备战2023新中考二轮物理专题导练 专题25 滑轮及其工作特点

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  考点精讲 1、定滑轮、动滑轮及其特点（1）定滑轮①定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变。②定滑轮的特点：不省力也不费力，但可以改变作用力方向。③定滑轮的原理：定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂、阻力臂等于滑轮半径，根杠杆平衡条件可以得出定滑轮不省力的结论。（2）动滑轮①动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动。②动滑轮的特点：使用动滑轮能省一半力，费距离。 ③动滑轮的原理：动滑轮实质是个动力臂（）为阻力臂（）二倍的省力杠杆，使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半，使用动滑轮虽然省了力，但动力移动的距离大于钩码升高的距离，即费距离。2、滑轮组及其特点（1）定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组。使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离。（2）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F＝，若忽略滑轮重，则有F＝，其中n为承担物重的绳子的段数。（3）用滑轮组提升物体时，虽然省力，但是费距离，滑轮组有几段绳子吊着物体，绳子自由端移动的距离就是重物升高距离的几倍。设物体升高的距离为h，则绳子自由端移动的距离为s＝n h（n表示承担物重的绳子的段数）。3、机械效率的计算（1）用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，即η＝。（2）由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因此机械效率总小于1。（3）计算方法：杠杆滑轮或滑轮组斜面提升重物水平匀速拉动物体η＝＝其中G为提升重物重力；h为重物上升高度；F为动力；s为动力作用点移动距离。①η＝＝＝②不计绳重及摩擦η＝＝其中G为物重；G动为动滑轮的重力；h为重物上升高度；s为绳自由端移动距离；n为承担物重的绳子段数。η＝＝＝其中F摩为物体与水平面的摩擦力；F为拉力；s物为物体移动的距离；S绳为绳子自由端移动的距离；n为承担摩擦力的绳子的段数。①η＝＝②η＝其中G为物重；h为斜面高度；L为斜面长度；F为拉力；F摩为摩擦力 真题解析  1．（2021•盐城中考）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解：AB、旗杆顶端装有的定滑轮，实质是等臂杠杆，使用时，不省力也不费力。不计绳重和摩擦且国旗匀速上升时，旗手对绳的拉力一定等于国旗重力，若计绳重和摩擦，旗手对绳的拉力大于国旗重力，故AB错误；CD、旗杆顶端装有定滑轮，定滑轮实质是等臂杠杆，使用时，不省距离也不费距离，则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。答案：C。2．（2020•绍兴中考）如图，甲、乙实验可以得出“定滑轮不能省力”这一结论。小敏想通过一次实验既得出结论，又能直接显示出钩码的重力大小，于是在左侧加上一个相同的弹簧测力计（弹簧测力计重力不能忽略、绳和滑轮之间摩擦不计）。下列四套装置中能实现的是（　　）A． B． C． D．解：（1）在AC两图中，钩码挂在拉环上（即左边测力计倒置使用），因为弹簧测力计本身有重力，所以此时测力计显示的示数等于测力计自身的重力与钩码重力之和，则不能直接显示出钩码的重力大小，故AC错误；（2）在BD两图中，钩码挂在挂钩上（即左边测力计正常使用），所以能直接显示出钩码的重力大小；①B图中，右边的测力计倒置使用，此时右边测力计的示数等于左边测力计的重力与钩码重力之和，而左边测力计的示数等于钩码的重力，所以两边测力计的示数不相等，不能得出正确结论，故B错误；②设两测力计的重力均为G，由于定滑轮上的左边都是钩码和一个测力计在拉绳子，则绳子的拉力为F＝G1+G；D图中，左边测力计的示数为：F左＝G1；手拉右边测力计的挂钩，由力的平衡条件可得，右边测力计的示数（即测力计受到向下的拉力）：F右＝F﹣G＝G1+G﹣G＝G1；所以，F左＝F右＝G1，能得出正确结论，故D装置中能实现所有的要求；答案：D。