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1、一、初中物理滑轮组的省力问题1 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G +G动，则动滑轮的重力为：n=3，根据 F=nG动 =nF-G=3 300N-720N=1
2、80N；(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%。2 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，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
3、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，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=3 34
4、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 20N3 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1
5、1(G+G动 )F =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
6、m 2=1.5 10Pa4 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：1F 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。5 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
7、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。6 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】 20
8、6【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WFs20N 3 0.1m/s=6WPFv F 3 v物tt7 小黄同学用水平力运动了 120cm，物体F 拉动如图所示装置，使重200N 的 A 物体B 重 100N （物体 B 与 A 始终接触），此过程中5s 内在水平地面上匀速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
9、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 m
10、0.24m/st5s则滑轮移动的速度v轮1 v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/s9.6W8 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6
11、0%。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。9 用如图所示的滑轮组，将重为16 N的物体以0.2 m/s的速度匀速提升，滑轮组的机械效率为80%，若不计绳重及摩擦，拉力F 为 _N，拉力的功率为_W，动滑轮的重力为_N【答案】 1044【解析】【分析】【详解】（1）由图知， n=2，则拉力端移动的距离s=2h，滑轮组的机械效率：W有用GhGhGW总FSF 2h2F则拉力G16NF210N280%（2）拉力端移动
12、的速度v=2v 物=20.2m/s=0 . 4m/s ，拉力做功功率 :P=Fv=10N0.4m/s=4W ；（3）不计绳重及摩擦，拉力F 1 G G动2动滑轮重力：G 动=2F G=210N16N=4N 10 小李用如图所示的装置提升货物。已知货物重G 物=720N，在 t=5s 内货物被匀速竖直提升了 h=1m ，小李始终静止在地面上，并且对绳子自由端的拉力F=400 N 且竖直向下。求在此过程中：(1)动滑轮对货物做的有用功；(2)拉力 F 所做的总功；(3)拉力 F 做功的功率；(4)使用该装置提升货物时的机械效率。【答案】 (1)720J；(2)800J； (3)160W； (4)9
13、0%【解析】【分析】【详解】(1)动滑轮对货物做的有用功就是货物上升克服重力势能做的功，为W有G物 h720N 1m720J(2)动滑轮与 2 股绳子接触，故n=2，拉力F 所做的总功为W总FsnFh2 400N1m 800J(3)由功率公式，可知拉力F 做功的功率为PW总800J160Wt5s(4)该装置提升货物时的机械效率为W有100%720J90%W总800J答： (1)动滑轮对货物做的有用功为720J；(2)拉力 F 所做的总功为800J；(3)拉力 F 做功的功率为160W ；(4)使用该装置提升货物时的机械效率为90%。11 如图所示，重 300N 的物体在 20N 的水平拉力 F
14、 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fs物100%=fW总Fs绳100%=100%=80%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 20N6m
15、120J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 48N0.2m/s 10s 96J故 D 错。故选 B。12 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14mG 2mF 解得 F1 0.5G；B 图中为滑轮组，通过动滑轮绳子段数n213，所以 F G；3C 图中为动滑轮，动力作用在动滑轮的轴上，则F 2G；3D 图中是杠杆，设杆与水平面的夹角为，则有F4 4cosG
16、1 cos 1解得 F4 G。4由此可知动力最小的是D。故选 D。13 用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率G 物的关系，改变G 物，竖直向与物重上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出与 G 物 的关系如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（）A同一滑轮组的机械效率随 G 物 的增大而增大，最后等于100%B此滑轮组动滑轮的重力为5NC当 G 物 =15N 时，滑轮组机械效率为=75%D G 物 不变，改变图甲中的绕绳方式，滑轮组的机械效率仍不改变【答案】 D【解析】【分析】【详解】A使用滑轮组时，克服物重的同时，不可避免地要克服动滑轮重、摩擦和绳子重做额外功，所以总功一定大于有用功，
17、机械效率一定小于1，即同一滑轮组的机械效率随 G 物 的增大而增大，但最终不能等于100%，故 A 错误；B由图可知，G 物=12N，此时 =80%，则G物 hFs且有80%nFG物G动snh代入可得G物12N80%G物G动12NG动故滑轮组动滑轮的重力为G动3N故 B 错误；C当 G 物 =15N 时，滑轮组机械效率为G物15N83%G物G动15N3N故 C 错误；D G 物 不变，改变图甲中的绕绳方式，如图所示因为此图与题干中甲图将同一物体匀速提高相同的高度，所以所做的有用功相同；忽略绳重及摩擦时，额外功相同，所以总功相同，滑轮组的机械效率仍不改变，故D 正确。故选 D。14 如图所示，水
18、平拉力F1（ 6N）将物体（ G=9N）沿直线匀速拉动s1 的距离，做功W1，借助滑轮组， F2使物体在同一水平面上匀速直线运动同样的距离12所拉绳端的上升距s，F离为 s2 ，做功为 W2，则（）A W2 一定小于W1B s2 一定小于s1C F2 一定大于 G/3D F2 一定大于F1/3【答案】 D【解析】【分析】【详解】水平拉力F1 将物体沿直线匀速拉动做功：W1F1 s1 ；借助滑轮组，使物体在同一水平地面上匀速直线运动同样的距离，拉绳端的上升距离为s2，做功：W2F2 s2A做功W2W1W动 ，故A 错误；B有3 股绳子承担s23s1 ，故B 错误；CD F21F1 ，故 C 错误
19、， D 正确。G轮3故选 D。15 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+G甲121(G+G乙)=1F=)=(G+mg)， F =3(G+0.5mg)33
20、3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 。16 小明用如图的滑轮组提升重为100N 的物体，使其在为 10N，不计绳重及摩擦，下列计算正确的是（）5s 内匀速上升2m ，动滑轮的重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拉力的
21、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：W G h 100N 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。17 如图 ,水平桌面上的物体A 重 100N，物体 B 重 40N，此
22、时物体B 恰能匀速下降；当用一水平向左的力F 拉动物体A 在 2s 内匀速向左移动1m 的过程中，若不计动滑轮和绳的重力，不计绳与滑轮及滑轮轴间的摩擦，则下列说法正确的是（）A B 上升了2mB拉力F 的功率为20WC物体A 与桌面间的滑动摩擦力为40ND吊着B 物体的绳子所做的功为40J【答案】B【解析】【分析】【详解】A滑轮组的动滑轮绕2 段绳，当用一水平向左的力F 拉动物体A 在 2s 内匀速向左移动1m 的过程中， A 移动的距离为B 升高高度的2 倍， B 上升了1mhB=0.5m ，2故 A 错误；BC当 A 向右做匀速直线运动， A 水平方向上受到水平向右的拉力和向左的摩擦力为一
23、对平衡力，故11f=GB= 40N=20N，22当 A 向左做匀速直线运动，水平方向上受到水平向左的拉力、向右的摩擦力、B 对 A 的拉力，由于滑动摩擦力的大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关，因压力不变，接触面的粗糙程度不变，故摩擦力不变，所以向右的摩擦力为：f=20NA 向左做匀速直线运动，受到平衡力的作用，A 受到的水平向左的拉力为：1F=f+GB=20N+20N=40N，2拉力 F 的功率为：WFs40N1mP=20W，tt2s故 B 正确， C 错误；D绳子拉力对物体B 所做的功为：W=GBhB=40N 0.5m=20J，D 错误18 如图，小华用滑轮组匀速提升一个重为900N的物体
24、，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 C19 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
25、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G1 G动100N+20NFb60N22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 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 。