2020-2021备战中考物理滑轮组的省力问题(大题培优)含详细答案

一、初中物理滑轮组的省力问题1．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。[2]A对B的拉力为F，动滑轮M和B受力分析可知中：2F=GM+GBA受力平衡，所以摩擦力f=F=5N。[3]A向左匀速运动时，受力平衡：F左=f+F=5N+5N=10N。2．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F=(G物+G动)即60N=(100N+G动)解得G动=20N，用此动滑轮将重200N的物体时，拉力F′=(200N+20N)=110N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。3．如图所示，不计滑轮重及摩擦，物体A、B均重为20牛。当用力F2匀速提升物体B时，以滑轮的轴为参照物，物体B是______的（选填“静上”或“运动”），此时力F2大小为_______牛。若F1和F2所做的功相等,物体A、B移动的距离之比是_______，当绳子自由端上升1米时，力F2所做的功为________焦。【答案】静止101:110【解析】【详解】[1]以滑轮的轴为参照物，物体B相对与参照物的位置没有改变，是静止的；[2]B物体使用的是动滑轮，能省一半力，不计滑轮的重和摩擦，拉力：F2=G=×20N=10N[3]因为使用任何机械都不能省功，当F1和F2所做的功相等，物体A.B重力相同，移动的距离相同，故距离之比是1:1。[4]当绳子自由端上升1米时，力F2所做的功为：W=Fs=10N1m=10J。4．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＝（G+G动）则动滑轮的重力G动＝3F﹣G＝3×50N﹣120N＝30N[2]拉力做的有用功W有用＝Gh＝120N×2m＝240J拉力端移动的距离s＝3h＝3×2m＝6m拉力做的总功W总＝Fs＝50N×6m＝300J额外功W额＝W总-W有用＝300J-240J=60J[3]滑轮组的机械效率η＝=80%5．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。6．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。7．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8．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；然后利用计算功率。【详解】[1]物体移动的速度则滑轮移动的速度[2]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，即滑轮为动滑轮，则水平拉力F为[4]水平拉力F的功率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。11．如图所示，置于水平桌面上的物体A重50N，物体B重30N，动滑轮重10N，物体B在匀速下降了40cm的过程中，拉动物体A在水平桌面上匀速移动了一段距离，忽略绳重及滑轮轴上的摩擦，则下列说法正确的是（）A．物体A移动了20cmB．绳子拉力对物体A做的功是8JC．物体A与桌面的滑动摩擦力为30ND．若对物体A施加一个水平向左的力F，使物体B可以匀速上升，则力F的大小为40N【答案】D【解析】【分析】【详解】A．由图可知，有两段绳子拉着动滑轮，则拉力移动的距离为物体上升高度的2倍，物体B下降了40cm，则A移动的距离为故A错误；B．物体B重30N，动滑轮重10N，忽略绳重及滑轮轴上的摩擦，则拉动A的力的大小为绳子拉力对物体A做的功为故B错误；C．物体A在水平方向上做匀速直线运动，在水平方向上受到向左的摩擦力和向右的拉力，这两个力是一对平衡力，大小相等，所以摩擦力为故C错误；D．用一水平向左的力F拉动物体A，则A在水平方向上受到三个力的作用：向左的拉力F、向右的物体B的拉力和向右的摩擦力，物体B匀速上升，物体A也匀速移动，这时物体A受到平衡力，则拉力为故D正确。故选D。12．体重为60kg的工人利用如图滑轮组将一质量为80kg的重物A匀速提升1m，此时该滑轮组的机械效率为80%（不计绳重与摩擦，g取10N/kg），小明对此工作过程及装置作出了以下论断：①动滑轮重为200N②此过程中，工人对绳的拉力做功1000J③重物匀速上升过程中，它的机械能增大④若增大重物A的质量，该工人用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率不可能达到90%关于小明的以上论断（）A．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有①②③正确 D．①②③④都正确【答案】C【解析】【分析】【详解】由题意物体所受的重力物体上升的高度，此时滑轮组做的有用功为根据机械效率公式有，总功为而有又因为可得①②均正确。机械能是动能和势能的总和，当重物匀速上升过程中，动能不变，势能增加，它的机械能增大，③正确。若要滑轮组的机械效率达到，由效率公式有化解可得当时，滑轮组的效率能到达，则若增大重物A的质量，用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率能达到90%，④错误。故选C。13．用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与物重G物的关系，改变G物，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，计算并绘出η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η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η=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，机械效率一定小于1，即同一滑轮组的机械效率η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η=80%，则且有代入可得故滑轮组动滑轮的重力为故B错误；C．当G物=15N时，滑轮组机械效率为故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s1，F2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：；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：；A．做功，故A错误；B．有3股绳子承担，故B错误；CD．，故C错误，D正确。故选D。15．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。16．小明用如图的滑轮组提升重为100N的物体，使其在5s内匀速上升2m，动滑轮的重为10N，不计绳重及摩擦，下列计算正确的是（）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D．拉力的功率为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：，选项不符合题意；B．绳端移动的距离：，选项不符合题意；C．所做的有用功：，拉力做的总功：，滑轮组的机械效率：，选项符合题意；D．由C可知，拉力做的功：W总=220J，拉力的功率：，选项不符合题意。故选C。17．建筑工地上需要将6块相同的砖从地面运送到楼顶，工人师傅利用如图所示的装置分三次运送，第一次运1块，第二次运2块，第三次运3块。每次运送时，砖都以相同的速度匀速上升相同高度，绳重及摩擦均忽略不计。这三次拉力依次为F1、F2、F3，拉力做的功为W1、W2、W3，有用功率为P1、P2、P3，机械效率为η1、η2、η3，则（）A．F1+F2=F3 B．W1+W2=W3 C．η1+η2=η3 D．P1+P2=P3【答案】D【解析】【分析】由图可知，作用在动滑轮上绳子为２股；绳重，摩擦不计时，用Ｆ＝分析F1,F2,F3之间关系；再依。通过计算特殊值，判断等式是否成立。【详解】A．由题意得F１＝；F２＝；F１＋F２＝Ｆ３＝因为所以故Ａ不符合题意；Ｂ．由于物体升高均为h；W１＋W２＝F１h＋F２h＝(F１+F２)hW3=F3h；因为(F１＋F２)F３所以故B不合符题意；C．依，说明滑轮组一定时，物重越大，机械效率越大，即，故C不合符题意；D．由