15滑轮及其应用（讲义）

浙教版中考科学一轮复习滑轮及其应用滑轮受力分析、滑轮组、效率【知识点分析】一.滑轮二.滑轮组1.滑轮组的定义：由若干个定滑轮和若干个动滑轮组合成滑轮组；同时具备定滑轮和动滑轮的特点。2.依据受力平衡可得：使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一；即F=1/n(G物+G动)。3.特点：既能改变力的大小，又能改变力的方向4.如有n股绳与下端滑轮连接则（nF=G物+G动）绳端移动速度为滑轮移动速度的n倍5.横向的滑轮依据受力平衡进行分析，运动的速度大小可依据滑轮组分析三.斜面1.斜面定义：与水平面成倾斜的光滑平面，称为斜面2.斜面本质：增大了做功的距离，从而起到了省力的作用3.假设光滑无摩擦的斜面：（W总=FS=Gh）（1）斜面长是斜面高的几倍，推力就是物重的几分之几。（2）要使物体升高相同的高度，斜面越长越省力。4.有摩擦力的斜面（机械能守恒）：（W总=FS=Gh+fL）5.常见的斜面：盘山公路，螺丝的螺纹，倾斜的轨道【例题分析】1.为探究动滑轮和定滑轮的特点，设计了如图所示的两种方式拉升重物，在相同时间内将同一物体匀速提升相同高度，拉力分别为F1和F2（不计绳重和摩擦），下列说法正确的是（）A．若用定滑轮拉重物，当拉力竖直向下时最省力B．使用动滑轮拉力更小，且做功更少C．用动滑轮提升重物上升h高度，测力计也上升h高度D．使用动滑轮拉力做功的功率大于使用定滑轮拉力做功的功率【答案】D【解析】A．定滑轮的实质是一个等臂杠杆，不计绳重和摩擦时，用定滑轮拉重物，各个方向的拉力都等于物重，故A错误；B．不计绳重与摩擦，使用定滑轮拉力做的功等于克服物体重力做的功，即W1=Gh；使用动滑轮，不计绳重与摩擦，拉力做的功等于克服物体重力和动滑轮重力做的功，W2=(G+G动)h所以，使用动滑轮所做的功大于使用定滑轮所做的功，故B错误；C．动滑轮绳子的有效段数为2，用动滑轮提升重物上升h高度，测力计移动的距离为2h，故C错误；D．使用动滑轮所做的功大于使用定滑轮所做的功，由于做功时间相同，根据可知，使用动滑轮拉力做功的功率大于使用定滑轮拉力做功的功率，故D正确。2．利用如图所示的滑轮组，使重80N的物体A沿水平地面匀速向左移动了1m，物体A与地面间摩擦力为30N，不计绳重、滑轮重以及滑轮与轴间摩擦，则下列说法正确（）A．拉力F为30NB．滑轮组挂钩拉物体A的力为30NC．该滑轮组既能省力又可以省距离D．绳子自由端移动的距离为3m【答案】B【解析】AB．如图所示的滑轮组绳子有效股数为2根，物体A沿水平地面匀速向左移动，物体A与地面间摩擦力为30N，故物体A在水平方向受到平衡力作用，滑轮组挂钩拉物体A的力等于摩擦力，为30N；不计绳重、滑轮重以及滑轮与轴间摩擦，拉力故A错误，B正确；CD．根据功的原理，该滑轮组能省力但不可以省距离，因为绳端移动的距离为物体A移动的距离的2倍，所以绳端移动的距离故CD错误。3．如图所示，小刚用滑轮组匀速提升一个重为400N的物体，提升0.2m所用时间为1s，人拉绳的力F为150N，不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是（）①绳子自由端移动的速度为0.2m/s②人拉绳做功的功率为120W③滑轮组的机械效率为83.3%④匀速上升过程中物体的机械能变大A．只有②和③ B．只有①和④ C．只有①和② D．只有②和④【答案】D【解析】①由图可知，绳子的有效段数n=4，绳子自由端移动的距离s=4h=4×0.2m=0.8m绳子自由端移动的速度故①错误；②人拉绳做功的功率故②正确；③滑轮组的机械效率故③错误；④匀速上升过程中，物体的质量不变、速度不变，动能不变；高度变大，重力势能变大，所以物体的机械能变大，故④正确。故ABC错误，D正确。4．某同学用如图所示滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物体的质量为450g，所用动滑轮的总质量为50g，g取10N/kg，绳子自由端的拉力F为1.3N，在0～2s的过程中，下列说法中正确的是（）A．