专题25 滑轮及其工作特点（易）2023-2024学年初中物理中考专项复习

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知识梳理
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。
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：
1.分别使用图中四种装置匀速提升同一重物，不计滑轮重、绳重和摩擦，最省力的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】【分析】
由题知，不计摩擦和动滑轮重，先分析所用的是定滑轮、动滑轮还是滑轮组，
若是定滑轮，不省力，F=G；
若是动滑轮，省一半力，F=12G；
若是滑轮组，找出拉动动滑轮绳子股数n，则F=1nG。
本题考查了不计摩擦和动滑轮重时，使用滑轮组或滑轮省力情况的计算，能确定拉动动滑轮绳子股数(直接从动滑轮上引出的绳子股数)是本题的突破口。
【解答】
由题知，不计摩擦和动滑轮重，
A、使用的是滑轮组，n=3，F=13G。
B、使用的是滑轮组，n=2，F=12G；
C、使用的是定滑轮，F=G；
D、使用的是动滑轮，F=12G；
由此可知A图中最省力，F=13G。
故选：A。
2.利用定滑轮将同一重物匀速提升时，若所用拉力的方向如图，不计绳重及摩擦，则F1、F2和F3的大小关系是 ( )
A. F ​1=F ​2=F 3B. F ​1F ​2>F 3D. F ​1>F ​2=F 3
【答案】A
【解析】略
3.如图所示，工人用动滑轮匀速提升重物，这样做( )
A. 省力，不改变施力的方向B. 不省力，改变施力的方向
C. 既省力，也改变施力的方向D. 既不省力，也不改变施力的方向
【答案】A
【解析】解：
动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆，使用动滑轮时能省力，但不能改变施力的方向，故A正确、BCD错误。
动滑轮是指轴随物体一起运动的滑轮，其实质是动力臂是阻力臂2倍的杠杆；使用动滑轮能省一半力，但不能改变用力的方向。
本题考查了动滑轮的特点，属于基础题目。
4.用如图所示的四种简单机械，将同一重物从低处匀速提升到高处，在不计机械自重及摩擦的情况下，最省力的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【解析】解：A、动滑轮可以省一半力，F=12G；
B、不计机械自重及摩擦的情况下，根据斜面的长度和高度可知：FL=Gℎ，F=GℎL=G×2m5m=25G=0.4G；
C、根据题图可知：此时杠杆的动力臂是阻力臂的1.5倍，所以F=GL2L1=GL21.5L2=23G≈0.7G；
D、使用定滑轮不省力，即F=G。综上可知：最省力的是斜面，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选：B。
(1)动滑轮在理想情况下可以省一半力。
(2)斜面长是斜面高的多少倍，所用的拉力就是物重的多少分之一。
(3)根据杠杆的平衡条件进行分析。
(4)使用定滑轮不省力。
本题主要考查了常见的简单机械的省力状况，属于基础性题目；会利用杠杆原理进行分析。
5.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。该游戏装置与滑轮组类似，图乙是其示意图。绳的一端固定在一根木棍上，在两根木棍上绕几圈后女孩捆住绳的另一辆向外拉，大人、男孩则各握住一根木棍向外拉，三人中被拉动者为负，他们都使出了最大力气，仍处于“僵持”状态，没能分出胜负。忽略绳与木棍之间的摩擦，以下做法中最有可能使女孩获胜的是( )
A. 仅将绳在两木棍上多绕1圈B. 仅将绳在两木棍上少绕1圈
C. 仅增加绳的总长D. 仅减小绳的总长
【答案】A
【解析】解：
AB、仅将绳在两木棍上多绕1圈，这样承担男孩所用木棍的绳子的段数增大，女孩越省力，可能使女孩获胜；同理可知，仅将绳在两木棍上少绕1圈，不能使女孩获胜，故A正确，B错误；