3．（2021•青岛中考）如图所示，建筑工人使用滑轮组匀速向楼上运送石料，下列不能提高滑轮组机械效率的是（　　）A．换用轻质的动滑轮 B．滑轮转轴处加润滑油 C．增大匀速提升的速度 D．增大单次运送石料的重力解：A、换用轻质的动滑轮，减少了动滑轮的重力，可以减小克服动滑轮重力所做的额外功，在有用功相同的情况下，总功减小，由η＝可知，能提高滑轮组的机械效率，故A不符合题意；B、在轴上加润滑油，可以减小克服摩擦所做的额外功，在有用功相同的情况下，总功减小，由η＝可知，能提高滑轮组的机械效率，故B不符合题意；C、根据η＝＝＝＝可知，滑轮组的机械效率与物体运动的速度无关，故C符合题意；D、增大所提升物体的重力，在提升高度不变时，有用功增大；在额外功不变的情况下，有用功增大，有用功在总功中所占的比例增大，能提高滑轮组的机械效率，故D不符合题意。答案：C。4．（2021•淄博中考）现有史籍中最早讨论滑轮的是《墨经》。书中将向上提举重物的力称为“挈”，将自由往下降落称为“收”，将整个滑轮称为“绳制”（图1）。现分别用甲、乙两个力替代“收”（图2），使重物在相同的时间内匀速上升相同高度。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）A．使用这个滑轮能省力 B．甲拉力大小等于乙拉力大小 C．甲拉力做的功大于乙拉力做的功 D．甲拉力使绳自由端移动的速度小于乙拉力使绳自由端移动的速度解：A、由图可知，图中的滑轮是定滑轮，使用定滑轮只能改变力的方向，不能省力，故A错误；B、定滑轮是等臂杠杆，由于阻力和阻力臂不变，动力臂都等于滑轮的半径，即甲、乙拉力的力臂相等，根据杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2，可知，甲拉力大小等于乙拉力的大小，故B正确C、由题意可知，重物上升的距离相同；在使用定滑轮中，绳子移到的距离等于重物上升的距离；由于甲、乙拉力大小相等，根据W＝Fs可知甲、乙拉力做功的大小相等，故C错误；D、由题意可知，重物在相同时间内上升的距离相同，即重物上升的速度相同；在使用定滑轮中，绳子移动的距离等于重物上升的距离，绳子移动的时间和重物上升的时间相同，根据v＝可知，甲、乙拉力移动的速度都等于重物上升的速度，故D错误。答案：B。5．（2021•永州中考）如图所示，用F＝10N的拉力使重物匀速上升0.1m，已知物体的重力为27N（忽略绳子与滑轮的摩擦及绳子的重力），下列说法正确的是（　　）A．绳子末端移动的距离是0.2m B．拉力做的功是2.7J C．滑轮组的机械效率是90% D．动滑轮的重力是1N解：A、由图知n＝3，则绳子末端移动的距离：s＝3h＝3×0.1m＝0.3m，故A错误；B、拉力做的总功：W总＝Fs＝10N×0.3m＝3J，故B错误；C、有用功为：W有用＝Gh＝27N×0.1m＝2.7J；机械效率为：η＝＝＝90%，故C正确；D、拉力做的额外功：W额＝W总﹣W有用＝3J﹣2.7J＝0.3J；不计绳重和滑轮的摩擦，由W额＝G动h可得，动滑轮的重力：G动＝＝＝3N，故D错误。答案：C。   突破提升     一、单选题1．用如图所示的滑轮组提升物体，已知物重800N，5s内物体被匀速提升了1m，人对绳自由端的拉力F为450N，不计绳重和摩擦。下列说法正确的是（　　）A．滑轮组所做的有用功为450JB．动滑轮的重力为350NC．滑轮组的机械效率为88.9%D．拉力F的功率为90W2．如图所示，用相同的滑轮组装成甲、乙滑轮组，分别将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，不计绳重和摩擦，则（　　）A．甲、乙的拉力之比是3：2 B．甲、乙绳的自由端速度之比是 1：1C．甲、乙拉力的功率之比是 3：2 D．甲、乙的机械效率之比是1：1二、填空题3．如图所示，用滑轮A、B匀速提升重100牛的物体，则力F1=________牛，使用B滑轮的优点是可以_____________________。