2020-2021中考物理滑轮组的省力问题综合经典题及详细答案

1、一、初中物理滑轮组的省力问题1 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。(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

2、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(3)根据 Gmg 和 W有Gh 求出有用功，再根据= W有100% 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

3、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W有Gh1.5 104 N20m3 105 J滑轮组的机械效率W有100%3105 J50%W6100%105 J2 用一个动滑轮将重为8N 的物体匀速提高1m，所用竖

4、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 ），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，可以求出动滑轮重；再利用F1 G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

5、，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F1G动G物2N 18N10N2拉力做的总功W总F s 10N 2m20J3 用如图所示的滑轮组，将重为 16 N 的物体以 0.2 m/s 的速

6、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G16NF10N2280%（2）拉力端移动的速度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 4 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

7、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F 是 _N，当绳子自由端向左移动 3 米时，物体A 向左移动 _m 。【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F 1 f 得到拉力大小；根据绳子自由端移动的距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11Ff60N20N332 物体运动的距离为s拉3ms物1m33【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。5

8、如图所示，用滑轮组将重120N 的物体匀速提升2m，拉力为50N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，动滑轮重为_N，额外功为 _，滑轮组的机械效率为_。【答案】 306080%【解析】【分析】【详解】1 由图知， n 3，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，拉力F 1 （ G+G 动 ）3则动滑轮的重力G 动 3F G 350N120N 30N2 拉力做的有用功W 有用 Gh 120N2m 240J拉力端移动的距离s 3h 3 2m 6m拉力做的总功W 总 Fs 50N6m300J额外功W 额 W 总 - W 有用 300J-240J=60J3 滑轮组的机械效率W有用240J=80%W总300J6 如图

9、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=6W 。7 高速铁路的输电线，无论冬、夏都绷的直直的，以保障列车电极与输电线的良好接触。图为输电线的牵引

10、装置。钢绳通过滑轮组悬挂20 个相同的坠砣，每个坠砣质量为25kg，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，输电线A 端受到的拉力大小为_N。若 5s 内坠砣串下降了 40cm，则输电线胀冷缩）A 端向左移动速度是_m/s 。（ g 取10N/kg ，不考虑钢绳的热【答案】 1104 0.04【解析】【分析】【详解】120 个坠砣的总重力G=mg=25kg 20 10N/kg=5000N由图知，使用的滑轮组承担A 端拉力的绳子股数n 2，图中坠砣挂在钢绳的自由端，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，可得G1 FA2则输电线A 端受到的拉力大小FA=2G 2 5000N=1 410N2 图中坠砣挂在钢绳的自由端，则坠砣

11、串下降高度h 2sA，则输电线A 端向左移动的距离sA1 h140cm=20cm=0.2m22A 端向左移动速度sA0.2mv0.04m/st5s8 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)90%【解析】【分析】【详解】(1)动滑轮对货物做的有用功就是货物上

12、升克服重力势能做的功，为W有G物 h720N1m 720J(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 400N 1m 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%720JW总90%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%。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是_(3)如图丙所

13、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“”“明_魔罐 ，当将魔罐 在水平地面上滚出后，还能自动滚回来，这说【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弹性势能，当动能为零时，

14、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 如图所示，某人通过滑轮组将深井中的物体拉至井口.10s内被提升了己知物体在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

15、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=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：G 720N= =80%。Fn300N3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%。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 ；

16、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 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 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（）AF1 GBF21 G3CF31

17、 G2DF41 G2【答案】 C【解析】【分析】【详解】12FlF l1A由图像可知 l=l ，由杠杆平衡条件1 122 可得 F =G，故正确，不符合题意；B由图像可知滑轮组 n=3，则 F2 1 G ，故正确，不符合题意；3C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 ，故正确，不符2合题意。故选 C。13 如图所示，甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度.若 G1 G2 ，所用竖直向上的拉力分别为F1 和 F2 ，拉力做功的功率分别为P1 和 P

18、2 ，两装置的机械效率分别为1 和 2 （忽略绳重和摩擦），则下列选项中正确的是（） .A F1F212 P1P2B F1F21 = 2 P1P2C F1F212 P1P2D F1F212 P1P2【答案】 B【解析】【详解】CD不计绳重及摩擦，因为拉力:1F（ GG动）nn12 ， n23 ，所以绳子受到的拉力分别为：1F1（ G1 G动）21F2（ G2G动）3因为 G1G2 ，故：F1F2故 CD项错误；AB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；由W有100% 可知，机械效率相W总同，即：12W

19、又因为所用时间相同，由Pt可知，拉力做功的功率：P1P2故 A 项错误， B 项正确。14 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

20、总功一定大于有用功，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，故故选 D。D 正确

21、。15 如图，某同学旅游时，发现一种利用滚轴和绳子组装的特殊机械。当地人借助这种装置可以将较重的物体很轻便地搬运到二楼上面。他借助该装置提升100N 的重物（不计摩擦和装置的自重）。下列说法正确的是（）A可以把A、 B 简化看成动滑轮B人将绳拉过1m 时，物体也上升1mC物体匀速上升时，人对绳的拉力为20ND利用该装置不能省力，但能改变力的方向【答案】 C【解析】【分析】【详解】A由图知道，提升物体时，A 的轴固定不动，即属于定滑轮；而B 和物体一起移动，属于动滑轮，故A 错误；B由图知道，A、 B 组成的是滑轮组，且n=5，所以，拉力端移动距离s=5h当人将绳拉过1m时，物体上升的高度h=0

22、.2m ，故B 错误；C不计摩擦和装置的自重，人对绳的拉力F11 G51100N520N故 C 正确；D由以上分析及图示知道，利用该装置既能省力，又能改变力的方向，故D 错误。故选C。16 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；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1 G ；3D此图是滑轮组，绕在动滑轮上的绳子有2 股，则F1 G

23、。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。17 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/s【答案】 DD 30N 0.2m/s【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F1 f160N=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

24、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 。18 使用一个动滑轮匀速提升一个物体时，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： F1 2 3故 选 CF F19 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