2020-2021中考物理滑轮组的省力问题-经典压轴题附详细答案

一、初中物理滑轮组的省力问题

1．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 ）（ ）

A ．作用在绳端的拉力F 为6N

B ．在1s 内拉力F 做功1.2J

C ．在1s 内拉力F 的功率是0.4W

D ．水平桌面对物体A 的摩擦力是2N 【答案】B 【解析】 【分析】 【详解】

A ．绳子上的力是相等的，因为弹簧测力计的示数是2N ，所以，作用在绳端的拉力F 为2N ．故A 错误；

B ．根据图示可知，滑轮组动滑轮上有三股绳子。物体A 在1s 内通过的距离为

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

1.2J 1.2W 1s

W P t =

== 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

3

f

F =

所以

f =6N

故D 错误。 故选B 。

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 ′=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。

3．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()1

F 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

()()1

2N 18N 10N 2

F G G ''=

+=+=动物 拉力做的总功

10N 2m 20J W F s '='=⨯=总

4．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%。

5．如图所示，在水平拉力F的作用下，重为300 N的物体恰能在水平桌面上以0.lm/s的速度做匀速直线运动，此时物体与桌面的摩擦力大小为60N（不计绳重、动滑轮重及摩擦），则拉力F=_________N及其功率P=_______W。

【答案】206

【解析】

【详解】

[1]由图可知，与动滑轮相连的绳子段数为3，不计绳重、动滑轮重及摩擦，则绳端的拉力：

F=1

3

f=

1

3

×60N=20N；

[2]绳子自由端移动的速度为：

v绳=3v物=3×0.1m/s=0.3m/s；

则拉力F的功率为：

P=Fv绳=20N×0.3m/s=6W。

6．如图所示的滑轮组（不计滑轮重、绳与滑轮的摩擦），在拉力F的作用下，物体水平向左做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 6N，则物体受到地面的摩擦力大小为

_________N。一段时间内物体沿水平方向移动了 5m，拉力F 做功_____J。