CD、改变绳的总长，不能改变力的大小，故CD错误。
故选：A。
使用滑轮组时，承担物重的动滑轮的股数越多越省力。
本题考查了滑轮组的工作特点，属于基础题。
6.如图所示，滑轮重2N，在竖直向上大小为10N的力F的作用下，重物A沿竖直方向匀速上升。已知重物A上升速度为0.2m/s，若不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，则物体的重力大小和滑轮上升的速度分别为( )
A. 3N；0.4m/s
B. 22N；0.1m/s
C. 18N；0.4m/s
D. 4N；0.1m/s
【答案】D
【解析】解：根据题干中图可知：该动滑轮的特殊使用方法，根据动滑轮的特点可知：F=2G物+G动=10N，则G物=4N；
F移动的距离是物体移动距离的二分之一，故重物A上升速度为0.2m/s，F上升的速度就是0.1m/s，而动滑轮上升的速度等于F上升的速度。
故选：D。
要解答本题需掌握：动滑轮特殊使用时，不省力，所用的力是重物重力的2倍，移动距离是重物移动距离的二分之一。
此题灵活考查了对动滑轮的理解与应用，要结合实际情况分析拉力大小和移动速度。比较简单，属于基础知识。
7.如图所示三个滑轮拉同一物体在水平面上做匀速直线运动，所用拉力分别在一个平面上，所使用的拉力分别为F1、F2和F3，不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦，那么有( )
A. F2>F1>F3B. F2F2>F3
【答案】B
【解析】解：不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦，假设物块与地面的摩擦力为f，
第一个图中滑轮为定滑轮，不省力，F1=f；
第二个图中滑轮为动滑轮，省一半的力，则F2=12f；
第三个图中滑轮为动滑轮，但F3处作用在动滑轮上，费2倍的力，所以F3=2f；
综上分析可知：F2故选：B。
(1)滑轮的特点：使用定滑轮不省力但能改变力的方向；
(2)滑轮的特点：动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，使用动滑轮能省一半力，但费距离。
本题考查了动滑轮和定滑轮的特点，要利用好条件“不计滑轮重和绳子与滑轮之间的摩擦”，属于基础题目。
8.如图所示，滑轮组悬挂在水平钢架上，某工人站在水平地面上，竖直向下拉动绳子自由端，通过滑轮A和滑轮B使物体C匀速上升，关于人拉动绳子时的过程，下列分析正确的是( )
A. 滑轮A相对子物体C在运动，所以A是动滑轮
B. 滑轮B相对于物体C静止不动，故B是定滑轮
C. 滑轮A起到了改变人所施加的拉力方向的作用
D. 滑轮B起到了改变人所施加的拉力方向的作用
【答案】C
【解析】解：由图可知，滑轮A位置固定不变，滑轮B随重物一起移动，所以滑轮A为定滑轮，滑轮B为动滑轮，故A、B错误；
定滑轮使用时可以改变人所施加的拉力方向的作用，故C正确，D错误。
故选：C。
定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向；
动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，能省力，但多费1倍距离。
本题考查了动、定滑轮及其工作特点，是一道基础题。
9.如图所示，用挂在支架上的滑轮组匀速竖直向上提升物体M。拉力F=300N，物体M上升速度v=0.02m/s，每个滑轮重10N，忽略绳重、滑轮与轴的摩擦。下列说法正确的是( )
A. 物体 M 受到的合力为 0
B. 物体 M 的重力为 600N
C. 绳自由端移动速度为 0.01m/s
D. 支架所受拉力为 900N
【答案】A
【解析】解：由图可知，n=2。
A、因为物体做匀速运动，因此物体M受到的合力为零；故A正确；
B、忽略绳重和轴摩擦，F=12(G物+G轮)，即300=12(G物+10N)，解得：G物=590N，故B错误；
C、自由端移动的速度v=2v′=2×0.2/s=0.4/s，故C错误；
D、天花板受到的拉力F拉=3F+G定滑轮=3×300N+10N=910N，故D错误。
