15滑輪及其應(yīng)用（講義）

浙教版中考科學(xué)一輪復(fù)習(xí)滑輪及其應(yīng)用滑輪受力分析、滑輪組、效率【知識點分析】一.滑輪二.滑輪組1.滑輪組的定義：由若干個定滑輪和若干個動滑輪組合成滑輪組；同時具備定滑輪和動滑輪的特點。2.依據(jù)受力平衡可得：使用滑輪組時，重物和動滑輪的總重由幾股繩子承擔(dān)，提起重物所用的力就是總重的幾分之一；即F=1/n(G物+G動)。3.特點：既能改變力的大小，又能改變力的方向4.如有n股繩與下端滑輪連接則（nF=G物+G動）繩端移動速度為滑輪移動速度的n倍5.橫向的滑輪依據(jù)受力平衡進(jìn)行分析，運動的速度大小可依據(jù)滑輪組分析三.斜面1.斜面定義：與水平面成傾斜的光滑平面，稱為斜面2.斜面本質(zhì)：增大了做功的距離，從而起到了省力的作用3.假設(shè)光滑無摩擦的斜面：（W總=FS=Gh）（1）斜面長是斜面高的幾倍，推力就是物重的幾分之幾。（2）要使物體升高相同的高度，斜面越長越省力。4.有摩擦力的斜面（機(jī)械能守恒）：（W總=FS=Gh+fL）5.常見的斜面：盤山公路，螺絲的螺紋，傾斜的軌道【例題分析】1.為探究動滑輪和定滑輪的特點，設(shè)計了如圖所示的兩種方式拉升重物，在相同時間內(nèi)將同一物體勻速提升相同高度，拉力分別為F1和F2（不計繩重和摩擦），下列說法正確的是（）A．若用定滑輪拉重物，當(dāng)拉力豎直向下時最省力B．使用動滑輪拉力更小，且做功更少C．用動滑輪提升重物上升h高度，測力計也上升h高度D．使用動滑輪拉力做功的功率大于使用定滑輪拉力做功的功率【答案】D【解析】A．定滑輪的實質(zhì)是一個等臂杠桿，不計繩重和摩擦?xí)r，用定滑輪拉重物，各個方向的拉力都等于物重，故A錯誤；B．不計繩重與摩擦，使用定滑輪拉力做的功等于克服物體重力做的功，即W1=Gh；使用動滑輪，不計繩重與摩擦，拉力做的功等于克服物體重力和動滑輪重力做的功，W2=(G+G動)h所以，使用動滑輪所做的功大于使用定滑輪所做的功，故B錯誤；C．動滑輪繩子的有效段數(shù)為2，用動滑輪提升重物上升h高度，測力計移動的距離為2h，故C錯誤；D．使用動滑輪所做的功大于使用定滑輪所做的功，由于做功時間相同，根據(jù)可知，使用動滑輪拉力做功的功率大于使用定滑輪拉力做功的功率，故D正確。2．利用如圖所示的滑輪組，使重80N的物體A沿水平地面勻速向左移動了1m，物體A與地面間摩擦力為30N，不計繩重、滑輪重以及滑輪與軸間摩擦，則下列說法正確（）A．拉力F為30NB．滑輪組掛鉤拉物體A的力為30NC．該滑輪組既能省力又可以省距離D．繩子自由端移動的距離為3m【答案】B【解析】AB．如圖所示的滑輪組繩子有效股數(shù)為2根，物體A沿水平地面勻速向左移動，物體A與地面間摩擦力為30N，故物體A在水平方向受到平衡力作用，滑輪組掛鉤拉物體A的力等于摩擦力，為30N；不計繩重、滑輪重以及滑輪與軸間摩擦，拉力故A錯誤，B正確；CD．根據(jù)功的原理，該滑輪組能省力但不可以省距離，因為繩端移動的距離為物體A移動的距離的2倍，所以繩端移動的距離故CD錯誤。3．