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华师大版 初科 九上 5.2 滑轮 同步练习(含解析)
一、单选题
1.如图所示,不计摩擦,把重G=16N的物体匀速提起所用的拉力F=10N,则下列关于该动滑轮的说法中错误的是( )
A.动滑轮重4N
B.使用该动滑轮要费距离
C.该动滑轮的机械效率为80%
D.提升物体的速度越快,机械效率越高
2.工厂为了搬运一个笨重的机器进车间,某工人设计了如图所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆型钢管的截面),其中最省力的方案是( )
A.
B.
C.
D.
3.如图所示,分别用拉力 F1、F2、F3、F4 匀速提升同一重物,若不计滑轮本身的重力、绳重及摩擦,则所用拉力最小的是( )
A. B. C. D.
4.今年八月台风“利奇马”对温州造成了重大的损失,公园的一棵大树被吹倒,需要把它扶起,如图所示四种方案,最省力的方案是( )
A. B.
C. D.
5.小李的质量为50kg,可以举起80kg的杠铃;小胖的质量为70kg,可以举起60kg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
6.高速铁路的输电线、无论冬、夏都需要绷直,以保障列车电极与输电线的良好接触。图乙为输电线的牵引装置工作原理图。钢绳通过滑轮组悬挂30个相同的坠砣,每个坠砣配重为150N,若某段时间内坠砣串下降了20cm,不计滑轮和钢绳自重及摩擦,下列说法正确的是( )
A.滑轮A为动滑轮,滑轮B为定滑轮
B.钢绳上的拉力为150N
C.输电线P端受到的拉力大小为9×103N
D.输电线P端向左移动了40cm
7.如图,使用该装置匀速提起重物G,沿不同方向所用的拉力( )
A.F1最大 B.F2最大 C.F3最大 D.一样大
8.如图所示,物体A在水平拉力F的作用下,沿水平面匀速运动,弹簧测力计的示数为4N(不计滑轮和绳子之间的摩擦),拉力F的大小为( )
A.2N B.4N C.6N D.8N
9.建筑工地上,工人用动滑轮来提升货物,以下分析正确的是( )
A.一定可以省力
B.使用动滑轮时,该变形杠杆的支点在动滑轮的轴心处
C.改变拉力方向,不会影响拉力的大小
D.做的总功增大
10.如图所示,用三种不同的方式分别拉同一物体在相同水平地面上做匀速直线运动,所用拉力分别为F1、F2和F3,则它们的大小关系正确的是(不计滑轮重和绳子与滑轮间的摩擦)( )
A.F3二、填空题
11.生活中我们经常使用简单机械。结合右图回答:
(1)如图甲是家用手摇晾衣架,A,B两滑轮中属于动滑轮的是 ;
(2)如图乙是一把剪刀,在使用过程中要达到相对省力的效果,则被剪物体应放在 (填“C”或“D”)处。
12.如图所示的四个滑轮中,若滑轮的自重和摩擦不计,当分别沿力F1、F2、F3、F4方向匀速提起同一物体时,则F1、F2、F3、F4的大小关系是 。若滑轮自重不能忽略,摩擦和绳重不计,则机械效率最大的是
13.简单机械在我们的生活中应用广泛。请回答下列有关简单机械的问题:
(1)如图甲,物体处于静止状态,物体的重力是 N(不计摩擦及滑轮和绳子的自重)。
(2)如图乙是一把剪刀,在使用的过程中要达到相对省力的效果,则被剪物体应放在 点(选填字母A 或B)。
14.如图所示,在力F的作用下,质量为4千克的物体M以0.5米/秒的速度沿水平面向右匀速前进了2米(滑轮和绳重及滑轮与绳之间的摩擦不计),此时弹簧测力计的示数为2牛。
(1)在这一过程中,水平地面对物体M的摩擦力大小是 牛。
(2)拉力F的功率是 瓦。