绳子自由端移动的速度为5.0cm/sB．有用功为45JC．拉力F的功率为0.26WD．滑轮组的机械效率为90%【答案】C【解析】A．由图像可知，在0～2s的过程中，绳子自由端移动的距离速度为故A错误；B．由图像可知，在0～2s的过程中，物体上升的高度为拉力做的有用功为故B错；C．拉力做的总功拉力的功率故C正确；D．滑轮组的机械效率故D错误。5．如图所示为一种手摇升降晾衣架示意图，它由4个定滑轮和两个动滑轮组成，绳子的尾端绕在一个固定在墙壁的旋轮上，旋转摇柄可以使晾衣架升降。假设在升降过程中衣架横梁保持水平，若衣服和晾衣架等总重30N，每个滑轮重10N（各种摩擦力及绳重忽略不计），则静止时绳子拉力为（）A．25N B．12.5N C．22.5N D．20N【答案】B【解析】各种摩擦力及绳重忽略不计，从图中看出由4根绳子承担物重，故绳子自由端的拉力故B符合题意，ACD不符合题意。6．某同学研学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松地搬运到高处。他借助该装置提升1500N的重物，如图所示为模拟示意图（不计摩擦和装置的自重）（）A．可以把滚轴B简化看作定滑轮B.利用该装置不能省力，但能改变力的方向C．若人将绳向下拉过6m，物体将上升1mD.物体匀速上升时，人对绳的拉力为300N【答案】D【解析】A．由于滚轴B随重物一起移动，所以滚轴B可以看作动滑轮，故A不符合题意；B．由于该装置可以简化看作滑轮组，滑轮组可以省力，也可以改变力的方向，故B不符合题意；C.由图可知，滚轴B上绳子股数有5根，所以人将绳向下拉过6m，物体上升故C不符合题意；D．由于滚轴B上绳子股数有5根，提升1500N的重物，物体匀速上升时，人对绳的拉力故D符合题意。7．如图甲所示的装置是用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物的关系图像，如图乙所示，若不计绳重和摩擦，则下列说法正确的是（）①此滑轮组动滑轮的重力为3N；②当时，滑轮组机械效率；③当时，弹簧测力计的示数为6N；④此滑轮组机械效率η随G物的增大而增大，最终将达到100%。A．只有①③ B．只有②④ C．只有②③ D．只有①②【答案】A【解析】①不计绳重和摩擦，滑轮组的机械效率为由图像可知当物体的重力为12N时，滑轮组的机械效率80%，即解得动滑轮重力为故①正确；②不计绳重和摩擦，当时，滑轮组的机械效率为故②错误；③由图知，时，弹簧测力计的示数为故③正确；④使用滑轮组时，克服物重做功的同时，不可避免地要克服动滑轮重做额外功，所以总功一定大于有用功，由公式可知滑轮组的机械效率一定小于100%；由图像可知同一滑轮组的机械效率η随G物的增大而增大，但最终不能超过100%，故④错误。综上可知，只有①③符合题意；故A正确，BCD错误。8．如图甲，大人、男孩、女孩用两根相同圆木棍和一根绳子玩“比力气”的游戏，图乙是该游戏装置的示意图。绳的一端固定在一根木棍上，在两根木棍上绕几圈后女孩抓住绳的另一辆向外拉，大人、男孩则各握住一根木棍向外拉，女孩可以轻松把大人和男孩拉到一起（忽略绳与木棍之间的摩擦）。以下关于三人的拉力大小和运动距离的说法正确的是（）A．大人的拉力最大，女孩的运动距离最长B．女孩的拉力最大，运动距离也最长C．大人和男孩的拉力一样大，女孩的运动距离最长D．三人的拉力一样大，运动距离一样长【答案】A【解析】从使用的情况看，两根木棍和绳子组成的“简单机械”相当于滑轮组，设一段绳子上的拉力为F，大人那端木棍有6段绳子相连，大人所用的力为6F，男孩那端木棍有5段绳子相连，男孩所用的力为5F，女孩拉住绳子的一端，所用的力为F，大人的拉力最大，女孩所用的拉力最小，由滑轮组的特点可知女孩运动的距离最长，故A正确，BCD错误。9．