备战中考物理知识点过关培优训练∶滑轮组的省力问题附答案解析

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．如图所示，不计滑轮重及摩擦，物体A 、B 均重为20牛。

当用力F 2匀速提升物体B 时，以滑轮的轴为参照物，物体B 是______ 的 （选填“静上”或“运动”），此时力F 2大小为_______牛。

若F 1和F 2所做的功相等,物体A 、B 移动的距离之比是_______，当绳子自由端
上升1米时，力F2所做的功为________焦。

【答案】静止101:110
【解析】
【详解】
[1]以滑轮的轴为参照物，物体B相对与参照物的位置没有改变，是静止的；
[2]B物体使用的是动滑轮，能省一半力，不计滑轮的重和摩擦，拉力：
F2=1
2
G=
1
2
×20N=10N
[3]因为使用任何机械都不能省功，当F1和F2所做的功相等，物体A. B重力相同，移动的距离相同，故距离之比是1:1。

[4]当绳子自由端上升1米时，力F2所做的功为：
W=Fs=10N 1m=10J。

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<F乙，
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，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
F1=1
3
(G+G动)
动滑轮的重力
G动=3F1-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
5．如图所示为家用手摇晾衣架，它是我们生活中经常使用的简单机械，其中A 、B 两滑轮中属于动滑轮的是_____；若衣服和晾衣架的总重力为200N ，晾衣架上升的高度为1m ，不计动滑轮重、绳重及摩擦，静止时绳的拉力F =_____N ，绕进旋轮上的绳子长度是
_____m 。

【答案】B 50 4 【解析】 【分析】 【详解】
[1]使用时，轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮，由图可知B 为动滑轮； [2]由图可知承重绳为4股，衣服和晾衣架的总重力为200N ，所以绳子的拉力
200N
50N n 4
G F =
== [3]承重绳为4股，所以绕进旋轮上的绳子长度是S =4h =4×1m=4m 【点睛】
6．在水平桌面上放一个重300N 的物体，物体与桌面间的摩擦力为60N ，如图所示，若不考虑绳子重力和轮与轴之间的摩擦，使物体以0.1m/s 的速度匀速移动时，水平拉力的大小为_____________N ，拉力做功的功率为______________W ．
【答案】20 6 【解析】 【详解】
因为物体在水平桌面上匀速运动，所以物体受的拉力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，即
60N F f ==拉
从图可知，此滑轮组有三股绳子承担对物体的拉力，不考虑绳的重力和绳的摩擦，绳子自由端的水平拉力为
11
60N=20N 33
F F ==⨯拉
水平拉力的功率
320N 30.1m/s=6W W Fs
P Fv F v t t
=
===⨯⨯=⨯⨯物
7．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】M 5 10 【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 。

8．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%。

9．某同学用如图所示滑轮组将重为300N 的物体以0.2m/s 的速度匀速向上拉动，拉力为125N （不计绳重及摩擦），则动滑轮重_____N ，5s 内人拉绳子做的功是_____J 。

【答案】75 375 【解析】 【分析】 【详解】
[1]看图可知动滑轮上绕过的绳子股数n =3。

根据滑轮组受力关系
+G G F n =
物动
得
300N+125N 3
动
=
G 解得动75N G =。

[2]绳子末端移动距离
30.2m/s 5s 3m 物===⨯⨯=S nh nv t
5s 内人拉绳子做的功
125N 3m 375J ==⨯=W Fs
10．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 。

11．如图所示，小华用滑轮组竖直匀速提升一个重为600N 的物体，人拉绳的力F 为250N （不计绳重和摩擦）。

若用这个滑轮组竖直匀速提升1200N 的物体时，人的拉力F 为（ ）
A ．400N
B ．450N
C ．500N
D ．600N
【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】
由图可知，绳子承担重物的段数n 为3，提升一个重为600N 的物体时，拉绳的力F 为250N ，根据()1
F G G n
=
+物动求出动滑轮的重力为 33250N 600N 150N G F G =-=⨯-=动物
当提升一个重为1200N 的物体时，人的拉力为
()
()11
1200N 150N 450N 3
F G G n ''=
+=+=物动 综上所述，ACD 项不符合题意，B 项符合题意。

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＝1
3
G ； 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＝
1
4
G 。

由此可知动力最小的是D 。

故选D 。

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 ．()2113
F G F =
+轮，故C 错误，D 正确。

故选D 。

14．如图所示， 甲滑轮组中滑轮的质量均为 m ，乙滑轮组中滑轮的质量均为 0.5m ，用甲、乙滑轮组分别使重力均为 G 的重物在相同时间内匀速上升相同高度 h ，绳子自由端的拉力分别为 F 1 、F 2 。

