第20课 简单机械-滑轮与斜面（解析版）

第20课简单机械-滑轮与斜面学习目标学习目标课程标准学习目标滑轮的受力分析简单机械的效率斜面受力与效率分析掌握滑轮的受力分析方式理清滑轮与滑轮组的效率计算熟练掌握斜面的受力分析和效率002预习导学观察下列装置判断做功与受力分析起重机盘山公路轮轴轱辘滑轮组003知识梳理一.滑轮1.滑轮的定义：滑轮是一种周边有槽、可以绕着中心轴转动的轮子。2.滑轮的实质：类似于一个变形的杠杆，受力可根据杠杆平衡原理分析。2.滑轮的分类：（1）定滑轮：轴固定不动①特点：类似于一个等臂杠杆，不省力，不费距离，可改变力的方向②应用：旗杆顶部滑轮，用来改变力的方向的装置动滑轮：轴随着物理一起运动①特点：类似于一个省力杠杆，动力臂为阻力臂的二倍，省一半的力，费二倍距离②应用：各种省力装置的滑轮【注意】对于滑轮的受力分析最好使用受力平衡，一直动滑轮定滑轮有时会影响判断并非不动的一定是定滑轮，如人在船上通过滑轮拉船二.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.机械效率1.相关物理量的意义：(1)有用功:人们提升重物过程中必须做的功，用w有用表示。(2)额外功:利用机械时，人们不得不额外做的功，用W额外表示。(3)总功:人的拉力(动力)对动滑轮(机械)所做的功，用W总表示，W总=W有用+W额外2.机械效率：（1）定义：有用功跟总功的比值，公式η＝eq\f(W有,W总)×100%（2）增大效率的方法：①有用功不变，减小无用功②无用功不变，增大有用功③减小无用功，增大有用功3.滑轮组的机械效率：η＝Gh/FS=G物/（G物+G动）四.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，倾斜的轨道五.轮轴1.轮轴定义：由（外围的）轮和（中间的）轴组成的能绕轴心转动的简单机械。2.轮轴本质：可理解为一种变形杠杆，受力在两侧边缘，距轴心远更省力3.生活中常见的轮轴00401强化训练一、选择题1．如图所示，用三种方法拉动同一物体以相等速度v匀速上升相同的高度h。拉力、、的功率分别是、、。不计滑轮与线及滑轮与转轴之间的摩擦，不计滑轮、绳的重量。则下列功率大小判定正确的是（）

A． B． C． D．2．小金用如图所示装置和相关的实验仪器探究斜面机械效率的影响因素，斜面长为L，高为h，他用沿斜面向上的拉力F把重为G的物体从斜面底端匀速拉到顶端。下列说法错误的是（）

A．改变h即可研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响B．该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功C．该斜面的机械效率为D．若物体没有被拉到斜面顶端，则无法测出斜面的机械效率3．杭州地铁建设正紧锣密鼓进行着，图甲所示为地铁建设中正在工作的起重机，此时物体匀速上升，其滑轮部分结构示意图如图乙所示。所有装置的重力及摩擦力均不计，则以下说法正确的是（）A．图中定滑轮的作用是省力B．使用滑轮组提升物体可以省功C．此时a点所在绳子的拉力等于物重的三分之一D．a点所在的绳子移动的速度是物体上升速度的三倍4．小金用如图所示装置和相关的实验仪器探究斜面机械效率的影响因素，斜面长为L，高为h，他用沿斜面向上的拉力F把重为G的物体从斜面底端匀速拉到顶端。下列说法错误的是（）A．改变h即可研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响B．该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功C．该斜面的机械效率为D．若物体没有被拉到斜面顶端，则无法测出斜面的机械效率5．如图甲所示，用一个动滑轮匀速提升重为600N的物体，在卷扬机拉力F的作用下，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图乙所示。已知动滑轮受到的重力为20N，不计绳重和轮与轴间的摩擦。下列说法正确的是（）A．以动滑轮为参照物，物体是向上运动的 B．物体上升的速度是20m/sC．卷扬机拉力F的功率是62W D．机械效率为90.67%6．