15.如图是上肢力量训练示意图,O点位于横杆ab的中点(不计绳重、滑轮重力和摩擦)。
(1)若人的质量为60千克,则能拉起的配重最大质量约为 千克。
(2)人以0.15米/秒的速度用力向下拉,则配重上升速度为 米/秒。
三、实验探究题
16.在“探究动滑轮工作时的特点”活动中,小科用如图所示的动滑轮提升钩码,改变钩码的数量,在正确操作的情况下,测得的实验数据如下。
实验序号 钩码重G/N 钩码上升高度h/cm 拉力F/N 绳端移动的距离s/cm
① 1.0 10 1.1 20
② 2.0 10 1.7 20
③ 3.0 10 2.3 20
(1)分析表中数据发现,使用动滑轮提升物体时,拉力不等于物体重力的一半,而是大于物体重力的一半,其主要原因是 。
(2)小科进一步研究,测出动滑轮的质量为100g,计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W=W总-W有-W轮,根据表格中的数据,发现重物的重力越大,差值
△W (选“越大”、“越小”或“不变”),请你利用所学知识对此作出解释: 。
17.小凡同学在“探究定滑轮和动滑轮特点”的实验中,装置图如图所示。
实验次数 物重G/N 测力计的示数F/N
1 1.00 0.65
2 1.50 0.90
3 2.00 1.15
(1)在探究定滑轮时,照图乙操作,觉得读数不方便,于是把测力计倒过来,即测力计吊环系在拉绳上,用手拉挂钩,测力计的示数会 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(2)在探究动滑轮时,照图丙操作,记录数据如下表,分析数据发现,测力计的示数F大于物重G的一半,与课本结论存在差异,其原因是 ,请给出一条减小此差异的建议 。
四、解答题
18.反思是一种良好的学习品质。
(1)一根轻质硬棒AB,在力的作用下能绕固定点O转动。现在硬棒AB上施加两个力F1和F2,O点到F1和F2的作用线的距离分别为d1和d2。小宁认为,只要满足F1×d1=F2×d2,则硬棒AB一定保持静止状态或匀速转动。你认为小宁的想法正确吗?请说出你的理由。
(2)在“动滑轮”实验中,小宁通过如图所示装置进行实验,得到结论:使用动滑轮匀速提升物体,竖直向上的拉力F小于物重G。小宁思考后认为,即使不计摩擦和绳重,上述结论要成立,物重G和动滑轮重G动之间也必须满足一定条件。请你说出这一条件,并予以证明。
19.用如图所示的滑轮组从15m深的水底提起底面积为200cm2,高2m的圆柱形实心物体,已知该物体的密度为2.5×103kg/m3,力F作用的绳子所能承受的最大拉力为350N,问物体以0.2m/s的速度匀速提起时,经多长时间绳子被拉断 (取g=10N/kg)
答案解析部分
1.【答案】D
【解析】【分析】(1)对动滑轮进行受力分析,根据二力平衡的知识计算动滑轮的重力;
(2)根据动滑轮的工作特点判断;
(3)已知拉力和物体的重力,根据公式计算机械效率;
(4)根据滑轮组机械效率的影响因素判断。
【解答】当动滑轮处于匀速直线运动状态时,它自身的重力、物体向下的拉力和两个向上的绳子的拉力F平衡,那么得到:2F=G物体+G动;
2×10N=16N+G动;
解得:G动=4N,故A正确不合题意;
使用该动滑轮能够省力,肯定费距离,故B正确不合题意;
该动滑轮的机械效率:,故C正确不合题意;
根据公式可知,影响滑轮组机械效率的因素是物体重力和动滑轮重力,与提升物体的速度无关,故D错误符合题意。
故选D。
2.【答案】B
【解析】【分析】(1)当物体的重力不变时,滚动摩擦比滑动摩擦要小得多;
(2)根据动滑轮和定滑轮的工作特点对拉力的大小进行判断即可。
【解答】A.机器做匀速直线运动,那么拉力与滑动摩擦力相互平衡,即拉力F=f滑;
