【精品解析】2023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练培优卷:12.2 滑轮

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名称 【精品解析】2023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练培优卷:12.2 滑轮
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资源类型 试卷
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科目 物理
更新时间 2024-04-30 20:24:45

文档简介

2023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练培优卷:12.2 滑轮
一、选择题
1.如图所示,不计滑轮重与摩擦,物体A质量为2kg,物体B质量为5kg,体积为103 cm3.先用手托住A,待放手后(  )
A.物体B将沉到杯底 B.物体B将停留在水面下任何地方
C.物体B将离开水面上升 D.物体B最后浮在水面上
【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;阿基米德原理;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】根据题意可知,物体A的重力GA=mAg=2kg×10N/kg=20N,
物体B的重力GB=mBg=5kg×10N/kg=50N;
由图可知n=2,不计滑轮重与摩擦,则GA=FB,
那么物体B受到向上的拉力FB=2GA=2×20N=40N,
物体B浸没在水中,V排=V=103cm3=1×10-3m3
受到的浮力为:F浮=ρ液gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=10N。
则物体B竖直向上的合力为F=FB+F浮=40N+10N=50N;
因为F=GB,
所有物体B将悬浮,即可以停留在水面下任何地方。
故选B。
【分析】利用G=mg求出物体的重力,根据滑轮组的使用特点求出动滑轮对物体B的拉力,利用阿基米德原理F浮=ρ液gV排求出物体B的浮力。接下来然后对物体B受力分析,求出B受到的合力的方向,根据这个合力的方向可知运动情况。
2.(2023九上·常州月考)用图甲所示滑轮组装置将放置在水平地面上,重为100N的物体提升一定高度。当用图乙所示随时间变化的竖直向上的拉力F拉绳时,物体的速度v和物体上升的高度h随时间变化的关系分别如图丙和丁所示。(不计绳重和摩擦)下列计算结果不正确的是(  )
A.动滑轮重20N
B.2s~3s内,拉力F的功率是24W
C.0.5s时,物体对地面的压力是10N
D.1s~2s内,拉力F做的功是15J
【答案】C
【知识点】功率的计算;二力平衡的条件及其应用;滑轮组绳子拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】A:由图丙可知在2~3s内,重物做匀速运动,由图乙可知此时拉力F=40N,
由图甲可知,从动滑轮上直接引出的绳子股数(承担物重的绳子股数)n=3,所以,即,解得,故A正确。
B:由图丙可知在2~3s内,重物做匀速运动,v=0.2m/s,由图乙可知此时拉力F=40N,
由图甲可知,从动滑轮上直接引出的绳子股数(承担物重的绳子股数)n=3,
所以拉力端移动速度v′=3v=3×0.2m/s=0.6m/s,
拉力做功功率(总功率):P总=FV′=40N×0.6m/s=24W,故B正确。
C:由图丙可知,0.5s时,物体的速度为0,处于静止状态,图乙可知,此时拉力F=30N,设重物对挂钩的拉力为F拉,,解得,
对物体进行受力分析得,,即,F=30N,即对地面的压力是30N,故C错误。
D:由图乙、丁可知,1s~2s内,拉力F=40N,物体上升的高度为0.1m,绳端移动的距离,拉力F做的功是。故D错误。
【分析】本题是一道力学综合题,涉及到功、功率的计算,能从题目提供的图中得出每秒内的相关信息是本题的关键。
3.(2023九上·吴江月考)如图所示,物体A、B的重分别为40N、20N,动滑轮重为10N,此时物体A在水平面上向右以2m/s做匀速直线运动,则下列说法正确的是(绳子和滑轮间的摩擦不计)(  )
A.A物体所受摩擦力方向水平向左大小为10N
B.B物体下落速度为1m/s
C.若用力F向左拉物体A,使物体A向左做匀速直线运动,所需力的大小为15N
D.若用F=15N向左拉物体A,可以使物体A向左做加速直线运动
【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;滑轮组及其工作特点
【解析】【解答】A.根据图片可知,动滑轮组由2段绳子承担物重,
所以A物体对绳子的拉力:,
跟机物体间力的作用是相互的可知,物体A受到的拉力为:FA'=FA=15N,
此时物体A在水平面上向右做匀速直线运动,则物体A受到的摩擦力为:f=FA'=15N,故A错误;
B.B物体下落速度为:,故B错误;
CD.使物体A向左做匀速直线运动时,根据平衡力的知识得到:F=f+FA'=15N+15N=30N。要使物体A向左做加速直线运动,则向左拉物体A的力F>30N,故C错误,D正确。
