中考物理滑轮组的省力问题(大题培优)及答案解析

A端向左移动速度
6．如图所示，不计绳子、滑轮的重力及它们之间的摩擦，当用大小为10N的拉力F拉重50N的物体时，物体恰好以v=2m/s的速度沿水平面做匀速直线运动，此时物体受到水平面的摩擦力为________N，拉力F的功率为________W；将拉力F增大为20N时，物体受到水平面的摩擦力将________（选填“增大”、“减小”或“保持不变”）。
【答案】1044
【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：
则拉力
（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
动滑轮重力：
G动=2F﹣G=2×10N﹣16N=4N．
f=nF=3×20N=60N
物体受到的摩擦力为60N。
[2]物体移动的距离
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。
4．如图所示，用力F1和F2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F2的大小为___________牛.
A．80N，80J B．80N，160J C．40N，160J D．40N，80J
【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】
动滑轮省一半力，多费一倍的距离，所以物体的重为： ；由 得 ，提升重物所做的功： ．
故选B．
14．小明用如图的滑轮组提升重为100N的物体，使其在5s内匀速上升2m，动滑轮的重为10N，不计绳重及摩擦，下列计算正确的是（ ）
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．
12．质量是6kg的物体A放在水平桌面上，利用图所示的装置使物体以0.2m/s的速度做匀速直线运动，弹簧测力计始终保持水平，其示数为2N，不计滑轮和绳子的重和滑轮组内部的摩擦，则（g取10N/kg）（ ）
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．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．拉力F为50N
B．绳子自由端移动的距离为6m
C．此时滑轮组的机械效率为
D．拉力的功率为40W
【答案】C
【解析】
【详解】
A．由图知，通过动滑轮的绳子段数n=2，不计绳重及摩擦，则拉力：
，
选项不符合题意；
B．绳端移动的距离：
，
选项不符合题意；
C．所做的有用功：
，
拉力做的总功：
，
滑轮组的机械效率：
，
选项符合题意；
【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 得到拉力。
(3)根据 和 求出有用功，再根据 求出该滑轮组的机械效率。
3．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】60240
【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
【答案】 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
则输电线A端受到的拉力大小
FA=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＝2sA，则输电线A端向左移动的距离
【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．
钢丝绳的拉力
(3)[3]“潜龙三号”的重力
有用功
滑轮组的机械效率
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】A25
【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F2的大小为25N。
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）
(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】 7500N50%
7．小李用如图所示的装置提升货物。已知货物重G物=720N，在t=5s内货物被匀速竖直提升了h=1m，小李始终静止在地面上，并且对绳子自由端的拉力F=400 N且竖直向下。求在此过程中：
(1)动滑轮对货物做的有用功；
(2)拉力F所做的总功；
(3)拉力F做功的功率；
(4)使用该装置提升货物时的机械效率η。
【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
把“潜龙三号”提升20m拉力做的功
(2)拉力F所做的总功为800J；
(3)拉力F做功的功率为160W；
(4)使用该装置提升货物时的机械效率为90%。
8．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。
故D错误；
C．由 可得，甲、乙拉力的功率之比
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 可得两滑轮组的机械效率相同，即甲、乙的机械效率之比
故B正确。
故选B。
2．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】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= (G物+G动)
即
60N= (100N+G动)
解得G动=20N，用此动滑轮将重200N的物体时，拉力
F′= (200N+20N)=110N
[[3]将拉力F增大为20N时，物体对水平面的压力和接触面的粗糙程度都不变，所以受到水平面的摩擦力不变。
【点睛】
本题考查了动滑轮的使用、平衡条件的应用、功率的计算、影响摩擦力的因素等知识，要牢记影响滑动摩擦力的两个因素，当两个因素都不变时，摩擦力的大小不变，与其它因素无关。
s′=vt=0.2m/s×1s=0.2m
绳子自由端移动的距离为
s=3s′=3×0.2m=0.6m
在1s内拉力F做功为
W=Fs=2N×0.6m=1.2J
故B正确；
C．在1s内拉力F的功率为
故C错误；
D．由图可知，承担摩擦力的绳子股数是3，物体做匀速直线运动，则
所以
f=6N