如圖所示，小剛用滑輪組勻速提升一個重為400N的物體，提升0.2m所用時間為1s，人拉繩的力F為150N，不計繩重和摩擦，下列說法中正確的是（）①繩子自由端移動的速度為0.2m/s②人拉繩做功的功率為120W③滑輪組的機(jī)械效率為83.3%④勻速上升過程中物體的機(jī)械能變大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由圖可知，繩子的有效段數(shù)n=4，繩子自由端移動的距離s=4h=4×0.2m=0.8m繩子自由端移動的速度故①錯誤；②人拉繩做功的功率故②正確；③滑輪組的機(jī)械效率故③錯誤；④勻速上升過程中，物體的質(zhì)量不變、速度不變，動能不變；高度變大，重力勢能變大，所以物體的機(jī)械能變大，故④正確。故ABC錯誤，D正確。4．某同學(xué)用如圖所示滑輪組提升物體，繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線a所示，物體上升的高度隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線b所示。已知物體的質(zhì)量為450g，所用動滑輪的總質(zhì)量為50g，g取10N/kg，繩子自由端的拉力F為1.3N，在0～2s的過程中，下列說法中正確的是（）A．繩子自由端移動的速度為5.0cm/sB．有用功為45JC．拉力F的功率為0.26WD．滑輪組的機(jī)械效率為90%【答案】C【解析】A．由圖像可知，在0～2s的過程中，繩子自由端移動的距離速度為故A錯誤；B．由圖像可知，在0～2s的過程中，物體上升的高度為拉力做的有用功為故B錯；C．拉力做的總功拉力的功率故C正確；D．滑輪組的機(jī)械效率故D錯誤。5．如圖所示為一種手搖升降晾衣架示意圖，它由4個定滑輪和兩個動滑輪組成，繩子的尾端繞在一個固定在墻壁的旋輪上，旋轉(zhuǎn)搖柄可以使晾衣架升降。假設(shè)在升降過程中衣架橫梁保持水平，若衣服和晾衣架等總重30N，每個滑輪重10N（各種摩擦力及繩重忽略不計），則靜止時繩子拉力為（）A．25N B．12.5N C．22.5N D．20N【答案】B【解析】各種摩擦力及繩重忽略不計，從圖中看出由4根繩子承擔(dān)物重，故繩子自由端的拉力故B符合題意，ACD不符合題意。6．某同學(xué)研學(xué)時發(fā)現(xiàn)一種利用滾軸和繩子組裝的特殊機(jī)械，當(dāng)?shù)厝私柚@種裝置可以將較重的物體很輕松地搬運到高處。他借助該裝置提升1500N的重物，如圖所示為模擬示意圖（不計摩擦和裝置的自重）（）A．可以把滾軸B簡化看作定滑輪B.利用該裝置不能省力，但能改變力的方向C．若人將繩向下拉過6m，物體將上升1mD.物體勻速上升時，人對繩的拉力為300N【答案】D【解析】A．由于滾軸B隨重物一起移動，所以滾軸B可以看作動滑輪，故A不符合題意；B．由于該裝置可以簡化看作滑輪組，滑輪組可以省力，也可以改變力的方向，故B不符合題意；C.由圖可知，滾軸B上繩子股數(shù)有5根，所以人將繩向下拉過6m，物體上升故C不符合題意；D．由于滾軸B上繩子股數(shù)有5根，提升1500N的重物，物體勻速上升時，人對繩的拉力故D符合題意。7．如圖甲所示的裝置是用來探究滑輪組的機(jī)械效率η與物重G物的關(guān)系，改變G物，豎直向上勻速拉動彈簧測力計，計算并繪出η與G物的關(guān)系圖像，如圖乙所示，若不計繩重和摩擦，則下列說法正確的是（）①此滑輪組動滑輪的重力為3N；②當(dāng)時，滑輪組機(jī)械效率；③當(dāng)時，彈簧測力計的示數(shù)為6N；④此滑輪組機(jī)械效率η隨G物的增大而增大，最終將達(dá)到100%。