【物理】物理滑轮组的省力问题的专项培优练习题(含答案)附答案解析

一、初中物理滑轮组的省力问题
1．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：
800
η100%100%80%
1000
W 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．
2．用一个动滑轮将重为8N 的物体匀速提高1m ，所用竖直向上的拉力为5N ，则动滑轮的机械效率为____%；用此动滑轮将重为18N 物体也提高1m 时，所做的总功是_______J 。

（不计绳重和摩擦）
【答案】80 20
【解析】
【分析】
使用动滑轮，承担物重的绳子股数n =2，绳子末端移动的距离s =2h ，有用功就是将物体提升对物体做的功（W Gh =有），拉力F 做的功为总功（W Fs =总），再利用机械效率的公式求出动滑轮的机械效率；根据W W W =+总有额求出额外功，不计绳重和摩擦，使用动滑轮做的额外功就是提升动滑轮做的功W G h =额轮，知道提升的高度，可以求出动滑轮重；再利用()1F G G n
=+轮物求拉力大小，知道s =2h ，利用功的公式求拉力做的功（总功）大小，根据W Gh =求出有用功，利用效率公式求出此时滑轮组的机械效率。

【详解】
[1]使用动滑轮时，承担物重的绳子股数n =2，物体被提升的高度h =1m ，拉力移动距离
21m 2m s nh ==⨯=
有用功为
8N 1m 8J W Gh ==⨯=有
拉力做的总功为
5N 2m 10J W Fs ==⨯=总
滑轮组的机械效率
8J 100%100%80%10J
W W η=⨯=⨯=有总 [2]根据W W W =+总有额可知，额外功为
10J 8J 2J W W W =-=-=额总有
不计绳重和摩擦，根据W G h =额轮可知，动滑轮的重力 2J 2N 1m
W G h =
==额动 不计绳重和摩擦，则有 ()()12N 18N 10N 2F G G ''=
+=+=动物 拉力做的总功 10N 2m 20J W F s '='=⨯=总
3．用如图所示的滑轮组，将重为16 N 的物体以0.2 m/s 的速度匀速提升，滑轮组的机械效率为80%，若不计绳重及摩擦，拉力F 为__N ，拉力的功率为__W ，动滑轮的重力为__N ．
【答案】10 4 4
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由图知，n =2，则拉力端移动的距离s =2h ，滑轮组的机械效率：
22W Gh Gh G W FS F h F
η=
===有用总 则拉力 16N 10N 2280%
G F η=
==⨯ （2）拉力端移动的速度 v =2v 物=2×0.2m/s=0.4m/s ，
拉力做功功率:
P=Fv =10N×0.4m/s=4W ；
（3）不计绳重及摩擦，拉力
()12
F G G =
+动 动滑轮重力： G 动=2F ﹣G =2×10N ﹣16N=4N ．
4．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 =2×10-2m 2，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=
13(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 =-2230N 210m
F S =⨯压=1.5×103Pa
5．如图所示，在力F 作用下使重200 N 的物体在水平面上做匀速直线运动，当F =30N 时，物体受到的摩擦力_______ N （不计滑轮重力和绳与滑轮间的摩擦）；当物体移动4m 时，绳子自由端移动的距离_______m 。

【答案】60 8
【解析】
【详解】
[1]由图知道，使用动滑轮时，n=2，由于不计滑轮重力和摩擦，所以，绳子自由端的拉力是： 12
F f =
， 即物体受到的摩擦力是： f =2F =2×30N=60N ；
[2]由于n=2，所以，当物体移动4m 时，绳子自由端移动的距离是：
s =2s 物=2×4m=8m 。

6．如图所示的滑轮组，拉一重100N 的物体M 在水平地面上做匀速直线运动，如果拉力F =20N ，绳子拉出了6m ，则物体受到的摩擦力为_____N ，物体前进了_____m ，弹簧测力计的示数为_____N 。

（不计滑轮重、绳重和摩擦）
【答案】60 2 40
【解析】
【详解】
[1]由图可知：滑轮组上绳子的有效股数n =3，所以物体M 与地面间的摩擦力
f =nF =3×20N=60N
物体受到的摩擦力为60N 。

[2]物体移动的距离
116m=2m 33
=s s =⨯物绳 物体前进了2m 。

[3]弹簧测力计与定滑轮相连，定滑轮上有两股绳子，因此弹簧测力计的示数为
F 弹＝2F ＝20N ×2＝40N
弹簧测力计的示数为40N 。

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．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】
【详解】
[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 =2G ＝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
1140cm=20cm=0.2m 22
A s h =⨯=
A 端向左移动速度 A 0.2m 0.04m/s 5s s v t =
==
9．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 =
12(G 物+G 动) 即 60N=12
(100N+G 动) 解得G 动=20N ，用此动滑轮将重200N 的物体时，拉力
F ′=12⨯(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。

10．如图所示，某人通过滑轮组将深井中的物体拉至井口.己知物体在10s 内被提升了2m ，物体所受重力720N ，人对绳子水平向右的拉力300N.(不计绳重及摩擦) 求：
(1)人做的有用功W 有用;
(2)动滑轮的重力G 动;
(3)人拉起货物时的机械效率η.
【答案】(1) 1440J ；(2) 180N ；(3) 80%。