故选D。
【分析】A.根据图片确定承担重力的绳子段数n,根据计算A物体受到的拉力,再根据平衡力的知识计算A物体受到的摩擦力;
B.物体B的绳子连接在动滑轮的轴心上,根据计算物体B的速度;
C.对物体A进行受力分析,根据平衡力的知识计算需要的拉力;
D.根据力与运动的关系分析物体A运动状态的改变。
4.(2023八下·岳阳期末)用如图所示的滑轮组提升重80N的物体,在10s内匀速上升10m,拉力F为50N,则提升重物的过程中(  )
A.做的有用功是800J B.绳子自由端的速度为1m/s
C.拉力的功率为80W D.滑轮组的机械效率为60%
【答案】A
【知识点】功率的计算;机械效率的计算;滑轮组绳子拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】A.滑轮组做的总功W有=Gh=80N×10m=800J,故A正确;
B.自由端移动的距离s=nh=10m×2=20m,自由端移动的速度,故B错误;
C.拉力的功率P=Fv=50N×2m/s=100W,故C错误;
D.滑轮组的机械效率,故D错误。
故选A。
【分析】A.根据W有=Gh计算滑轮组做的有用功;
B.根据s=nh计算自由端移动的距离,再根据计算自由端绳子的速度;
C.根据P=Fv计算拉力的功率;
D.根据计算滑轮组的机械效率。
5.(2023八下·宽城期末)如图所示,分别使用甲 、乙 、丙三种方式把同一物体 M 匀速提升至相同 高度(绳长不变, 乙丙滑轮完全相同),G动 A.利用机械乙提升 M 时最省力
B.F甲 做的功的功率一定小于 F乙 的
C.F乙 和 F丙 两个力所做的功相同
D.丙的机械效率小于乙的
【答案】D
【知识点】功率的计算;定滑轮及其工作特点;动滑轮及其工作特点;机械效率的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】A.根据图片可知,甲:直接提升物体,那么F甲=G;乙:定滑轮不省力不费力,则F乙=G;丙:动滑轮省一半的力,即。根据G动B.根据P=Fv可知,拉力的功率大小与拉力和速度有关,由于二者速度大小不知道,那么二者的功率大小无法比较,故B错误;
C.根据图片可知,F乙只对物体M做功,F丙对动滑轮和M做功,因此二者做功不同,故C错误;
D.根据W有=Gh可知,丙和乙做的有用功相等。乙不对动滑轮做功,而丙对动滑轮做功,那么总功W乙故选D。
【分析】A.根据定滑轮和动滑轮的特点计算拉力大小,然后进行比较即可;
B.根据P=Fv分析做功功率大小;
C.注意是否对动滑轮做功即可;
D.根据比较机械效率大小。
6.(2023·莲湖模拟)工人师傅用如图所示的两种方式, 分别将重力均为 400N 的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离。已知 F1 、F2始终沿竖直方向,图甲中 OB=2OA,图乙中每个滑轮重 50N,不计杠杆重、绳重和摩擦。则下列说法正确的是(  )
A.甲、乙两种方式都能省功 B.F1 大小为 300N 且保持不变
C.乙方式的机械效率约为 88.9% D.F2 的功率为 30W
【答案】C
【知识点】杠杆的平衡条件;滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】A.在使用机械时,不可避免的克服摩擦等因素做额外功,因此甲和乙两种方式都不能省功,故A错误;
B.根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2得到:400N×OA=F1×OB,解得:F1=200N,故B错误;
C.根据乙图可知,滑轮组的机械效率:,故C正确;
D.题目中没有时间信息,因此无法根据计算F2的功率,故D错误。
故选C。
【分析】(1)根据功的原理判断;
(2)根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2计算F1的大小;
(3)根据公式计算滑轮组的机械效率;
(4)根据公式计算功率。
7.(2022八下·硚口期末)如图甲所示,质量为40kg的小林同学站在高台上竖直向上匀速拉动绳子,脚与地面的总接触面积为0.04m2,现改变G物,计算并绘出机械效率η与G物的关系图象,如图乙所示,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是(  )
①此滑轮组动滑轮的重力为20N
②当G物=150N时,小林对绳子的拉力为60N
③当G物′=120N时,若此时的拉力的功率为15W,则物体上升的速度为0.3m/s
④若水平高台能承受的最大压强为12500Pa,则该滑轮组所能提升物体的最大机械效率为90%
A.只有②④ B.只有② C.只有①③ D.只有①②
【答案】A
【知识点】滑轮组及其工作特点;滑轮(组)的机械效率;滑轮与功的综合题
【解析】【解答】①计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率
由图象可知当物体的重力为120N时,滑轮组的机械效率80%,即
解得动滑轮重力为G动=30N
故①错误;
②图知绳子的有效段数n=3,不计绳重和摩擦,当G物=150N时,小林对绳子的拉力
故②正确;
③不计绳重和摩擦,当G物′=120N时,小林对绳子的拉力