若物体被B滑轮匀速提高了2米，则F2做功为__________焦。4．如图是同学们常用的燕尾夹，AB=BC，当用力摁住C点打开该夹子时，此时夹子可近似看作___________杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）。用图甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，滑轮重、绳重和摩擦力不计。则手的拉力F甲=___________N，F乙=___________N。5．如图所示，利用滑轮组匀速提升重为8N的物体，动滑轮重2N，物体被提升了0.5m，不计绳重和摩擦，则绳子自由端的拉力F为___N，拉这次重物，滑轮组的机械效率为___。三、作图题6．如下图所示，请画出用该滑轮组最省力的绕线方法将汽车拖出泥潭。7．（1）如图所示，一只鸡蛋静止在盐水中，画出此时鸡蛋受力的示意图________。（2）如图所示，用滑轮组提升重物，用笔画线代替绳子在图中画出最省力的绳子绕法________。四、计算题8．如图所示，小明把重物放在垫板上（垫板重忽略不计），垫板放在水平面上，通过如图所示的滑轮组搬动重物。已知动滑轮重100N，小明重500N，双脚着地面积为500cm2，小明把重为1000N的重物移动了0.2m，所用的拉力为300N，不计绳重和机械摩擦。（1）小明对地的压强；（2）小明做的有用功；（3）通过查资料知道摩擦力大小与压力成正比，小明利用这个装置最多可以搬多重的重物？9．如图所示，用滑轮组将重为G＝1800N的金属块打捞出水面，不计绳重、摩擦和水对金属块的阻力，作用在绳自由端拉力的功率始终保持1680W，金属块浸没在水中时被匀速提起的速度为v1＝0.8m/s，金属块的密度为8×103kg/m3，g取10N/kg。求：（1）金属块未露出水面以前的机械效率η；（2）金属块被提出水面后匀速上升的速度v2（计算结果保留两位小数）。10．某兴趣小组用如图所示的滑轮组（物体与动滑轮用绳子连接）匀速拉动放在同一水平面上的物体，物体的质量为100kg，动滑轮的重力为40N，用80N的拉力F，10秒内把物体拉动的距离为2m，（不计绳重和绳与滑轮间的摩擦）求：（1）物体受到的摩擦力；（2）拉绳的速度。
参考答案：1．C【解析】【详解】A．克服物重所做的有用功为W有=Gh=800N×1m=800J故A错误；B．滑轮组绳子的有效段数为2，人对绳自由端的拉力F为450N，不计绳重和摩擦，作用在绳子自由端的力为动滑轮的重力为故B错误；C．不计绳重和摩擦，克服物重和动滑轮重力所做的功为总功，则拉力做的总功W总=(G+G动)h=(800N+100N)×1m=900J滑轮组的机械效率为故C正确；D．拉力F的功率故D错误。故选C。2．D【解析】【详解】A．不计绳重及摩擦，拉力由图知道，n甲=3，n乙=2，所以绳端的拉力分别为则甲乙拉力之比故A错误；D．不计绳重及摩擦，动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，由W额=G轮h、W有用=G物h知道，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则拉力做的总功相同，由知道，两滑轮组的机械效率相同，即甲、乙的机械效率之比η甲：η乙=1：1故D正确；B．将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，则提升物体的速度相同，由于n甲=3，n乙=2，所以，甲、乙绳的自由端速度分别为v甲=3vv乙=2v所以，甲、乙绳的自由端速度之比故B错误；C．由于F甲∶F乙=3∶2，由知道，甲、乙拉力的功率之比故C错误。故选D。3．     50     改变用力的方向     200【解析】【详解】[1]根据动滑轮的特点，相当动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆，所以滑轮A提升重物时所需要的拉力为[2]B滑轮为定滑轮，相当于等臂杠杆，不省力不费力，但可以改变力的方向。[3]若物体被B匀速提高了2米，根据定滑轮的特点，此时的拉力为则F2做功为4．     