沪科版物理八年级同步提优训练：10.2 滑轮及其应用 （Word版有解析）

第二节　滑轮及其应用
第1课时　定滑轮和动滑轮
1　定滑轮　　　　　　　
1.(2020青岛改编)研究定滑轮的特点。
(1)在研究使用定滑轮是否省力时,用如图1甲所示的装置匀速提升重物,需要测量的物理量是　　　　　和　。
(2)如图乙所示,分别用拉力F1、F2、F3匀速提升重物,则三个力的大小关系是　　　　。
(3)旗杆顶部有一个定滑轮,给我们升国旗带来了便利,这是利用了定滑轮　　　　　　　　
　　　　的特点。
(4)定滑轮的实质是　　　　杠杆。
2.小明用如图1所示的滑轮,将重为5 N的物体匀速提升了2 m,用时10 s,则这一过程中,小明的拉力为　　　　N,绳子自由端移动的距离为　　　m,物体升高的速度为　　　m/s,绳子自由端移动的速度为　　　　m/s。(不计绳重及摩擦)
3.小王用如图1所示的滑轮,用大小为8 N、水平向右的拉力F将重为5 N的物体匀速拉动了3 m,用时10 s,则这一过程中,物体所受的拉力为　　　N,物体所受的摩擦力为　　　N,绳子自由端移动的距离为　　　　m,绳子自由端移动的速度为　　　m/s,物体运动的速度为　　　m/s。(不计绳重及滑轮摩擦)
4.某人重为500 N,经测定,他的手臂最大可发挥700 N的力。若这个人用一个定滑轮来提升重物,则他所能提起重物的最大重力为(不计绳重及摩擦) (　　)
A.1200 N B.700 N
C.500 N D.200 N
2　动滑轮　　　　　　　
5.某同学研究动滑轮的使用特点,他每次都匀速提起钩码,研究过程如图1所示,请仔细观察图中的操作和测量结果(不计绳重、滑轮重和摩擦),然后归纳得出初步结论。
(1)比较图甲和图乙可知: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)比较图乙和图丙可知: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)动滑轮的实质是　　　　　　　 　　的杠杆。
6.如图1所示,工人用动滑轮匀速提升重物,这样做 (　　)
A.省力,不能改变施力的方向
B.不省力,能改变施力的方向
C.既能省力,也能改变施力的方向
D.既不能省力,也不能改变施力的方向
7.如图1所示是小聪为拉船靠岸而设计的甲、乙两种方案,若拉船需要的力很大,则应选用　　　　(选填“甲”或“乙”)方案,因为采用这种方案可以　　　　。(不计机械自重及滑轮摩擦)
8.小可用如图1所示的动滑轮匀速提起重为200 N的水桶,若不计绳重、动滑轮重及摩擦,则小可在绳子A端的拉力为　　　　N;实际上A端的拉力为110 N,不计绳重及摩擦,则滑轮重为　　　　N。小可2 s内将水桶匀速提升了1 m,则这一过程中,绳子A端上升的高度为
　　　　m,绳子A端上升的速度为　　　　m/s,水桶上升的速度为　　　　m/s。
9.如图1所示,G=50 N的物体,在F=5 N的拉力作用下向左做匀速直线运动,若不计机械自重和滑轮摩擦,则物体受到地面摩擦力的大小为　　　　N,方向水平向　　　　。在拉力F的作用下,物体匀速运动10 s通过的距离为2 m,则绳子自由端移动的距离为　　　　m,绳子自由端移动的速度为　　　m/s,物体运动的速度为　　　m/s。
10.如图1所示,用三种方法拉动同一物体在相同的水平地面上做匀速直线运动,使物体以相同速度移动相同的距离,所用拉力分别是F1、F2、F3,移动的速度分别为v1、v2、v3,这三个力的作用点移动的距离分别是s1、s2、s3,不计滑轮摩擦,则F1∶F2∶F3=　　　　,
s1∶s2∶s3=　　　　,v1∶v2∶v3=　　　　。
11.用水平力F1拉动如图10所示的装置,使木板A在粗糙水平地面上向右匀速运动,物块B在木板A上表面相对地面静止,连接B与竖直墙壁之间的水平绳子的拉力大小为F2。不计滑轮重、绳重及滑轮摩擦。则F1与F2的大小关系是 (　　)
A.F1=F2 B.F2C.F1=2F2 D.F1>2F2
　　　
第2课时　滑轮组
1　滑轮组　　　　　　　
1.用如图11所示装置提升同一物体,若不计机械自重和摩擦,则最省力的是(　　)