根据
可知,绳子自由端移动的速度
则物体上升的速度
故③错误;
④人的重力G人=m人g=40kg×10N/kg=400N
由压强公式可知,水平高台能承受的最大压力F压=pS=12500Pa×0.04m2=500N
则人受到的最大支持力F支=F压=500N
由力的平衡条件可知,绳子的最大拉力F最大=F支-G人=500N-400N=100N
因为不计绳重和摩擦时,作用在绳子自由端的最大拉力为
则小林所能提升的最大物重G最大=nF最大-G动=3×100N-30N=270N
根据①可知滑轮组的机械效率
因动滑轮的重力不变,当重物的重力最大时,机械效率最高,则该滑轮组所能提升物体的最大机械效率
故④正确。
综上所述:A符合题意,BCD不符合题意。
故答案为:A。
【分析】根据公式,求出动滑轮重力;根据公式,求出拉力大小;根据公式,求出绳子速度大小,再根据,求出物体上升的速度;根据公式,求出最大机械效率。
8.(2021八下·合山月考)如图所示,拉力F=20N,在拉力F的作用下,重为100N的物体M沿水平地面以2m/s的速度匀速运动10m,已知每个滑轮重10N,忽略绳子重和滑轮与轴间的摩擦,该过程中(  )
A.拉力F做的功为200J
B.拉力F的功率为120W
C.滑轮组对物体做的有用功为400J
D.滑轮组的机械效率为75%
【答案】D
【知识点】滑轮组及其工作特点;滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】A.由图可知,滑轮组绳子的有效股数n=2,则绳子自由端移动的距离s绳=ns物=2×10m=20m
拉力F做的功W总=Fs绳=20N×20m=400J
不符合题意;
B.由v=可得,物体运动的时间即绳端移动的时间t==5s
拉力F的功率P==80W
不符合题意;
C.忽略绳子重和滑轮与轴间的摩擦,克服动滑轮重力做的功为额外功,则拉力做的额外功W额=G动h=G动s物=10N×10m=100J
滑轮组对物体做的有用功W有=W总﹣W额=400J﹣100J=300J
不符合题意;
D.滑轮组的机械效率η=×100%=×100%=75%
符合题意
故答案为:D
【分析】根据图示滑轮组可知绳子的有效股数,根据s绳=ns物求出绳子自由端移动的距离,利用W=Fs绳求出拉力F做的功;根据v=求出物体运动的时间即绳端移动的时间,利用P=求出拉力F的功率.
忽略绳重和滑轮与轴间的摩擦,克服动滑轮重力做的功为额外功,此时动滑轮上升的高度等于物体水平方向移动的距离,根据W额=G动h求出拉力做的额外功,滑轮组对物体做的有用功等于总功减去额外功;根据η=×100%求出滑轮组的机械效率。
二、填空题
9.质量为50kg的工人要用如图甲所示的滑轮组将一批建筑材料运送到楼顶,滑轮组的机械效率随建筑材料所受重力变化的图象如图乙所示,若机械摩擦及绳重忽略不计,该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料,此滑轮组机械效率的最大值为   。
【答案】80%
【知识点】滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】根据图乙可知,当物体的重力为300N,机械效率为50%,
根据得到:;
解得:G动=300N;
工人对滑轮组的最大拉力F'=G=mg=50kg×10N/kg=500N;
根据得到:;
解得:G=1200N;
则滑轮组的最大机械效率:.
【分析】根据乙图,找到物体的重力和对应的机械效率,根据计算动滑轮的重力。工人对滑轮组产生的最大拉力等于工人重力,再根据计算此时物体的最大重力,最后再根据计算滑轮组的最大机械效率。
10.(2023·惠山模拟)起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速起吊重2.4×104N的物体时,物体在5s内上升了5m,此过程中有用功为    J,钢丝绳移动的速度为    m/s;若滑轮组的机械效率为80%,拉力F等于    N,克服绳重摩擦所做的功为2.4×104J,则动滑轮重    N。
【答案】1.2×105;3;1×104;1200
【知识点】机械效率的计算;滑轮组绳子拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】(1)拉力做的有用功:W有=Gh=2.4×104N×5m=1.2×105J;
(2)由图可知,承担重力的绳子段数n=3,
绳子自由端移动的距离:s=nh=3×5m=15m,
则钢丝绳移动的速度:;
(3)由得到:;
解得:F=1×104N;
(4)滑轮组做的总功:,
则滑轮组做的额外功:W额=W总-W有=1.5×105J-1.2×105J=3×104J;
克服绳重摩擦所做的功为2.4×104J,
则克服动滑轮自重做的功为:W′=3×104J-2.4×104J=6000J
则动滑轮重:。
【分析】(1)根据W有=Gh计算拉力做的有用功;
(2)根据图片确定承担重力的绳子段数n,再根据s=nh计算钢丝绳移动的距离,最后根据计算钢丝绳的速度;
(3)根据计算拉力F;
(4)根据计算总功,根据W额=W总-W有计算额外功,再减去克服摩擦做的额外功,从而得到克服动滑轮重力做的额外功,最后根据计算动滑轮重力。
三、作图题
11.(2017九上·玄武期末)如图所示,利用滑轮组提起重物,画出滑轮组最省力的绕法.