如图甲所示，一个滑轮组竖直固定在水平支架上，已知每个滑轮均重20N，滑轮组下端挂有重为G的物体A，用力F通过滑轮组绳的末端竖直向上匀速提升重物A，重物A向上运动的速度为v，力F做功的功率P随物体上升速度v之间的关系图象如图乙所示。滑轮与轴的摩擦、绳的质量忽略不计，g取10N/kg。则下列说法正确的是（）A．拉力F的大小为120NB．滑轮组对水平支架的拉力为140NC．拉力F的功率为1.2W时，10s内滑轮组对物体A做功12JD．若在物体A下再加挂30N的重物，滑轮组的机械效率可以达到86.7％【答案】D【解析】A．因为有3段绳子与动滑轮接触，故当物体上升速度为4cm/s时，绳子上升的速度为12m/s=0.12m/s，此时拉力的功率为4.8W，有故A错误B．滑轮组对支架的拉力为故B错误；C．3段绳子与动滑轮接触，有得若拉力功率为1.2W，此时物体运动速度为1cm/s，则10s时间内对滑轮组对物体做功为故C错误；D．此时滑轮组的机械效率为故D正确。10．如图所示，竖直固定的测力计下端挂一个滑轮组，已知每个滑轮重均为50N，滑轮组下端挂有物体B，滑轮组绳的末端通过定滑轮沿水平方向与物体A相连，此时物体A在绳的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，测力计的示数为550N；在物体B下加挂重为90N的物体C后，同时用水平向左的力F拉动物体A使其沿水平桌面向左做匀速直线运动，此时物体B上升的速度大小为5cm/s。若不计绳重及滑轮的摩擦，g取10N/kg，则下列说法中正确的是（）A．A所受摩擦力大小为275N B．F的大小为530NC．F做功的功率为42W D．B的重力为750N【答案】B【解析】D．由图可知，两条绳子向下拉弹簧测力计，弹簧测力计的示数F示=2F拉1+G轮即550N=2F拉1+50N则滑轮组绳子末端受到的拉力F拉1=250N。承担物重的绳子有3段，所以绳子末端受到的拉力即解之可得GB=700N。故D错误；A．因为相互作用力大小相等，所以物体A受到绳子水平向右的拉力为250N，因为A做匀速直线运动，所以A受到摩擦力和绳子的拉力是一对平衡力，所以f=F拉1=250N故A错误；B．在物体B下加挂90N的物体C后，绳子上拉力因为相互作用力大小相等，所以A受到向右的拉力F′=F拉2=280N因为A对桌面的压力不变、接触面的粗糙程度不变，所以A受到的摩擦力不变，还是250N，此时物体A受到向左的拉力F、向右的拉力F′、向右的摩擦力f，物体A做运动直线运动，所以F=F′+f=280N+250N=530N故B正确；C．物体A移动的速度v=3v物=3×5cm/s=15cm/s=0.15m/s拉力F的功率为P=Fv=530N×0.15m/s=79.5W故C错误。11．如图，用相同的滑轮组装而成的甲、乙两个滑轮组，分别将同一物体在相同时间内匀速提升相同的高度，不计绳重及摩擦，下列说法不正确的是（）A．拉力F1和F2大小相等 B．甲、乙滑轮组对物体做的有用功相等C．拉力F1和F2做的总功相等 D．甲、乙两个滑轮组的机械效率相等【答案】A【解析】A.不计绳重及摩擦，拉力，n1=2，n2=3则绳子受的拉力，所以F1≠F2，故A错误，符合题意；B．因为提升的物体重和高度相同，且W有=G物h，不计绳重及摩擦，所以滑轮组做的有用功相同，故B正确，不符合题意；C．因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，不计绳重及摩擦，则W额=G动h，所以滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则总功也相同，故C正确，不符合题意；D．因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W有=G物h，不计绳重及摩擦，则W额=G动h，所以利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则总功也相同，又因为所以，两滑轮组的机械效率相同，故D正确，不符合题意。12．如图所示，旗杆顶端装有滑轮，升旗时旗手向下拉绳子，国旗冉冉升起。