12.2 滑轮
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第2节 滑轮
一、综合题
1.小李的质量为50kg,可以举起80 kg的杠铃;小胖的质量为70 kg,可以举起60 kg的杠铃。他们两人通过如图所示的装置来比赛,双方都竭尽全力,看谁能把对方拉起来。比赛结果应是( )。
A.小李把小胖拉起 B.小胖把小李拉起
C.两个都拉不起 D.两个都拉起
解析:本题考查定滑轮工作的特点,注意人拉绳子施加的拉力与人举起杠铃施加的举力不是相同的。小李和小胖虽然能举起的杠铃重力不一样,但向下拉动定滑轮上的绳子与他们的胳膊的施力无关,对绳子的拉力最大能达到自身的重力的大小,由于装置是定滑轮,只改变力的方向,不能省力,所以绳子上的作用力最大等于小李的重力,小于小胖的重力,即小胖把小李拉起。
答案:B
2.某同学在“研究动滑轮特点”的实验时,进行了正确操作,并记录数据如下表,分析数据后发现,实验结果与课本中“使用动滑轮能省一半力”的结论不符。面对这一事实,下列做法中最不可取的是( )。
实验次数
物重G/N
拉力F/N
1
1.0
0.65
2
1.5
0.90
3
2.0
1.15
A.与同学分析可能原因
B.实验失败,停止实验
C.改进实验条件,重新实验
D.查阅资料,了解结论的适用条件
解析:实验结论与理论不符应与同学分析可能原因,或改进实验条件重新实验,或查阅资料,了解结论的适用条件,而不能因实验失败而停止实验。
答案:B
3.如图所示,在竖直向上、大小为10N的力F的作用下,重物A沿竖直方向匀速上升。已知重物A上升速度为0.2m/s,不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间的摩擦,则物体的重力大小和滑轮上升的速度分别为( )。
A.20N 0.4m/s
B.20N 0.1m/s
C.5N 0.4m/s
D.5N 0.1m/s
解析:题图中的是动滑轮,但不是正常使用的动滑轮,力作用在动滑轮上,这时不再是省力的,而成了费力的简单机械,根据受力分析,F=2G,则G=5N,滑轮上升的速度是物体上升的速度的一半,即为0.1m/s,故该题选D。
答案:D
4.(2012·内蒙古包头中考)(多选)如图所示,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,使物体以相等速度移动相同的距离。所用拉力分别是F1、F2、F3,这三个力的作用点移动距离分别是s1、s2、s3,移动速度分别为v1、v2、v3,不计滑轮摩擦,则( )。
A.F1∶F2∶F3=2∶1∶4 s1∶s2∶s3=2∶1∶4
B.F1∶F2∶F3=2∶1∶4 s1∶s2∶s3=2∶4∶1
C.F1∶F2∶F3=2∶4∶1 v1∶v2∶v3=2∶1∶4
D.F1∶F2∶F3=2∶1∶4 v1∶v2∶v3=2∶4∶1
解析:由题图可知,本题中三个滑轮都是克服摩擦力做功,假设物体与水平面的摩擦力为Ff,物体移动的速度为v0,运动的时间为t,则对这三个图分析可得:(1)甲图:滑轮为定滑轮,因为定滑轮相当于一个等臂杠杆,不能省力,所以根据二力平衡,此时拉力F1=Ff;拉力的作用点移动的速度v1=v0,作用点移动的距离s1=v0t。(2)乙图: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,所以根据二力平衡,此时拉力F2=Ff;但是费2倍的距离,拉力的作用点移动的速度v2=2v0,作用点移动的距离s2=2v0t。(3)丙图:滑轮为动滑轮,拉力的作用点在动滑轮的轴上,因此是个费力杠杆,费2倍的力,省的距离,因此F3=2Ff,拉力的作用点移动的速度v3=v0,作用点移动的距离s3=v0t。综上分析可知:①F1∶F2∶F3=Ff∶Ff∶2Ff=2∶1∶4;②v1∶v2∶v3=v0∶2v0∶v0=2∶4∶1;③s1∶s2∶s3=v0t∶2v0t∶v0t=2∶4∶1。
