2020-2021中考物理压轴题专题滑轮组的省力问题的经典综合题附答案解析
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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
1.2J1.2W1sWPt
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=136m=2m；
[4]不计摩擦及绳重，则滑轮组的机械效率为：
η=WW有用总=WWW有用有用额=GhGhGh动=GGG动=100N100N20N100%≈83.3%。
3．如图所示，用滑轮组将重120N的物体匀速提升2m，拉力为50N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，动滑轮重为_____N，额外功为_____，滑轮组的机械效率为_____。
【答案】30 60 80%
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由图知，n＝3，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，拉力
F＝13（G+G动）
则动滑轮的重力
G动＝3F﹣G＝3×50N﹣120N＝30N
[2]拉力做的有用功
W有用＝Gh＝120N×2m＝240J
拉力端移动的距离
s＝3h＝3×2m＝6m
拉力做的总功
W总＝Fs＝50N×6m＝300J
额外功
W额＝W总- W有用＝300J-240J=60J
[3]滑轮组的机械效率
η＝ 240J 300JWW有用总=80%
4．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
=40kg10N/kg=400NGmg
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+GGGG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
500N24m==200W60sWFsPtt
[4]滑轮组省一半的力，所以
+=2GGF动材
解得=600NG材。
[5]此时的机械效率为
600===60%600+400GGG材动材
5．小红利用弹簧测力计、钩码来研究动滑轮的作用，每次都匀速提物体，做实验情况如图所示，请观察、比较图中的操作、现象和数据，归纳得出初步结论。
（1）由（a）（b）两图_____________。
（2）由（c）（b）两图_____________。
【答案】使用动滑轮匀速(竖直)提物体，省力但是不能改变用力的方向。 使用同一动滑轮匀速(竖直)提不同物体，物体越轻，拉力越小。
【解析】
【详解】
(1)[1]由图可知,比较(a)、(b)两图提起物体一样重,(b)中弹簧测力计示数小于(a)中弹簧测力计示数，所以：使用动滑轮可以省力，
动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆，所以不能改变用力方向；
(2)[2]比较图(b)与(c)可得：使用动滑轮匀速提升不重物时，物体重力越轻，所用的拉力越小，越省力。
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】20 40 不变
【解析】
【分析】
使用动滑轮可以省一半力； 物体匀速运动，受平衡力，平衡力大小相等，判断出摩擦力根据绳子段数判断出绳子的速度； 根据WFsPFvtt算出拉力F的功率；影响摩擦力的因素：压力和接触面的粗糙程度。
【详解】
[1]因为使用动滑轮可以省一半力，所以拉物体的力为
2210N20NFF
物体做匀速直线运动，处于平衡状态，拉力和摩擦力一对平衡力，大小相等，则
20NfF
[2]由图知有2段绳子拉着物体，则有
222m/s4m/svv绳物 则拉力F的功率为
10N4m/s=40WpFv绳
[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。
7．一名质量为55kg、双脚与地面接触面积为0.04m2的学生站在水平地面上，要用滑轮组在20s内将600N的重物匀速提升1m。（g=10N/kg）求：
(1)他站在地面上时对地面的压强多大？
(2)画出滑轮组的绕线方式。
(3)若匀速提升过程中滑轮组的机械效率是75%，拉力的功率多大？
【答案】(1)13750Pa；(2)；(3)40W
【解析】
【分析】
【详解】
(1)站在地面上时，对地面的压力大小等于自身重力，则对地面的压强为
255kg10N/kg13750Pa0.04mGmgpSS人
(2)因为重物运动方向向上，人在地面上通过上方定滑轮改变力的方向，拉力方向向下，2股绳子与动滑轮接触以省力，故滑轮组的绕线方式如图所示： 。
(3)有用功为克服重物重力势能做的功，为
WGh有物
拉力做的总功为拉力的功率与所用时间的乘积，为
WPt总
滑轮组的机械效率为
100%有总W=W
可知
WGhWPt有物总
则
600N1m40W20s0.75GhPt物
答：(1)他站在地面上时对地面的压强是13750Pa；
(2)滑轮组的绕线方式见解析；
(3)拉力的功率是40W。
8．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
80kg10N/kg=800NGmg物物
物体上升的高度1mh，此时滑轮组做的有用功为
=h800N1m800JWG物有
根据机械效率公式=100%=80%WW有总有，总功为
800J===1000J80%WW有总
而=WWW总额有有
==1000J800J=200JWWW额总有
又因为=WGh额动可得
200J=200N1mWGh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(gg)33WmghWmmh有物总物动＝
化解可得当=9mm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。
9．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．
