第20課 簡單機械-滑輪與斜面（解析版）

第20課簡單機械-滑輪與斜面學習目標學習目標課程標準學習目標滑輪的受力分析簡單機械的效率斜面受力與效率分析掌握滑輪的受力分析方式理清滑輪與滑輪組的效率計算熟練掌握斜面的受力分析和效率002預習導學觀察下列裝置判斷做功與受力分析起重機盤山公路輪軸轱轆滑輪組003知識梳理一.滑輪1.滑輪的定義：滑輪是一種周邊有槽、可以繞著中心軸轉(zhuǎn)動的輪子。2.滑輪的實質(zhì)：類似于一個變形的杠桿，受力可根據(jù)杠桿平衡原理分析。2.滑輪的分類：（1）定滑輪：軸固定不動①特點：類似于一個等臂杠桿，不省力，不費距離，可改變力的方向②應用：旗桿頂部滑輪，用來改變力的方向的裝置動滑輪：軸隨著物理一起運動①特點：類似于一個省力杠桿，動力臂為阻力臂的二倍，省一半的力，費二倍距離②應用：各種省力裝置的滑輪【注意】對于滑輪的受力分析最好使用受力平衡，一直動滑輪定滑輪有時會影響判斷并非不動的一定是定滑輪，如人在船上通過滑輪拉船二.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，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)受力平衡進行分析，運動的速度大小可依據(jù)滑輪組分析三.機械效率1.相關物理量的意義：(1)有用功:人們提升重物過程中必須做的功，用w有用表示。(2)額外功:利用機械時，人們不得不額外做的功，用W額外表示。(3)總功:人的拉力(動力)對動滑輪(機械)所做的功，用W總表示，W總=W有用+W額外2.機械效率：（1）定義：有用功跟總功的比值，公式η＝eq\f(W有,W總)×100%（2）增大效率的方法：①有用功不變，減小無用功②無用功不變，增大有用功③減小無用功，增大有用功3.滑輪組的機械效率：η＝Gh/FS=G物/（G物+G動）四.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，傾斜的軌道五.輪軸1.輪軸定義：由（外圍的）輪和（中間的）軸組成的能繞軸心轉(zhuǎn)動的簡單機械。2.輪軸本質(zhì)：可理解為一種變形杠桿，受力在兩側邊緣，距軸心遠更省力3.生活中常見的輪軸00401強化訓練一、選擇題1．如圖所示，用三種方法拉動同一物體以相等速度v勻速上升相同的高度h。拉力、、的功率分別是、、。不計滑輪與線及滑輪與轉(zhuǎn)軸之間的摩擦，不計滑輪、繩的重量。則下列功率大小判定正確的是（）

A． B． C． D．2．小金用如圖所示裝置和相關的實驗儀器探究斜面機械效率的影響因素，斜面長為L，高為h，他用沿斜面向上的拉力F把重為G的物體從斜面底端勻速拉到頂端。下列說法錯誤的是（）

A．改變h即可研究斜面傾斜程度對斜面機械效率的影響B(tài)．該過程中克服斜面摩擦力做的功屬于額外功C．該斜面的機械效率為D．若物體沒有被拉到斜面頂端，則無法測出斜面的機械效率3．杭州地鐵建設正緊鑼密鼓進行著，圖甲所示為地鐵建設中正在工作的起重機，此時物體勻速上升，其滑輪部分結構示意圖如圖乙所示。所有裝置的重力及摩擦力均不計，則以下說法正確的是（）A．圖中定滑輪的作用是省力B．使用滑輪組提升物體可以省功C．此時a點所在繩子的拉力等于物重的三分之一D．a(chǎn)點所在的繩子移動的速度是物體上升速度的三倍4．小金用如圖所示裝置和相關的實驗儀器探究斜面機械效率的影響因素，斜面長為L，高為h，他用沿斜面向上的拉力F把重為G的物體從斜面底端勻速拉到頂端。下列說法錯誤的是（）A．改變h即可研究斜面傾斜程度對斜面機械效率的影響B(tài)．該過程中克服斜面摩擦力做的功屬于額外功C．該斜面的機械效率為D．若物體沒有被拉到斜面頂端，則無法測出斜面的機械效率5．如圖甲所示，用一個動滑輪勻速提升重為600N的物體，在卷揚機拉力F的作用下，繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關系如圖乙所示。已知動滑輪受到的重力為20N，不計繩重和輪與軸間的摩擦。下列說法正確的是（）A．以動滑輪為參照物，物體是向上運動的 B．物體上升的速度是20m/sC．卷揚機拉力F的功率是62W D．機械效率為90.67%6．工人要把貨物搬到汽車上，如圖所示，用400牛的拉力，將重為500牛的物體，在5秒內(nèi)勻速拉上1米高的車內(nèi)，木板長為2米。