2.小柯用如图12所示的装置提升重为400 N的物体,不计滑轮摩擦、绳重和动滑轮重,下列说法中正确的是 (　　)
　
A.两个滑轮均为定滑轮
B.人将绳子拉过1 m,物体也上升1 m
C.物体匀速上升时,人对绳子的拉力为200 N
D.使用该装置不能省力,但能改变力的方向
3.用图13中的滑轮组把重为900 N的货物提升3 m,用时3 s。
(1)若不计摩擦、绳重及动滑轮重,则拉动绳子的力是　　N,绳子自由端移动的距离是　　m,绳子自由端移动的速度是　　　　m/s。
(2)若不计摩擦和绳重,但要考虑动滑轮的重力,动滑轮的重力为18 N,则拉动绳子的力是 　N,绳子自由端移动的距离是　　　　m,绳子自由端移动的速度是　　　　m/s。
4.如图14所示的装置,重为100 N的物体A以0.1 m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动,作用在绳子自由端的拉力是20 N,则作用在物体A上的水平拉力是　　　　N,物体A受到的滑动摩擦力是　　　　N,10 s内绳子自由端通过的距离是　　　　m。(不计绳重及动滑轮重、滑轮摩擦)
5.如图15所示,在物体B的作用下,物体A在20 s内沿水平方向向右匀速移动2 m。已知物体A重100 N,物体B重20 N,此时物体A受到的滑动摩擦力为　　　　N,20 s内物体B下降的距离为　　　　m。若使物体A沿水平方向向左做匀速直线运动,应该对物体A施加一个大小为　　　　N、水平向左的力。(不计滑轮重、绳重及滑轮摩擦)
6.如图16所示,重为550 N的人站在水平地面上拉绳子,使重物以1 m/s的速度匀速上升,已知动滑轮重为50 N,被提升重物的重力为300 N。求:(不计绳重及滑轮摩擦,g取10 N/kg)
(1)此时绳子自由端的拉力大小、人对地面的压力大小、人拉绳子的速度。
(2)若此人竭尽全力拉绳子,利用此装置最多能拉起多少千克的重物。
2　组装滑轮组　　　　　　　
7.(2021徐州)在图17中画出使用滑轮组提升物体最省力的绳子绕法。
　
8.用滑轮组沿水平地面拉动物体A,请在图18中画出最省力的绕绳方法。
9.如图19所示,在A处或B处的虚线框内添加一个滑轮,利用三个滑轮组成滑轮组,要求使用时最省力。请在图中添加滑轮并画出最省力的绕绳方法。
10.(2020威海)如图10所示,用滑轮组提升物体,已知滑轮的质量均为2 kg,物体重100 N,绳子能承受的最大拉力为50 N,请画出绳子的正确绕法,并在绳子自由端标出力的方向。(不考虑绳重及摩擦,g取10 N/kg)
11.如图11所示的滑轮组(不计绳重及摩擦),工人师傅用40 N的拉力将质量为5 kg、底面积为1600 cm2的空吊篮A匀速提升到二楼平台,则动滑轮的重力为　　　N;若静止在二楼平台的吊篮里装了1020 N的砖块,绳子B和C能承受的最大拉力分别为1000 N和600 N,当质量为50 kg的工人师傅拉绳子C时,吊篮对二楼平台的最小压力为　　　N。(g取10 N/kg)
图11 图12
12.如图12所示,质量为50 kg的人,站在质量为30 kg的吊篮内,他至少用　　　　N的拉力拉住绳子,才能使自己和吊篮在空中保持静止。(g取10 N/kg,不计绳重、滑轮重和摩擦)
第1课时
1.(1)物体的重力　拉力的大小　(2)F1=F2=F3
(3)能够改变作用力的方向　(4)等臂
2.5　2　0.2　0.2
[解析] 不计绳重及摩擦,使用定滑轮有F=G=5 N;绳子自由端移动的距离为s=h=2 m;物体升高的速度为v物===0.2 m/s,绳子自由端移动的速度为v绳===0.2 m/s。
3.8　8　3　0.3　0.3
[解析] 不计绳重及滑轮摩擦,使用定滑轮,物体所受的拉力等于绳子自由端的拉力,即为8 N;由于物体做匀速直线运动,则物体所受的拉力和摩擦力是一对平衡力,二力大小相等,则物体所受的摩擦力也为8 N;绳子自由端移动的距离等于物体运动的距离,即为3 m;绳子自由端移动的速度等于物体运动的速度,即=0.3 m/s。
4.C　[解析] 该人重为500 N,该人用一个定滑轮来提升重物能施加的拉力不能超过他的重力;不计绳重及摩擦,使用定滑轮有F=G,故他所能提起重物的最大重力为500 N,C正确。