A．只有①③ B．只有②④ C．只有②③ D．只有①②【答案】A【解析】①不計繩重和摩擦，滑輪組的機(jī)械效率為由圖像可知當(dāng)物體的重力為12N時，滑輪組的機(jī)械效率80%，即解得動滑輪重力為故①正確；②不計繩重和摩擦，當(dāng)時，滑輪組的機(jī)械效率為故②錯誤；③由圖知，時，彈簧測力計的示數(shù)為故③正確；④使用滑輪組時，克服物重做功的同時，不可避免地要克服動滑輪重做額外功，所以總功一定大于有用功，由公式可知滑輪組的機(jī)械效率一定小于100%；由圖像可知同一滑輪組的機(jī)械效率η隨G物的增大而增大，但最終不能超過100%，故④錯誤。綜上可知，只有①③符合題意；故A正確，BCD錯誤。8．如圖甲，大人、男孩、女孩用兩根相同圓木棍和一根繩子玩“比力氣”的游戲，圖乙是該游戲裝置的示意圖。繩的一端固定在一根木棍上，在兩根木棍上繞幾圈后女孩抓住繩的另一輛向外拉，大人、男孩則各握住一根木棍向外拉，女孩可以輕松把大人和男孩拉到一起（忽略繩與木棍之間的摩擦）。以下關(guān)于三人的拉力大小和運動距離的說法正確的是（）A．大人的拉力最大，女孩的運動距離最長B．女孩的拉力最大，運動距離也最長C．大人和男孩的拉力一樣大，女孩的運動距離最長D．三人的拉力一樣大，運動距離一樣長【答案】A【解析】從使用的情況看，兩根木棍和繩子組成的“簡單機(jī)械”相當(dāng)于滑輪組，設(shè)一段繩子上的拉力為F，大人那端木棍有6段繩子相連，大人所用的力為6F，男孩那端木棍有5段繩子相連，男孩所用的力為5F，女孩拉住繩子的一端，所用的力為F，大人的拉力最大，女孩所用的拉力最小，由滑輪組的特點可知女孩運動的距離最長，故A正確，BCD錯誤。9．如圖甲所示，一個滑輪組豎直固定在水平支架上，已知每個滑輪均重20N，滑輪組下端掛有重為G的物體A，用力F通過滑輪組繩的末端豎直向上勻速提升重物A，重物A向上運動的速度為v，力F做功的功率P隨物體上升速度v之間的關(guān)系圖象如圖乙所示?；喤c軸的摩擦、繩的質(zhì)量忽略不計，g取10N/kg。則下列說法正確的是（）A．拉力F的大小為120NB．滑輪組對水平支架的拉力為140NC．拉力F的功率為1.2W時，10s內(nèi)滑輪組對物體A做功12JD．若在物體A下再加掛30N的重物，滑輪組的機(jī)械效率可以達(dá)到86.7％【答案】D【解析】A．因為有3段繩子與動滑輪接觸，故當(dāng)物體上升速度為4cm/s時，繩子上升的速度為12m/s=0.12m/s，此時拉力的功率為4.8W，有故A錯誤B．滑輪組對支架的拉力為故B錯誤；C．3段繩子與動滑輪接觸，有得若拉力功率為1.2W，此時物體運動速度為1cm/s，則10s時間內(nèi)對滑輪組對物體做功為故C錯誤；D．此時滑輪組的機(jī)械效率為故D正確。10．如圖所示，豎直固定的測力計下端掛一個滑輪組，已知每個滑輪重均為50N，滑輪組下端掛有物體B，滑輪組繩的末端通過定滑輪沿水平方向與物體A相連，此時物體A在繩的水平拉力作用下向右做勻速直線運動，測力計的示數(shù)為550N；在物體B下加掛重為90N的物體C后，同時用水平向左的力F拉動物體A使其沿水平桌面向左做勻速直線運動，此時物體B上升的速度大小為5cm/s。若不計繩重及滑輪的摩擦，g取10N/kg，則下列說法中正確的是（）A．