工人要把货物搬到汽车上，如图所示，用400牛的拉力，将重为500牛的物体，在5秒内匀速拉上1米高的车内，木板长为2米。则下列说法正确的是（）A．拉力做的有用功为400焦 B．拉力做的总功为1000焦C．拉力做的额外功为200焦 D．斜面对物体的摩擦力为150牛7．旗杆顶端装有定滑轮，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．旗手对绳的拉力一定等于国旗重力B．旗手对绳的拉力等于国旗重力的一半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8．如图所示，有一个斜面长s为1.2m、高h为0.3m，现将一个重为16N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端，若拉力F为5N，则（）

A．物体沿斜面匀速上升时动能转化为重力势能B．拉物体的速度越快，斜面的机械效率越高C．该斜面的机械效率是90% D．斜面上物体受到的摩擦力为1N9．物体A在大小为2N的水平拉力F的作用下，以0.2米/秒的速度在水平面上做匀速直线运动，如图所示。若不计滑轮、弹簧测力计和绳的自重及滑轮与绳之间的摩擦，则下列说法中正确的是（）

A．此滑轮是定滑轮 B．拉力F做功的功率为0.4瓦C．使用此滑轮可以改变力的方向 D．物体A受到地面的摩擦力是4N10．如图所示，小明探究滑轮组的机械效率，动滑轮重1N。用3N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重4N的物体，物体沿竖直方向上升0.2m，此过程中，额外功和机械效率分别是（）A．0.2J；83.3% B．0.2J；80% C．0.4J；80% D．0.4J；66.7%11．图中物体A的重力为G，在拉力F的作用下，物体沿水平桌面做匀速直线运动，已知物体受到的摩擦力为f，则人对绳的拉力F的大小等于（）A．0.5G B．2G C．0.5f D．2f12．如图所示，用20N的拉力向上拉动绳子，使重为50N的物体5s内匀速升高5m，绳重和摩擦不可忽略。则下列说法不正确的是（）A．绳子自由端拉动的距离为15m B．动滑轮重为10NC．物体上升的速度为1m/s D．绳子自由端拉力的功率为60W二、填空题13．小江用图所示滑轮组，在拉力F的作用下，使A、B物体一起向左匀速前进0.2m，若小江做功0.5J，则物体B与地面的摩擦力为N；已知A物体的重力为5N，则A、B物体一起向左匀速运动的过程中，A物体重力做功为J。（绳重及绳与滑轮摩擦不计）14．（1）如图1所示，甲物体重3N，乙物体重10N，用绳绕过定滑轮相连（不计绳重与摩擦）。乙静止于水平地面上，则a绳对甲的拉力为N。（2）在分析b绳对乙的拉力时，小明认为是3N，小慧认为是7N。小明做了以下实验：用弹簧测力计测出某物体的重力（如图2）；然后将绳子靠着定滑轮（不计绳重与摩擦），如图3所示，弹簧测力计依次放在A、B、C、D位置时，其示数保持不变。由此可见，定滑轮的特点是。15．有AB和AC两个高度相等，长度不等的斜面，两者粗糙程度完全相同。现将同一物体分别沿斜面AB和AC由底端匀速拉至顶端，此过程中，物体受到的摩擦力fBfC（选填“=”“＜”或“>”下同）；斜面的机械效率ηBηC。16．如图所示，A与C叠放在水平桌面上，在B的重力作用下恰好能向右匀速直线运动。若在A上加一个160N水平向左的拉力F（图中未画出），恰好能使B以0.6米/秒的速度匀速上升（不计滑轮与绳间摩擦、不计绳重及滑轮重），则B的重力为N，此时C受到的摩擦力为N，拉力F的功率为W。三、探究题17．在“探究影响滑轮组机械效率的因素”实验中，某实验小组用如图所示的同一滑轮组提升不同的钩码，分别做了三次实验，实验数据记录在下表中。实验次数钩码所受重力G/N提升高度h/m拉力F/N绳端移动的距离s/m机械效率η120.11.00.366.7%240.11.70.378.4%360.12.40.3（1）在实验过程中，应沿竖直方向拉动弹簧测力计。（2）在第3次测量中，机械效率为。（3）分析表中数据可得出：同一滑轮组，提升钩码越重，机械效率越（填“高”或“低”）。18.如图所示，用滑轮组提升重200N的物体时，在10s内绳子自由端被匀速拉下6m。