【物理】物理滑轮组的省力问题的专项培优易错试卷练习题(含答案)含答案
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一、初中物理滑轮组的省力问题1.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F1×4m=G×2m解得F1=0.5G;B图中为滑轮组,通过动滑轮绳子段数n=3,所以F2=13 G;C图中为动滑轮,动力作用在动滑轮的轴上,则F3=2G;D图中是杠杆,设杆与水平面的夹角为α,则有F4×4cosα=G×1×cosα解得F4=14 G。
由此可知动力最小的是D。
故选D。
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】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 GW FS F h Fη====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()12F G G =+动 动滑轮重力:G 动=2F ﹣G =2×10N ﹣16N=4N .3.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 。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.用如图所示的滑轮或滑轮组,将同一物体匀速提高h ,最省力的是(滑轮重不计)( )A .B .C .D .【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】A .图中滑轮是定滑轮,拉力F=G ;B .图中滑轮是动滑轮,拉力12F G =; C .图中滑轮组的动滑轮绕2段绳,拉力12F G =; D .图中滑轮组的动滑轮绕3段绳,拉力13F G =; 所以最省力的是D 中滑轮组。
故选D 。
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8J100%100%80%10JW 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2J2N 1mW 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.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 。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.小黄同学用水平力F 拉动如图所示装置,使重200N 的A 物体5s 内在水平地面上匀速运动了120cm ,物体B 重100N (物体B 与A 始终接触),此过程中A 受到地面的摩擦力为24N ,弹簧测力计的示数为16N 。
若不计滑轮重、弹簧测力计重、绳重和绳与滑轮间摩擦,则滑轮移动的速度为___m/s ,物体A 受到B 施加的摩擦力____(选填“水平向左”、“水平向右”或“为零”),水平拉力F 大小为____N ,水平拉力F 的功率为____W 。
【答案】0.12 水平向右 80 9.6【解析】【分析】滑轮为动滑轮,滑轮移动的速度等于物体移动速度的二分之一;根据力的作用的相互性得出物体A 受到B 施加的摩擦力的大小及方向;物体A 受到向左的拉力等于地面对A 的摩擦力f 地加上物体A 受到B 施加的摩擦力f A ;而滑轮为动滑轮,滑水平拉力F 为F 左的2倍,据此计算水平拉力F 的大小;然后利用 P Fv =计算功率。
【详解】[1]物体移动的速度212010m 0.24m/s 5ss v t -⨯===物物 则滑轮移动的速度110.24m/s 0.12m/s 22v v ==⨯=轮物 [2]由力的作用是相互的,相互作用力大小相等,方向相反,而物体B 受到A 的摩擦力与弹簧测力计的拉力是平衡力,大小等于16N ,则物体A 受到B 施加的摩擦力也为16N ,方向水平向右。
[3]物体A 受到向左的拉力等于地面对A 的摩擦力加上物体A 受到B 施加的摩擦力,即BA 24N 16N 40N F f f ++===地左滑轮为动滑轮,则水平拉力F 为240N 802N F F =⨯==左[4]水平拉力F 的功率0.12m/s 9.6W 80N P Fv ==⨯=轮2.(1)如图甲所示,图中的装置相当于一个_______(填一种简单机械的名称).(2)如图乙所示,使用此简单机械的主要目的是_______.(3)如图丙所示,橡皮筋两头分别固定在罐子的顶部和底部,中间系一个钩码,就做成了能自动回头的“魔罐”,当将”魔罐“在水平地面上滚出后,还能自动滚回来,这说明_______.【答案】滑轮组省力机械能之间可以相互转化【解析】【详解】(1)[1]由图甲可知,绳子和木棍组合在一起,起到滑轮组的作用,用较小的力就可以使作用有较大力的两根木棍靠拢,说明使用该滑轮组可以省力;(2)[2]图乙是过盘山公路,盘山公路相当于斜面,山高一定,盘山公路相当于增大了斜面长度,因为在斜面高一定时,斜面越长越省力,所以人们修建盘山公路的目的是为了省力;(3)[3]魔罐在开始滚动的时候,具有动能,滚动的过程中,罐子动能转化为橡皮筋的弹性势能,当动能为零时,弹性势能最大,魔罐开始向回滚动,在魔罐滚回来的过程中橡皮筋弹性势能减小,罐子动能增大,弹性势能转化为动能。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.