12.2 滑轮
一、单选题
1.我国很早就有使用滑轮的记载。关于图中使用滑轮提升重物的说法正确的是( )
A.甲图是动滑轮,可以省力 B.甲图是动滑轮,改变了用力方向
C.乙图是定滑轮,可以省力 D.乙图是定滑轮,不能改变用力方向
2.如图所示,用滑轮组将重为180N的物体匀速提高了1米,动滑轮重为6N,则下列说法正确的是(不计绳重及摩擦)( )
A.拉力为60N B.拉力为62N
C.绳的自由端移动了4m D.绳的自由端移动了1m
3.小明用如图所示的滑轮组,将重为6N的物体匀速提升到一定高度,在此过程中,手拉力的大小实际应该是( )
A.小于3N B.等于2N C.大于2N D.大于3N
4.升国旗旗杆顶部有一个滑轮,关于这个滑轮,下列说法正确的是( )
A.它是定滑轮 B.它可以省力
C.它不能改变力的方向 D.它可以省距离
5.如图所示,每个滑轮自重相等,不计绳重和轮、轴间摩擦,分别用甲、乙两个滑轮组匀速向上提升重物时,甲、乙滑轮组绳端的拉力F恰好相等。已知,则每个滑轮的重为( )
A.3N B.6N C.11N D.22N
6.如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械自重和摩擦),其中所需动力最小的是( )
A. B.
C. D.
7.在如图所示的滑轮组上挂钩码A、B后恰好静止(不计绳重、滑轮重力及摩擦)。若再在A、B下面各挂上一个质量相等的小钩码,下列说法正确的是( )
A.钩码A和钩码B仍保持静止 B.钩码A下降,钩码B上升
C.钩码A上升,钩码B下降 D.钩码A上升2cm,钩码B下降2cm
8.如图所示,使用滑轮组(不计滑轮重及摩擦)匀速提升600N的重物,人的体重为500N,则人对地面的压力为( )
A.100N B.200N C.300N D.500N
二、填空题
9.如图所示,物体A通过动滑轮在水平拉力F的作用下沿水平面以2m/s的速度匀速运动,此时弹簧秤B的读数为8牛顿,如果动滑轮、绳子、弹簧秤的重力和摩擦均不考虑,那么物体A与水平面的摩擦力为 N,拉力F的功率为 W。
10.如图所示,滑轮A可以看作是 杠杆,滑轮B可以看作是 杠杆(前两空均选填“省力”、“等臂”或“费力”)。若甲、乙两物体受到的重力均15N且处于静止状态,不计绳重、滑轮重与摩擦,力F1的大小为 N。
11.如图所示,物体A和B所受重力都为100牛,滑轮重力及摩擦不计。当分别用力匀速提升物体A和B时,FB= 牛。若物体A、B均匀速上升0.2米,则拉力FA做功为 焦,FB做功为 焦。
12.使用滑轮时,其轴固定不动的滑轮是 滑轮,它可以 。其轴和物体一起移动的滑轮是 滑轮,使用它可以 (填“省力”或“费力”)。
13.如图所示,升国旗时旗杆顶上安装了一个定滑轮,此装置的作用是改变力的 ,沿不同方向向下用力,则F1 F2 。(选填“>”“ <”或“=”)
三、作图题
14.根据图所给出的滑轮,用笔画线代替细绳画出绕法,使滑轮组达到最省力。
15.用滑轮组提升物体如图,请画出最省力的绳子绕法。
四、实验题
16.如图所示是“探究动滑轮工作特点”的实验装置,小明记录的数据如下表。
实验次数 1 2 3
钩码重/N 2 4 6
测力计示数/N 1.1 2.1 3.1
(1)实验时,应竖直拉动,使钩码 上升。
(2)分析数据可得:钩码越重,拉力F与钩码重的比值越接近 (填数值),由此他推断得出:在不计动滑轮重和摩擦时,使用动滑轮可以省 的力。
17.同学们共同研究滑轮的特点。
(1)他们研究定滑轮特点时,做的实验如图甲所示,据此可证明:使用定滑轮不省力,但可以 ,他们通过进一步分析还发现:使用定滑轮时,相当于一个 杠杆;
(2)他们研究动滑轮特点时,用不同的动滑轮匀速缓慢提升4N的重物,如图乙;
①使用动滑轮时,应沿 方向匀速提升重物,以达到最佳的省力效果;
②通过观察和比较测量结果,可得初步结论:
使用动滑轮可以 ,但不能改变力的方向;用动滑轮匀速提起同一重物时(忽略绳重及摩擦),弹簧测力计的示数等于提升总重力的 ,因为此时的动滑轮相当于一个 杠杆;
③若还想继续研究用动滑轮匀速缓慢提起物体时,拉力方向对拉力的影响,则需要选择同样物体与 滑轮来进行实验对比(选填“相同”或“不同”)。