【答案】解:如图所示:
【知识点】滑轮组的设计与组装
【解析】【解答】绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,绕过上面的定滑轮,再绕过动滑轮为最省力的绕法,如图所示:

【分析】此题主要考查滑轮组承担物重绳子股数,滑轮组的绕线方法不同,拉力的方向不同,达到省力程度也不同.滑轮组绳子的绕法,有两种:
一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上,绕过下面的动滑轮,再绕过上面的定滑轮;
二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,绕过定滑轮,然后再绕过动滑轮.
提升动滑轮绳子段数越多,越省力,故选第二种方法.
四、实验探究题
12.(2018八下·罗平期末)某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示。
物理量 实验次数 1 2 3
钩码重G/N 4 4 6
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4
绳端移动距离s/m 0.3 0.4
机械效率η 74.1% 62.5%
(1)实验中应沿竖直方向   拉动弹簧测力计使钩码上升。实验中若缺少刻度尺   (“能”或“不能”)完成实验。
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用   (选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验,若不计绳重和摩擦,这组滑轮组的动滑轮总重为   N。
(3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率   (选填“越高”、“不变”或“越低”)。
(4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验,表中第3次实验中空缺的数据应为:绳端移动距离s
   m,机械效率η=   。
(5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组,   。
【答案】(1)匀速;能
(2)乙;2.4
(3)越低
(4)0.3;83.3%
(5)增大提升的物重,可以提高滑轮组的机械效率。
【知识点】动滑轮拉力的计算;机械效率的大小比较;机械效率的计算;滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】(1)实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计,以保证拉力大小恒定;根据s=nh,可推导出滑轮组的机械效率公式为:η=W有用/W总===,由η=可知,滑轮组的机械效率与物体上升高度h和绳端移动距离s无关,所以物体上升高度h和绳端移动距离s不是必须要测量的量,即缺少刻度尺也能完成实验;
(2)由表中实验数据可知,根据s=nh,由第2次实验数据算出n==0.4m/0.1m=4,由图示滑轮组可知,实验使用的是乙图所示装置做的实验;若不计绳重和摩擦,则F=(G+G动)/4,所以这组滑轮组的动滑轮总重为G动=4F-G=4x1.6N-4N=2.4N;
(3)由表中第1次实验和第2次实验的数据可知,第1次实验绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,所以第1次实验使用的是甲图所示装置做的实验,又因为η1>η2,可知使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率越低;
(4)由表中第1次实验数据可知,绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,第三次实验使用同样的装置,则第3次实验绳端移动距离s=3h=3x0.1m=0.3m;第3次实验机械效率η=W有用/W总==≈83.3%;
(5) 比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组增大提升的物重,可以提高滑轮组的机械效率。
故答案为:(1)匀速;能;(2)乙;2.4;(3)越低;(4)0.3;83.3%;(5)增大提升的物重,可以提高滑轮组的机械效率。
【分析】(1)应竖直匀速拉动测力计,这样拉力大小不变,弹簧测力计的示数稳定;由η=可知,滑轮组的机械效率与物体上升高度h和绳端移动距离s无关;
(2)根据s=nh确定绳子的股数,判断是哪一个滑轮组;若不计绳重和摩擦,则G动=nF-G;
(3)比较实验1和2的条件和机械效率大小,可得出动滑轮个数多少对滑轮组机械效率的影响;
(4)根据表中实验数据求出绳子移动的距离,应用效率公式求出滑轮组效率;
(5)比较实验1和3的条件和机械效率大小,可得出物重对滑轮组机械效率的影响。
五、计算题
13.(2023八下·昌平期中) 如图所示,滑轮组悬挂在水平支架上,某工人站在水平地面上,竖直向下拉动绳子自由端,使物体A以0.2m/s的速度匀速上升,提升过程中滑轮组的机械效率为90%。已知物体A重540N,该工人重500N,两个滑轮质量相等,不计滑轮组的绳重和摩擦,关于该过程,求:
