北京中考物理滑轮组的省力问题综合题.docx
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北京中考物理滑轮组的省力问题综合题
一、初中物理滑轮组的省力问题
1.用如图所示的滑轮或滑轮组,将同一物体匀速提高h,最省力的是(滑轮重不计)()
A.
B.
C.
D.
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A.图中滑轮是定滑轮,拉力F=G;
B.图中滑轮是动滑轮,拉力
;
C.图中滑轮组的动滑轮绕2段绳,拉力
;
D.图中滑轮组的动滑轮绕3段绳,拉力
;
所以最省力的是D中滑轮组。
故选D。
2.如图所示,在力F作用下使重200N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:
,
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=2×4m=8m。
3.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=2
5m=10m
拉力做的功
W=Fs=6N×10m=60J
拉力做的功为60J。
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
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
水平拉力的功率
5.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
物体前进了2m。
[3]弹簧测力计与定滑轮相连,定滑轮上有两股绳子,因此弹簧测力计的示数为
F弹=2F=20N×2=40N
弹簧测力计的示数为40N。
6.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。
7.如图所示,用力F1和F2分别匀速提起物体C时,滑轮_______可以看作等臂杠杆(选填“A"或“B”).若物体C重为50牛,滑轮重力不计,则力F2的大小为___________牛.
【答案】A25
【解析】
【详解】
[1]由图可知,A滑轮是定滑轮,所以滑轮A是等臂杠杆。
[2]滑轮B是动滑轮,省一半力,所以F2的大小为25N。
8.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=400N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η。
【答案】
(1)720J;
(2)800J;(3)160W;(4)90%
【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
(2)动滑轮与2股绳子接触,故n=2,拉力F所做的总功为
(3)由功率公式,可知拉力F做功的功率为
(4)该装置提升货物时的机械效率为
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%。
9.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
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
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
[4]滑轮组省一半的力,所以
解得
。
[5]此时的机械效率为
10.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.F1
【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
所以
F1 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 可知 η1=η2 故A错误,B正确。 故选B。 11.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5N B.地面对木板B的摩擦力为4N C.5s内绳子拉力对木板B做的功为2J D.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 可算出绳子上的力为 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 D正确。 故选D。 12.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F2 B.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 F1= (G+G甲)= (G+mg),F2= (G+G乙)= (G+0.5mg) 故F1>F2,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=F1s,W2=F2s 故W1>W2,因为做功时间相同,所以拉力F1的功率大于F2的功率,故BC错误; D.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。 13.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=10N B.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,使用该滑轮可以省一半的力,即拉力等于物体和滑轮总重力的一半, F乙= (G+G动)= ×(10N+1N)=5.5N 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η= 知,甲方式的机械效率较高,故C正确; 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= 知,乙装置手的拉力做功功率较大,故D错误。 故选C。 14.如图,工人要将一块重900N的建材运到10m高处,装置中每个滑轮重100N,建材上升的速度是0.8m/s。 在施工过程中,下列说法正确的是( ) A.工人的拉力为500N B.工人拉绳的速度为2.4m/s C.工人做功的功率为400WD.工人做功的机械效率小于90% 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】 由两根绳子承担物重,动滑轮和建材总重为1000N,由于有摩擦和绳子自身的重量,所以工人的拉力应大于500N,故A错;工人拉绳的速度应是物体上升速度的2倍为1.6m/s,故B错;若部考虑绳重和摩擦,工人做功的功率为P=Fv绳=500N×1.6m/s=800W,由于有摩擦和绳子自身的重量,所以工人做功的功率应大于800W,故C错;对物体做的有用功为W有=Gh=900N×10m=9000J,而拉力做的总功应大于1000J,所以工人做功的机械效率小于90%,故D正确;应选D. 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)/3×3h=(G物+G轮)h W乙=F乙s乙=(G物+G轮)/2×2h=(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η=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,水平桌面上的物体A重100N,物体B重40N,此时物体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20W C.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 hB= =0.5m, 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对平衡力,故 f= GB= ×40N=20N, 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=20N.A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: F=f+ GB=20N+20N=40N, 拉力F的功率为: P= =20W, 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. 17.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h,则拉力移动的距离为 , ,则 。 故A错误; B.甲中: ,乙中: ,所以 。 故B错误; C.甲中: ,乙中: ,所以 。 故C正确; D.机械效率公式: , 所以机械效率跟物体升高的高度无关。 故D错误。 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( ) A.300N0.1m/sB.150N0.1m/s C.60N0.2m/sD.30N0.2m/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 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,小华用滑轮组竖直匀速提升一个重为600N的物体,人拉绳的力F为250N(不计绳重和摩擦)。 若用这个滑轮组竖直匀速提升1200N的物体时,人的拉力F为( ) A.400NB.450NC.500ND.600N 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】 由图可知,绳子承担重物的段数n为3,提升一个重为600N的物体时,拉绳的力F为250N,根据 求出动滑轮的重力为 当提升一个重为1200N的物体时,人的拉力为 综上所述,ACD项不符合题意,B项符合题意。 故选B。 20.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F2 C.滑轮组的机械效率为 D.F2做功的功率比F1做功的功率大 【答案】D 【解析】 【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 故如果动滑轮很重,则F1不一定大于F2,故B错误; C.滑轮组的机械效率为 故C错误; D.F1做功的功率为 F2做功的功率为 可知,F2做功的功率比F1做功的功率大,故D正确。 故选D。
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