下列说法正确的是（）A．该滑轮是动滑轮，可以省力B．旗手对绳的拉力一定等于国旗重力C．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离D．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离的一半【答案】C【解析】A．该滑轮不随国旗一起升降，是定滑轮，可以改变用力的方向，但不能省力，故A错误；B．旗手要克服机械间摩擦力，所以旗手对绳的拉力应大于国旗重力，故B错误；CD．对于定滑轮，既不能省力，也不能省距离，所以国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离，故C正确，D错误。13．如图所示，物体A、B的重分别为40N、20N，动滑轮重为10N，此时物体A在水平面上向右以2m/s做匀速直线运动，则下列说法正确的是（绳子和滑轮间的摩擦不计）（）A．物体所受摩擦力方向水平向左大小为10NB．物体下落速度为4m/sC．若用F=30N向左拉物体A，可以使物体A向左做加速直线运动D．若用力F向左拉物体A，使物体A向左做匀速直线运动，所需力的大小为30N【答案】D【解析】A．绳子和滑轮间的摩擦不计，由图知，滑轮组由2段绳子承担物重，所以A物体对绳子的拉力由物体间力的作用是相互的可知，物体A受到的拉力为FA'=FA=15N此时物体A在水平面上向右做匀速直线运动，则物体A受到的摩擦力与拉力是一对平衡力，所以摩擦力的方向向左，其大小f=FA'=15N故A错误；B．由于滑轮组承重绳子为2根，绳子端移动的速度v绳=2v动，B物体下落速度为故B错误；CD．当物体A向左运动时，由于物体A对水平面的压力和接触面的粗糙程度均不变，则物体A受到的摩擦力不变，方向向右，要使物体A向左做匀速直线运动，则向左拉物体A的力F=f+FA'=15N+15N=30N要使物体A向左做加速直线运动，则向左拉物体A的力F>30N，故C错误，D正确。14.小明用图所示的滑轮组水平匀速拉动物体A，使重200N的物体A在10s内向右移动了2m，若物体A所受水平地面摩擦力大小为60N，小明所用水平拉力F=25N，则该过程中（）A．物体A的重力做功400JB．绳端移动距离为4mC．绳端移动速度为0.2m/sD．滑轮组的机械效率为80%【答案】D【解析】A.物体A在水平面上匀速运动时，重力的方向上没有移动距离，所以物体A的重力没有做功，故A不符合题意；B.由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=3，则绳子移动的距离s绳=ns物=3×2m=6m故B不符合题意；C.绳端移动速度故C不符合题意；D．拉力做的总功W总=Fs绳=25N×6m=150J拉力做的有用功W有=fs物=60N×2m=120J滑轮组的机械效率故D符合题意。15．如图甲所示，一个滑轮组竖直固定在水平支架上，已知每个滑轮均重20N，滑轮组下端挂有重为G的物体A，用力F通过滑轮组绳的末端竖直向上匀速提升重物A，重物A向上运动的速度为v，力F做功的功率P随物体上升速度v之间的关系图像如图乙所示。不计绳重与摩擦，g=10N/kg。则下列说法正确的是（）A．拉力F的大小为120NB．滑轮组对A的拉力为140NC．拉力F的功率为1.2W时，10s内滑轮组对物体A做功12JD．若在物体A下再加挂80N的重物，滑轮组的机械效率可以达到90%【答案】A【解析】A．由图乙可知，力做功的功率与物体上升速度成正比，当时，拉力的功率为1.2W，根据可得，拉力为故A正确；B．由图甲可知，滑轮组有一个动滑轮和一个定滑轮组成，承担重物绳子的段数n=3，不计绳重与摩擦，由可得，重物A的重力为滑轮组对A的拉力大小等于物体A的重力340N，故B错误；C．由图乙可知，拉力的功率为1.2W时，物体上升速度，10s内物体上升的高度为滑轮组对物体A做功为故C错误；D．物体A下再加挂80N的重物时绳端拉力此时滑轮组的机械效率为故D错误。16．