用如图甲所示的装置来探究滑轮组的机械效率η与物重G 物的关系,改变G 物,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,计算并绘出η与G 物的关系如图乙所示,若不计绳重和摩擦,则下列说法正确的是( )A .同一滑轮组的机械效率η随G 物的增大而增大,最后等于100%B .此滑轮组动滑轮的重力为5NC .当 G 物=15N 时,滑轮组机械效率为η=75%D .G 物不变,改变图甲中的绕绳方式,滑轮组的机械效率仍不改变 【答案】D 【解析】 【分析】 【详解】A .使用滑轮组时,克服物重的同时,不可避免地要克服动滑轮重、摩擦和绳子重做额外功,所以总功一定大于有用功,机械效率一定小于1,即同一滑轮组的机械效率η随G 物的增大而增大,但最终不能等于100%,故A 错误;B .由图可知,G 物=12N ,此时η=80%,则80%G h Fsη==物且有nF G G =+物动s nh =代入可得12N80%12N G G G G ==++物物动动故滑轮组动滑轮的重力为3N G =动故B 错误;C .当 G 物=15N 时,滑轮组机械效率为15N83%15N 3NG G G η===++物物动故C 错误;D .G 物不变,改变图甲中的绕绳方式,如图所示因为此图与题干中甲图将同一物体匀速提高相同的高度,所以所做的有用功相同;忽略绳重及摩擦时,额外功相同,所以总功相同,滑轮组的机械效率仍不改变,故D 正确。
故选D 。
2.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 。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.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F1×4m=G×2m解得F1=0.5G;B图中为滑轮组,通过动滑轮绳子段数n=3,所以F2=13 G;C图中为动滑轮,动力作用在动滑轮的轴上,则F3=2G;D图中是杠杆,设杆与水平面的夹角为α,则有F4×4cosα=G×1×cosα解得F4=14 G。
由此可知动力最小的是D。
故选D。
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 =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。
3.小夏利用如图所示的滑轮组将重为280 N 的物体匀速提起。
已知他自身所受的重力为500 N ,双脚与地面的总接触面积为400 cm 2 ,动滑轮所受的重力为120 N ,若不计绳重和摩擦,小夏对地面的压强为_____Pa 。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.用如图所示的滑轮或滑轮组,将同一物体匀速提高h,最省力的是(滑轮重不计)()A.B.C.D.【答案】D【解析】【分析】【详解】A.图中滑轮是定滑轮,拉力F=G;B.图中滑轮是动滑轮,拉力12F G =;C.图中滑轮组的动滑轮绕2段绳,拉力12F G =;D.图中滑轮组的动滑轮绕3段绳,拉力13F G =;所以最省力的是D中滑轮组。
故选D。
2.工人用图甲所示的滑轮组运送建材上楼,每次运送量不定,滑轮组的机械效率随建材重力变化的图像如图乙所示,滑轮和绳的摩擦力及绳重忽略不计。
则:(1)若某次运送建材的质量为40kg,滑轮组的机械效率是_______。
动滑轮的重力是_______N。
(2)若工人在1min内将建材匀速竖直向上提升12m,作用在绳上的拉力为500N时,拉力的功率是_______W,运送建材的重力是_______N,此时的机械效率是_______。
【答案】50% 400 200 600 60%. 【解析】 【分析】 【详解】(1)[1]建材质量为40kg ,其重力为=40kg 10N/kg=400N G mg =⨯由图乙得,当建材重力为400N 时,滑轮组机械效率为50%。
[2]此时机械效率400===50%400+G G G G η+动动解得G 动=400N 。
(2)[3]滑轮组由一个动滑轮和一个定滑轮组成,与动滑轮相连的绳子有两段,则该滑轮组可以省一半的力,建材向上提升了12m ,则绳子段移动的距离为24m ,拉力功率500N 24m ==200W 60sW Fs P t t ⨯== [4]滑轮组省一半的力,所以+=2G G F 动材解得=600N G 材。
[5]此时的机械效率为600===60%600+400G G G η+材动材3.小黄同学用水平力F 拉动如图所示装置,使重200N 的A 物体5s 内在水平地面上匀速运动了120cm ,物体B 重100N (物体B 与A 始终接触),此过程中A 受到地面的摩擦力为24N ,弹簧测力计的示数为16N 。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.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 1B .s 2 一定小于 s 1C .F 2 一定大于 G /3D .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 .()2113F G F =+轮,故C 错误,D 正确。
故选D 。
2.小夏利用如图所示的滑轮组将重为280 N 的物体匀速提起。
已知他自身所受的重力为500 N ,双脚与地面的总接触面积为400 cm 2 ,动滑轮所受的重力为120 N ,若不计绳重和摩擦,小夏对地面的压强为_____Pa 。