(1)绳子自由端受到竖直向下的拉力F;
(2)绳子自由端拉力的功率P。
【答案】(1)动滑轮上有两股绳,由题意可得,绳子上的力为
设物体A提升的距离为h,则由题意有
总功为
W2=2Fh
由机械效率计算公式可得
则拉力F为
答:竖直向下的拉力为300N;
(2)由题意可得,A的运动速度为0.2m/s,则绳子端的移动速度为
v=2×0.2m/s=0.4m/s
则绳子自由端拉力的功率为
P=Fv=300N×0.4m/s=120W
答:绳子自由端的功率为120W。
【知识点】功率的计算;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【分析】(1)首先根据图片确定承担重力的绳子段数n,再根据 计算动滑轮的重力,最后根据 计算绳子自由端受到的拉力。
(2)首先根据v=nv物计算绳子自由端移动的速度,再根据P=Fv计算拉力的功率。
1 / 12023-2024学年人教版八年级物理下册同步训练培优卷:12.2 滑轮
一、选择题
1.如图所示,不计滑轮重与摩擦,物体A质量为2kg,物体B质量为5kg,体积为103 cm3.先用手托住A,待放手后(  )
A.物体B将沉到杯底 B.物体B将停留在水面下任何地方
C.物体B将离开水面上升 D.物体B最后浮在水面上
2.(2023九上·常州月考)用图甲所示滑轮组装置将放置在水平地面上,重为100N的物体提升一定高度。当用图乙所示随时间变化的竖直向上的拉力F拉绳时,物体的速度v和物体上升的高度h随时间变化的关系分别如图丙和丁所示。(不计绳重和摩擦)下列计算结果不正确的是(  )
A.动滑轮重20N
B.2s~3s内,拉力F的功率是24W
C.0.5s时,物体对地面的压力是10N
D.1s~2s内,拉力F做的功是15J
3.(2023九上·吴江月考)如图所示,物体A、B的重分别为40N、20N,动滑轮重为10N,此时物体A在水平面上向右以2m/s做匀速直线运动,则下列说法正确的是(绳子和滑轮间的摩擦不计)(  )
A.A物体所受摩擦力方向水平向左大小为10N
B.B物体下落速度为1m/s
C.若用力F向左拉物体A,使物体A向左做匀速直线运动,所需力的大小为15N
D.若用F=15N向左拉物体A,可以使物体A向左做加速直线运动
4.(2023八下·岳阳期末)用如图所示的滑轮组提升重80N的物体,在10s内匀速上升10m,拉力F为50N,则提升重物的过程中(  )
A.做的有用功是800J B.绳子自由端的速度为1m/s
C.拉力的功率为80W D.滑轮组的机械效率为60%
5.(2023八下·宽城期末)如图所示,分别使用甲 、乙 、丙三种方式把同一物体 M 匀速提升至相同 高度(绳长不变, 乙丙滑轮完全相同),G动 A.利用机械乙提升 M 时最省力
B.F甲 做的功的功率一定小于 F乙 的
C.F乙 和 F丙 两个力所做的功相同
D.丙的机械效率小于乙的
6.(2023·莲湖模拟)工人师傅用如图所示的两种方式, 分别将重力均为 400N 的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离。已知 F1 、F2始终沿竖直方向,图甲中 OB=2OA,图乙中每个滑轮重 50N,不计杠杆重、绳重和摩擦。则下列说法正确的是(  )
A.甲、乙两种方式都能省功 B.F1 大小为 300N 且保持不变
C.乙方式的机械效率约为 88.9% D.F2 的功率为 30W
7.(2022八下·硚口期末)如图甲所示,质量为40kg的小林同学站在高台上竖直向上匀速拉动绳子,脚与地面的总接触面积为0.04m2,现改变G物,计算并绘出机械效率η与G物的关系图象,如图乙所示,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是(  )
①此滑轮组动滑轮的重力为20N
②当G物=150N时,小林对绳子的拉力为60N
③当G物′=120N时,若此时的拉力的功率为15W,则物体上升的速度为0.3m/s
④若水平高台能承受的最大压强为12500Pa,则该滑轮组所能提升物体的最大机械效率为90%
A.只有②④ B.只有② C.只有①③ D.只有①②
8.(2021八下·合山月考)如图所示,拉力F=20N,在拉力F的作用下,重为100N的物体M沿水平地面以2m/s的速度匀速运动10m,已知每个滑轮重10N,忽略绳子重和滑轮与轴间的摩擦,该过程中(  )
A.拉力F做的功为200J
B.拉力F的功率为120W
C.滑轮组对物体做的有用功为400J
D.滑轮组的机械效率为75%
二、填空题
9.质量为50kg的工人要用如图甲所示的滑轮组将一批建筑材料运送到楼顶,滑轮组的机械效率随建筑材料所受重力变化的图象如图乙所示,若机械摩擦及绳重忽略不计,该工人竖直向下拉绳子自由端运送建筑材料,此滑轮组机械效率的最大值为   。
10.(2023·惠山模拟)起重机吊臂上的滑轮组如图所示。在匀速起吊重2.4×104N的物体时,物体在5s内上升了5m,此过程中有用功为    J,钢丝绳移动的速度为    m/s;若滑轮组的机械效率为80%,拉力F等于    N,克服绳重摩擦所做的功为2.4×104J,则动滑轮重    N。
三、作图题
11.(2017九上·玄武期末)如图所示,利用滑轮组提起重物,画出滑轮组最省力的绕法.