故选：A。
由图可知，使用滑轮组承担物重的绳子股数n=2，则s=2ℎ。
(1)处于静止状态或匀速直线运动状态的物体，受平衡力作用，即合力为零；
(2)忽略绳重和轴摩擦，知道拉力F和动滑轮重，利用F=12(G物+G轮)求物重大小；
(3)根据v=2v′即可求出自由端移动的速度；
(4)定滑轮重加上3F等于天花板受到的拉力。
本题考查了学生对滑轮组特点的掌握和运用，本题关键：一是n的确定(直接从动滑轮上引出的绳子股数)；二是忽略绳重和轴摩擦，拉力F=12(G物+G轮)；三是确定天花板受到的拉力F拉=3F+G定滑轮。
二、填空题：本大题共6小题，共12分。
10.如图所示，利用定滑轮匀速提升重为50N的物体G，若不计摩擦和绳重，F3大小为______N，F1和F3的大小关系是F1______F3(选填“>”、“<”或“=”)。使用定滑轮可以______(选填“省力”、“省距离”或“改变力的方向”)。
【答案】50 = 改变力的方向
【解析】解：使用定滑轮不能省力，可以改变力的方向，故F 3大小为50N，F1和F3的大小相等。
故答案为：50；=；改变力的方向。
使用定滑轮，不省力，可以改变力的方向。
本题考查定滑轮的应用，难度不大。
11.如图所示，我国古代护城河上安装使用的吊桥就是一个组合机械，通过定滑轮改变______，由图可知杠杆的支点是______(选填“A”、“B”或“C”)点，它属于______(选填“省力”、“等臂”或“费力”)杠。
【答案】力的方向 C 省力
【解析】解：
图中使用了定滑轮A，不能省力，但可以改变力的方向；
由图可知吊桥绕着C点转动，所以护城河上安装的吊桥杠杆的支点在C点；
在匀速拉起吊桥时，由于它的动力臂L1大于阻力臂L2，所以属于一个省力杠杆；
故答案为：力的方向；C；省力。
(1)定滑轮的特点，不省力，但能改变力的方向。
(2)对支点定义的了解：杠杆绕着转动的固定点叫做支点；
(3)杠杆分类方法：动力臂大于阻力臂的杠杆为省力杠杆；动力臂小于阻力臂的杠杆为费力杠杆；动力臂等于阻力臂的杠杆为等臂杠杆。
本题的解题关键是知道支点及力臂的定义，在解题时先找出支点的位置，然后根据力臂的定义判断动力臂与阻力臂的长短。
12.如图甲和乙两个滑轮，______图使用的是定滑轮。若重物被提升高度ℎ，那么甲图中绳子的自由端移动______，小明用同样的力(F1=F2)把甲、乙两物体匀速提升，如不计摩擦和滑轮重，则重力G甲______G乙(选填：“>”、“=”或“<”)。
【答案】乙 2ℎ >
【解析】解：(1)乙图中滑轮的位置固定不变为定滑轮，甲图中滑轮随重物一起移动为动滑轮；
(2)甲图中滑轮为动滑轮，省一半力多费1倍距离，若重物被提升高度ℎ，那么甲图中绳子的自由端移动2ℎ；
(3)小明用同样的力(F1=F2)把甲、乙两物体匀速提升，如不计摩擦和滑轮重，定滑轮不省力也不费力故G 乙=F2；动滑轮省一半力故G 甲=2F1，则重力G甲>G乙。
故答案为：乙；2ℎ；>。
(1)定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向；
(2)动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省一半力多费1倍距离。
本题考查了定滑轮、动滑轮及其工作特点，属于基础题型。
13.如图所示，一名工人站在地上用400N的拉力使重900N的建筑材料以0.2m/s的速度匀速上升，不计绳重和绳与滑轮之间的摩擦，10s内物体上升______ m，拉力的功率为______ W。
【答案】2 240
【解析】解：(1)物体上升的高度：ℎ=vt=0.2m/s×10s=2m；
(2)由图知有3段绳子承担物重，所以绳子自由端移动的距离：s=3ℎ=3×2m=6m；
拉力做的功：W=Fs=400N×6m=2400J；
拉力做功的功率：P=Wt=2400J10s=240W。
故答案为：2；240。
(1)由速度的变形公式可直接求出物体上升的高度；
(2)由图知有3段绳子承担物重，所以绳子自由端移动的距离是物体上升高度的3倍。已知拉力的大小和在拉力的作用下绳子自由端移动路程，根据公式W=Fs计算得拉力做的功，再根据公式P=Wt计算得拉力的功率。
