中考物理二轮 滑轮组的省力问题 专项培优易错试卷含答案

一、初中物理滑轮组的省力问题
1．如图所示，甲、乙两套装置所用滑轮质量均相等，用它们分别将所挂重物在相等时间内竖直向上匀速提升相同高度.若12G G =，所用竖直向上的拉力分别为1F 和2F ，拉力做功的功率分别为1P 和2P ，两装置的机械效率分别为1η和2η（忽略绳重和摩擦），则下列选项中正确的是（ ）.
A ．12F F > 12ηη< 12P P <
B ．12F F > 12=ηη 12P P =
C ．12F F < 12ηη= 12P P <
D ．12F F < 12ηη> 12P P >
【答案】B 【解析】 【详解】
CD ．不计绳重及摩擦，因为拉力:
1
F G n
G =+动（）
12n =，23n =，所以绳子受到的拉力分别为：
111
2
F G G =+动（）
221
3
F G G =+动（）
因为12G G =，故：
12F F ＞
故CD 项错误；
AB ．因为动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W G h =额轮，W G h =有用物，所以利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同；由100%W W 有总
η=⨯可知，机械效率相
同，即：
12ηη=
又因为所用时间相同，由
W
P
t
=可知，拉力做功的功率：
12
P P
=
故A项错误，B项正确。

2．用一个动滑轮提起重100N的物体（绳重与摩擦不计），所用拉力60N。

若用此动滑轮将重200N的物体以0.2m/s速度匀速上升时，拉力功率为_____W。

较前一次提升物体，该滑轮的机械效率_____（选填“变大”、“不变”或“变小”）
【答案】44 变大
【解析】
【详解】
[1]根据题意可知，物体以0.2m/s速度匀速上升，对于动滑轮，绳子移动的速度
v=2⨯0.2m/s=0.4m/s
绳重与摩擦不计，则拉力
F=1
2
(G物+G动)
即
60N=1
2
(100N+G动)
解得G动=20N，用此动滑轮将重200N的物体时，拉力
F′=1
2
⨯(200N+20N)=110N
拉力功率为
P=F′v=110N⨯0.4m/s=44W
拉力功率为44W。

[2]较前一次提升物体，物体的质量增加，重力增大，有用功增大，而摩擦不计、动滑轮重不变，额外功不变，这样有用功在总功中所占的比例增大，滑轮组的机械效率将增大。

3．如图所示，用滑轮组提重力为140N的物体，当拉力为50N时，物体对地面的压力刚好为0N。

若重物与地面的接触面积S=2×10-2m2，不计绳重和摩擦，每个滑轮质量相同，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。

若拉力F为40N，则定滑轮对天花板的拉力为
_______N，重物对地面的压强为_______ Pa。

【答案】90 1.5×103 【解析】 【分析】 【详解】
[1][2]滑轮组的动滑轮绕3段绳，不计绳重和摩擦，当拉力为50N 时，物体对地面的压力刚好为0N ，拉力的大小
F 1=
1
3
(G +G 动) 动滑轮的重力
G 动=3F 1-G =3×50N-140N=10N
每个滑轮质量相同，定滑轮的重力等于动滑轮的重力为10N ，对定滑轮受力分析，受到重力、下方两段绳子的拉力，天花板的拉力，根据平衡条件得到
F 天=
G 定+2F =10N+2×40N=90N
由力的作用相互性可知，定滑轮对天花板的拉力是90N 。

拉力F 为40N 时，滑轮组的动滑轮对物体的拉力
F 2=3F -
G 动=3×40N-10N=110N
地面对物体的支持力
F 支=
G -F 2=140N-110N=30N
由力的作用相互性可知物体对地面的压力
F 压= F 支=30N
物体对地面的压强
p =
-22
30N
210m
F S =⨯压=1.5×103Pa
4．工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定，滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示，滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。

则：
（1）若某次运送建材的质量为40kg ，滑轮组的机械效率是_______。

动滑轮的重力是_______N 。

（2）若工人在1min 内将建材匀速竖直向上提升12m ，作用在绳上的拉力为500N 时，拉力的功率是_______W ，运送建材的重力是_______N ，此时的机械效率是_______。

