：W总=乙；3 如甲图，泥桶由3 股绳子承担，则 n=3， s=3 h，s=6m，泥桶上升的高度为：116m=2m ；h=s=334 不计摩擦及绳重，则滑轮组的机械效率为：W有用W有用=Gh=G100N=W额Gh G动 hG=100 % 83.3%。W总W有用G动100N 20N4 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 -2 2为 0N。若重物与地面的接触面积S=2 10 m ，不计绳重和摩擦，每个滑轮质量相同，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。若拉力
5、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。【答案】 901.5310【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 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
6、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 10Pa5 如图所示的滑轮组（不计滑轮重、绳与滑轮的摩擦），在拉力F 的作用下，物体水平向左做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为6N， 则物体受到地面的摩擦力大小为_N。一段时间内物体沿水平方向移动了5m，拉力F 做功 _J。【答案】 1260【解析】【分析】【详解】1 由图可知， n=2，弹簧测力计的示数为 6N，则拉力为 6N ，摩擦力f=2 6N=
7、12N摩擦力为12N。2 拉力移动的距离s =2s=25m=10m拉力做的功W=Fs=6N 10m=60J拉力做的功为60J。6 如图所示的滑轮组，拉一重100N 的物体 M 在水平地面上做匀速直线运动，如果拉力F=20N，绳子拉出了6m ，则物体受到的摩擦力为_N，物体前进了_m ，弹簧测力计的示数为 _N。（不计滑轮重、绳重和摩擦）【答案】 60240【解析】【详解】1由图可知：滑轮组上绳子的有效股数n=3，所以物体 M 与地面间的摩擦力f=nF=3 20N=60N物体受到的摩擦力为 60N。2物体移动的距离s物113s绳 =6m=2m3物体前进了2m 。3 弹簧测力计与定滑轮相连，定滑轮
8、上有两股绳子，因此弹簧测力计的示数为F 弹 2F20N 2 40N弹簧测力计的示数为40N。7 如图所示，某人通过滑轮组将深井中的物体拉至井口.己知物体在10s 内被提升了2m，物体所受重力 720N，人对绳子水平向右的拉力300N.(不计绳重及摩擦) 求：(1)人做的有用功W有用 ;(2)动滑轮的重力G动 ;(3)人拉起货物时的机械效率.【答案】 (1) 1440J； (2) 180N； (3) 80%。【解析】【详解】(1)物体所受重力720N，被提升了2m ，则人做的有用功为：W有用 =Gh=720N 2m=1440J；(2)由图可知，滑轮组的有效绳子段数为n=3，根据 F=G +G动，
9、则动滑轮的重力为：nG动 =nF-G=3 300N-720N=180N；(3)根据= W有用 = Gh = Gh = G ，W总 Fs Fnh Fn人拉起货物时的机械效率为：G720N=80%。Fn300N 3答： (1)人做的有用功为1440J；(2)动滑轮的重力为180N；(3)人拉起货物时的机械效率为80%。8 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
10、.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
11、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 Gmg 和 W有Gh 求出有用功，再根据W100% 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 JF7
12、500Ns80m(3)3 “潜龙三号”的重力Gmg1.5 103 kg10N/kg1.5 10 4 N有用功45W有 Gh 1.5 10 N 20m3 10 J滑轮组的机械效率W有100%3105 J50%W6100%105 J9 用一个动滑轮提起重 100N 的物体（绳重与摩擦不计），所用拉力 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
13、.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
14、，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n3，所以21FG；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，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。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
15、 ；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 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 物体做匀速直线运动，拉力 F=60N，不计滑轮间的摩擦和动滑轮的自重，则物体受到的摩擦力是（ ）A 60NB 120NC 20ND 180N【答案】 D【解析】【分析】分析
16、滑轮组的动滑轮绕绳子的段数，不计滑轮间的摩擦和动滑轮的自重，根据F1 f 得n到物体受到的摩擦力。【详解】由图可知，动滑轮上的绳子段数为 3，不计滑轮间的摩擦和动滑轮的自重，则物体受到的摩擦力f3F360N180N故选 D。【点睛】本题考查滑轮组的特点，解决本题的关键要明确缠绕在动滑轮上的绳子的段数。13 如图所示为建筑工地上常用的吊装工具，物体是重5000N的配重，杠杆AB 的支点为 O，已知长度OA OB=1 2，滑轮下面挂有建筑材料700N，杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计。当工人用匀速拉动绳子时（）P，每个滑轮重100N，工人体重为300N 的力竖直向下以1m/s 的速度A建筑材料P