答案:BD
5.在日常生活中,用10N的拉力不能提起重15 N的物体的简单机械是( )。
A.一个定滑轮 B.一个动滑轮
C.杠杆 D.斜面
解析:本题考查简单机械的作用。使用定滑轮不能省力,而使用动滑轮、杠杆、斜面都可以省力,故选A。
答案:A
6.一辆汽车不小心陷进了泥潭中,司机按图所示的甲、乙两种方法安装滑轮,均可将汽车从泥潭中拉出,如果汽车的动力仍小于阻力1000N,则甲图人匀速拉动汽车的拉力至少为 ,其中比较省力的是 图。(绳与滑轮间的摩擦不计)
解析:甲图中滑轮为定滑轮,不能省力,乙图中滑轮为动滑轮,能省一半力。
答案:1000N 乙
7.(2012·浙江嘉兴中考)如图所示的三个滑轮中,属于动滑轮的是 。若滑轮的自重和摩擦不计,当分别沿力F1、F2和F3方向匀速提起同一物体时,则F1、F2、F3的大小关系是 。
解析:动滑轮是轴与物体一起运动的滑轮,定滑轮是物动、轴不动的滑轮,所以题中甲、丙是定滑轮,乙是动滑轮;使用定滑轮可以改变用力的方向,但不能省力,即F=G;使用动滑轮可以省一半力,则F=G,题中G相同,则F1=F3>F2。
答案:乙 F1=F3>F2
8.如图所示,用滑轮组匀速提升物体A时,弹簧测力计的示数为 N,如果不计滑轮重和摩擦,物体A的重力为 N。
解析:弹簧测力计的分度值为0.2N,指针在5 N下方第2小格处,故读数为5.4 N;不计滑轮重和摩擦,物体A的重力由3段绳子承担,每段绳子承担的拉力为5.4N;所以物体A的重力为5.4 N×3=16.2 N。
答案:5.4 16.2
9.某小组同学研究动滑轮的使用特点,他们先用弹簧测力计缓慢提起钩码,如图(a)所示,再分别用重力不同的动滑轮甲、乙、丙(G甲>G乙>G丙)缓慢提起相同钩码,如图(b)、(c)、(d)所示。请仔细观察图示的操作和弹簧测力计的示数,然后归纳得出结论。
(1)比较图(a)与(b)〔或(a)与(c),或(a)与(d)〕两图可得: 。
(2)比较图(b)与(c)与(d)三图可得: 。
解析:本题是考查使用动滑轮特点的探究题目,主要是比较使用动滑轮与不使用动滑轮用力大小的不同以及使用不同重力的动滑轮省力大小的不同,在几幅图中虽然不能读出力的大小,但也可以从指针的位置进行一定的描述。
答案:(1)使用动滑轮能省力,但不能改变力的方向 (2)使用动滑轮提起相同重物时,动滑轮的重力越小,所用的拉力越小
10.小明利用定滑轮、铁架台、细线、钩码和弹簧测力计探究使用定滑轮是否省力。请你在下面的方框中帮他设计一个记录实验数据的表格。
解析:本题考查对探究实验的设计、处理能力,难度中等。在探究使用定滑轮是否省力时,为使实验结果更具有普遍性,应选用个数不同的钩码进行多组实验,设计表格时应注意拉力与钩码所受的重力的对比。
答案:如下表所示。
实验序号
钩码所受
的重力G/N
弹簧测力计
示数F/N
1
2
3
11.小军同学为了探究“使用动滑轮的省力情况”,使用了如图所示的实验装置。实验前,小军用弹簧测力计测得动滑轮的重力为1.0N,每个钩码的重力为0.5 N;实验过程中,小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量,分别记下每次所挂钩码的重力及对应的弹簧测力计示数,并将其填写在预先设计好的记录表中(见下表)。
动滑轮重
G0/N
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
所挂钩码的
重力G/N
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
弹簧测力计
示数F/N
0.8
1.0
1.3
1.5
1.8
2.0
2.3
2.5