【答案】50% 400 200 600 60%.
【分析】 【详解】
(1)[1]建材质量为40kg ，其重力为
=40kg 10N/kg=400N G mg =⨯
由图乙得，当建材重力为400N 时，滑轮组机械效率为50%。

[2]此时机械效率
400
=
==50%400+G G G G η+动动
解得G 动=400N 。

(2)[3]滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成，与动滑轮相连的绳子有两段，则该滑轮组可以省一半的力，建材向上提升了12m ，则绳子段移动的距离为24m ，拉力功率
500N 24m ==200W 60s
W Fs P t t ⨯=
= [4]滑轮组省一半的力，所以
+=2G G F 动材
解得=600N G 材。

[5]此时的机械效率为
600
=
=
=60%600+400
G G G η+材动
材
5．高速铁路的输电线，无论冬、夏都绷的直直的，以保障列车电极与输电线的良好接触。

图为输电线的牵引装置。

钢绳通过滑轮组悬挂20个相同的坠砣，每个坠砣质量为25kg ，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，输电线A 端受到的拉力大小为________N 。

若5s 内坠砣串下降了40cm ，则输电线A 端向左移动速度是________m/s 。

（g 取10N/kg ，不考虑钢绳的热胀冷缩）
【答案】4110⨯ 0.04 【解析】 【分析】
[1]20个坠砣的总重力
G =mg =25kg×20×10N/kg=5000N
由图知，使用的滑轮组承担A 端拉力的绳子股数n ＝2，图中坠砣挂在钢绳的自由端，不计滑轮和钢绳自重及摩擦，可得
A 12
G F =
则输电线A 端受到的拉力大小
F A =2
G ＝2×5000N=1×104N
[2]图中坠砣挂在钢绳的自由端，则坠砣串下降高度h ＝2s A ，则输电线A 端向左移动的距离
11
40cm=20cm=0.2m 22A s h =⨯=
A 端向左移动速度
A 0.2m
0.04m/s 5s
s v t =
==
6．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．
7．体重为60kg 的工人利用如图滑轮组将一质量为80kg 的重物A 匀速提升1m ，此时该滑轮组的机械效率为80%（不计绳重与摩擦，g 取10N/kg ），小明对此工作过程及装置作出了以下论断：
①动滑轮重为200N
②此过程中，工人对绳的拉力做功1000J ③重物匀速上升过程中，它的机械能增大
④若增大重物A 的质量，该工人用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率不可能达到90% 关于小明的以上论断（ ） A ．只有①③正确 B ．只有②③正确
C ．只有①②③正确
D ．①②③④都正确
【答案】C 【解析】 【分析】
【详解】
由题意物体所受的重力
80kg 10N/kg=800N G m g ==⨯物物
物体上升的高度1m h =，此时滑轮组做的有用功为
=h 800N 1m 800J W G ⋅=⨯=物有
根据机械效率公式=
100%=80%W W η⨯有总
有，总功为
800J
=
=
=1000J 80%
W W η
有
总 而=W W W +总额有有
==1000J 800J=200J W W W --额总有
又因为=W G h ⋅额动可得
200J
=
200N 1m
W G h
=
=额动 ①②均正确。

机械能是动能和势能的总和，当重物匀速上升过程中，动能不变，势能增加，它的机械能增大，③正确。

若要滑轮组的机械效率达到90%，由效率公式有
=
100%90%
1
(g g)33W m gh W m m h η⨯=+⋅有物总
物
动＝
化解可得当=9m m 物动时，滑轮组的效率能到达90%，则若增大重物A 的质量，用此滑轮组匀速拉起重物时，机械效率能达到90%，④错误。