五、计算题
18.用滑轮组提升重1000N的物体,作用于绳子自由端的拉力是312.5N,拉力做功的功率是625W,滑轮组的机械效率是80%,不计绳重和摩擦。求:
(1)动滑轮上绳子的股数;
(2)重物上升的速度;
(3)动滑轮的重力;
(4)如果用这个滑轮组匀速提升2000N的重物,作用与绳子自由端的拉力多大。
19.如图所示,物体重180N,动滑轮重30N,用时2s将物体提升了2m。求:
(1)拉力F的大小;
(2)绳子自由端移动的距离;
(3)绳子自由端移动的速度。
参考答案:
1.A
【详解】AB.甲图的滑轮是动滑轮,可以省力,不能改变力的方向,故A正确,故B错误;
CD.乙图中的滑轮是定滑轮,不省力,不省距离,可以改变力的方向,故CD错误。
故选A。
2.B
【详解】AB.由图可知,绳子绕绳股数,不计绳重及摩擦,拉力的大小为
故A错误,B正确;
CD.当物体提高了1m时,绳子自由端移动的距离为
故CD错误。
故选B。
3.D
【详解】由图可知,滑轮组承担物重的绳子段数n=2,因为动滑轮重、绳重和摩擦都考虑在内,所以实际拉力
故D符合题意。
故选D。
4.A
【详解】旗杆顶上滑轮的轴固定在旗杆上,所以该滑轮是一个定滑轮,定滑轮不能省力,不能省距离,可以改变施力的方向。故A正确,BCD错误。
故选A。
5.B
【详解】由图知,使用滑轮组承担物重的绳子股数分别为,。已知每个滑轮的重力相等,设动滑轮的重力为G动,不计绳重和摩擦力,则拉力分别为
由题知,联立以上两式解得
故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
6.D
【详解】不计机械自重和摩擦:
A.图中为动滑轮,动力作用在轮上,;
B.图中为滑轮组,与动滑轮相连的绳子段数是3,因此;
C. 图中为动滑轮,动力作用在动滑轮的轴上,则;
D. 设杆与水平面的夹角为,根据杠杆平衡条件可得
解得;
综上所述,因此动力最小的是D,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
7.C
【详解】ABC.由图知道,,不计动滑轮和绳子的自重及摩擦力的大小,则
若在A、B下面再挂一个质量相等的钩码
所以
A上升,B下降,故AB错误,C正确;
D.由于,则
所以,钩码A上升2cm,钩码B下降4cm,故D错误。
故选C。
8.B
【详解】已知物体的重力为600N,由图可知,绳子承重段数,不计滑轮重及摩擦,则人拉绳的力为
人的体重为500N,则人对地面的压力为
故选B。
9. 16 32
【详解】[1]物体做匀速运动,物体A与水平面的摩擦力
f=2F=2×8N=16N
[2]滑轮是动滑轮,自由端的速度为
v=2×2m/s=4m/s
拉力F的功率为
P=Fv=8N×4m/s=32W
10. 等臂 省力 15
【详解】[1][2][3]由图可知,A滑轮轴固定不动,则A是定滑轮,它本质是一个等臂杠杆,不省力,也不省距离,不计绳重、滑轮重与摩擦
F1=G=15N
B滑轮轴随物体一起运动,所以B是动滑轮,它本质是一个省力杠杆。
11. 100 20 20
【详解】[1][2]由图可知,不计滑轮的重和摩擦时,A滑轮是动滑轮,使用动滑轮可以省一半的力,FA的拉力为
绳子移动的距离是物体移动距离的2倍,即
B滑轮是定滑轮,使用定滑轮不能够省力,所以需要用的力
FB=G=100N
绳子移动的距离和物体移动距离相等,即
sB=h=0.2m
则力FA做功为
W=FAsA=50N×0.4m=20J
[3]力FB做功为
W=FBsB=100N×0.2m=20J
12. 定 改变力的方向 动 省力
【详解】[1][2]使用滑轮时,其轴固定不动,工作过程中,滑轮不随物体运动而运动,这种滑轮是定滑轮,它不省力也不费力,可以改变力的方向。
[3][4]工作过程中,其轴和物体一起移动,滑轮的位置不断改变,这种滑轮是动滑轮,使用它可以省力,但费距离。
13. 方向 =
【详解】[1][2]根据定滑轮的特点可知,定滑轮不能省力,但能改变力的方向,忽略摩擦,绳子自由端的拉力等于被拉物体的重力,因此F1= F2。
14.