A所受摩擦力大小為275N B．F的大小為530NC．F做功的功率為42W D．B的重力為750N【答案】B【解析】D．由圖可知，兩條繩子向下拉彈簧測力計，彈簧測力計的示數(shù)F示=2F拉1+G輪即550N=2F拉1+50N則滑輪組繩子末端受到的拉力F拉1=250N。承擔(dān)物重的繩子有3段，所以繩子末端受到的拉力即解之可得GB=700N。故D錯誤；A．因為相互作用力大小相等，所以物體A受到繩子水平向右的拉力為250N，因為A做勻速直線運動，所以A受到摩擦力和繩子的拉力是一對平衡力，所以f=F拉1=250N故A錯誤；B．在物體B下加掛90N的物體C后，繩子上拉力因為相互作用力大小相等，所以A受到向右的拉力F′=F拉2=280N因為A對桌面的壓力不變、接觸面的粗糙程度不變，所以A受到的摩擦力不變，還是250N，此時物體A受到向左的拉力F、向右的拉力F′、向右的摩擦力f，物體A做運動直線運動，所以F=F′+f=280N+250N=530N故B正確；C．物體A移動的速度v=3v物=3×5cm/s=15cm/s=0.15m/s拉力F的功率為P=Fv=530N×0.15m/s=79.5W故C錯誤。11．如圖，用相同的滑輪組裝而成的甲、乙兩個滑輪組，分別將同一物體在相同時間內(nèi)勻速提升相同的高度，不計繩重及摩擦，下列說法不正確的是（）A．拉力F1和F2大小相等 B．甲、乙滑輪組對物體做的有用功相等C．拉力F1和F2做的總功相等 D．甲、乙兩個滑輪組的機(jī)械效率相等【答案】A【解析】A.不計繩重及摩擦，拉力，n1=2，n2=3則繩子受的拉力，所以F1≠F2，故A錯誤，符合題意；B．因為提升的物體重和高度相同，且W有=G物h，不計繩重及摩擦，所以滑輪組做的有用功相同，故B正確，不符合題意；C．因為動滑輪重相同，提升的物體重和高度相同，不計繩重及摩擦，則W額=G動h，所以滑輪組做的有用功相同、額外功相同，則總功也相同，故C正確，不符合題意；D．因為動滑輪重相同，提升的物體重和高度相同，W有=G物h，不計繩重及摩擦，則W額=G動h，所以利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同，則總功也相同，又因為所以，兩滑輪組的機(jī)械效率相同，故D正確，不符合題意。12．如圖所示，旗桿頂端裝有滑輪，升旗時旗手向下拉繩子，國旗冉冉升起。下列說法正確的是（）A．該滑輪是動滑輪，可以省力B．旗手對繩的拉力一定等于國旗重力C．國旗上升的距離等于被旗手拉下的繩端移動距離D．國旗上升的距離等于被旗手拉下的繩端移動距離的一半【答案】C【解析】A．該滑輪不隨國旗一起升降，是定滑輪，可以改變用力的方向，但不能省力，故A錯誤；B．旗手要克服機(jī)械間摩擦力，所以旗手對繩的拉力應(yīng)大于國旗重力，故B錯誤；CD．對于定滑輪，既不能省力，也不能省距離，所以國旗上升的距離等于被旗手拉下的繩端移動距離，故C正確，D錯誤。13．如圖所示，物體A、B的重分別為40N、20N，動滑輪重為10N，此時物體A在水平面上向右以2m/s做勻速直線運動，則下列說法正確的是（繩子和滑輪間的摩擦不計）（）A．物體所受摩擦力方向水平向左大小為10NB．物體下落速度為4m/sC．若用F=30N向左拉物體A，可以使物體A向左做加速直線運動D．若用力F向左拉物體A，使物體A向左做勻速直線運動，所需力的大小為30N【答案】D【解析】A．