則下列說法正確的是（）A．拉力做的有用功為400焦 B．拉力做的總功為1000焦C．拉力做的額外功為200焦 D．斜面對物體的摩擦力為150牛7．旗桿頂端裝有定滑輪，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．旗手對繩的拉力一定等于國旗重力B．旗手對繩的拉力等于國旗重力的一半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8．如圖所示，有一個斜面長s為1.2m、高h為0.3m，現(xiàn)將一個重為16N的物體沿斜面向上從底端勻速拉到頂端，若拉力F為5N，則（）

A．物體沿斜面勻速上升時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能B．拉物體的速度越快，斜面的機械效率越高C．該斜面的機械效率是90% D．斜面上物體受到的摩擦力為1N9．物體A在大小為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勻速直線運動，如圖所示。若不計滑輪、彈簧測力計和繩的自重及滑輪與繩之間的摩擦，則下列說法中正確的是（）

A．此滑輪是定滑輪 B．拉力F做功的功率為0.4瓦C．使用此滑輪可以改變力的方向 D．物體A受到地面的摩擦力是4N10．如圖所示，小明探究滑輪組的機械效率，動滑輪重1N。用3N的拉力F通過該滑輪組勻速拉起重4N的物體，物體沿豎直方向上升0.2m，此過程中，額外功和機械效率分別是（）A．0.2J；83.3% B．0.2J；80% C．0.4J；80% D．0.4J；66.7%11．圖中物體A的重力為G，在拉力F的作用下，物體沿水平桌面做勻速直線運動，已知物體受到的摩擦力為f，則人對繩的拉力F的大小等于（）A．0.5G B．2G C．0.5f D．2f12．如圖所示，用20N的拉力向上拉動繩子，使重為50N的物體5s內(nèi)勻速升高5m，繩重和摩擦不可忽略。則下列說法不正確的是（）A．繩子自由端拉動的距離為15m B．動滑輪重為10NC．物體上升的速度為1m/s D．繩子自由端拉力的功率為60W二、填空題13．小江用圖所示滑輪組，在拉力F的作用下，使A、B物體一起向左勻速前進0.2m，若小江做功0.5J，則物體B與地面的摩擦力為N；已知A物體的重力為5N，則A、B物體一起向左勻速運動的過程中，A物體重力做功為J。（繩重及繩與滑輪摩擦不計）14．（1）如圖1所示，甲物體重3N，乙物體重10N，用繩繞過定滑輪相連（不計繩重與摩擦）。乙靜止于水平地面上，則a繩對甲的拉力為N。（2）在分析b繩對乙的拉力時，小明認為是3N，小慧認為是7N。小明做了以下實驗：用彈簧測力計測出某物體的重力（如圖2）；然后將繩子靠著定滑輪（不計繩重與摩擦），如圖3所示，彈簧測力計依次放在A、B、C、D位置時，其示數(shù)保持不變。由此可見，定滑輪的特點是。15．有AB和AC兩個高度相等，長度不等的斜面，兩者粗糙程度完全相同?，F(xiàn)將同一物體分別沿斜面AB和AC由底端勻速拉至頂端，此過程中，物體受到的摩擦力fBfC（選填“=”“＜”或“>”下同）；斜面的機械效率ηBηC。16．如圖所示，A與C疊放在水平桌面上，在B的重力作用下恰好能向右勻速直線運動。若在A上加一個160N水平向左的拉力F（圖中未畫出），恰好能使B以0.6米/秒的速度勻速上升（不計滑輪與繩間摩擦、不計繩重及滑輪重），則B的重力為N，此時C受到的摩擦力為N，拉力F的功率為W。三、探究題17．在“探究影響滑輪組機械效率的因素”實驗中，某實驗小組用如圖所示的同一滑輪組提升不同的鉤碼，分別做了三次實驗，實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中。實驗次數(shù)鉤碼所受重力G/N提升高度h/m拉力F/N繩端移動的距離s/m機械效率η120.11.00.366.7%240.11.70.378.4%360.12.40.3（1）在實驗過程中，應沿豎直方向拉動彈簧測力計。（2）在第3次測量中，機械效率為。（3）分析表中數(shù)據(jù)可得出：同一滑輪組，提升鉤碼越重，機械效率越（填“高”或“低”）。18.如圖所示，用滑輪組提升重200N的物體時，在10s內(nèi)繩子自由端被勻速拉下6m。