B.机器做匀速直线运动,滑轮为动滑轮,那么拉力F=;
C.机器做匀速直线运动,滑轮为定滑轮,那么拉力F=f滚;
D.机器做匀速直线运动,那么拉力与滚动摩擦力相互品红,即拉力F=f滚。
因为f滑>f滚,
所以最省力的方案是B。
故选B。
3.【答案】D
【解析】【分析】根据定滑轮和动滑轮的特点分析判断。
【解答】A、B、C三图中,使用的都是定滑轮,定滑轮不省力不费力,拉力的大小与拉力的方向无关,因此拉力F1=F2=F3=G;D图中使用动滑轮,动滑轮可以省一半的力,即F4=,故D正确,而A、B、C错误。
故选D。
4.【答案】D
【解析】【分析】①定滑轮不省力不费力,只能改变力的方向;动滑轮能省一半的力,不能改变力的方向;
②根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知,当阻力和阻力臂不变时,动力臂越长越省力,据此分析。
【解答】A.左边的树干固定不动,相当于定滑轮,此时不能起到省力的作用;
BCD.右边倾斜的树干跟随绳子一起移动,相当于动滑轮,此时能够省力。地面上倾斜的树木相当于一个杠杆,树根相当于支点,重力相当于阻力。据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知,绳子的位置越靠上,动力臂越长,则越省力,因此D最省力。
故选D。
5.【答案】B
【解析】【分析】当人向下拉动绳子时,它能产生的最大拉力等于自己的体重,据此分析判断。
【解答】小李能够产生的最大拉力F李=m李g=50kg×10N/kg=500N;
小胖能够产生的最大拉力F胖=m胖g=70kg×10N/kg=700N;
因为F李所以小胖能把小李拉起来。
故选B。
6.【答案】C
【解析】【分析】(1)定滑轮是指固定不定的滑轮,动滑轮是指和物体一块运动的滑轮;
(2)钢绳上的拉力即为30个坠砣的总重力,由F=G可求得钢绳上的拉力。
(3)如图使用的滑轮组承担P端拉力的绳子股数n=2,不计滑轮和钢绳自重及摩擦,由,据此求输电线P端受到的拉力大小。
(4)坠砣串下降高度h=2sP,据此计算输电线P端向左移动的距离。【解答】A.图中A固定不动,为定滑轮;滑轮B跟随物体上下移动,为动滑轮,故A错误;
B.30个坠砣的总重力:G=30×150N=4500N。而钢绳上的拉力由坠砣的重力产生,则钢绳上的拉力F=G=4500N,故B错误;
C.由图知,使用的滑轮组承担A端拉力的绳子股数n=2,
图中坠砣挂在钢绳的自由端,不计滑轮和钢绳自重及摩擦,可得,
则输电线P端受到的拉力大小:FP=2G=2×4500N=9×103N,故C正确;
D.图中坠砣挂在钢绳的自由端,且n=2,则坠砣串下降高度h=2sP,
则输电线P端向左移动的距离:sP=h=×20cm=10cm,故D错误。
故选C。
7.【答案】D
【解析】【分析】定滑轮是一个等臂杠杆,据此对各个拉力的大小进行比较即可。
【解答】定滑轮的轴心就是支点,物体的重力为阻力,阻力臂为半径;作用在绳子另一端的拉力为动力,动力臂也等于半径。无论拉力的方向怎样改变,动力臂始终保持滑轮的半径不变,因此它始终为一个等臂杠杆,即三个拉力一样大。
故选D。
8.【答案】B
【解析】【分析】对动滑轮进行受力分析即可。
【解答】根据图片可知,弹簧测力计上的拉力由作用在绳子上的拉力产生,因此二者大小相等。因为弹簧测力计的示数为4N,所以拉力F=4N。
故选B。
9.【答案】D
【解析】【分析】根据动滑轮的结构特点分析判断。
【解答】A.使用动滑轮时,如果绳子的自由端系在轴心处,而阻力作用在动滑轮的边缘,此时动力臂为半径,阻力臂为直径,因此是费力的,故A错误;
B.使用动滑轮时,该变形杠杆的支点在动滑轮的一侧,故B错误;