四、实验探究题
12.(2018八下·罗平期末)某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示。
物理量 实验次数 1 2 3
钩码重G/N 4 4 6
钩码上升高度h/m 0.1 0.1 0.1
绳端拉力F/N 1.8 1.6 2.4
绳端移动距离s/m 0.3 0.4
机械效率η 74.1% 62.5%
(1)实验中应沿竖直方向   拉动弹簧测力计使钩码上升。实验中若缺少刻度尺   (“能”或“不能”)完成实验。
(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用   (选填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验,若不计绳重和摩擦,这组滑轮组的动滑轮总重为   N。
(3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率   (选填“越高”、“不变”或“越低”)。
(4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验,表中第3次实验中空缺的数据应为:绳端移动距离s
   m,机械效率η=   。
(5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组,   。
五、计算题
13.(2023八下·昌平期中) 如图所示,滑轮组悬挂在水平支架上,某工人站在水平地面上,竖直向下拉动绳子自由端,使物体A以0.2m/s的速度匀速上升,提升过程中滑轮组的机械效率为90%。已知物体A重540N,该工人重500N,两个滑轮质量相等,不计滑轮组的绳重和摩擦,关于该过程,求:
(1)绳子自由端受到竖直向下的拉力F;
(2)绳子自由端拉力的功率P。
答案解析部分
1.【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;阿基米德原理;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】根据题意可知,物体A的重力GA=mAg=2kg×10N/kg=20N,
物体B的重力GB=mBg=5kg×10N/kg=50N;
由图可知n=2,不计滑轮重与摩擦,则GA=FB,
那么物体B受到向上的拉力FB=2GA=2×20N=40N,
物体B浸没在水中,V排=V=103cm3=1×10-3m3
受到的浮力为:F浮=ρ液gV排=1×103kg/m3×10N/kg×1×10-3m3=10N。
则物体B竖直向上的合力为F=FB+F浮=40N+10N=50N;
因为F=GB,
所有物体B将悬浮,即可以停留在水面下任何地方。
故选B。
【分析】利用G=mg求出物体的重力,根据滑轮组的使用特点求出动滑轮对物体B的拉力,利用阿基米德原理F浮=ρ液gV排求出物体B的浮力。接下来然后对物体B受力分析,求出B受到的合力的方向,根据这个合力的方向可知运动情况。
2.【答案】C
【知识点】功率的计算;二力平衡的条件及其应用;滑轮组绳子拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】A:由图丙可知在2~3s内,重物做匀速运动,由图乙可知此时拉力F=40N,
由图甲可知,从动滑轮上直接引出的绳子股数(承担物重的绳子股数)n=3,所以,即,解得,故A正确。
B:由图丙可知在2~3s内,重物做匀速运动,v=0.2m/s,由图乙可知此时拉力F=40N,
由图甲可知,从动滑轮上直接引出的绳子股数(承担物重的绳子股数)n=3,
所以拉力端移动速度v′=3v=3×0.2m/s=0.6m/s,
拉力做功功率(总功率):P总=FV′=40N×0.6m/s=24W,故B正确。
C:由图丙可知,0.5s时,物体的速度为0,处于静止状态,图乙可知,此时拉力F=30N,设重物对挂钩的拉力为F拉,,解得,
对物体进行受力分析得,,即,F=30N,即对地面的压力是30N,故C错误。
D:由图乙、丁可知,1s~2s内,拉力F=40N,物体上升的高度为0.1m,绳端移动的距离,拉力F做的功是。故D错误。
【分析】本题是一道力学综合题,涉及到功、功率的计算,能从题目提供的图中得出每秒内的相关信息是本题的关键。
3.【答案】B
【知识点】二力平衡的条件及其应用;滑轮组及其工作特点
【解析】【解答】A.根据图片可知,动滑轮组由2段绳子承担物重,
所以A物体对绳子的拉力:,
跟机物体间力的作用是相互的可知,物体A受到的拉力为:FA'=FA=15N,
此时物体A在水平面上向右做匀速直线运动,则物体A受到的摩擦力为:f=FA'=15N,故A错误;
B.B物体下落速度为:,故B错误;
CD.使物体A向左做匀速直线运动时,根据平衡力的知识得到:F=f+FA'=15N+15N=30N。要使物体A向左做加速直线运动,则向左拉物体A的力F>30N,故C错误,D正确。
故选D。
【分析】A.根据图片确定承担重力的绳子段数n,根据计算A物体受到的拉力,再根据平衡力的知识计算A物体受到的摩擦力;
B.物体B的绳子连接在动滑轮的轴心上,根据计算物体B的速度;
C.对物体A进行受力分析,根据平衡力的知识计算需要的拉力;
D.根据力与运动的关系分析物体A运动状态的改变。
4.【答案】A
【知识点】功率的计算;机械效率的计算;滑轮组绳子拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】A.滑轮组做的总功W有=Gh=80N×10m=800J,故A正确;