已知拉繩子的力F為120N，求：（1）在此過程中滑輪組所做的有用功。（2）拉力F的功率。（3）該滑輪組的機械效率。四、簡答題19．如圖所示，是一輛汽車通過滑輪組將深井中的物體拉至井口的裝置圖。已知井深12m，物體重G=6×103N，汽車重G車=3×104N，汽車勻速拉繩子時的拉力F=2.2×103N，汽車受到的阻力為車重的0.1倍。求：（1）將物體從井底拉至井口的過程中，汽車拉繩子的拉力做了多少功？（2）滑輪組的機械效率為多少？（保留一位小數(shù)）（3）若汽車運動的速度為3m/s，求汽車牽引力的功率為多大？20．如圖所示，物體A的質(zhì)量m=10千克，在30N拉力的作用下，物體A以0.4米/秒的速度在水平面上沿直線勻速運動了10s，彈簧秤示數(shù)為12牛，滑輪與繩子間的摩擦不可忽略，不計滑輪彈簧秤及繩子所受的重力，并且繩子足夠長，求：（1）物體A與水平面間摩擦力f的大小；（2）拉力F經(jīng)過的距離s；（3）物體運動10s的過程中，額外功的大小。參考答案1．D【解析】設物體重力為G，圖甲中使用動滑輪，動滑輪上有2股繩，則物體以速度v勻速上升，繩端上升速度為2v，則圖乙中使用動滑輪，動滑輪上有2股繩，力F2作用在動滑輪上，則F2=2G物體以速度v勻速上升，動滑輪上升速度為，則圖丙中使用定滑輪，不省力所以F3=G繩端上升速度等于物體上升速度v，則P3=F3v3=Gv所以P1=P2=P3故D正確，ABC錯誤。故選D。2．D【解析】A．當改變斜面的高度h時，斜面的傾斜角度會發(fā)生改變，故A正確不合題意。B．在整個過程中，克服重力做有用功，克服斜面摩擦做額外功，故B正確不合題意。C．斜面的機械效率故C正確不合題意。D．斜面的機械效率只與克服摩擦做的額外功大小有關，與物體在斜面上移動的距離無關，故D錯誤符合題意。故選D。3．CD【解析】A．定滑輪的作用是改變里的方向，它不省力不費力，故A錯誤。B．使用任何機械都不省功，這就是功的原理，故B錯誤。C．根據(jù)乙圖可知，承擔重力的繩子段數(shù)n=3則故C正確。D．根據(jù)s=nh=3h可知，a點所在繩子移動的距離是物體上升距離的3倍。根據(jù)s=vt可知，a點所在繩子移動的速度是物體上升速度的3倍，故D正確。故選CD。4．D【解析】A．改變圖中的斜面高度h，即可改變斜面的傾斜程度，可以來研究斜面傾斜程度對斜面機械效率的影響，故A正確。B．該過程中克服斜面摩擦力做的功屬于額外功，故B正確。C．拉力做的有用功W有=Gh拉力做的總功W總=Fs斜面的機械效率故C正確。D．斜面的機械效率只與克服摩擦的額外功大小有關，與物體在斜面上移動的距離無關，故D錯誤。故選D。5．C【解析】A．在圖甲中，物體相對于滑輪的位置保持不變，以滑輪為參照物，物體是靜止的，故A錯誤；B．由圖象可知，提升物體時，繩子自由端移動的距離s=40cm=0.4m用時t=2s，速度為則物體上升的速度故B錯誤；C．不計繩重和輪與軸間的摩擦，卷揚機拉力卷揚機拉力F的功率故C正確；D．該滑輪組的機械效率故D錯誤。故選C。6．D【解析】A．拉力做的有用功W有=Gh=500N×1m=500J故A錯誤；B．拉力做的總功W總=Fs=400N×2m=800J故B錯誤；C．拉力做的額外功為W額=W總-W有=800J-500J=300J故C錯誤；D．斜面對物體的摩擦力為故D正確。故選D。7．C【解析】AB．定滑輪相當于等臂杠桿，所以不省力，因為存在摩擦力，所以拉力大于國旗重力，故AB錯誤；CD．定滑輪相當于等臂杠桿，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。故選C。8．D【解析】A．物體沿斜面勻速上升時，速度不變，則動能不變；高度增大，則重力勢能增大，二者之間沒有轉(zhuǎn)化關系，故A錯誤。B．根據(jù)可知，斜面機械效率的大小與有用功和總功的大小有關，與物體運動的速度無關，故B錯誤。C．有用功W有=Gh=16N×0.3m=4.8J總功W總=Fs=5N×1.2m=6J則斜面的機械效率故C錯誤。D．克服阻力做的額外功W額=W總-W有=6J-4.8J=1.2J則受到的摩擦力故D正確。故選D。9．D【解析】A．根據(jù)圖片可知，滑輪固定在物體A上，跟隨物體一起移動，為動滑輪，故A錯誤；B．拉力移動的速度v=nv物=2×0.2m/s=0.4m/s則拉力的功率P=Wt=Fst=Fv=2N×0.4m/s=0.8W故B錯誤；C．