C.在使用动滑轮时,改变拉力的方向,动力臂就会变小,拉力就会变大,故C错误;
D.使用动滑轮时,要克服动滑轮的重力做额外功,因此总功增大,故D正确。
故选D。
10.【答案】C
【解析】【分析】根据对滑轮的认识分析解答。
【解答】左:定滑轮不省力不费力,则F1=f;
中:动滑轮向左受到两个拉力,向右只受一个拉力,等于A受到的摩擦力。根据二力平衡的知识可知,2F2=f,即;
右:动滑轮水平向左受到两个拉力,都等于A受到的摩擦力,水平向右受到拉力F3。根据二力平衡的知识可知,2f=F3;
比较可知,F2故选C。
11.【答案】(1)B
(2)D
【解析】【分析】(1)跟随物体一起移动的滑轮为动滑轮;固定不动,不随物体一起移动的滑轮为定滑轮。
(2)根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2分析即可。
【解答】(1)根据甲图可知,滑轮A固定在天花板上,不随晾衣架一起移动,为定滑轮;滑轮B跟随晾衣架一起上下移动,为动滑轮。
(2)根据乙图可知,剪刀中间的转轴为支点,动力作用在手柄上,阻力作用在刀口上。根据杠杆的平衡条件F1L1=F2L2可知,当阻力F2与动力臂L1相同时,阻力臂L2越小,则动力F1越小,因此被剪的物体放在D处更省力。
12.【答案】F1=F2>F4>F3;甲和乙
【解析】【分析】(1)根据定滑轮和动滑轮的工作特点比较拉力的大小即可;
(2)根据公式判断机械效率的大小即可。
【解答】(1)定滑轮不省力不费力,拉力的大小与拉力方向无关,因此F1=F2=G;
丙中使用动滑轮,两根绳子的拉力方向平行,此时能省一半的力,即;
丁中使用动滑轮,两根绳子的拉力方向不平行,此时不能省一半的力,即。
因此四个力的大小关系为: F1=F2>F4>F3 ;
(2)甲和乙都为定滑轮,不对滑轮做额外功;而丙和丁都是动滑轮,都对动滑轮做额外功;根据公式可知,当物体重力相同时,有用功相等,那么甲和乙的机械效率最高。
13.【答案】(1)4.8
(2)B
【解析】【分析】(1)首先读出弹簧测力计的示数F,然后根据G=2F计算物体的重力;
(2)剪刀就是一个杠杆,根据杠杆的平衡条件判断物体摆放的位置。
【解答】(1)弹簧测力计的示数是2.4N,那么物体的重力为:G=2F=2×2.4N=4.8N;
(2)剪刀就是一个杠杆,中间的轴是支点,手施加的是动力,物体施加阻力;阻力臂越短越省力,因此被剪物体应放在B点。
故答案为:(1)4.8;(2)B
14.【答案】(1)2
(2)1
【解析】【分析】1、同一根绳子上的拉力是相等的。因为物体M匀速前进,对M进行受力分析后可确定物体M受到的摩擦力大小;
2、动滑轮中绳子自由端的拉力与滑轮端的G总的关系是:。此题中F相当于G总,物体M对绳子的拉力是作用在绳子自由端的力。动滑轮中绳子自由端通过的距离与滑轮端通过的距离关系是:s=2h,速度关系为v1=2v2。
3、功率计算公式为:。
【解答】(1)在这一过程中物体M匀速运动,物体M受到向右的力为绳子的拉力,向左的力为地面对物体M的摩擦力,由于匀速运动所以摩擦力与拉力是平衡力,所以摩擦力为2牛;
(2)由动滑的特点可知,F=4N,滑轮运动的速度为:。
P=Fv=4N×0.25m/s=1W。
故答案为:(1)2 (2)1
15.【答案】(1)180
(2)0.05
【解析】【分析】(1)首先根据杠杆的平衡条件计算出a点产生的最大拉力,再根据滑轮组的工作特点计算出能够拉起的最大重力,最后根据计算配重的最大质量;
(2)首先根据杠杆的特点计算出a点上升的速度,再根据v=nv物计算配重上升的速度。
【解答】(1)根据图片可知,杠杆的支点O在ab的中点,
那么动力臂等于阻力臂,因此杠杆ab为等臂杠杆。