分析实验数据可以得出,在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下,弹簧测力计的示数F与钩码的重力G以及动滑轮的重力G0的关系为 ;在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下,使用动滑轮 。
解析:本题考查对数据的分析、归纳能力。分析表中实验数据可以得出,弹簧测力计的示数F约为钩码的重力G和动滑轮的重力G0之和的一半,即F=(G+G0)。表中前两组数据是动滑轮的重力大于或等于物体重力的情况,分析可知,在这两种情况下,使用动滑轮并不省力。
答案:F=(G+G0) 不省力
12.(2012·山东德州中考)用如图所示的滑轮组提升重物,要求绳子自由端移动的速度是物体上升速度的2倍,请在图上画出绕线的方法。
解析:本题考查滑轮组的绕线方法。绳子自由端移动的速度是物体上升速度的2倍,则相同时间内绳子自由端移动的距离等于重物上升高度的2倍,可知有2段绳子承担总重,即连在动滑轮上的绳子为2段。
答案:如图所示。
13.电气化铁路的高压输电线,无论在严冬还是盛夏都要绷直,才能使高压线与列车的电极接触良好,这就必须对高压线施加恒定的拉力。为此,工程师设计了如图甲所示的恒拉力系统,其简化原理图如图乙所示。实际测量得到每个水泥块的体积为1.5×10-2m3,共悬挂20个水泥块。已知水泥块的密度为2.6×103kg/m3,g取10N/kg。
(1)请指出图乙中的动滑轮、定滑轮;
(2)每个水泥块的重力是多少?
(3)滑轮组对高压线的拉力是多大?
解析:(1)题图中C是动滑轮,A、B是定滑轮。
(2)每个水泥块的质量m1=ρV1=2.6×103kg/m3×1.5×10-2 m3=39kg。
每个水泥块的重力为G1=m1g=39kg×10N/kg=390 N。
(3)水泥块对钢丝绳的拉力为F1=20G1=20×390N=7.8×103 N。
由题图可知,动滑轮由3段绳子承担,所以滑轮组对高压输电线的拉力为F2=3F1=3×7.8×103N=2.34×104N。
答案:(1)C是动滑轮,A、B是定滑轮。
(2)390N (3)2.34×104N
一、综合题
1.小李的质量为50kg,可以举起80 kg的杠铃;小胖的质量为70 kg,可以举起60 kg的杠铃。他们两人通过如图所示的装置来比赛,双方都竭尽全力,看谁能把对方拉起来。比赛结果应是( )。
A.小李把小胖拉起 B.小胖把小李拉起
C.两个都拉不起 D.两个都拉起
解析:本题考查定滑轮工作的特点,注意人拉绳子施加的拉力与人举起杠铃施加的举力不是相同的。小李和小胖虽然能举起的杠铃重力不一样,但向下拉动定滑轮上的绳子与他们的胳膊的施力无关,对绳子的拉力最大能达到自身的重力的大小,由于装置是定滑轮,只改变力的方向,不能省力,所以绳子上的作用力最大等于小李的重力,小于小胖的重力,即小胖把小李拉起。
答案:B
2.某同学在“研究动滑轮特点”的实验时,进行了正确操作,并记录数据如下表,分析数据后发现,实验结果与课本中“使用动滑轮能省一半力”的结论不符。面对这一事实,下列做法中最不可取的是( )。
实验次数
物重G/N
拉力F/N
1
1.0
0.65
2
1.5
0.90
3
2.0
1.15
A.与同学分析可能原因
B.实验失败,停止实验
C.改进实验条件,重新实验
D.查阅资料,了解结论的适用条件
解析:实验结论与理论不符应与同学分析可能原因,或改进实验条件重新实验,或查阅资料,了解结论的适用条件,而不能因实验失败而停止实验。
答案:B
3.如图所示,在竖直向上、大小为10N的力F的作用下,重物A沿竖直方向匀速上升。已知重物A上升速度为0.2m/s,不计滑轮重、绳重及绳与滑轮间的摩擦,则物体的重力大小和滑轮上升的速度分别为( )。
A.20N 0.4m/s
B.20N 0.1m/s