故选C 。

8．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 。

9．(1)如图甲所示，图中的装置相当于一个_______(填一种简单机械的名称)．
(2)如图乙所示，使用此简单机械的主要目的是_______．
(3)如图丙所示，橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部和底部，中间系一个钩码，就做成了能自动回头的“魔罐”，当将”魔罐“在水平地面上滚出后，还能自动滚回来，这说 明_______．
【答案】滑轮组 省力 机械能之间可以相互转化 【解析】 【详解】
(1)[1]由图甲可知，绳子和木棍组合在一起，起到滑轮组的作用，用较小的力就可以使作用有较大力的两根木棍靠拢，说明使用该滑轮组可以省力；
(2)[2]图乙是过盘山公路，盘山公路相当于斜面，山高一定，盘山公路相当于增大了斜面长度，因为在斜面高一定时，斜面越长越省力，所以人们修建盘山公路的目的是为了省力； (3)[3]魔罐在开始滚动的时候，具有动能，滚动的过程中，罐子动能转化为橡皮筋的弹性势能，当动能为零时，弹性势能最大，魔罐开始向回滚动，在魔罐滚回来的过程中橡皮筋弹性势能减小，罐子动能增大，弹性势能转化为动能。

魔罐来回滚动，说明了机械能是可以相互转化的。

10．如图所示，物重为G 的物体在不同简单机械中均处于平衡状态（不计机械自重和摩擦），拉力大小错误．．
的是（ ） A ．
1F G =
B ．
21
3
F G
=
C ．
312
F G =
D ．
412
F G =
【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】
A ．由图像可知l 1=l 2，由杠杆平衡条件1122Fl F l =可得F 1=G ，故正确，不符合题意；
B ．由图像可知滑轮组n =3，则21
3
F G =，故正确，不符合题意；
C ．由图像可知动滑轮动力作用在轴上，则32F G =，故错误，符合题意；
D ．不计机械自重和摩擦，则斜面为理想斜面，满足FL=Gh ，即41
2
F G =，故正确，不符合题意。

故选C 。

11．用图3甲、乙两种方式匀速提升重为100N 的物体，已知滑轮重20N 、绳重和摩擦力不计．则
A ．手的拉力：F 甲=F 乙；机械效率：η甲=η乙
B ．手的拉力：F 甲＜F 乙；机械效率：η甲＜η乙
C ．手的拉力：F 甲＞F 乙；机械效率：η甲＜η乙
D ．手的拉力：F 甲＞F 乙；机械效率：η甲＞η乙 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
由图可知，甲滑轮是定滑轮，使用该滑轮不省力，所以拉力等于物体的重力；乙滑轮是动滑轮，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等于物体和滑轮总重力的一半，则手的拉力：F
甲
＞F 乙；两幅图中的W 有是克服物体重力做的功是相同的，但乙图中拉力做功要克服动滑
轮的重力做功，比甲图中做的总功要多，所以结合机械效率公式W W η=有
总
可知，有用功相同时，总功越大的，机械效率越小； 所以选D ．
12．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2∶3
B ．甲、乙的机械效率之比是1∶1
C ．甲、乙拉力的功率之比是3∶2
D ．甲、乙绳的自由端速度之比是1∶1 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
A ．不计绳重及摩擦，拉力
()1
F G G n =
+物
轮 由图知，n 甲=2，n 乙=3，所以绳端的拉力分别为
()1
2
F G G +甲
物轮 ()1
3F G G =
+乙物
轮 则甲乙拉力之比
()()1
=323
21F F G G G G =
++甲乙轮轮物物∶∶∶ 故A 错误；
D ．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，由图知，n 甲=2，n 乙=3，所以甲、乙绳的自由端速度分别为
v 甲=2v v 乙=3v
所以，甲、乙绳的自由端速度之比
v 甲∶v 乙=2v ∶3v=2∶3
故D 错误；
C ．由P Fv =可得，甲、乙拉力的功率之比
32
:1:123
F v P P F v ⨯=
==⨯甲甲乙乙乙甲 故C 错误；
B ．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=G 物h 可知，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W W η=有
总
可得两滑轮组的机械效率相同，即甲、乙的机械效率之比
1::=1ηη甲乙
故B 正确。