已知拉绳子的力F为120N，求：（1）在此过程中滑轮组所做的有用功。（2）拉力F的功率。（3）该滑轮组的机械效率。四、简答题19．如图所示，是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图。已知井深12m，物体重G=6×103N，汽车重G车=3×104N，汽车匀速拉绳子时的拉力F=2.2×103N，汽车受到的阻力为车重的0.1倍。求：（1）将物体从井底拉至井口的过程中，汽车拉绳子的拉力做了多少功？（2）滑轮组的机械效率为多少？（保留一位小数）（3）若汽车运动的速度为3m/s，求汽车牵引力的功率为多大？20．如图所示，物体A的质量m=10千克，在30N拉力的作用下，物体A以0.4米/秒的速度在水平面上沿直线匀速运动了10s，弹簧秤示数为12牛，滑轮与绳子间的摩擦不可忽略，不计滑轮弹簧秤及绳子所受的重力，并且绳子足够长，求：（1）物体A与水平面间摩擦力f的大小；（2）拉力F经过的距离s；（3）物体运动10s的过程中，额外功的大小。参考答案1．D【解析】设物体重力为G，图甲中使用动滑轮，动滑轮上有2股绳，则物体以速度v匀速上升，绳端上升速度为2v，则图乙中使用动滑轮，动滑轮上有2股绳，力F2作用在动滑轮上，则F2=2G物体以速度v匀速上升，动滑轮上升速度为，则图丙中使用定滑轮，不省力所以F3=G绳端上升速度等于物体上升速度v，则P3=F3v3=Gv所以P1=P2=P3故D正确，ABC错误。故选D。2．D【解析】A．当改变斜面的高度h时，斜面的倾斜角度会发生改变，故A正确不合题意。B．在整个过程中，克服重力做有用功，克服斜面摩擦做额外功，故B正确不合题意。C．斜面的机械效率故C正确不合题意。D．斜面的机械效率只与克服摩擦做的额外功大小有关，与物体在斜面上移动的距离无关，故D错误符合题意。故选D。3．CD【解析】A．定滑轮的作用是改变里的方向，它不省力不费力，故A错误。B．使用任何机械都不省功，这就是功的原理，故B错误。C．根据乙图可知，承担重力的绳子段数n=3则故C正确。D．根据s=nh=3h可知，a点所在绳子移动的距离是物体上升距离的3倍。根据s=vt可知，a点所在绳子移动的速度是物体上升速度的3倍，故D正确。故选CD。4．D【解析】A．改变图中的斜面高度h，即可改变斜面的倾斜程度，可以来研究斜面倾斜程度对斜面机械效率的影响，故A正确。B．该过程中克服斜面摩擦力做的功属于额外功，故B正确。C．拉力做的有用功W有=Gh拉力做的总功W总=Fs斜面的机械效率故C正确。D．斜面的机械效率只与克服摩擦的额外功大小有关，与物体在斜面上移动的距离无关，故D错误。故选D。5．C【解析】A．在图甲中，物体相对于滑轮的位置保持不变，以滑轮为参照物，物体是静止的，故A错误；B．由图象可知，提升物体时，绳子自由端移动的距离s=40cm=0.4m用时t=2s，速度为则物体上升的速度故B错误；C．不计绳重和轮与轴间的摩擦，卷扬机拉力卷扬机拉力F的功率故C正确；D．该滑轮组的机械效率故D错误。故选C。6．D【解析】A．拉力做的有用功W有=Gh=500N×1m=500J故A错误；B．拉力做的总功W总=Fs=400N×2m=800J故B错误；C．拉力做的额外功为W额=W总-W有=800J-500J=300J故C错误；D．斜面对物体的摩擦力为故D正确。故选D。7．C【解析】AB．定滑轮相当于等臂杠杆，所以不省力，因为存在摩擦力，所以拉力大于国旗重力，故AB错误；CD．定滑轮相当于等臂杠杆，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。故选C。8．D【解析】A．物体沿斜面匀速上升时，速度不变，则动能不变；高度增大，则重力势能增大，二者之间没有转化关系，故A错误。B．根据可知，斜面机械效率的大小与有用功和总功的大小有关，与物体运动的速度无关，故B错误。C．有用功W有=Gh=16N×0.3m=4.8J总功W总=Fs=5N×1.2m=6J则斜面的机械效率故C错误。D．克服阻力做的额外功W额=W总-W有=6J-4.8J=1.2J则受到的摩擦力故D正确。故选D。9．D【解析】A．根据图片可知，滑轮固定在物体A上，跟随物体一起移动，为动滑轮，故A错误；B．