【详解】图中有两个动滑轮和一个定滑轮,要求最省力,即由4段绳子承担物重时,是最省力的绕绳方法,即绳子先从定滑轮绕起,逐个顺次连接,不能重复,最后拉力的方向应该是向上的,如下图所示:
15.
【详解】解:要使滑轮组省力,则使最多段的绳子段数来承担动滑轮的拉力,图中滑轮组由一个定滑轮和一个动滑轮组成,有两种绕线方法,绳子段数n为偶数时,绳子固定端在定滑轮上,不是最省力的,所以n应为奇数,n为奇数时,承担物重的有3段绳子,根据奇动偶定,可以得出绕线方法如下图所示:
16. 匀速直线 0.5 一半
【详解】(1)[1] 实验时,应竖直拉动,使钩码匀速直线上升,此时弹簧测力计示数稳定,使于读数,减小误差。
(2)[2] [3] 分析数据可得:第一次实验时拉力F与钩码重的比值
第二次实验时拉力F与钩码重的比值
第三次实验时拉力F与钩码重的比值
所以,钩码越重,拉力F与钩码重的比值越接近0.5,由此推断得出:在不计动滑轮重和摩擦时,使用动滑轮可以省一半的力。
17. 改变力的方向 等臂 竖直 省力 一半 省力 相同
【详解】(1)[1]向各个方向都可通过定滑轮用弹簧测力计将4N的重物向上提起,所用的力都为4N,这说明,使用定滑轮不能省力,但能改变力的方向。
[2]使用定滑轮时,其支点在轴上,重物对轮的作用力为阻力,测力计对轮的作用力为动力,支点到动力及阻力的作用线的距离都为轮的半径,即动力臂等于阻力臂,所以是一个等臂杠杆。
(2)①[3]使用动滑轮时,应竖直向上匀速拉动重物,此时的动滑轮相当于一个省力杠杆,动力臂是轮的2个半径,阻力臂是轮的一个半径,动力臂是阻力臂的两倍,可达到最佳省力效果。
②[4][5][6]动滑轮最佳省力时,相当于一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆,所以可以省力,据杠杆的平衡条件,此时弹簧测力计的示数等于物重的,是一个省力杠杆。
③[7]要探究拉力方向对拉力大小的影响,除了改变拉力的方向外,其它因素应保持不变,所以需要选择相同的物体与相同的滑轮进行实验。
18.(1)4;(2)0.5m/s;(3)250N;(4)562.5N
【详解】解:(1)不计绳重和摩擦,由
可得,绳子的股数为
(2)由
可得,自由端上升的速度为
由v=4v物可得,重物上升的速度为
(3)不计绳重和摩擦,由可得,动滑轮的重力为
(4)不计绳重和摩擦,每段绳子承担的力的大小为
答:(1)动滑轮上绳子的股数为4;
(2)重物上升的速度为0.5m/s;
(3)动滑轮的重力为250N;
(4)如果用这个滑轮组匀速提升2000N的重物,作用与绳子自由端的拉力为562.5N。
19.(1)70N;(2)6m;(3)3m/s
【详解】解:(1)由图可知,绳子承重段数n=3,拉力F的大小为
(2)绳子自由端移动的距离
(3)绳子自由端移动的速度为
答:(1)拉力F为70N;
(2)绳子自由端移动的距离为6m;
(3)绳子自由端移动的速度为2m/s。