小明利用如图所示的装置在8s内把重为900N的物体匀速提升了4m，动滑轮重100N（不计绳重及摩擦），下列判断正确的是（）A．小明的体重约为333NB．提升重物过程中小明所做的功是3600JC．此装置对重物做功的功率为500WD．小明提升此重物时该装置的机械效率为90%【答案】D【解析】A．由图知，动滑轮上的绳子根数n＝2，不计绳重及摩擦，绳子拉力为为了不把人从地面拉走，小明的体重应该大于或等于人施加的拉力F大小，所以小明的体重应大于或等于500N，故A错误；B．绳端移动距离为小明做的功（总功）为故B错误；C．此装置对重物做功（有用功）为此装置对重物做功的功率为故C错误；D．小明提升此重物时该装置的机械效率为故D正确。17．如图所示，建筑工人用滑轮组提升重为285N的水泥桶，动滑轮重为15N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重。工人在将水泥桶匀速向上拉的过程中，水泥桶上升的高度h随时间t变化的关系如图所示。由此可知（）A．水泥桶匀速上升的速度为3m/sB．内建筑工人对绳的拉力做的功为800JC．内建筑工人对水泥桶做的功为684JD．建筑工人对绳的拉力的功率为30W【答案】C【解析】由左图的滑轮组可知，承担重物的绳子段数为A．由图像可知，水泥桶匀速上升的速度为故A不符合题意；B．不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，拉力为10s内水泥桶升高的高度为则绳子移动距离为则拉力做功为故B不符合题意；C．8s内桶升高的高度为工人对水泥桶做的功为故C符合题意；D．绳子移动速度为拉力的功率为故D不符合题意。18．如图所示，，，此时物体A相对于地面静止，物体B以0.1m/s的速度在物体A表面向左做匀速直线运动（不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦）。下列说法错误的是（）A．自由端F2的速度为0.2m/sB．弹簧测力计读数为9NC．物体A和地面之间有摩擦力D．如果增大F2，物体A可能向左运动【答案】D【解析】A．由图知，水平使用滑轮组拉力端移动速度故A正确，A不符合题意；B．不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦，弹簧测力计的示数故B正确，B不符合题意；C．对于物体A，受到的力：B向左的摩擦力向右的拉力因为A静止，所以地面向右的摩擦力所以，物体A与地面之间有摩擦力，故C正确，C不符合题意；D．如果增大F2，B将做加速运动，B对A的压力和接触面的粗糙程度不变，B与A之间的摩擦力不变，A受力不变，还是处于静止状态，故D错误，D符合题意。二、填空题19．如图所示，工人站在水平面上竖直向下拉绳，通过滑轮组将重物在5s内匀速提升1m。动滑轮重150N，不计绳重。若拉力的功率为200W，则提升过程中，工人的拉力为______N，若整个过程中克服摩擦力做功50J，则提升的重物重______N，此时该滑轮组的机械效率为______。现通过在滑轮与轴之间涂抹润滑油，使摩擦减小至可以忽略，则当用该滑轮组竖直匀速提升的物体最重时，滑轮组的机械效率将变为87.5%，由此可知工人的体重为______N。【答案】

500

800

80%

600【解析】由图可知，滑轮组承重绳子为n=2，则绳端移动的距离s=nh=2×1m=2m由可得，提升过程中工人拉力做的功W总=Pt=200W×5s=1000J由W=Fs可得，工人的拉力克服动滑轮重力所做的额外功W额1=G动h=150N×1m=150J克服物体重力所做的有用功W有=W总W额1W额2=1000J150J50J=800J则提升的重物重滑轮组的机械效率通过在滑轮与轴之间涂抹润滑油，使摩擦减小至可以忽略，则当用该滑轮组竖直匀速提升的物体最重时，滑轮组的机械效率所以，提升物体的最大重力此时绳端的拉力因工人对绳子施加的最大拉力和自身的重力相等，所以，工人的体重为600N。20．如图所