根据等臂杠杆的特点可知,a点的拉力与b点的拉力相等。
因此a点产生的最大拉力F=G人=m人g=60kg×10N/kg=600N;
根据可知,滑轮组能够拉起的最大配重为:G=nF=3×600N=1800N;
那么拉起最大配重的质量:。
(2)根据等臂杠杆的特点可知,a点的移动速度与b点相同,即v=0.15m/s;
根据v=nv物可知,配重上升的速度为:。
16.【答案】(1)动滑轮有重力
(2)越大;所挂钩码增多,摩擦力增大,额外功增多
【解析】【分析】(1)因为动滑轮有重力,所以拉力等于动滑轮和物体的总重力的一半,自然大于物体重力的一半;
(2)在使用滑轮组提升重物时,对动滑轮的重力和摩擦力做额外功。物体的重力越大,摩擦力越大,所做的额外功越多,自然差值越大,据此分析解答。
【解答】(1)分析表中数据发现,使用动滑轮提升物体时,拉力不等于物体重力的一半,而是大于物体重力的一半,其主要原因是动滑轮有重力。
(2)小科进一步研究,测出动滑轮的质量为100g,计算出每一组总功与有用功和克服动滑轮重力的功的差值△W=W总-W有-W轮,根据表格中的数据,发现重物的重力越大,差值△W越大,解释:所挂钩码增多,摩擦力增大,额外功增多。
17.【答案】(1)变小
(2)动滑轮有重力;将动滑轮的重力计算在提升物体的重力中
【解析】【分析】(1)对弹簧上受到的拉力进行分析;
(2)在使用动滑轮提升物体时,不但要提升物体,还要同时提升动滑轮。即使不考虑摩擦,绳子重力等因素,此时拉力为动滑轮和物体重力的一半,也会大于物重的一半。如果将动滑轮和物体看作一个整体,那么这个影响就可以忽略。
【解答】(1)如乙图所示,如果将测力计倒过来,将吊环系在拉绳上,此时测力计的外壳会对绳子产生向下的拉力。当缓慢拉动时,绳子上的拉力等于测力计的外壳重力与弹簧测力计的示数和,因此测力计的示数会变小。
(2)在探究动滑轮时,照图丙操作,记录数据如下表,分析数据发现,测力计的示数F大于物重G的一半,与课本结论存在差异,其原因是动滑轮有重力,减小此差异的建议:将动滑轮的重力计算在提升物体的重力中。
18.【答案】(1)小宁的想法不正确
如果硬棒AB在F1的作用下绕固定点O发生转动的方向,与在F2的作用下绕固定点O发生转动的方向相同,那么即使F1×d1=F2×d2成立,硬棒AB也不可能保持静止状态或匀速转动。
(2)条件:物重G大于动滑轮重G动(G>G动)
证明过程:在不计绳重和摩擦的情况下,F=
因为FG动
【解析】【分析】(1)力的作用效果与力的大小、作用点和方向有关。在杠杆中,杠杆平衡需要满足的条件:①力和力臂的乘积相等;②两个力使杠杆的转动方向相反,据此分析解答。
(2)在动滑轮上,承担重力的绳子有2段,那么自由端的拉力为 ,然后再结合“拉力小于物重”列出不等式计算出即可。
19.【答案】解:物体质量m=ρv=2.5×103kg/m3×200×10-4m2×2m=100kg,故物体重力G=mg=100kg×10N/kg=1000N,求得绳子被拉断时物体所受的浮力F浮=G-T=1000N-2×350N=300N,故绳子被拉断时物体排开水的体积V排= =0.03m2,由此可知绳子被拉断时物体浸入水中的长度h= =1.5m,故物体上升的高度L=H-h=15m-1.5m=13.5m,综上可求得绳子被拉断时所用的时间t= =67.5s。
【解析】【分析】首先根据
计算出物体的重力,然后根据
F浮=G-T计算出绳子被拉断时物体受到的浮力,接下来借助阿基米德原理计算出这时物体排开水的体积;利用
计算出物体这时进入水中的长度,那么物体上升的高度就是L=H-h ,最后根据速度公式
计算即可。
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