【答案】7500 【解析】 【分析】 【详解】小夏对绳子的拉力为280N 120N 200N 11(22F G G =++⨯==动())小夏受到绳子的拉力F 拉、重力G 、地面的支持力F 支,因为小夏静止,小夏受到的重力等于拉力加上支持力,则地面的支持力500N 200N 300N F G F =-=-=人支拉由于力的作用是相互的,则小夏对地面的压力300N F F ==压支受力面积22400cm 0.04m S ==小夏对地面的压强2300N7500Pa 0.04m F p S ===压3.如图所示,物体A 重100N ,沿水平方向匀速拉动物体前进时,若物体A 与地面间摩擦力f =60N ,不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦,则绳端的拉力F 是______N ,当绳子自由端向左移动3米时,物体A 向左移动______m 。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.工人师傅利用如图所示的两种方式,将重均为 400N 的货物从图示位置向上缓慢提升一 段距离.F 1、F 2始终沿竖直方向;图甲中 BO =2AO ,图乙中动滑轮重为 50N ,重物上升速度 为 0.02m/s .不计杠杆重、绳重和摩擦,则下列说法正确的是( )A .甲方式 F 1由 150N 逐渐变大B .乙方式 F 2的功率为 3WC .甲乙两种方式都省一半的力D .乙方式中滑轮组的机械效率约为 88.9%【答案】D【解析】【详解】 A .由图知道,重力即阻力的方向是竖直向下的,动力F 1 的方向也是竖直向下的,在提升重物的过程中,动力臂和阻力臂的比值是:1221L OB L OA == 所以,动力F 1 的大小始终不变,故A 错误;BC .由于在甲图中, OB =2OA ,即动力臂为阻力臂的2倍,由于不计摩擦及杠杆自重,所以,由杠杆平衡条件知道,动力为阻力的一半,即111400N 200N 22F G ==⨯= 由图乙知道,承担物重是绳子的段数是n =3,不计绳重和摩擦,则()()211500N+50N 150N 22F G G =+=⨯=动, 即乙中不是省力一半;所以,绳子的自由端的速度是:v 绳 =0.02m/s×3=0.06m/s , 故乙方式F 2 的功率是:P=F 2 v 绳 =150N×0.06m/s=9W ,故BC 错误;D .不计绳重和摩擦,乙方式中滑轮组的机械效率是:400N 100%=100%=100%88.9%400N 50NW Gh W Gh G h η=⨯⨯⨯≈++有用总轮故D 正确.2.如图所示的滑轮组,不计绳重及摩擦。
水平拉力F 作用下将重为30N 的物体A 匀速拉动,已知绳子自由端速度为0.3m /s ,物体A 受到的摩擦力0.1f G =,水平拉力F 为_____N ,在2s 内物体移动的距离为_____m 。
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6NB .在1s 内拉力F 做功1.2JC .在1s 内拉力F 的功率是0.4WD .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 1sW 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3fF =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=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。
一、初中物理滑轮组的省力问题1.用如图所示的滑轮或滑轮组,将同一物体匀速提高h,最省力的是(滑轮重不计)()A.B.C.D.【答案】D【解析】【分析】【详解】A.图中滑轮是定滑轮,拉力F=G;B.图中滑轮是动滑轮,拉力12F G =;C.图中滑轮组的动滑轮绕2段绳,拉力12F G =;D.图中滑轮组的动滑轮绕3段绳,拉力13F G =;所以最省力的是D中滑轮组。
故选D。
2.小夏利用如图所示的滑轮组将重为280 N的物体匀速提起。
已知他自身所受的重力为500 N,双脚与地面的总接触面积为400 cm2,动滑轮所受的重力为120 N,若不计绳重和摩擦,小夏对地面的压强为_____Pa。
【答案】7500 【解析】 【分析】 【详解】小夏对绳子的拉力为280N 120N 200N 11(22F G G =++⨯==动())小夏受到绳子的拉力F 拉、重力G 、地面的支持力F 支,因为小夏静止,小夏受到的重力等于拉力加上支持力,则地面的支持力500N 200N 300N F G F =-=-=人支拉由于力的作用是相互的,则小夏对地面的压力300N F F ==压支受力面积22400cm 0.04m S ==小夏对地面的压强2300N7500Pa 0.04m F p S ===压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=1n(G物+G轮),n甲=3,n乙=2,绳子受的拉力:F甲=13(G物+G轮),F乙=12(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=WW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=13s=13⨯6m=2m;[4]不计摩擦及绳重,则滑轮组的机械效率为:η=WW有用总=WW W+有用有用额=GhGh G h+动=GG G+动=100N100N20N⨯+100%≈83.3%。