故选B 。

13．如图所示，水平拉力 F 1（6N ）将物体（G =9N ）沿直线匀速拉动s 1的距离，做功 W 1，借助滑轮组，F 2 使物体在同一水平面上匀速直线运动同样的距离s 1，F 2所拉绳端的上升距离为s 2，做功为 W 2，则（ ）
A ．W 2 一定小于 W 1
B ．s 2 一定小于 s 1
C ．F 2 一定大于 G /3
D ．F 2 一定大于 F 1/3 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
水平拉力F 1将物体沿直线匀速拉动做功：
111W F s =；
借助滑轮组，使物体在同一水平地面上匀速直线运动同样的距离，拉绳端的上升距离为s 2，做功：
222W F s =；
A ．做功21W W W =+动，故A 错误；
B ．有3股绳子承担213s s =，故B 错误； CD ．
()211
3F G F =+轮
，故C 错误，D 正确。

故选D 。

14．工人师傅利用如图所示的两种方式，将重均为 400N 的货物从图示位置向上缓慢提升一 段距离．F 1、F 2始终沿竖直方向；图甲中 BO =2AO ，图乙中动滑轮重为 50N ，重物上升速度 为 0.02m/s ．不计杠杆重、绳重和摩擦,则下列说法正确的是( )
A ．甲方式 F 1由 150N 逐渐变大
B ．乙方式 F 2的功率为 3W
C ．甲乙两种方式都省一半的力
D ．乙方式中滑轮组的机械效率约为 88.9%
【答案】D 【解析】 【详解】
A ．由图知道，重力即阻力的方向是竖直向下的，动力F 1 的方向也是竖直向下的，在提升重物的过程中，动力臂和阻力臂的比值是：
1221
L OB L OA == 所以，动力F 1 的大小始终不变，故A 错误；
BC ．由于在甲图中， OB =2OA ，即动力臂为阻力臂的2倍，由于不计摩擦及杠杆自重，所以，由杠杆平衡条件知道，动力为阻力的一半，即
111
400N 200N 22
F G ==⨯=
由图乙知道，承担物重是绳子的段数是n =3，不计绳重和摩擦，则
()()211
500N+50N 150N 22
F G G =
+=⨯=动， 即乙中不是省力一半；所以，绳子的自由端的速度是： v 绳 =0.02m/s×3=0.06m/s ，
故乙方式F 2 的功率是：
P=F 2 v 绳 =150N×0.06m/s=9W ，
故BC 错误；
D ．不计绳重和摩擦，乙方式中滑轮组的机械效率是：
400N
100%=100%=100%88.9%400N 50N
W Gh W Gh G h η=
⨯⨯⨯≈++有用总轮 故D 正确．
15．如图，工人要将一块重900N 的建材运到10m 高处，装置中每个滑轮重100N ，建材上升的速度是0.8m/s 。

在施工过程中，下列说法正确的是（ ）
A ．工人的拉力为500N
B ．工人拉绳的速度为2.4m/s
C ．工人做功的功率为400W
D ．工人做功的机械效率小于90%
【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
由两根绳子承担物重，动滑轮和建材总重为1000N ，由于有摩擦和绳子自身的重量，所以工人的拉力应大于500N ，故A 错；工人拉绳的速度应是物体上升速度的2倍为1.6m/s ，故B 错；若部考虑绳重和摩擦，工人做功的功率为P=Fv 绳=500N ×1.6m/s=800W ，由于有摩擦和绳子自身的重量，所以工人做功的功率应大于800W ，故C 错；对物体做的有用功为W 有=Gh=900N ×10m=9000J ，而拉力做的总功应大于1000J ，所以工人做功的机械效率小于90%，故D 正确；应选D ．
16．如图所示，工人师傅用 250N 的力F 将重为400N 的物体在 20s 内匀速提升2m ，若不计绳重和摩擦，以下说法错误的是：（ ）
A ．动滑轮重力为100N
B ．工人做功的功率为50W
C ．滑轮组的机械效率为53.3%
D ．若提升物重变为 500N ，则拉力F 为 300N
【答案】C 【解析】 【详解】
A ．由图知n=2，不计绳重和摩擦，拉力：
()1
=
2
F G G +动； 则动滑轮的重力：
=2=2250N-400N=100N G F G -⨯动；
故A 正确，不符合题意； B ．绳自由端移动的距离：
=2=22m=4m s h ⨯；
拉力做的功：
==250N 4m=1000J W Fs ⨯总
工人做功的功率即为拉力F 的功率：
1000J =
==50W 20s
W P t 总； 故B 正确，不符合题意； C ．拉力做的有用功：
==400N 2m=800J W Gh ⨯；
滑轮组的机械效率：
800J 100%=100%=80%1000J
W W η=
⨯⨯有总； 故C 错误，符合题意；
D ．若提升物重变为=500N G '，则拉力为：
()()11=
+=500N+100N =300N 22
F G G ''⨯动；
故D 正确，不符合题意。

