备战中考物理培优 易错 难题(含解析)之滑轮组的省力问题附详细答

一、初中物理滑轮组的省力问题

1．如图所示，用F 1的力将物体B 匀速提升h ，若借助滑轮组用F 2的力把物体B 匀速提升相同高度。下列说法确的是（ ）

A ．使用滑轮组过程中，绳子移动距离是物体的上升高度的两倍

B ．F 1一定大于F 2

C ．滑轮组的机械效率为12

3F h h F ? D ．F 2做功的功率比F 1做功的功率大

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

A ．动滑轮与3股绳接触，故n =3，使用滑轮组过程中，绳子移动距离是物体的上升高度的三倍，故A 错误；

B ．由于

123=3

=G G F G F ++动动 故如果动滑轮很重，则F 1不一定大于F 2，故B 错误；

C ．滑轮组的机械效率为

122100%3W F h Gh W nF h F h

η=

?==有用总 故C 错误；

D ．F 1做功的功率为 11=P F v

F 2做功的功率为

221()n G P v v F F ==+动

可知，F 2做功的功率比F 1做功的功率大，故D 正确。

故选D 。

2．小夏利用如图所示的滑轮组将重为280 N 的物体匀速提起。已知他自身所受的重力为500 N ，双脚与地面的总接触面积为400 cm 2 ，动滑轮所受的重力为120 N ，若不计绳重和摩擦，小夏对地面的压强为_____Pa 。

【答案】7500

【解析】

【分析】

【详解】

小夏对绳子的拉力为

280N 120N 200N 11(22

F G G =++?==动()) 小夏受到绳子的拉力F 拉、重力G 、地面的支持力F 支，因为小夏静止，小夏受到的重力等于拉力加上支持力，则地面的支持力

500N 200N 300N F G F =-=-=人支拉

由于力的作用是相互的，则小夏对地面的压力

300N F F ==压支

受力面积

22400cm 0.04m S ==

小夏对地面的压强

2

300N 7500Pa 0.04m F p S =

==压 3．用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，分别匀速将两个相同的钩码在相同时间内提升相同高度，若不计绳子与滑轮的摩檫，__________装置更省力（选填“甲”或“乙”）。甲装置的机械效率__________乙装置的机械效率（选填“高于”、“低于”或“等于”）。甲图中若钩码总重100N ，动滑轮重为20N ，不计摩擦及绳重，若工人将绳子匀速向上拉6m ，则泥桶上升的高度为__________m ，滑轮组的机械效率为__________。

【答案】甲等于 2 83. 3% 【解析】

【详解】

[1]不计摩擦，拉力F=1

n

（G物+G轮），n甲=3，n乙=2，绳子受的拉力：F甲=

1

3

（G物+G轮），

F乙=

1

2

（G物+G轮），

∴

F甲

甲更省力；

[2]动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额=G轮h，W有用=G物h，故利用滑轮组做的

有用功相同、额外功相同，总功相同，据η=W

W

有用

总

可知，滑轮组的机械效率相同，即：η甲

=η乙；

[3]如甲图，泥桶由3股绳子承担，则n=3，s=3h，s=6m，泥桶上升的高度为：

h=1

3

s=

1

3

?6m=2m；

[4]不计摩擦及绳重，则滑轮组的机械效率为：

η=W

W

有用

总

=

W

W W

+

有用

有用额

=

Gh

Gh G h

+

动

=

G

G G

+

动

=

100N

100N20N

?

+

100%≈83.3%。

4．如图所示，物体A重100N，沿水平方向匀速拉动物体前进时，若物体A与地面间摩擦力f=60N，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦，则绳端的拉力F是______N，当绳子自由端向左移动3米时，物体A向左移动______m。

【答案】20 1

【解析】

【分析】

由图中滑轮组可知，n =3，由于不计绳重、摩擦及滑轮重，根据滑轮组的省力公式13F f =得到拉力大小；根据绳子自由端移动的距离与物体运动的距离的对应关系得到物体运动的距离。

【详解】 [1]由图可知，与动滑轮相连的绳子段数是n =3，因不计绳重、摩擦及滑轮重，则绳端的拉力

1160N 20N 33

F f =

=?= [2]物体运动的距离为 3m 1m 33

s s ===拉物 【点睛】

本题考查滑轮组省力公式的应用，关键是公式及其变形的灵活运用，难点是对动滑轮上绳

子段数的判断。

5．如图所示，用滑轮组将重120N 的物体匀速提升2m ，拉力为50N ，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，动滑轮重为_____N ，额外功为_____，滑轮组的机械效率为_____。