本题考查了功率的计算和速度计算公式的应用，属于基础题。
14.如图，物体A是边长为20cm的一个正方体，密度为2.5g/cm3，A对水平桌面的压强是______ Pa，B的重力为100N，滑轮和绳子重忽略不计，此时A在水平面上向右做匀速直线运动，若用力F向左拉物体A，使物体A向左做匀速直线运动，则F= ______ N。
【答案】5000 100
【解析】解：A的体积：VA=(20cm)3=8000cm3，
根据ρ=mV可得，A的质量：
mA=ρAVA=2.5g/cm3×8000cm3=20000g=20kg，
则A的重力：
GA=mAg=20kg×10N/kg=200N；
因物体A在水平桌面上，则A对桌面的压力：F压=GA=200N，
A对桌面的压强：p=F压SA=200N0.2m×0.2m=5000Pa；
由图知，此滑轮组由2段绳子承担物重，
滑轮重和滑轮与绳子之间的摩擦忽略不计，则绳端的拉力FA=12GB=12×100N=50N；
物体A在水平面上向右做匀速直线运动时，A受到的摩擦力和绳对A的拉力平衡，所以f=FA=50N，方向水平向左；
若使物体A向左做匀速直线运动，由于压力大小和接触面的粗糙程度均不变，因此A受到的滑动摩擦力大小不变，且此时A受到摩擦力的方向水平向右，
由力的平衡条件可得，此时对物体A施加的拉力：F=FA+f=50N+50N=100N。
故答案为：5000；100。
(1)求出A的体积，然后利用密度公式和重力公式计算A的重力；A对地面的压力等于A的重力，利用压强公式求出A对地面的压强；
(2)由图知，此滑轮组由2段绳子承担物重，滑轮重和滑轮与绳子之间的摩擦忽略不计，则绳端的拉力F=12GB，物体A在水平面上向右做匀速直线运动时，根据二力平衡条件求出摩擦力的大小；
当拉动A向左匀速运动时，摩擦力的方向水平向右，根据影响滑动摩擦力大小的因素和力的平衡条件求出拉力F的大小。
此题考查了压强的计算、滑轮组中相关计算及二力平衡条件的应用，能够判断出摩擦力的大小和方向是解决此题的关键。
15.如图所示，物体重100N，沿水平方向匀速拉动物体前进时，若物体与地面间的摩擦力f=30N，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦。则重物相对B滑轮是______ (填“静止”或“运动”)的，绳端的拉力F= ______ N；当绳子自由端向左移动3m时，物体向左移动______ m。
【答案】静止 10 1
【解析】解：重物相对B滑轮位置不变，是静止的；
由图可知，滑轮组绳子的有效股数n=3，
不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦，绳端的拉力：
F=1nf=13×30N=10N，
当绳子自由端向左移动3米时，物体向左移动的距离：
s=s′n=3m3=1m。
故答案为：静止；10；1。
重物相对B滑轮位置不变，是静止的；
由图可知滑轮组绳子的有效股数，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦，根据F=1nf求出绳端的拉力，根据s=ns′求出物体向左移动的距离。
本题考查了滑轮组绳子拉力和物体移动距离的计算，利用好“F=1nf”和“s=ns′”是关键。
16.用一个动滑轮和一个定滑轮组成滑轮组来提升重物，请在图中画出最省力的绕法．
【答案】解：
从动滑轮的挂钩开始依次绕绳子，最后有三段绳子承担物重，这就是最省力的绕法。如图所示：
。
【解析】滑轮组的省力情况取决于承担物重的绳子的段数，也就是看有几段绳子通过动滑轮，段数越多越省力。
在滑轮组中，绕过动滑轮的绳子股数越多会越省力，即F=1nG。
17.如图所示，小亮用滑轮组将装修材料运到楼上，请用笔画线帮他组装最省力的滑轮组。
【答案】解：由图可知，小亮站在地面上，要想运用滑轮组将装修材料运输到楼上，拉力方向向下，所以要从动滑轮的上挂钩绕起，依次绕过下面的定滑轮、动滑轮和上面的定滑轮，如图所示：

【解析】滑轮组可以省力也可以改变力的方向，根据题目对拉力方向的要求进行解答。