不计绳重和摩擦， 则下列判断正确的是（ ）
A ．拉力 F 1 小于 F 2
B ．拉力 F 1 的功率小于 F 2 的功率
C ．拉力 F 1 做的功小于拉力 F 2 做的功
D ．甲滑轮组的机械效率小于乙滑轮组的机械效率
【答案】D
【解析】
【分析】
【详解】
A ．由图知，图甲、图乙滑轮组，n =3，因为不计绳重和滑轮轴处摩擦，所以
F 1=
13 (G +G 甲)=1 3 (G +mg )，F 2=13 (G +G 乙)=1 3
(G +0.5mg ) 故F 1> F 2，故A 错误； BC ．重物在相同时间内匀速上升相同高度 h ，则拉力移动距离s 相同，拉力做功
W 1= F 1s ，W 2=F 2s
故W 1> W 2，因为做功时间相同，所以拉力 F 1 的功率大于 F 2 的功率，故BC 错误； D ．甲滑轮组和乙滑轮组做的有用功相同，G 甲> G 乙，则甲滑轮组做的额外功多，故甲滑轮组的机械效率小于乙滑轮组的机械效率，故D 正确。

故选D 。

15．用同一滑轮按如图所示甲、乙两种方式匀速提升重均为10N 的A 、B 两物体，在相同时间内提升相同的高度；已知滑轮重1N ，绳重和滑轮摩擦力不计。

则下列说法中正确的是（ ）
A．手的拉力F乙=10N
B．利用乙种方式做的有用功比较多
C．甲种方式的机械效率大于乙种方式
D．手的拉力F甲做功的功率比F乙做功的功率大
【答案】C
【解析】
【详解】
A．乙滑轮是动滑轮，绳重和摩擦不计，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，
F乙=1
2
(G+G动)=
1
2
×(10N+1N)=5.5N
故A错误；
B．利用两种滑轮都是将G=10N的物体提升相同的高度h，由公式W有用=Gh知，有用功相同，故B错误；
C．甲乙装置所做的有用功相同，用乙装置提重物时，得提起动滑轮所做额外功较多，也
就是乙装置的总功较大，由公式η=W
W
有用
总
知，甲方式的机械效率较高，故C正确；
D．因为乙装置总功较大，并且在相同时间内提升物体，由公式P=W
t
知，乙装置手的拉
力做功功率较大，故D错误。

故选C。

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．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．
18．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。

19．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。

20．为了开发和利用深海的资源，我国某科研考察队在远海进行科学实验时，使用母船上的起降设备，将我国最新自主研制的“潜龙三号”无人潜水器，从母船甲板上吊起并降到海面上，如图甲所示，该起降设备利用了液压装置、杠杆、滑轮组等，“潜龙三号”潜水器是我国最新研制的具有高智能的自动巡航潜水器，长3.5米、高1.5米、重1.5吨，可抵达3850米深海连续航行42小时48分钟、航程15682公里。

(1)起降设备中滑轮组的结构示意图如图乙所示，请你用笔画线代表钢丝绳，画出最省力的绕线方法____。

(2)该起降设备若在1min 内将“潜龙三号”匀速提升了20m ，该过程中钢丝绳的拉力由电动机提供，电动机的输出功率是10kW ，则钢丝绳的拉力是多少____？
(3)该滑轮组的机械效率是多少____？ 【答案】 7500N 50%
【解析】
【分析】
(1)在使用滑轮组提升重物时，既要考虑到它的省力情况，还应注意动力的施力方向。

(2)已知作用在动滑轮上的绳子段数和“潜龙三号”上升的高度，可以得到钢丝绳拉下的长度；已知电动机的输出功率，可以得到拉力做的功；已知拉力做的功和做功时间，利用公式W P t
=得到拉力。

(3)根据G mg =和W Gh =有求出有用功，再根据100%η⨯有总
W =
W 求出该滑轮组的机械效率。

【详解】 (1)[1]对由两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，可绕线方法有4股和5股两种，两种方法都达到了省力的目的，但拉力的方向不同，有5股绕线的方法拉力方向向上；有4股绕线的方法拉力方向向下，根据题意可知拉力方向向下，因此从定滑轮上固定，如图所示：
(2)[2]钢丝绳端移动的距离
420m 80m s nh ==⨯=
把“潜龙三号”提升20m 拉力做的功
351010W 60s 610J W Pt ==⨯⨯=⨯
钢丝绳的拉力
5610J 7500N 80m
W F s ⨯=== (3)[3]“潜龙三号”的重力
341.510kg 10N/kg 1.510N G mg ==⨯⨯=⨯
有用功
451.510N 20m 310J W Gh ==⨯⨯=⨯有
滑轮组的机械效率
55310J 100%100%50%610J
W W η⨯=⨯=⨯=⨯有。