繩子和滑輪間的摩擦不計，由圖知，滑輪組由2段繩子承擔(dān)物重，所以A物體對繩子的拉力由物體間力的作用是相互的可知，物體A受到的拉力為FA'=FA=15N此時物體A在水平面上向右做勻速直線運動，則物體A受到的摩擦力與拉力是一對平衡力，所以摩擦力的方向向左，其大小f=FA'=15N故A錯誤；B．由于滑輪組承重繩子為2根，繩子端移動的速度v繩=2v動，B物體下落速度為故B錯誤；CD．當(dāng)物體A向左運動時，由于物體A對水平面的壓力和接觸面的粗糙程度均不變，則物體A受到的摩擦力不變，方向向右，要使物體A向左做勻速直線運動，則向左拉物體A的力F=f+FA'=15N+15N=30N要使物體A向左做加速直線運動，則向左拉物體A的力F>30N，故C錯誤，D正確。14.小明用圖所示的滑輪組水平勻速拉動物體A，使重200N的物體A在10s內(nèi)向右移動了2m，若物體A所受水平地面摩擦力大小為60N，小明所用水平拉力F=25N，則該過程中（）A．物體A的重力做功400JB．繩端移動距離為4mC．繩端移動速度為0.2m/sD．滑輪組的機(jī)械效率為80%【答案】D【解析】A.物體A在水平面上勻速運動時，重力的方向上沒有移動距離，所以物體A的重力沒有做功，故A不符合題意；B.由圖可知，滑輪組繩子的有效股數(shù)n=3，則繩子移動的距離s繩=ns物=3×2m=6m故B不符合題意；C.繩端移動速度故C不符合題意；D．拉力做的總功W總=Fs繩=25N×6m=150J拉力做的有用功W有=fs物=60N×2m=120J滑輪組的機(jī)械效率故D符合題意。15．如圖甲所示，一個滑輪組豎直固定在水平支架上，已知每個滑輪均重20N，滑輪組下端掛有重為G的物體A，用力F通過滑輪組繩的末端豎直向上勻速提升重物A，重物A向上運動的速度為v，力F做功的功率P隨物體上升速度v之間的關(guān)系圖像如圖乙所示。不計繩重與摩擦，g=10N/kg。則下列說法正確的是（）A．拉力F的大小為120NB．滑輪組對A的拉力為140NC．拉力F的功率為1.2W時，10s內(nèi)滑輪組對物體A做功12JD．若在物體A下再加掛80N的重物，滑輪組的機(jī)械效率可以達(dá)到90%【答案】A【解析】A．由圖乙可知，力做功的功率與物體上升速度成正比，當(dāng)時，拉力的功率為1.2W，根據(jù)可得，拉力為故A正確；B．由圖甲可知，滑輪組有一個動滑輪和一個定滑輪組成，承擔(dān)重物繩子的段數(shù)n=3，不計繩重與摩擦，由可得，重物A的重力為滑輪組對A的拉力大小等于物體A的重力340N，故B錯誤；C．由圖乙可知，拉力的功率為1.2W時，物體上升速度，10s內(nèi)物體上升的高度為滑輪組對物體A做功為故C錯誤；D．物體A下再加掛80N的重物時繩端拉力此時滑輪組的機(jī)械效率為故D錯誤。16．小明利用如圖所示的裝置在8s內(nèi)把重為900N的物體勻速提升了4m，動滑輪重100N（不計繩重及摩擦），下列判斷正確的是（）A．小明的體重約為333NB．提升重物過程中小明所做的功是3600JC．此裝置對重物做功的功率為500WD．小明提升此重物時該裝置的機(jī)械效率為90%【答案】D【解析】A．由圖知，動滑輪上的繩子根數(shù)n＝2，不計繩重及摩擦，繩子拉力為為了不把人從地面拉走，小明的體重應(yīng)該大于或等于人施加的拉力F大小，所以小明的體重應(yīng)大于或等于500N，故A錯誤；B．