拉力移动的速度v=nv物=2×0.2m/s=0.4m/s则拉力的功率P=Wt=Fst=Fv=2N×0.4m/s=0.8W故B错误；C．此滑轮为动滑轮，不能改变用力方向，但可以省力，故C错误；D．物体A受到地面的摩擦力f=nF=2×2N=4N故D正确。故选D。10．D【解析】由题图可得，滑轮组的绳子承重股数为n=2，拉力所做的功即滑轮组所做的总功为W总=Fs=Fnh=3N×2×0.2m=1.2J拉力做的有用功为W有=Gh=4N×0.2m=0.8J则额外功为W额=W总-W有=1.2J-0.8J=0.4J滑轮组的机械效率为故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。11．C【解析】当在水平方向使用动滑轮时，拉力所要克服的是摩擦力。因做匀速直线运动，故绳子对A的拉力T与A所受到的摩擦力为一对平衡力，大小相等，即T=f作用在动滑轮上的绳子有2段，则故有故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。12．B【解析】A．由图可知，绳子的股数为n=3，则绳子自由端拉动的距离为故A正确，不符合题意；B．不计绳的重力和摩擦，故动滑轮的重力当绳重和摩擦不可忽略时，动滑轮重力应该小于10N，故B错误，符合题意；C．5s内物体上升的速度为故C正确，不符合题意；D．绳子移动的速度为绳子自由端拉力的功率为故D正确，不符合题意。故选B。13．2.50【解析】[1]三段绳子与动滑轮接触，物体AB向左移动0.2m，则绳子自由端移动的距离为力F大小为滑轮组对物体B的拉力为物体AB一起做匀速运动，保持相对静止，故它们之间没有摩擦力，B在水平方向上受到平衡力作用，地面对B的摩擦力与滑轮组对B的拉力平衡，大小相等，地面对B的摩擦力为[2]物体A沿水平方向运动，没有在重力的方向上竖直向下运动。故重力对A没有做功。14．3能改变力的方向，但不改变力的大小【解析】（1）[1]根据图1可知，物体甲绳子向上的拉力，受到竖直向下的重力。由于甲处于静止状态，那么拉力和重力平衡，即a绳对甲的拉力F=G甲=3N（2）[2]根据图3可知，无论测力计沿哪个方向，其示数都不变，因此定滑轮不能省力。直接拉动物体时方向向上，而使用定滑轮时拉力方向向下，即定滑轮可以改变力的方向。则定滑轮的特点为：能改变力的方向，但不改变力的大小。15．＜＞【解析】[1]滑动摩擦力的大小与压力大小和接触面的粗糙程度有关，接触面的粗糙程度相同，斜面的倾角越大，物体对斜面的压力越小，摩擦力越小，即fB＜fC[2]现将同一物体分别沿斜面AB和AC由底端匀速拉至顶端，物体上升的高度是相同的，根据W=Gh知道，克服重力所做的功是相同的，即WB=WCAC斜面的长度大于AB，物体在AB上的摩擦力小于在AC上的摩擦力，根据W=fs知道，AB上克服摩擦力做的功要小于AC上克服摩擦力所做的功，即AB的额外功要小于AC的额外功；由于克服物体重力所做的功即有用功相同，额外功越大的，总功越大，根据知道，AB上的效率要高于AC上的效率，即ηB＞ηC16．40048【解析】[1]不计滑轮与绳间摩擦、不计绳重及滑轮重，物体A在物体B的重力作用下向右做匀速直线运动时，A受到的摩擦力等于动滑轮对A的拉力，即f=F动①当物体A向左做匀速直线运动时，受到向左的拉力F、向右的摩擦力f和F动，由力的平衡得到F=f+F动②由①和②得到F=2f即160N=2f解得f=F动=80N且此时摩擦力方向水平向右。动滑轮上有2段绳子承担拉力，滑轮与绳间摩擦、绳重和滑轮重均不计，那么动滑轮上受到的拉力和物体B的重力的关系为F动=2GB物体B的重力[2]物体A与C一块匀速运动，物体C和A相对静止，故不受摩擦力作用。[3]B以0.6米/秒的速度匀速上升，拉力F的速度拉力F的功率为17．（1）600J；（2）72W；（3）83.3%。【解析】解：（1）物体上升的高度在此过程中滑轮组所做的有用功（2）拉力做的功拉力F的功率（3）该滑轮组的机械效率答：（1）在此过程中滑轮组所做的有用功为600J；（2）拉力F的功率为72W；（3）该滑轮组的机械效率为83.3%。18．匀速（或缓慢）83.3%高【解析】（1）[1]在实验过程中，要正确测量拉力，需竖直向上匀速拉动测力计且在拉动过程中读数，此时系统处于平衡状态。（2）[2]由第3次数据知道，有用功W有用=Gh=6N