B.自由端移动的距离s=nh=10m×2=20m,自由端移动的速度,故B错误;
C.拉力的功率P=Fv=50N×2m/s=100W,故C错误;
D.滑轮组的机械效率,故D错误。
故选A。
【分析】A.根据W有=Gh计算滑轮组做的有用功;
B.根据s=nh计算自由端移动的距离,再根据计算自由端绳子的速度;
C.根据P=Fv计算拉力的功率;
D.根据计算滑轮组的机械效率。
5.【答案】D
【知识点】功率的计算;定滑轮及其工作特点;动滑轮及其工作特点;机械效率的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】A.根据图片可知,甲:直接提升物体,那么F甲=G;乙:定滑轮不省力不费力,则F乙=G;丙:动滑轮省一半的力,即。根据G动B.根据P=Fv可知,拉力的功率大小与拉力和速度有关,由于二者速度大小不知道,那么二者的功率大小无法比较,故B错误;
C.根据图片可知,F乙只对物体M做功,F丙对动滑轮和M做功,因此二者做功不同,故C错误;
D.根据W有=Gh可知,丙和乙做的有用功相等。乙不对动滑轮做功,而丙对动滑轮做功,那么总功W乙故选D。
【分析】A.根据定滑轮和动滑轮的特点计算拉力大小,然后进行比较即可;
B.根据P=Fv分析做功功率大小;
C.注意是否对动滑轮做功即可;
D.根据比较机械效率大小。
6.【答案】C
【知识点】杠杆的平衡条件;滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】A.在使用机械时,不可避免的克服摩擦等因素做额外功,因此甲和乙两种方式都不能省功,故A错误;
B.根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2得到:400N×OA=F1×OB,解得:F1=200N,故B错误;
C.根据乙图可知,滑轮组的机械效率:,故C正确;
D.题目中没有时间信息,因此无法根据计算F2的功率,故D错误。
故选C。
【分析】(1)根据功的原理判断;
(2)根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2计算F1的大小;
(3)根据公式计算滑轮组的机械效率;
(4)根据公式计算功率。
7.【答案】A
【知识点】滑轮组及其工作特点;滑轮(组)的机械效率;滑轮与功的综合题
【解析】【解答】①计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率
由图象可知当物体的重力为120N时,滑轮组的机械效率80%,即
解得动滑轮重力为G动=30N
故①错误;
②图知绳子的有效段数n=3,不计绳重和摩擦,当G物=150N时,小林对绳子的拉力
故②正确;
③不计绳重和摩擦,当G物′=120N时,小林对绳子的拉力
根据
可知,绳子自由端移动的速度
则物体上升的速度
故③错误;
④人的重力G人=m人g=40kg×10N/kg=400N
由压强公式可知,水平高台能承受的最大压力F压=pS=12500Pa×0.04m2=500N
则人受到的最大支持力F支=F压=500N
由力的平衡条件可知,绳子的最大拉力F最大=F支-G人=500N-400N=100N
因为不计绳重和摩擦时,作用在绳子自由端的最大拉力为
则小林所能提升的最大物重G最大=nF最大-G动=3×100N-30N=270N
根据①可知滑轮组的机械效率
因动滑轮的重力不变,当重物的重力最大时,机械效率最高,则该滑轮组所能提升物体的最大机械效率
故④正确。
综上所述:A符合题意,BCD不符合题意。
故答案为:A。
【分析】根据公式,求出动滑轮重力;根据公式,求出拉力大小;根据公式,求出绳子速度大小,再根据,求出物体上升的速度;根据公式,求出最大机械效率。
8.【答案】D
【知识点】滑轮组及其工作特点;滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】A.由图可知,滑轮组绳子的有效股数n=2,则绳子自由端移动的距离s绳=ns物=2×10m=20m
拉力F做的功W总=Fs绳=20N×20m=400J
不符合题意;
B.由v=可得,物体运动的时间即绳端移动的时间t==5s
拉力F的功率P==80W
不符合题意;
C.忽略绳子重和滑轮与轴间的摩擦,克服动滑轮重力做的功为额外功,则拉力做的额外功W额=G动h=G动s物=10N×10m=100J
滑轮组对物体做的有用功W有=W总﹣W额=400J﹣100J=300J
不符合题意;
D.滑轮组的机械效率η=×100%=×100%=75%
符合题意
故答案为:D
【分析】根据图示滑轮组可知绳子的有效股数,根据s绳=ns物求出绳子自由端移动的距离,利用W=Fs绳求出拉力F做的功;根据v=求出物体运动的时间即绳端移动的时间,利用P=求出拉力F的功率.
忽略绳重和滑轮与轴间的摩擦,克服动滑轮重力做的功为额外功,此时动滑轮上升的高度等于物体水平方向移动的距离,根据W额=G动h求出拉力做的额外功,滑轮组对物体做的有用功等于总功减去额外功;根据η=×100%求出滑轮组的机械效率。
9.【答案】80%
【知识点】滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】根据图乙可知,当物体的重力为300N,机械效率为50%,
根据得到:;
解得:G动=300N;
工人对滑轮组的最大拉力F'=G=mg=50kg×10N/kg=500N;
根据得到:;
解得:G=1200N;
则滑轮组的最大机械效率:.