此滑輪為動滑輪，不能改變用力方向，但可以省力，故C錯誤；D．物體A受到地面的摩擦力f=nF=2×2N=4N故D正確。故選D。10．D【解析】由題圖可得，滑輪組的繩子承重股數(shù)為n=2，拉力所做的功即滑輪組所做的總功為W總=Fs=Fnh=3N×2×0.2m=1.2J拉力做的有用功為W有=Gh=4N×0.2m=0.8J則額外功為W額=W總-W有=1.2J-0.8J=0.4J滑輪組的機械效率為故D符合題意，ABC不符合題意。故選D。11．C【解析】當在水平方向使用動滑輪時，拉力所要克服的是摩擦力。因做勻速直線運動，故繩子對A的拉力T與A所受到的摩擦力為一對平衡力，大小相等，即T=f作用在動滑輪上的繩子有2段，則故有故ABD不符合題意，C符合題意。故選C。12．B【解析】A．由圖可知，繩子的股數(shù)為n=3，則繩子自由端拉動的距離為故A正確，不符合題意；B．不計繩的重力和摩擦，故動滑輪的重力當繩重和摩擦不可忽略時，動滑輪重力應該小于10N，故B錯誤，符合題意；C．5s內(nèi)物體上升的速度為故C正確，不符合題意；D．繩子移動的速度為繩子自由端拉力的功率為故D正確，不符合題意。故選B。13．2.50【解析】[1]三段繩子與動滑輪接觸，物體AB向左移動0.2m，則繩子自由端移動的距離為力F大小為滑輪組對物體B的拉力為物體AB一起做勻速運動，保持相對靜止，故它們之間沒有摩擦力，B在水平方向上受到平衡力作用，地面對B的摩擦力與滑輪組對B的拉力平衡，大小相等，地面對B的摩擦力為[2]物體A沿水平方向運動，沒有在重力的方向上豎直向下運動。故重力對A沒有做功。14．3能改變力的方向，但不改變力的大小【解析】（1）[1]根據(jù)圖1可知，物體甲繩子向上的拉力，受到豎直向下的重力。由于甲處于靜止狀態(tài)，那么拉力和重力平衡，即a繩對甲的拉力F=G甲=3N（2）[2]根據(jù)圖3可知，無論測力計沿哪個方向，其示數(shù)都不變，因此定滑輪不能省力。直接拉動物體時方向向上，而使用定滑輪時拉力方向向下，即定滑輪可以改變力的方向。則定滑輪的特點為：能改變力的方向，但不改變力的大小。15．＜＞【解析】[1]滑動摩擦力的大小與壓力大小和接觸面的粗糙程度有關，接觸面的粗糙程度相同，斜面的傾角越大，物體對斜面的壓力越小，摩擦力越小，即fB＜fC[2]現(xiàn)將同一物體分別沿斜面AB和AC由底端勻速拉至頂端，物體上升的高度是相同的，根據(jù)W=Gh知道，克服重力所做的功是相同的，即WB=WCAC斜面的長度大于AB，物體在AB上的摩擦力小于在AC上的摩擦力，根據(jù)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的額外功要小于AC的額外功；由于克服物體重力所做的功即有用功相同，額外功越大的，總功越大，根據(jù)知道，AB上的效率要高于AC上的效率，即ηB＞ηC16．40048【解析】[1]不計滑輪與繩間摩擦、不計繩重及滑輪重，物體A在物體B的重力作用下向右做勻速直線運動時，A受到的摩擦力等于動滑輪對A的拉力，即f=F動①當物體A向左做勻速直線運動時，受到向左的拉力F、向右的摩擦力f和F動，由力的平衡得到F=f+F動②由①和②得到F=2f即160N=2f解得f=F動=80N且此時摩擦力方向水平向右。動滑輪上有2段繩子承擔拉力，滑輪與繩間摩擦、繩重和滑輪重均不計，那么動滑輪上受到的拉力和物體B的重力的關系為F動=2GB物體B的重力[2]物體A與C一塊勻速運動，物體C和A相對靜止，故不受摩擦力作用。[3]B以0.6米/秒的速度勻速上升，拉力F的速度拉力F的功率為17．（1）600J；（2）72W；（3）83.3%?！窘馕觥拷猓海?）物體上升的高度在此過程中滑輪組所做的有用功（2）拉力做的功拉力F的功率（3）該滑輪組的機械效率答：（1）在此過程中滑輪組所做的有用功為600J；（2）拉力F的功率為72W；（3）該滑輪組的機械效率為83.3%。18．勻速（或緩慢）83.3%高【解析】（1）[1]在實驗過程中，要正確測量拉力，需豎直向上勻速拉動測力計且在拉動過程中讀數(shù)，此時系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。（2）[2]由第3次數(shù)據(jù)知道，有用功W有用=Gh=6N