2020年基于核心素养下的34个中考物理特色专题专题20滑轮组问题含解析.docx

专题20 滑轮组问题1. 用滑轮组竖直提升物体有用功、额外功和总功以及机械效率的求法（1）有用功W有用=Gh（2）总功W总=Fs（3）额外功W额外=W总W有用（4） s=nh其中h是重物G被提升的高度，s是动力F 移动的距离， n是动滑轮上的绳子段数。（5）滑轮组机械效率的求解用滑轮组提升物体时，有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。滑轮组机械效率公式：（W有用/W总）×100（W有用/W总）×100= (G / nF ) ×1002. 用滑轮组水平拉动物体有用功、额外功和总功以及机械效率的求法（1）有用功W有用= fs2（2）总功W总= F s1（3）额外功W额外=W总W有用（4）s1= ns2其中 s1是动力F 移动的距离，s2是重物水平移动的距离，f是物体匀速运动受到的阻力， n是动滑轮上的绳子段数。（5）滑轮组机械效率的求解用滑轮组水平拉动物体时，有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。滑轮组机械效率公式：（W有用/W总）×100（W有用/W总）×100= (fs2/ F s1) ×100【例题1】某建筑工地上，工人师傅用滑轮组和桶组成的装置将水泥从地面匀速运至楼上，如图所示，若水泥重为G0，桶重为G1，动滑轮重为G2，不计绳重和摩擦，此过程中该装置的机械效率为，则工人师傅作用在绳子自由端的拉力F为（ ）AF=BF=CF=+G1 DF=【答案】AD【解析】（1）由图知，n=3，不计绳重和摩擦，拉力F=（G0+G1+G2），故A正确、B错；（2）由图知，n=3，则拉力端移动的距离s=3h，由=得：F=，故C错、D正确【例题2】如图所示，物体A的质量为50kg当力F为100N时，物体A恰能匀速前进若物体A前进0.5m所用时间为10s，（不计绳和滑轮重）求：（1）物体A的重力（2）物体A受到的摩擦力（3）力F做的功 （4）力F做的功率？【答案】（1）490N（2）200N（3）100N（4）10W【解析】（1）A的重力：Gmg50kg×9.8N/kg490N（2）A匀速前进：f2F200N（3）10s，物体A前进：s10.5m拉力F向前移动距离：s22×0.5m1m力F做功：WFs2100N×1m100J（4）力F功率：P10W一、选择题1某同学用滑轮组提升物体，绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，物体上升的高度随时间变化的关系如图中图线b所示。已知物体的质量为450g，所用动滑轮的质量为50g，绳子自由端的拉力F为1.3N，g取10N/kg。在02s的过程中，下列说法中正确的是（）A绳子自由端移动的速度为5.0cm/sB拉力F的功率为0.26WC有用功为0.45JD滑轮组的机械效率为90%【答案】BC【解析】（1）根据v可求速度；（2）根据PFv可求拉力F的功率；（3）有用功W有用Gh；（4）由图线ab所示分析可得，snh可知n的示数，滑轮组的机械效率为可求。A、绳子自由端竖直移动的距离随时间变化的关系如图中图线a所示，绳子自由端移动的速度为：v20cm/s，故A错误；B、拉力F的功率：PFv1.3N×0.2m/s0.26W，故B正确；C、有用功：W有用Ghmgh0.45kg×10N/kg×0.1m0.45J，故C正确；D、由图线ab所示分析可得，snh可得n4，滑轮组的机械效率为：×100%86.5%，故D错误。2.如图所示，工人用250N的力将重400N的物体匀速提升2m，共用了10秒，若在此过程中（忽略绳重和摩擦），下列说法正确的是A绳子自由端移动的距离是6m B动滑轮的重是10NC工人做功的功率是80W D滑轮组的机械效率是80【答案】D【解析】（1）动滑轮上的绳子段数n=2，所以绳子自由端移动的距离是s=nh=2×2m=4m；（2）需考虑G动，忽略绳重和摩擦F=(G+G动）/n 250N=(400N +G动）/2 解得：G动=100N（3）有用功：W有=Gh=400N×2m=800J拉力F所做的总功：W总=Fs=250N×4m=1000J（W有用/W总）×100=G/n F=400N/（2×250N）=80%（4）P总=W总/t=1000J /10s=100W二、填空题3利用如图所示的滑轮组，在5s内将重为360N的物体匀速向上提起2m，作用在绳端竖直向上的拉力F为150N，该滑轮组的机械效率是，拉力F的功率是W【答案】80%；180【解析】由图可知，n=3，则绳端移动的距离：s=nh=3×2m=6m，拉力做的功：W总=Fs=150N×6m=900J，有用功：W有=Gh=360N×2m=720J，滑轮组的机械效率：=×100%=×100%=80%；拉力F的功率：P=180W4.利用图中的滑轮组提升重物A（物体A重1600 N），滑轮组的机械效率为80%，当物体匀速提升时，作用在绳端的拉力F为_N，如果增大物重，此滑轮组的机械效率_（选填“变大”、“变小”或“不变”）【答案】500N，变大【解析】已知：G1600N，机械效率80%设提升时，物体上升h根据图，拉力上升高度为S4hF500N分析物重对机械效率的影响若h、W额不变，G增大，提高5.