等臂     100     50【解析】【详解】[1]当用力摁住C点打开该夹子时，AC是围绕B点转动的，故B为支点；由于AB=BC，故动力臂等于阻力臂，为等臂杠杆。[2]由图甲可知，甲滑轮是定滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮不省力，所以拉力等于物体的重力，所以拉力F甲=G=100N[3]由图乙可知：乙滑轮是动滑轮，滑轮重、绳重和摩擦力不计，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等于物体重力的一半，所以拉力5．     5     80%【解析】【详解】[1]当滑轮匀速上升时，因不计绳重与摩擦，所以阻碍装置上升的力为物体和动滑轮的总重。有两段绳子与动滑轮接触，则作用在绳子自由端的拉力为[2]滑轮组的机械效率为 6．【解析】【详解】由图可知，由一个动滑轮和一个定滑轮匹配组成滑轮组，共有两种绕线方法。一种承担汽车阻力绳子段数为2，另一种承担汽车阻力绳子段数为3，要想最省力，应选承担汽车阻力绳子段数为3的绕法，即从动滑轮开始缠绕，如图所示7．          【解析】【详解】（1）[1]鸡蛋静止在盐水中，说明受力平衡，受盐水对它竖直向上的浮力和地球对它竖直向下的重力。如图所示：（2）[2]对只有一个动滑轮和一个定滑轮的滑轮组，最省力的绕法是从动滑轮的挂钩开始画起，保证绳子股数为3。如图所示：8．（1）4000Pa；（2）100J；（3）1800N【解析】【详解】解：（1）小明拉绳子时，受到重力、水平地面对他的支持力和绳子对他的拉力的共同作用，处于静止状态，受力平衡，由力的平衡条件可知，小明受到地面对他的支持力大小为由力相互作用可知，小明对地面的压力大小等于地面对他的支持力，即小明对地面的压强为（2）由图可知，提升动滑轮绳子段数为则小明拉绳移动的距离为小明做的总功为不计绳重和机械摩擦，克服动滑轮重做的功为额外功，大小为小明做的有用功为W有＝W总﹣W额＝120J﹣20J＝100J（3）由题意可知，克服重物受到的摩擦力做的功为有用功，则1000N的重物受到摩擦力为小明利用这个装置对绳子施加的最大拉力等于小明的重力，不计绳重和机械摩擦时，由可得，重物与垫板之间的最大摩擦力为物体对水平面的压力等于物体的重力大小，且摩擦力大小与压力成正比，由此可得最大物重为答：（1）小明对地的压强为4000Pa；（2）小明做的有用功为100J；（3）小明利用这个装置最多可以搬1800N的重物。9．（1）75%；（2）0.72m/s【解析】【详解】解：（1）由图可知，连接动滑轮绳子的段数为3，绳自由端移动速度为物体上升速度的三倍，绳自由端移动距离是物体上升高度的三倍。由公式P＝Fv可得，绳自由端拉力 由于该金属块重1800N，故该物体的质量为 该金属块密度为8×103kg/m3，则该金属块的体积为 则该金属块未露出水面受到的浮力为 则金属块未露出水面以前的机械效率为（2）已知金属块未露出水面时，绳自由端拉力、金属块重力、金属块受到的浮力、连接动滑轮绳子段数，则可求得动滑轮重为 金属块离开水面后绳自由端拉力为由公式P＝Fv可得，金属块离开水面后绳自由端的移动速度为 则物体被提出水面后的上升速度为 答：（1）金属块未露出水面以前的机械效率为75%；（2）金属块被提出水面后匀速上升的速度为0.72m/s。10．（1）200N；（2）0.6m/s【解析】【详解】解：（1）由图可知，滑轮组绳子的有效段数n=3设绳子作用在滑轮组动滑轮上的竖直向下的拉力为T，因不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，作用在绳子自由端的拉力为故T=3F-G动 =3×80N-40N=200N由力的作用是相互的，故动滑轮对绳子的拉力也为200N。固定在地面上的滑轮为定滑轮，因不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，使用定滑轮不省力，故绳子作用在物体上的水平拉力F拉=200N由于物体在水平地面上做匀速直线运动，故绳子对物体的水平拉力和物体受到的摩擦力为一对平衡力，大小相等，即物体受到的摩擦力f=F拉=200N（2）10秒内把物体拉动的距离为2m，则绳子自由端移动的距离为s=nh=3×2m=6m拉绳的速度为答：（1）物体受到的摩擦力为200N；（2）拉绳的速度为0.6m/s。