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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 如图所示，分别利用甲、乙两滑轮匀速提起两个相同的重物（不计滑轮重力及摩
3、擦），其中甲装罝为 _滑轮，它的优点是可以_，若相同时间内，拉力F1、 F2 做相同的功，则拉力F1、 F2 做功时的功率P1_ P2，重物被竖直提升的高度h 甲 _h 乙 （最后两空均选填“小于”、“等于”或“大于”）【答案】定可以改变用力的方向等于等于【解析】【分析】【详解】1 由图示可知，甲是定滑轮；2 甲装置中物体向上运动，拉力的方向是向下，所以甲滑轮可以改变用力方向；3 相同时间内，拉力12做相同的功，根据W可知，拉力 F12做功时的功率1等F 、 FP=、FPt于 P2 ；4 用滑轮甲、乙匀速提升两个相同的重物（不计滑轮重力及摩擦），它们都是克服物体的重力做功，即W=Gh，因为拉力
4、F1 2h甲、 F 做的功相同，所以重物被竖直提升的高度相同，等于 h 乙 3 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=0.4m/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
5、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。4 用一个动滑轮将重为8N 的物体匀速提高1m，所用竖直向上的拉力为5N，则动滑轮的机械效率为 _%；用此动滑轮将重为18N 物体也提高1m 时，所做的总功是_J。（不计绳重和摩擦）【答案】8020【解析】【分析】使用动滑轮，承担物重的绳子股数n=2，绳子末端移动的距离s=2h，有用功就是将物体提升对物体做的功（W有Gh
6、 ），拉力F 做的功为总功（W总Fs ），再利用机械效率的公式求出动滑轮的机械效率；根据W总W有W额 求出额外功，不计绳重和摩擦，使用动滑轮做的额外功就是提升动滑轮做的功W额G轮 h ，知道提升的高度，可以求出动滑轮1重；再利用FG轮G物求拉力大小，知道s=2h，利用功的公式求拉力做的功（总n功）大小，根据WGh 求出有用功，利用效率公式求出此时滑轮组的机械效率。【详解】1 使用动滑轮时，承担物重的绳子股数n=2，物体被提升的高度h=1m，拉力移动距离snh2 1m2m有用功为W有Gh8N1m8J拉力做的总功为W总Fs5N2m10J滑轮组的机械效率W有100%8J100%80%W总10J2 根
7、据 W总 W有 W额 可知，额外功为W额 W总W有10J8J2J不计绳重和摩擦，根据W额G轮 h 可知，动滑轮的重力G动W额2J2Nh1m不计绳重和摩擦，则有F1 G动G物2N 18N10N2拉力做的总功W总F s 10N 2m20J5 如图所示，物体A 重100N，沿水平方向匀速拉动物体前进时，若物体A 与地面间摩擦力 f=60N，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦，则绳端的拉力移动 3 米时，物体A 向左移动 _m 。F 是 _N，当绳子自由端向左【答案】 201【解析】【分析】由图中滑轮组可知，n=3，由于不计绳重、摩擦及滑轮重，根据滑轮组的省力公式1F f 得到拉力大小；根据绳子自由端移动的距
8、离与物体运动的距离的对应关系得到物3体运动的距离。【详解】1 由图可知，与动滑轮相连的绳子段数是n=3，因不计绳重、摩擦及滑轮重，则绳端的拉力11Ff60N 20N332 物体运动的距离为s物s拉3m31m3【点睛】本题考查滑轮组省力公式的应用，关键是公式及其变形的灵活运用，难点是对动滑轮上绳子段数的判断。6 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
9、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WFs500N24mP=200Wtt60s4 滑轮组省一半的力，所以G材 +G动
10、=2F解得 G材 =600N 。5 此时的机械效率为G材=600=G动=60%G材600+4007 如图所示，在水平拉力F 的作用下，重为300 N的物体恰能在水平桌面上以0.lm/s的速度做匀速直线运动，此时物体与桌面的摩擦力大小为60N（不计绳重、动滑轮重及摩擦），则拉力F=_N及其功率P=_W 。【答案】 206【解析】【详解】1 由图可知，与动滑轮相连的绳子段数为 3，不计绳重、动滑轮重及摩擦，则绳端的拉力：F= 1 f= 1 60N=20N ；332 绳子自由端移动的速度为：v 绳 =3v 物 =30.1m/s=0.3m/s ；则拉力 F 的功率为：P=Fv 绳=20N 0.3m/s
11、=6W 。8 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=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。9(1)如图甲所示，图中的装置相当于一个_(填一种简单机械的名称)(2)如图乙所示，使用此简单机械的主要目的
12、是_(3)如图丙所示，橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部和底部，中间系一个钩码，就做成了能自动回头的 “魔罐 ”，当将 ”魔罐 “在水平地面上滚出后，还能自动滚回来，这说明_【答案】滑轮组省力机械能之间可以相互转化【解析】【详解】(1)1 由图甲可知，绳子和木棍组合在一起，起到滑轮组的作用，用较小的力就可以使作用有较大力的两根木棍靠拢，说明使用该滑轮组可以省力；(2)2 图乙是过盘山公路，盘山公路相当于斜面，山高一定，盘山公路相当于增大了斜面长度，因为在斜面高一定时，斜面越长越省力，所以人们修建盘山公路的目的是为了省力；(3)3 魔罐在开始滚动的时候，具有动能，滚动的过程中，罐子动能转化为橡皮筋的
13、弹性势能，当动能为零时，弹性势能最大，魔罐开始向回滚动，在魔罐滚回来的过程中橡皮筋弹性势能减小，罐子动能增大，弹性势能转化为动能。魔罐来回滚动，说明了机械能是可以相互转化的。10 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