如图中，物体A重50N，物体B重30N，物体A在物体B的作用下向右做匀速直线运动如果在物体A上加一个水平向左的力F2拉动物体A，使物体B以0.1m/s的速度匀速上升，2s内拉力F2所做的功是_J（滑轮和绳子的重以及绳子与滑轮之间的摩擦均不计）【答案】12J【解析】拉力的功WFs，要正确求出功，必须求出拉力和拉力移动的距离，这就和滑轮组的受力分析综合起来了已知：GA50N，GB30N，vB0.1 m/s，t2s求：WA向右运动，受向右拉力F1和向左的摩擦力f，A匀速运动：fFl与B相连的滑轮上方共有3根绳子承担物重GBF1GB×3010fF110N当A向左运动时，A受向左的拉力F2和向右的摩擦力f及向右的绳子拉力F1F2fF1（F1=GB10N），f大小不变F210N10N20N在2s内，物体上升距离hvB×t0.1m/s×2s0.2m拉力移动距离s3h3×0.2m0.6m拉力做的功WF2s20N×0.6m12J6.一人利用如图所示的滑轮组匀速提升重为450N的物体，若每个滑轮重50N，人重600N，则人对地面的压力是_N（不计摩擦力）【答案】人对地面压力350N【解析】人对地面的压力大小，取决于人受的力，而人受的力，又与滑轮组绳子上的拉力F有关滑轮组上承担物重的绳子根数为2所以滑轮组绳子上的拉力：F（GG动）（G：物重，G动：动滑轮重）（450N50N）250N人受力为：重力G，绳子的拉力F和地面的支持力NFNG支持力：NGF600N250N350N根据相互作用力大小相等，人对地面的压力：FN350N三、综合应用题7.小华用如图所示的滑轮组拉动货箱，已知货箱的质量为60kg，在F=50N的拉力作用下，货箱以0.1m/s的速度做匀速直线运动，地面对货箱的滑动摩擦力f为货箱重的0.2倍求：（1）货箱的重力是多少？（2）拉力F的功率是多少？（3）货箱运动了1min，克服摩擦所做的功是多少？（4）此滑轮组的机械效率是多少？【答案】（1）600N（2）15W（3）720J（4）80【解析】（1）根据G=mg可求货箱的重力。（2）V绳=3 V物=3×0.1m/s=0.3m/s   拉力F的功率由P=FV绳求出。（3）物体移动路程S物=V物t=6m  =0.2G=120N  由 W = f s 求克服摩擦所做的功。（4）根据W有= f s，S绳=V绳t，W总=FS绳分别求有用功、总功所以由= W有/W总求出滑轮组的机械效率。8利用如图所示的滑轮组，在5s内将重为300N的物体匀速向上提起0.2m，竖直向上的拉力F为125N求：（1）滑轮组的机械效率；（2）拉力的功率【答案】（1）滑轮组的机械效率为80%；（2）拉力的功率为15W【解析】（1）有用功W有用=Gh=300N×0.2m=60J，W总=Fs=F×3h=125N×3×0.2m=75J，滑轮组的机械效率：=×100%=×100%=80%；（2）拉力的功率：P=15W。9.如图所示，用滑轮匀速提起1200N的重物，拉力做功的功率为1000W，绳子自由端的上升速度为2m/s，（不计绳重和摩擦）求：（1）作用在绳自由端的拉力多大？（2）滑轮组的机械效率为多大？（3）若用此滑轮组匀速提起2400N的重物，作用在绳子自由端的拉力为多少？【答案】见解析。【解析】求滑轮组的机械效率关键是搞清有用功和总功涉及功率时，也同样要区别有用功率和总功率已知G1200N，P总100W，vF2m/s在分析已知条件时，应注意此时拉力的功率为总功率，速度为拉力F移动的速度（1）P总F·vFF500N（2）80%（3）当物体重力为G2400N时，机械效率也要变化，但不计绳重和摩擦时，由前面给的已知条件，可先求出动滑轮重，由F（G动G）G动3FG1500N1200N300N当G2400N时F拉（G动G）（300N2400N）900N10.如图所示，用甲、乙两种滑轮组，分别匀速竖直向上提升同一重物，从相同位置开始提升至同一高度处，求：（1）若不计绳重，滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比；（2）若不计绳重及摩擦，重物质量为400g，动滑轮质量为100g，匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率。【答案】（1）若不计绳重、滑轮重及摩擦，两次拉力F1和F2之比为3：2；（2）若不计绳重及摩擦，甲、乙两装置的机械效率都是80%。【解析】（1）由图知，甲图中，n1=2；乙图中，n2=3，若不计绳重、滑轮重及摩擦，则拉力F=G，两次拉力F1和F2之比：F1：F2=G：G=：=3：2；（2）利用G=mg求重物重力、动滑轮重力，因为不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率=，所以甲、乙两装置的机械效率相同，利用=计算。重物的重力：G=mg=0.4kg×10N/kg=4N，动滑轮的重力：G轮=m轮g=0.1kg×10N/kg=1N，不计绳重及摩擦时，滑轮组的机械效率=，由于两装置中物重和动滑轮重均相同，所以甲、乙两装置的机械效率：1=2=×100%=80%。11.如图所示，司机师傅利用滑轮组把汽车从泥坑里拖出来（泥坑可近似看成水平面），在此过程中汽车匀速移动了1m，共用时5s，已知 汽车所受阻力为1200N，司机师傅的拉力功率为300W，在考虑滑轮组摩擦阻力影响因素条件下，求：（1）司机师傅的拉力为多大？（2）滑轮组的机械效率是多少？【答案】（1）500N；（2）80%【解析】使用滑轮组沿水平方向拉物体时，若物体移动s，承担汽车与水平面间的摩擦力的绳的股数是n股，则绳自由端移动的距离s=ns，动力作用的绳端移动的速度是物体移动速度的n倍。（1）绳子自由端移动的距离s=ns汽车=3×1m=3m，绳子自由端速度：v=s/t=3m/5s=0.6m/s，由P=Fv得，工人的拉力：F=500N；（2）拉力所做总功：W总=Fs=500N×3m=1500J；工人所做有用功：W有用=fs汽车=1200N×1m=1200J，滑轮组的机械效率：=×100%=×100%=80%