繩端移動距離為小明做的功（總功）為故B錯誤；C．此裝置對重物做功（有用功）為此裝置對重物做功的功率為故C錯誤；D．小明提升此重物時該裝置的機(jī)械效率為故D正確。17．如圖所示，建筑工人用滑輪組提升重為285N的水泥桶，動滑輪重為15N，不計滑輪與軸之間的摩擦及繩重。工人在將水泥桶勻速向上拉的過程中，水泥桶上升的高度h隨時間t變化的關(guān)系如圖所示。由此可知（）A．水泥桶勻速上升的速度為3m/sB．內(nèi)建筑工人對繩的拉力做的功為800JC．內(nèi)建筑工人對水泥桶做的功為684JD．建筑工人對繩的拉力的功率為30W【答案】C【解析】由左圖的滑輪組可知，承擔(dān)重物的繩子段數(shù)為A．由圖像可知，水泥桶勻速上升的速度為故A不符合題意；B．不計滑輪與軸之間的摩擦及繩重，拉力為10s內(nèi)水泥桶升高的高度為則繩子移動距離為則拉力做功為故B不符合題意；C．8s內(nèi)桶升高的高度為工人對水泥桶做的功為故C符合題意；D．繩子移動速度為拉力的功率為故D不符合題意。18．如圖所示，，，此時物體A相對于地面靜止，物體B以0.1m/s的速度在物體A表面向左做勻速直線運動（不計彈簧測力計、滑輪和繩子的自重及滑輪和繩子之間的摩擦）。下列說法錯誤的是（）A．自由端F2的速度為0.2m/sB．彈簧測力計讀數(shù)為9NC．物體A和地面之間有摩擦力D．如果增大F2，物體A可能向左運動【答案】D【解析】A．由圖知，水平使用滑輪組拉力端移動速度故A正確，A不符合題意；B．不計彈簧測力計、滑輪和繩子的自重及滑輪和繩子之間的摩擦，彈簧測力計的示數(shù)故B正確，B不符合題意；C．對于物體A，受到的力：B向左的摩擦力向右的拉力因為A靜止，所以地面向右的摩擦力所以，物體A與地面之間有摩擦力，故C正確，C不符合題意；D．如果增大F2，B將做加速運動，B對A的壓力和接觸面的粗糙程度不變，B與A之間的摩擦力不變，A受力不變，還是處于靜止?fàn)顟B(tài)，故D錯誤，D符合題意。二、填空題19．如圖所示，工人站在水平面上豎直向下拉繩，通過滑輪組將重物在5s內(nèi)勻速提升1m。動滑輪重150N，不計繩重。若拉力的功率為200W，則提升過程中，工人的拉力為______N，若整個過程中克服摩擦力做功50J，則提升的重物重______N，此時該滑輪組的機(jī)械效率為______?，F(xiàn)通過在滑輪與軸之間涂抹潤滑油，使摩擦減小至可以忽略，則當(dāng)用該滑輪組豎直勻速提升的物體最重時，滑輪組的機(jī)械效率將變?yōu)?7.5%，由此可知工人的體重為______N?！敬鸢浮?/p>

500

800

80%

600【解析】由圖可知，滑輪組承重繩子為n=2，則繩端移動的距離s=nh=2×1m=2m由可得，提升過程中工人拉力做的功W總=Pt=200W×5s=1000J由W=Fs可得，工人的拉力克服動滑輪重力所做的額外功W額1=G動h=150N×1m=150J克服物體重力所做的有用功W有=W總W額1W額2=1000J150J50J=800J則提升的重物重滑輪組的機(jī)械效率通過在滑輪與軸之間涂抹潤滑油，使摩擦減小至可以忽略，則當(dāng)用該滑輪組豎直勻速提升的物體最重時，滑輪組的機(jī)械效率所以，提升物體的最大重力此時繩端的拉力因工人對繩子施加的最大拉力和自身的重力相等，所以，工人的體重為600N。20．如圖所