【分析】根据乙图,找到物体的重力和对应的机械效率,根据计算动滑轮的重力。工人对滑轮组产生的最大拉力等于工人重力,再根据计算此时物体的最大重力,最后再根据计算滑轮组的最大机械效率。
10.【答案】1.2×105;3;1×104;1200
【知识点】机械效率的计算;滑轮组绳子拉力的计算;功的计算及应用
【解析】【解答】(1)拉力做的有用功:W有=Gh=2.4×104N×5m=1.2×105J;
(2)由图可知,承担重力的绳子段数n=3,
绳子自由端移动的距离:s=nh=3×5m=15m,
则钢丝绳移动的速度:;
(3)由得到:;
解得:F=1×104N;
(4)滑轮组做的总功:,
则滑轮组做的额外功:W额=W总-W有=1.5×105J-1.2×105J=3×104J;
克服绳重摩擦所做的功为2.4×104J,
则克服动滑轮自重做的功为:W′=3×104J-2.4×104J=6000J
则动滑轮重:。
【分析】(1)根据W有=Gh计算拉力做的有用功;
(2)根据图片确定承担重力的绳子段数n,再根据s=nh计算钢丝绳移动的距离,最后根据计算钢丝绳的速度;
(3)根据计算拉力F;
(4)根据计算总功,根据W额=W总-W有计算额外功,再减去克服摩擦做的额外功,从而得到克服动滑轮重力做的额外功,最后根据计算动滑轮重力。
11.【答案】解:如图所示:
【知识点】滑轮组的设计与组装
【解析】【解答】绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,绕过上面的定滑轮,再绕过动滑轮为最省力的绕法,如图所示:

【分析】此题主要考查滑轮组承担物重绳子股数,滑轮组的绕线方法不同,拉力的方向不同,达到省力程度也不同.滑轮组绳子的绕法,有两种:
一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上,绕过下面的动滑轮,再绕过上面的定滑轮;
二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上,绕过定滑轮,然后再绕过动滑轮.
提升动滑轮绳子段数越多,越省力,故选第二种方法.
12.【答案】(1)匀速;能
(2)乙;2.4
(3)越低
(4)0.3;83.3%
(5)增大提升的物重,可以提高滑轮组的机械效率。
【知识点】动滑轮拉力的计算;机械效率的大小比较;机械效率的计算;滑轮(组)的机械效率;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【解答】(1)实验中应该匀速竖直向上拉动弹簧测力计,以保证拉力大小恒定;根据s=nh,可推导出滑轮组的机械效率公式为:η=W有用/W总===,由η=可知,滑轮组的机械效率与物体上升高度h和绳端移动距离s无关,所以物体上升高度h和绳端移动距离s不是必须要测量的量,即缺少刻度尺也能完成实验;
(2)由表中实验数据可知,根据s=nh,由第2次实验数据算出n==0.4m/0.1m=4,由图示滑轮组可知,实验使用的是乙图所示装置做的实验;若不计绳重和摩擦,则F=(G+G动)/4,所以这组滑轮组的动滑轮总重为G动=4F-G=4x1.6N-4N=2.4N;
(3)由表中第1次实验和第2次实验的数据可知,第1次实验绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,所以第1次实验使用的是甲图所示装置做的实验,又因为η1>η2,可知使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率越低;
(4)由表中第1次实验数据可知,绳端移动的距离是钩码上升高度的3倍,第三次实验使用同样的装置,则第3次实验绳端移动距离s=3h=3x0.1m=0.3m;第3次实验机械效率η=W有用/W总==≈83.3%;
(5) 比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组增大提升的物重,可以提高滑轮组的机械效率。
故答案为:(1)匀速;能;(2)乙;2.4;(3)越低;(4)0.3;83.3%;(5)增大提升的物重,可以提高滑轮组的机械效率。
【分析】(1)应竖直匀速拉动测力计,这样拉力大小不变,弹簧测力计的示数稳定;由η=可知,滑轮组的机械效率与物体上升高度h和绳端移动距离s无关;
(2)根据s=nh确定绳子的股数,判断是哪一个滑轮组;若不计绳重和摩擦,则G动=nF-G;
(3)比较实验1和2的条件和机械效率大小,可得出动滑轮个数多少对滑轮组机械效率的影响;
(4)根据表中实验数据求出绳子移动的距离,应用效率公式求出滑轮组效率;
(5)比较实验1和3的条件和机械效率大小,可得出物重对滑轮组机械效率的影响。
13.【答案】(1)动滑轮上有两股绳,由题意可得,绳子上的力为
设物体A提升的距离为h,则由题意有
总功为
W2=2Fh
由机械效率计算公式可得
则拉力F为
答:竖直向下的拉力为300N;
(2)由题意可得,A的运动速度为0.2m/s,则绳子端的移动速度为
v=2×0.2m/s=0.4m/s
则绳子自由端拉力的功率为
P=Fv=300N×0.4m/s=120W
答:绳子自由端的功率为120W。
【知识点】功率的计算;滑轮组绳子拉力的计算
【解析】【分析】(1)首先根据图片确定承担重力的绳子段数n,再根据 计算动滑轮的重力,最后根据 计算绳子自由端受到的拉力。
(2)首先根据v=nv物计算绳子自由端移动的速度,再根据P=Fv计算拉力的功率。
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