【答案】30 60 80%

【解析】

【分析】

【详解】

[1]由图知，n ＝3，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，拉力

F ＝

13（G +G 动） 则动滑轮的重力

G 动＝3F ﹣G ＝3×50N ﹣120N ＝30N

[2]拉力做的有用功

W 有用＝Gh ＝120N×2m ＝240J

拉力端移动的距离

s ＝3h ＝3×2m ＝6m

拉力做的总功

W 总＝Fs ＝50N×6m ＝300J

额外功

W 额＝W 总- W 有用＝300J-240J=60J

[3]滑轮组的机械效率

η＝ 240J 300J

W W =有用总=80%

6．一工人利用如图所示的滑轮组提起重物，当被提起重物的重力是150N 时，滑轮组的机械效率为60%。若忽略绳重、滑轮摩擦，则动滑轮重________N 。

【答案】100

【解析】

【分析】

【详解】

因不计绳重和摩擦，由题意可知，效率

=60%G G G η=

+物物动

则动滑轮的重力为 150N =

-=

-150N=100N 60%G G G η物动物 故动滑轮的重力为100N 。

7．小红利用弹簧测力计、钩码来研究动滑轮的作用，每次都匀速提物体，做实验情况如图所示，请观察、比较图中的操作、现象和数据，归纳得出初步结论。

（1）由（a ）（b ）两图_____________。

（2）由（c ）（b ）两图_____________。

【答案】使用动滑轮匀速(竖直)提物体，省力但是不能改变用力的方向。 使用同一动滑轮匀速(竖直)提不同物体，物体越轻，拉力越小。

【解析】

【详解】

(1)[1]由图可知,比较(a)、(b)两图提起物体一样重,(b)中弹簧测力计示数小于(a)中弹簧测力计示数，所以：使用动滑轮可以省力，

动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆，所以不能改变用力方向；

(2)[2]比较图(b)与(c)可得：使用动滑轮匀速提升不重物时，物体重力越轻，所用的拉力越小，越省力。

8．如图所示，用力F 1和F 2分别匀速提起物体C 时，滑轮_______可以看作等臂杠杆（选填“A"或“B”）.若物体C 重为50牛，滑轮重力不计，则力F 2的大小为___________牛.

【答案】A 25

【解析】

【详解】

[1]由图可知，A 滑轮是定滑轮，所以滑轮A 是等臂杠杆。

[2]滑轮B 是动滑轮,省一半力,所以F 2的大小为25N 。

9．如图所示的滑轮组，不计绳重及摩擦。水平拉力F 作用下将重为30N 的物体A 匀速拉动，已知绳子自由端速度为0.3m /s ，物体A 受到的摩擦力0.1f G ，水平拉力F 为_____N ，在2s 内物体移动的距离为_____m 。

【答案】1 0.2

【解析】

【详解】

[1]由图可知，连接动滑轮的绳子股数n =3，由题意知，物体A 受到的摩擦力

0.10.130N 3N f G ==?=

不计绳重及摩擦，则水平拉力： 113N 1N 3F f n =

=?= [2]物体的速度： 110.3m /s 0.1m /s 3

v v n ==?=绳物 由s v t

=得，在2s 内物体移动的距离 0.1m/s 2s 0.2m s v t ==?=物物

故2s 内物体移动的距离为0.2m 。

10．工人利用图甲所示的滑轮组将重为400N 的物体向上匀速提起2m ，所用拉力为250N ．

（1）求滑轮组的机械效率；_________

（2）如果要用这个滑轮组达到更省力的效果，绳子应该怎样绕，请在图乙中画出绳子的绕法；______

（3）用甲乙两个滑轮组把同一物体提升同样高度，不计绳重和摩擦，机械效率的关系是η甲_____η乙（选填“＞”，“=”，“＜”）．

【答案】80%； =

【解析】

【详解】

（1）由图甲可知，滑轮组承担重物和动滑轮重的绳子的股数n=2，则拉力端移动距离s=2h=2×2m=4m ，

工人做的有用功：

W 有用=Gh=400N×2m=800J ，

工人做的总功：

W 总=Fs=250N×4m=1000J ， 滑轮组的机械效率：800η100%100%80%1000W J W J

=?=?=有用

总； （2）如果要用这个滑轮组达到更省力的效果，绳子应从动滑轮上面的挂钩开始绕起，依次绕过上面的定滑轮和下面的动滑轮，如图所示：

（3）用甲乙两个滑轮组把同一物体提升同样高度，做的有用功相同；不计绳重和摩擦，做的额外功是提升动滑轮做的功，由题意可知，动滑轮的重力相同，提升动滑轮的高度也相同，由W=Gh 可知做的额外功相同；因为W 总=W 有用+W 额，所以做的总功相同，由η100%W W 有用总=

?可知两个滑轮组的机械效率相同，即η甲=η乙．

11．如图所示两个物体A 和B ，质量分别为M 和m （已知M>m ），用跨过定滑轮的轻绳相连，A 静止在水平地面上．若滑轮与转轴之间的摩擦不计且滑轮质量不计，则（ ）

A ．天花板对滑轮的拉力大小为（M+m ）g

B ．绳子对物体A 的拉力为（M-m ）g

C ．地面对物体A 的支持力为Mg

D ．绳子对天花板的拉力为2mg

【答案】D

【解析】

【详解】

B ．由图可知该滑轮为定滑轮，因物体B 静止，则滑轮两侧每股绳子上的拉力都等于物体B 的重力mg ，所以绳子对物体A 的拉力为mg ，故B 错误；

A ．滑轮与转轴之间的摩擦不计且滑轮质量不计，该滑轮受到天花板对它向上的拉力和两股绳子向下的拉力，所以由力的平衡条件可知，天花板对滑轮的拉力大小为2mg ，故A 错误；

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