C.5N 0.4m/s
D.5N 0.1m/s
解析:题图中的是动滑轮,但不是正常使用的动滑轮,力作用在动滑轮上,这时不再是省力的,而成了费力的简单机械,根据受力分析,F=2G,则G=5N,滑轮上升的速度是物体上升的速度的一半,即为0.1m/s,故该题选D。
答案:D
4.(2012·内蒙古包头中考)(多选)如图所示,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,使物体以相等速度移动相同的距离。所用拉力分别是F1、F2、F3,这三个力的作用点移动距离分别是s1、s2、s3,移动速度分别为v1、v2、v3,不计滑轮摩擦,则( )。
A.F1∶F2∶F3=2∶1∶4 s1∶s2∶s3=2∶1∶4
B.F1∶F2∶F3=2∶1∶4 s1∶s2∶s3=2∶4∶1
C.F1∶F2∶F3=2∶4∶1 v1∶v2∶v3=2∶1∶4
D.F1∶F2∶F3=2∶1∶4 v1∶v2∶v3=2∶4∶1
解析:由题图可知,本题中三个滑轮都是克服摩擦力做功,假设物体与水平面的摩擦力为Ff,物体移动的速度为v0,运动的时间为t,则对这三个图分析可得:(1)甲图:滑轮为定滑轮,因为定滑轮相当于一个等臂杠杆,不能省力,所以根据二力平衡,此时拉力F1=Ff;拉力的作用点移动的速度v1=v0,作用点移动的距离s1=v0t。(2)乙图: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,所以根据二力平衡,此时拉力F2=Ff;但是费2倍的距离,拉力的作用点移动的速度v2=2v0,作用点移动的距离s2=2v0t。(3)丙图:滑轮为动滑轮,拉力的作用点在动滑轮的轴上,因此是个费力杠杆,费2倍的力,省的距离,因此F3=2Ff,拉力的作用点移动的速度v3=v0,作用点移动的距离s3=v0t。综上分析可知:①F1∶F2∶F3=Ff∶Ff∶2Ff=2∶1∶4;②v1∶v2∶v3=v0∶2v0∶v0=2∶4∶1;③s1∶s2∶s3=v0t∶2v0t∶v0t=2∶4∶1。
答案:BD
5.在日常生活中,用10N的拉力不能提起重15 N的物体的简单机械是( )。
A.一个定滑轮 B.一个动滑轮
C.杠杆 D.斜面
解析:本题考查简单机械的作用。使用定滑轮不能省力,而使用动滑轮、杠杆、斜面都可以省力,故选A。
答案:A
6.一辆汽车不小心陷进了泥潭中,司机按图所示的甲、乙两种方法安装滑轮,均可将汽车从泥潭中拉出,如果汽车的动力仍小于阻力1000N,则甲图人匀速拉动汽车的拉力至少为 ,其中比较省力的是 图。(绳与滑轮间的摩擦不计)
解析:甲图中滑轮为定滑轮,不能省力,乙图中滑轮为动滑轮,能省一半力。
答案:1000N 乙
7.(2012·浙江嘉兴中考)如图所示的三个滑轮中,属于动滑轮的是 。若滑轮的自重和摩擦不计,当分别沿力F1、F2和F3方向匀速提起同一物体时,则F1、F2、F3的大小关系是 。
解析:动滑轮是轴与物体一起运动的滑轮,定滑轮是物动、轴不动的滑轮,所以题中甲、丙是定滑轮,乙是动滑轮;使用定滑轮可以改变用力的方向,但不能省力,即F=G;使用动滑轮可以省一半力,则F=G,题中G相同,则F1=F3>F2。
答案:乙 F1=F3>F2
8.如图所示,用滑轮组匀速提升物体A时,弹簧测力计的示数为 N,如果不计滑轮重和摩擦,物体A的重力为 N。
解析:弹簧测力计的分度值为0.2N,指针在5 N下方第2小格处,故读数为5.4 N;不计滑轮重和摩擦,物体A的重力由3段绳子承担,每段绳子承担的拉力为5.4N;所以物体A的重力为5.4 N×3=16.2 N。
答案:5.4 16.2
9.某小组同学研究动滑轮的使用特点,他们先用弹簧测力计缓慢提起钩码,如图(a)所示,再分别用重力不同的动滑轮甲、乙、丙(G甲>G乙>G丙)缓慢提起相同钩码,如图(b)、(c)、(d)所示。请仔细观察图示的操作和弹簧测力计的示数,然后归纳得出结论。