对于滑轮组的组装与绕线方法，要看清题目的每一个要求，灵活运用看，不能死记硬背最省力的绕线方法。
18.如图所示，某人在A处提起物体，请在图中画出最省力的绳子绕法。
【答案】解：从动滑轮上挂钩开始，依次绕过定滑轮和动滑轮，绳端回到人的手中，则提升物体绳子段数为3，是最省力的绕法，如图所示：

【解析】最省力的绕绳方法即是承担物重的绳子段数最多，先分析出应由3段绳子承担物重，再按照“奇动偶定”的原则确定绕绳方案。
省力多少和绳子的绕法，决定滑轮组的使用效果。动滑轮被几段绳子承担，拉力就是物体和动滑轮总重的几分之一。
四、实验探究题：本大题共2小题，共12分。
19.在“探究滑轮特点“的实验中，过程如下：(不计摩擦和细线的质量)
(1)弹簧测力计校零后，其下方悬挂物体。如图甲所示，匀速向上提升物体时测力计示数F=______N；
(2)如图乙所示，细线的一端系上物体，另一端绕过滑轮与竖直倒放并再次校零的弹簧测力计相连，沿F方向匀速拉动测力计可使物体向______运动，这一过程中该滑轮是一个______滑轮，它使用时的优点是______；
(3)弹簧测力计分别沿F2、F3方向继续匀速拉动，对比4次实验，测力计的示数几平不变，由此说明______。
【答案】2 上 定 改变力的方向 使用定滑轮不省力
【解析】解：(1)由图甲知弹簧测力计的分度值为0.2N，指针正好指在刻度2处，测力计示数F=2N；
(2)由图乙可知，沿F方向匀速拉动测力计可使物体向上运动，这一过程中该滑轮的位置固定不变属于定滑轮，定滑轮可以改变作用力方向；
(3)对比4次实验，测力计的示数几平不变，说明定滑轮不省力也不费力，只是改变作用力方向。
故答案为：(1)2；(2)上；定；改变力的方向；(3)使用定滑轮不省力。
(1)根据图甲弹簧测力计的指针所指示数读出F；
(2)定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向。
本题考查了定滑轮及其工作特点，属于基础题型。
20.在探究“两类滑轮的作用”时，小明用同一个滑轮做了四次实验，前两次按图甲进行，后两次按图乙进行，并将测得的数据记录在表格中(忽略绳重及摩擦)。
(1)分析第1、2次的数据，得出的结论是：使用定滑轮不能______；若小明将绳子的自由端沿着水平向右的方向匀速拉动，拉力的大小将______(选填“变大”、“不变”或“变小”)。
(2)用图乙进行实验时，一定要沿着竖直方向______拉动绳子自由端；分析数据时发现，拉力的大小总比钩码重力的一半要大，这说明滑轮的重力为______N；若要拉动3N的钩码，拉力的大小应为______N。
【答案】省力 不变 匀速 0.4 1.7
【解析】解：(1)第1、2次的数据中拉力不变，则说明使用定滑轮不能省力；但能改变力的方向，所以若小明将绳子的自由端沿着水平向右的方向匀速拉动，拉力的大小将不变。
(2)用图乙进行实验时，一定要沿着竖直方向匀速拉动绳子自由端；分析数据时发现，拉力的大小总比钩码重力的一半要大，根据F=12(G物+G轮)可得：
滑轮的重力G动=2F−G物=2×0.7N−1N=0.4N；
若要拉动3N的钩码，拉力的大小应为F=12(G+G轮)=12(3N+0.4N)=1.7N。
故答案为：(1)省力；不变；(2)匀速；0.4；1.7。
(1)定滑轮的使用特点是：不省力但能改变力的方向。
(2)知道弹簧测力计做匀速运动，物体受力才平衡。在理想状态下使用动滑轮能省一半力，但费距离。实际上使用动滑轮时，由于动滑轮重力不能忽略，则绳子自由端拉力的大小等于物重与动滑轮重力的一半。
本题考查定滑轮、动滑轮的工作特点，关键是知道不计绳重和摩擦，使用动滑轮时绳子的拉力F=12(G+G动)，属于基础题目。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
实验序号
钩码重G/N
钩码上升的高度ℎ/cm
拉力F/N
绳子自由端移动的距离s/cm
1
1.0
20.0
1.0
20.0
2
2.0
20.0
2.0
20.0
3
1.0
20.0
0.7
40.0
4
2.0
20.0
1.2
40.0