17、上升的速度为3m/sB物体M 对地面的压力为5000NC工人对地面的压力为400ND建筑材料P 的重力为600N【答案】 C【解析】【分析】【详解】A物重由2 段绳子承担，建筑材料P 上升的速度v= 1 v 绳= 1 1m/s=0.5m/s22故 A 错误；B定滑轮受向下的重力、 3 段绳子向下的拉力、杠杆对定滑轮向上的拉力，由力的平衡条件可得F A =3F+G 定 =3 300N+100N=1000N杠杆对定滑轮的拉力和定滑轮对杠杆的拉力是一对相互作用力，大小相等，即FA= F A=1000N根据杠杆的平衡条件FAOA=FB OB，且 OA:OB=1:2，所以B AOAOA=500NF =F
18、 =1000NOB2OA因为物体间力的作用是相互的，所以杠杆对物体M 的拉力等于物体M 对杠杆的拉力，即F =F =500NBB物体 M 受竖直向下的重力、竖直向上的支持力、竖直向上的拉力，则物体M 受到的支持力为FM 支持 =GM - F B =5000N-500N=4500N因为物体间力的作用是相互的，所以物体M 对地面的压力FM 压 =FM 支持 =4500N故 B 错误；C当工人用300N 的力竖直向下拉绳子时，因力的作用是相互的，则绳子对工人会施加竖直向上的拉力，其大小也为300N，此时人受竖直向下的重力G、竖直向上的拉力F、竖直向上的支持力F 支 ，由力的平衡条件可得F+F 支=G
19、，则F 支 =G-F=700N-300N=400N因为地面对人的支持力和人对地面的压力是一对相互作用力，大小相等，所以工人对地面的压力F 压=F 支 =400N故 C 正确；D由图可知 n=2，且滑轮组摩擦均不计，由1P 重F= (G+G 动 )可得，建筑材料2G=2F- G 动=2300N-100N=500N故 D 错误。故选 C。14 小明用如图所示的甲、乙两个滑轮组，分别在相同时间内将同一重物匀速提升相同高度，每个滑轮的重均相等，不计绳重及摩擦, 针对这一现象，小明得出了4 个结论： F1做的功等于 F2 做的功； 甲滑轮组的机械效率等于乙滑轮组的机械效率； 使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省
20、力； F1 做功的功率等于 F2 做功的功率；其中正确的为（）A 、 、 B 、 、 D 、 、 、 C 、 、 【答案】【解析】【分析】【详解】D在不计绳重及摩擦时，拉力做的功等于提升物体和动滑轮做的功，因为物重相同，提升的高度相同，所以两次拉力做的功都等于W总Fs = GG动h故 F1 做的功等于 F2 做的功，正确；在不计绳重及摩擦时，甲滑轮组和乙滑轮组的机械效率都为W有用GhGW总GG动hGG动即机械效率相等，故正确；甲滑轮组由两段绳子承重，拉力为F11G G动2乙滑轮组由三段绳子承重，拉力为1F2GG动所以使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力，正确；W两次拉力做的功，用时也相等，根据Pt知
21、， F1 做功的功率等于F2 做功的功率，正确；故选 D。15 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
22、物体移动速度的2 倍，即v=0.1m/s 2=0.2m/s故选 D 。16 如图所示，在粗糙水平地面上，用10N 的力 F 沿水平方向拉滑轮（不计滑轮重力）木板 B 静止，木块A 在粗糙木板B 上水平向左做匀速直线运动，5s 内木块 A 移动了 0.5m ，滑轮组的机械效率为80%?下列说法正确的是（）A木块 A 受到的摩擦力为5NB地面对木板B 的摩擦力为4NC 5s 内绳子拉力对木板B 做的功为2JD拉力 F 的功率为 0.5W【答案】 D【解析】【分析】【详解】A滑轮组的机械效率为 80%，根据公式W有 F绳 2s=可算出绳子上的力为W总F拉 sF绳 = F拉80%= 10N80%4N2
23、2木块 A 在粗糙木板 B 上水平向左做匀速直线运动，根据二力平衡，摩擦力等于绳子上的力，为 4N， A 错误；B木板 B 静止，受力平衡，对其受力分析，受到绳子的拉力为5N ，方向向右，还受到木块 A 的摩擦力为 4N，方向向左，因此地面给木板B 的摩擦力大小为 1N，方向向左， B 错误；C 5s 内木板 B 静止，绳子拉力对木板B 做的功为0J， C 错误；D 5s 内木块 A 移动了 0.5m，则拉力拉着滑轮移动了0.25m，拉力 F 的功率为WFs10N0.25m0.5WPt5stD 正确。故选 D。17 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=1
24、00N，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50NB G2=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在同一根绳上，拉力相同；G1 由两根绳子承担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。18 使用一个动滑轮匀速
25、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 F1=F2=F3BF1F2F3C F3F2F1D F2F3F1【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 C19 如图所示，重300N 的物体在 20N 的水平拉力F 的作用下，以0.2m/s 的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中下列
26、说法正确的是（）A绳子自由端移动的距离为2mB物体与地面间的滑动摩擦力为48NC拉力 F 的功率为 4WD有用功为120J【答案】 B【解析】【分析】【详解】A由图知n 3，则绳子自由端移动的距离s 绳 3s 物 3v 物 t 30.2m/s 10s6m故 A 错；B 因为= W有100% = fs物100%=fs物100%= f100%=80%W总Fs绳F 3s物3F所以物体与地面间的滑动摩擦力f3F80%320N80%48N故 B 正确；C拉力做的功为W 总 Fs 绳 20N6m120J拉力做功的功率W总120Jp12Wt10s故 C 错误；D有用功W 有 fs 物 fv 物 t 48N0
27、.2m/s 10s 96J故 D 错。故选 B。20 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=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