【解析】
【详解】
(1)物体所受重力720N ，被提升了2m ，则人做的有用功为：
W 有用=Gh =720N×2m=1440J ；
(2)由图可知，滑轮组的有效绳子段数为n =3，根据F =+G G n 动，则动滑轮的重力为： G 动=nF-G =3×300N-720N=180N ；
(3)根据
η=
===W Gh Gh G W Fs Fnh Fn
有用总， 人拉起货物时的机械效率为： η=G Fn =720N 300N 3
⨯=80%。

答：(1)人做的有用功为1440J ；
(2)动滑轮的重力为180N ；
(3)人拉起货物时的机械效率为80%。

11．如图所示，重300N 的物体在20N 的水平拉力F 的作用下，以0.2m/s 的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s ，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中下列说法正确的是（ ）
A ．绳子自由端移动的距离为2m
B ．物体与地面间的滑动摩擦力为48N
C ．拉力F 的功率为4W
D ．有用功为120J
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由图知n ＝3，则绳子自由端移动的距离
s 绳＝3s 物＝3v 物t ＝3×0.2m/s×10s ＝6m
故A 错；
B ． 因为 =100% =100%=100%=100%=80%33W fs fs f W Fs F s F
η⨯⨯⨯⨯有物物绳总物 所以物体与地面间的滑动摩擦力
380%320N 80%48N f F =⨯=⨯⨯= 故B 正确；
C ．拉力做的功为
W 总＝Fs 绳＝20N×6m ＝120J
拉力做功的功率
120J 12W 10s
W p t =
==总 故C 错误；
D ．有用功 W 有＝fs 物＝fv 物t ＝48N×0.2m/s×10s ＝96J
故D 错。

故选B 。

12．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
F 1×4m ＝
G ×2m
解得F 1＝0.5G ；
B 图中为滑轮组，通过动滑轮绳子段数n ＝3，所以F 2＝13G ；
C 图中为动滑轮，动力作用在动滑轮的轴上，则F 3＝2G ；
D 图中是杠杆，设杆与水平面的夹角为α，则有
F 4×4cosα＝
G ×1×cosα 解得F 4＝14
G 。

由此可知动力最小的是D 。

故选D 。

13．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 ． 213
F G = C ． 312F 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 。

14．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
2F 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： 12P P =
故A 项错误，B 项正确。

15．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 。

16．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
3
F G F =+轮，故C 错误，D 正确。

故选D 。

17．利用质量相等的滑轮，组装成如图所示的两种方式，将同一重物提升相等高度。

若绳重和摩擦不计，下列分析中正确是( )
A ．甲图中绳自由端移动距离较小
B ．乙图中绳自由端作用力较小
C ．两种方式所做的额外功相等
D ．增大提升高度，机械效率都会变大
【答案】C 【解析】 【详解】
A ．若物体升高高度为h ，则拉力移动的距离为2s h =甲，2s h =乙，则s s =甲乙。

故A 错误；
B ．甲中：2=+F G G 甲动，乙中：2=F G G +乙动，所以=F F 甲乙。

故B 错误；
C ．甲中：=W G h 甲额动，乙中：=W G h 乙额动，所以=W W 甲额乙额。

故C 正确；
D ．机械效率公式：
=
=W Gh Gh G
W Fs Fnh nF
η==有总， 所以机械效率跟物体升高的高度无关。

故D 错误。

18．关于图中的简单机械，说法正确的是（ ）
A ．图甲中的剪铁片剪刀的动力臂小于阻力臂，所以是省力杠杆；
B ．图乙中旗杆顶端装有动滑轮，利用它来升国旗，可以改变力的方向；
C ．利用图丙中的滑轮组提升重物，省功但费距离；
D ．利用图丁中的滑轮组提升重物，省力又能改变力方向。

【答案】D 【解析】 【详解】
A ．剪铁片剪刀使用过程中，动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，故A 错误；
B ．图乙中旗杆顶端装有定滑轮，利用它来升国旗，可以改变力的方向，故B 错误；
C ．使用任何机械都不省功，故C 错误；
D ．利用图丁中的滑轮组提升重物既省力又能改变力的方向，使用方便，故D 正确。

19．使用一个动滑轮匀速提升一个物体时，若分别沿如图所示的方向用力F 1、F 2和F 3，则这三个力的大小关系是:
A．F1=F2=F3B．F1>F2>F3
C．F3>F2>F1D．F2>F3>F1
【答案】C
【解析】
【分析】
【详解】
固定绳子的一端与动滑轮接触的地方为支点，各力臂如下：
可知F1的力臂为直径,力臂最大,F2的力臂较大,F3的力臂最小,由杠杆平衡条件知,当阻力与阻力的力臂的积固定时,力臂越大,力越小．故三个力的关系为：F1<F2<F3．故选C．
20．如图所示，物体A在水平桌面上，绳重及摩擦不计，动滑轮重力为2N。

当B物体重力为8N时，它恰好能匀速下降。

（1）以上装置中属于动滑轮的是________（填字母）。

（2）物体A所受的摩擦力为________N。

（3）若用一个水平向左的力F拉物体A，使其向左匀速运动，则这个力F大小应为
________N。

【答案】M510
【解析】
【详解】
[1]由于M随物体移动而发生位置变化，所以M是动滑轮。

[2]A对B的拉力为F，动滑轮M和B受力分析可知中：
2F =G M +G B
2N 8N
5N 2
F +=
= A 受力平衡，所以摩擦力f =F =5N 。

[3]A 向左匀速运动时，受力平衡：
F 左=f +F =5N+5N=10N 。