2020-2021中考物理备考之滑轮组的省力问题压轴突破训练∶培优篇含答案解析

1、一、初中物理滑轮组的省力问题1 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 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n3F11 G物G动1 G物G动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 h1

2、00%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。2 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 ），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

3、 h ，知道提升的高度，可以求出动滑轮重；再利用F1G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

4、18N10N2拉力做的总功W总F s 10N 2m20J3 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WFs20N 3 0.1m/s=6WPFv F 3 v物tt4 小黄同学用水平力F

5、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

6、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s物120102 mv物5s0.24m/st则滑轮移动的速度v轮1v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

7、施加的摩擦力，即F左f地fBA24N 16N40N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/s9.6W5 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4【答案】 1 100.04【分析】【详解】120 个坠砣的总重力G=mg=25kg

8、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G 1 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，则坠砣串下降高度h 2sA，则输电线A 端向左移动的距离sA11h40cm=20cm=0.2m22A 端向左移动速度sA0.2mv0.04m/st5s6 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

9、 _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 。7 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

10、轮对货物做的有用功；(2)拉力F 所做的总功；(3)F(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升克服重力势能做的功，为W有G物 h720N1m720J(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FsnFh2400N1m800J(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%720J 90%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

11、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%。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3.5 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

12、)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=总W率。【详解】(1)1 对由

13、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 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3105J 100% 50%100%

14、W6105 J9 某同学用如图所示滑轮组将重为300N 的物体以0.2m/s 的速度匀速向上拉动，拉力为125N（不计绳重及摩擦），则动滑轮重_N， 5s 内人拉绳子做的功是_J。【答案】 75375【解析】【分析】【详解】1 看图可知动滑轮上绕过的绳子股数n=3。根据滑轮组受力关系G物 +G动Fn得300N+G动125N3解得 G动75N。2 绳子末端移动距离Snhnv物 t30.2m/s5s3m5s 内人拉绳子做的功WFs125N3m375J10 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

15、离是物体的上升高度的两倍B F1 一定大于F2C滑轮组的机械效率为F1h 3hF2D 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F2 = GG动 = F1G动33故如果动滑轮很重，则F1不一定大于2F ，故 B 错误；C滑轮组的机械效率为W有用GhF1hW总100%3F2hnF2 h故 C 错误；D F1 做功的功率为P1 =F1vF2 做功的功率为P2nF2v( F1G动 )v可知， F2 做功的功率比F1 做功的功率大，故D 正确。故选 D。11 如图所

16、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

17、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 48N0.2m/s 10s 96J故 D 错。故选 B。12 如图所示，水平拉力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12s，F 所拉绳端的上升距离为 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：W1

18、F1 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：W2 F2 s2 ；A做功 W2W1W动 ，故 A 错误；B有 3 股绳子承担 s23s1 ，故 B 错误；CD F21G轮F1，故 C 错误， D 正确。3故选 D。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的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为的摩擦，则（ g 取 10N/kg ）（ ）2N，不计滑轮和绳子的重和滑轮组内部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

19、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=Fs=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 物体做匀速直线运

20、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。15 如图所示的滑轮装置，重为5 牛的物体挂在绳端，力F 作同在滑轮的轴上，滑轮在力F 的作用下以2 米 / 秒的速度匀速向上运动若不计滑轮重及

21、摩擦，则拉力F 的大小和物体向上运动的速度为A10牛， 4 米 / 秒B2.5 牛， 4 米 / 秒C 10牛， 2 米 / 秒D 2.5牛， 2 米 / 秒【答案】A【解析】【分析】【详解】由图可知，该滑轮是动滑轮，当滑轮在力F 的作用下以2 米 / 秒的速度匀速向上运动，重物的速度为:22m/s=4m/s此时拉力应该是物重的2 倍，因此拉力为:F=2G=25N=10N故选 A16 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【答案】 CD增大提升高

22、度，机械效率都会变大【解析】【详解】A 若物体升高高度为 h，则拉力移动的距离为s2h ， s2h ，则 ss。故 A 错甲乙甲乙误；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FsFnh nF所以机械效率跟物体升高的高度无关。故D错误。17 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

23、的拉力F 为（）A400NB 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F1nG物G动求出动滑轮的重力为G动3FG物3250N600N150N当提升一个重为1200N 的物体时，人的拉力为11FG物G动1200N150N450Nn3综上所述， ACD项不符合题意，B 项符合题意。故选 B。18 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 ，

24、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拉 80% 10N80%4NF绳 =22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WFs 10N0.25mPt5s0.5WtD 正确。故选 D。19 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