17．物体做匀速直线运动，拉力F =60N ，不计滑轮间的摩擦和动滑轮的自重，则物体受到的摩擦力是（ ）
A ．60N
B ．120N
C ．20N
D ．180N
【答案】D 【解析】 【分析】
分析滑轮组的动滑轮绕绳子的段数，不计滑轮间的摩擦和动滑轮的自重，根据
1
F f
n
=得
到物体受到的摩擦力。

【详解】
由图可知，动滑轮上的绳子段数为3，不计滑轮间的摩擦和动滑轮的自重，则物体受到的摩擦力
3360N180N
f F
==⨯=
故选D。

【点睛】
本题考查滑轮组的特点，解决本题的关键要明确缠绕在动滑轮上的绳子的段数。

18．如图所示的滑轮装置，重为5牛的物体挂在绳端，力F作同在滑轮的轴上，滑轮在力F的作用下以2米/秒的速度匀速向上运动．若不计滑轮重及摩擦，则拉力F的大小和物体向上运动的速度为
A．10牛，4米/秒B．2.5牛，4米/秒
C．10牛，2米/秒D．2.5牛，2米/秒
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】
由图可知，该滑轮是动滑轮，当滑轮在力F的作用下以2米/秒的速度匀速向上运动，重物的速度为:
2×2m/s=4m/s
此时拉力应该是物重的2倍，因此拉力为:
F=2G=2×5N=10N
故选A ．
19．如图所示，在粗糙水平地面上，用10N 的力F 沿水平方向拉滑轮（不计滑轮重力）木板B 静止，木块A 在粗糙木板B 上水平向左做匀速直线运动，5s 内木块A 移动了0.5m ，滑轮组的机械效率为80%｡下列说法正确的是（ ）
A ．木块A 受到的摩擦力为5N
B ．地面对木板B 的摩擦力为4N
C ．5s 内绳子拉力对木板B 做的功为2J
D ．拉力F 的功率为0.5W 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】
A ．滑轮组的机械效率为80%，根据公式2=W F s W F s
η有
绳总拉＝可算出绳子上的力为 80%10N 80%
==4N 22
F F ⨯⨯=拉绳
木块A 在粗糙木板B 上水平向左做匀速直线运动，根据二力平衡，摩擦力等于绳子上的力，为4N ，A 错误；
B ．木板B 静止，受力平衡，对其受力分析，受到绳子的拉力为5N ，方向向右，还受到木块A 的摩擦力为4N ，方向向左，因此地面给木板B 的摩擦力大小为1N ，方向向左，B 错误；
C ．5s 内木板B 静止，绳子拉力对木板B 做的功为0J ，C 错误；
D ．5s 内木块A 移动了0.5m ，则拉力拉着滑轮移动了0.25m ，拉力F 的功率为
10N 0.25m 0.5W 5s
W Fs P t t ⨯=
=== D 正确。

故选D 。

20．小明在实验室内尝试用四种简单机械匀速提升同一物体（不计机械自重和摩擦），如图所示，其中所用动力最小的是（ ）
A．B．C．
D．
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
设物体重力为G，不计机械自重和摩擦；A图中为斜面，由功的原理可得
F1×4m＝G×2m
解得F1＝0.5G；
B图中为滑轮组，通过动滑轮绳子段数n＝3，所以F2＝1
3 G；
C图中为动滑轮，动力作用在动滑轮的轴上，则F3＝2G；D图中是杠杆，设杆与水平面的夹角为α，则有
F4×4cosα＝G×1×cosα
解得F4＝1
4 G。

由此可知动力最小的是D。

故选D。