(1)比较图(a)与(b)〔或(a)与(c),或(a)与(d)〕两图可得: 。
(2)比较图(b)与(c)与(d)三图可得: 。
解析:本题是考查使用动滑轮特点的探究题目,主要是比较使用动滑轮与不使用动滑轮用力大小的不同以及使用不同重力的动滑轮省力大小的不同,在几幅图中虽然不能读出力的大小,但也可以从指针的位置进行一定的描述。
答案:(1)使用动滑轮能省力,但不能改变力的方向 (2)使用动滑轮提起相同重物时,动滑轮的重力越小,所用的拉力越小
10.小明利用定滑轮、铁架台、细线、钩码和弹簧测力计探究使用定滑轮是否省力。请你在下面的方框中帮他设计一个记录实验数据的表格。
解析:本题考查对探究实验的设计、处理能力,难度中等。在探究使用定滑轮是否省力时,为使实验结果更具有普遍性,应选用个数不同的钩码进行多组实验,设计表格时应注意拉力与钩码所受的重力的对比。
答案:如下表所示。
实验序号
钩码所受
的重力G/N
弹簧测力计
示数F/N
1
2
3
11.小军同学为了探究“使用动滑轮的省力情况”,使用了如图所示的实验装置。实验前,小军用弹簧测力计测得动滑轮的重力为1.0N,每个钩码的重力为0.5 N;实验过程中,小军多次改变动滑轮所挂钩码的数量,分别记下每次所挂钩码的重力及对应的弹簧测力计示数,并将其填写在预先设计好的记录表中(见下表)。
动滑轮重
G0/N
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
所挂钩码的
重力G/N
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
弹簧测力计
示数F/N
0.8
1.0
1.3
1.5
1.8
2.0
2.3
2.5
分析实验数据可以得出,在忽略摩擦、绳重及实验误差的条件下,弹簧测力计的示数F与钩码的重力G以及动滑轮的重力G0的关系为 ;在动滑轮的重力大于或等于物体的重力的条件下,使用动滑轮 。
解析:本题考查对数据的分析、归纳能力。分析表中实验数据可以得出,弹簧测力计的示数F约为钩码的重力G和动滑轮的重力G0之和的一半,即F=(G+G0)。表中前两组数据是动滑轮的重力大于或等于物体重力的情况,分析可知,在这两种情况下,使用动滑轮并不省力。
答案:F=(G+G0) 不省力
12.(2012·山东德州中考)用如图所示的滑轮组提升重物,要求绳子自由端移动的速度是物体上升速度的2倍,请在图上画出绕线的方法。
解析:本题考查滑轮组的绕线方法。绳子自由端移动的速度是物体上升速度的2倍,则相同时间内绳子自由端移动的距离等于重物上升高度的2倍,可知有2段绳子承担总重,即连在动滑轮上的绳子为2段。
答案:如图所示。
13.电气化铁路的高压输电线,无论在严冬还是盛夏都要绷直,才能使高压线与列车的电极接触良好,这就必须对高压线施加恒定的拉力。为此,工程师设计了如图甲所示的恒拉力系统,其简化原理图如图乙所示。实际测量得到每个水泥块的体积为1.5×10-2m3,共悬挂20个水泥块。已知水泥块的密度为2.6×103kg/m3,g取10N/kg。
(1)请指出图乙中的动滑轮、定滑轮;
(2)每个水泥块的重力是多少?
(3)滑轮组对高压线的拉力是多大?
解析:(1)题图中C是动滑轮,A、B是定滑轮。
(2)每个水泥块的质量m1=ρV1=2.6×103kg/m3×1.5×10-2 m3=39kg。
每个水泥块的重力为G1=m1g=39kg×10N/kg=390 N。
(3)水泥块对钢丝绳的拉力为F1=20G1=20×390N=7.8×103 N。
由题图可知,动滑轮由3段绳子承担,所以滑轮组对高压输电线的拉力为F2=3F1=3×7.8×103N=2.34×104N。
答案:(1)C是动滑轮,A、B是定滑轮。
(2)390N (3)2.34×104N