14、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
15、，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/s9.6W11 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50NB G2=280NC e 处绳子的拉力为140N2D
16、 G =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；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+20N260N2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。12 如图所示，用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物，摩擦力和绳重忽略不计。在物体匀速上升过程中，甲、乙两图的拉力及机械效率的关系正确的是（）A F12B
17、 F1F2， 1F2， 1=2【答案】 B【解析】【分析】【详解】由图可知，图甲中绳子承担重物的段数为3，图乙中绳子承担重物的段数为2 ，用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物，摩擦力和绳重忽略不计，则它们绳子末端的拉力各自为F11 G物G动1 G物G动n3F11G动1G动G物G物n2所以F1F2故 CD错误；绳子末端移动距离与物体上升高度关系s=nh滑轮相同，提升重物相同，由W有100%G物 h100%G物 h100%G物100%W总Fs1G动nhG物 G动G物n可知1=2故 A 错误， B 正确。故选 B。13 质量是6kg 的物体A 放在水平桌面上，利用图所示的装置使物体以0.2m/s的速
18、度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为2N，不计滑轮和绳子的重和滑轮组内部的摩擦，则（g 取10N/kg ）（）A作用在绳端的拉力F 为 6NB在 1s 内拉力 F 做功 1.2JC在 1s 内拉力 F 的功率是0.4WD水平桌面对物体A 的摩擦力是2N【答案】 B【解析】【分析】【详解】A绳子上的力是相等的，因为弹簧测力计的示数是2N，所以，作用在绳端的拉力F 为2N故 A 错误；B根据图示可知，滑轮组动滑轮上有三股绳子。物体A 在 1s 内通过的距离为s=vt=0.2m/s 1s=0.2m绳子自由端移动的距离为s=3s =3 0.2m=0.6m在 1s 内拉力 F 做功为W=F
19、s=2N 0.6m=1.2J故 B 正确；C在 1s 内拉力 F 的功率为W1.2JP1.2Wt1s故 C 错误；D由图可知，承担摩擦力的绳子股数是3，物体做匀速直线运动，则Ff3所以f=6N故 D 错误。故选 B。14 用同一滑轮按如图所示甲、乙两种方式匀速提升重均为10N 的 A、 B 两物体，在相同时间内提升相同的高度；已知滑轮重1N，绳重和滑轮摩擦力不计。则下列说法中正确的是（）A手的拉力F 乙=10NB利用乙种方式做的有用功比较多C甲种方式的机械效率大于乙种方式D手的拉力F 甲 做功的功率比F 乙做功的功率大【答案】 C【解析】【详解】A 乙滑轮是动滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮可
20、以省一半的力，即拉力等于物体和滑轮总重力的一半，F 乙=1( G+G动 )=1 (10N+1N)=5.5N22故 A 错误；B 利用两种滑轮都是将 G=10N 的物体提升相同的高度h，由公式 W 有用 =Gh 知，有用功相同，故 B 错误；C甲乙装置所做的有用功相同，用乙装置提重物时，得提起动滑轮所做额外功较多，也就是乙装置的总功较大，由公式W有用C 正确；=知，甲方式的机械效率较高，故W总D 因为乙装置总功较大，并且在相同时间内提升物体，由公式P= W 知，乙装置手的拉t力做功功率较大，故D 错误。故选 C。15 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
21、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 B16 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【答案】 C500N，则拉力F 为300N【解
22、析】【详解】A 由图知n=2，不计绳重和摩擦，拉力：F =12GG动；则动滑轮的重力：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= 15
23、00N+100N =300N ；22故 D 正确，不符合题意。17 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F1f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。18 利用质量相等的滑轮，组装成如图所示的两种方式，将同一重物提
24、升相等高度。若绳重和摩擦不计，下列分析中正确是()A甲图中绳自由端移动距离较小B乙图中绳自由端作用力较小C两种方式所做的额外功相等D增大提升高度，机械效率都会变大【答案】 C【解析】【详解】A若物体升高高度为hs甲2h ， s乙2h ，则 s甲s乙 。故 A 错，则拉力移动的距离为误；B甲中： 2F甲 =G动 +G ，乙中： 2F乙 =G动G ，所以 F甲 =F乙 。故 B 错误；C甲中： W甲额 =G动 h ，乙中： W乙额 =G动 h ，所以 W甲额 =W乙额 。故 C 正确；D机械效率公式：= W有 = GhGhG，W总FsFnhnF所以机械效率跟物体升高的高度无关。故D 错误。19 用
25、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；A此图是动滑轮，由动滑轮及其工作特点可知，省一半的力，即F1 G ；2B此图是定滑轮，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。20 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WFsF3 v物 20N 3 0.1m/s=6WPFvtt