5.(1)使用动滑轮省一半力　(2)使用动滑轮费一倍距离　(3)动力臂为阻力臂两倍
[解析] (1)图甲显示的是直接用手提起两个钩码用的力,即两个钩码的总重力为0.4 N;图乙显示的是使用动滑轮提起两个钩码用的力,弹簧测力计的示数为0.2 N,说明使用动滑轮可以省一半力。
(2)图乙和图丙对比:物体被提升了0.1 m,而人手提升了0.2 m,说明使用动滑轮费一倍的距离。
(3)动滑轮的支点在绳与轮最左边的接触点,动力臂等于滑轮的直径,阻力臂等于滑轮的半径,故其实质是动力臂为阻力臂两倍的杠杆。
6.A　[解析] 动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的杠杆,则使用动滑轮时能省力,但不能改变施力的方向。
7.甲　省力
[解析] 甲方案滑轮的固定端在岸上,和直接拉船相比要省一半的力,该装置省力,费距离;乙方案拉力的作用点在动滑轮的轴上,对比直接拉船要费力,该装置费力,省距离。由此可知,若拉船需要的力很大,为了省力,应选用甲方案。
8.100　20　2　1　0.5
[解析] 由图可知,n=2,不计动滑轮重、绳重及摩擦,绳子A端的拉力为F=G=×200 N=100 N。若不计绳重及摩擦,实际上A端的拉力为110 N时,根据F=(G+G动)得,G动=nF'-G=2×110 N-
200 N=20 N。小可2 s内将水桶匀速提升了1 m,则这一过程中,绳子A端上升的高度为s=nh=2×1 m=2 m;绳子A端上升的速度为v绳===1 m/s;水桶上升的速度为v桶===
0.5 m/s。
9.10　右　4　 0.4　0.2
[解析] 在拉力F的作用下,物体向左做匀速直线运动,物体受到的摩擦力:f=2F=10 N,方向水平向右;使用动滑轮,绳子自由端移动的距离:s=2s物=2×2 m=4 m;绳子自由端移动的速度:v==
=0.4 m/s;物体运动的速度:v物===0.2 m/s。
10.2∶1∶4　2∶4∶1　2∶4∶1
[解析] 由图可知,三个滑轮拉动物体都要克服摩擦力,假设物体与水平地面间的摩擦力为f,物体移动的速度为v0,移动的距离为s0,则对这三个图分析可得,图甲中的滑轮为定滑轮,因为定滑轮相当于一个等臂杠杆,不省力,所以根据二力平衡可知,此时拉力F1=f,拉力的作用点移动的速度v1=v0,作用点移动的距离s1=s0。
图乙中的滑轮为动滑轮,因为动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂2倍的杠杆,省一半的力,但是费一倍的距离,所以根据二力平衡可知,此时拉力F2=f,拉力的作用点移动的速度v2=2v0,作用点移动的距离s2=2s0。
图丙中的滑轮为动滑轮,拉力的作用点在动滑轮的轴上,因此是一个费力杠杆,费一倍的力,省一半的距离,所以根据二力平衡可知,此时拉力F3=2f,拉力的作用点移动的速度v3=v0,作用点移动的距离s3=s0。
由以上分析可得,F1∶F2∶F3=f∶f∶2f=2∶1∶4,s1∶s2∶s3=v0t∶2v0t∶v0t=2∶4∶1,
v1∶v2∶v3=v0∶ 2v0∶v0=2∶4∶1。
11.D　[解析] 由题意可知,动滑轮在水平方向上做匀速直线运动时受到三个力的作用:水平向右的拉力F1、墙壁对它水平向左的拉力F墙、木板A对它水平向左的拉力F木板,则F1=
F墙+F木板;由于同一根绳子各处的拉力相等,则F木板=F1;由于物体间力的作用是相互的,则动滑轮对木板A的拉力为F动=F木板=F1①。物块B相对地面静止,在水平方向上受到两个力的作用:绳子对它向左的拉力F2、木板A对它向右的摩擦力fA对B,则F2=fA对B;木板A在水平方向上做匀速直线运动时受到三个力的作用:动滑轮对木板向右的拉力F动、物体B对木板向左的摩擦力fB对A、地面对木板向左的摩擦力f地面,则F动=fB对A+f地面②;由于物体间力的作用是相互的,则fB对A=fA对B=F2③;由②③可得,F动=F2+f地面;将①代入上式得,F1=F2+f地面,即F1=2F2+
2f地面,故F1>2F2。
第2课时
1.C　[解析] 设物体的重力为G,不计机械自重和摩擦,A是动滑轮,F1=G;B是定滑轮,F2=G;C、D都是滑轮组,只是承担物重的绳子股数不同,F3=G、F4=G。
2.C　[解析] 该装置由一个动滑轮和一个定滑轮组成,故A错误;使用动滑轮时,人将绳子拉过1 m,物体上升0.5 m,B错误;不计摩擦、绳重和动滑轮重,使用动滑轮能省一半的力,物体的重力为400 N,则物体匀速上升时,人对绳子的拉力为200 N,C正确;使用动滑轮能省力,使用定滑轮能改变力的方向,D错误。
3.(1)300　9　3　(2)306　9　3　
[解析] 由图可知,承担物重的绳子股数n=3。
(1)由于不计摩擦、绳重及动滑轮重,则拉力F=G=×900 N=300 N;绳子自由端移动的距离:s=nh=3×3 m=9 m;绳子自由端移动的速度:v拉===3 m/s。
(2)由于不计摩擦和绳重,但要考虑动滑轮的重力,且G动=18 N,则拉力:F'=(G+G动)=×
(900 N+18 N)=306 N;由于绳子自由端移动的距离和速度与是否考虑动滑轮的重力无关,故仍分别为9 m、3 m/s。
4.40　40　2　
[解析] 根据二力平衡的条件进行分析,因为有两股绳子作用在动滑轮上,所以作用在物体A上的水平拉力为F=2×20 N=40 N;因为物体做匀速直线运动,所以物体A所受的滑动摩擦力等于作用在物体A上的水平拉力,大小为40 N;因为物体A运动的速度为VA=0.1 m/s,所以绳子自由端运动的速度为V绳=nVA=2×0.1 m/s=0.2 m/s,即10 s内绳子自由端移动的距离为s=0.2 m/s×
10 s=2 m。
5.10　1　20　[解析] 由图可知,n=2,则A所受的摩擦力f=GB=×20 N=10 N;已知A移动了
2 m,则B下降的高度为×2 m=1 m;若使物体A沿水平方向向左做匀速直线运动,此时摩擦力的方向为水平向右,物体A受平衡力作用,故F=f+GB=10 N+×20 N=20 N。
6.(1)由图可知,n=2,因不计绳重及摩擦,
所以,绳子自由端的拉力:F=(G+G动)=×(300 N+50 N)=175 N;
人对地面的压力:F压=G人-F=550 N-175 N=375 N;
人拉绳子的速度:v绳=nv物=2×1 m/s=2 m/s。
(2)人竭尽全力拉绳子时,对绳子的最大拉力和自身的重力相等,即F最大=G人=550 N,则最多能拉起重物的重力:G最大=nF最大-G动=2×550 N-50 N=1050 N,
重物的质量:m最大===105 kg。
7.如图所示
8.如图所示
9.如图所示
[解析] 若在A处添加滑轮,是一个定滑轮,这样滑轮组就只有一个动滑轮,绕线后通过动滑轮的绳子最多有3股,物重为G,不计摩擦和机械重时,拉力为F=G。若在B处添加滑轮,是一个动滑轮,这样绕线后通过动滑轮的绳子最多有4股,同样条件下,拉力为F=G,故在B处添加滑轮且使通过动滑轮的绳子为4股时最省力。
10.如图所示
[解析] 动滑轮的重力:G动=m动g=2 kg×10 N/kg=20 N,不考虑绳重及摩擦,最大拉力F=(G+
G动),承担物重的绳子股数:n===2.4,
所以要提升物体,绳子股数取3。
11.30　100
[解析] 提升空吊篮A时,由F=(G+G动)可得,动滑轮的重力为G动=nF-G=2×40 N-5 kg×
10 N/kg=30 N;工人师傅的重力为G人=m人g=50 kg×10 N/kg=500 N,绳子C承受的最大拉力大于工人师傅的重力,为了工人师傅不被绳子拉起来,则作用在绳子C上的最大拉力F'只能为500 N,此时绳子B所受的拉力为FB=nF'-G动=2×500 N-30 N=970 N<1000 N,即吊篮受到向上的拉力FB最大为970 N,此时吊篮对二楼平台的压力最小,以吊篮和砖块的整体为研究对象,则二楼平台受到的压力为F″=G篮+G砖-FB=5 kg×10 N/kg+1020 N-970 N=100 N。
12.200
[解析] 人和吊篮的总质量为m=50 kg+30 kg=80 kg,人和吊篮的总重力为G=mg=80 kg×
10 N/kg=800 N;如图所示,设人的拉力至少为F,定滑轮对吊篮的拉力为F1,根据动滑轮两个方向上受到的力相等,可知F1=2F;再根据吊篮和人两个方向上受到的力相等,就有 F+F+F1=G,即4F=G,F=G=×800 N=200 N。