2016-2017学年九年级上科学期末简单机械-滑轮计算练习

2016-2017学年九年级上科学期末简单机械-滑轮计算练习
一．计算题（共15小题）
1．工人用如图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定．滑轮组的机械效率随建材重量变化的图象如图乙所示，机械中摩擦力及绳重忽略不计，g=10N/kg．
（1）此滑轮组中的动滑轮重力G动是多少？
（2）若某次运送建材的重力为500N，此时滑轮组的机械效率是多少？
（3）当滑轮组的机械效率为60%
时，运送建材时绳子端的拉力F是多大？
2．如图所示，是起重机吊臂上滑轮组的示意图．用该滑轮组将一些规格相同的石板均速提升到2m高的平台上，若每块石板的重力均为1.2×104N．当滑轮组一次提升一块石板时，钢丝绳的拉力F的功率为3000W，此时滑轮组的机械效率为80%，不计摩擦和钢丝绳的重力，求：
（1）在此过程中，石板匀速上升时的速度是多少？
（2）若该滑轮组一次匀速提升两块石板到同一平台上，则此时钢丝绳的拉力F是多少？
3．如图所示，利用滑轮组装置匀速拉动水平面上的物体．已知物体在水平面上受到的滑动摩擦力为重力的0.1倍，物体被匀速拉动的距离为1m．当物体质量为2kg时，滑轮组的机械效率为50%，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力．求：
（1）物体质量为2kg时，在水平面上受到的滑动摩擦力；
（2）动滑轮的重力；
（3）物体质量为10kg，以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F的功率．
4．用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M，已知被提升的物体M质量为76kg，M的体积为3×10﹣3m3，在M物体未露出水面的过程中，绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了10m的高度，此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，不计绳重和摩擦力大小．求：（g=10N/kg）
（1）求物体M的重力？
（2）求动滑轮下端挂钩上的绳子拉力？
（3）求滑轮组提升重物的机械效率？
5．如图所示，质量为20kg的物体沿水平面以0.4m/s的速度做匀速直线运动，地面与物体间的摩擦力为12N．（g=10N/kg）
（1）不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦的情况下，绳子自由端的拉力为多少？
（2）若考虑绳重、滑轮与轴之间的摩擦，且滑轮组机械效率为80%，绳子自由端的拉力为多少？拉力做功的功率为多少？
6．如图所示，杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升．如表是提升物体时采集到的信息：
物重G（N）
OA（m）
OB（m）
A端上升的髙度h/m
B端下降的竖直距离s/m
40
0.8
0.4
0.2
0.1
（1）若不计杠杆自重和摩擦，则拉力F的大小；
（2）若实际拉力F为90N，求拉力做的总功及杠杆的机械效率．（机械效率保留三位有效数字）．
7．如图所示，工人以20cm/s的速度拉着绳子使重物沿竖直方向匀速向上运动，已知物体重400N，动滑轮重100N，不计绳重和摩擦．求：
（1）工人5s钟所做的功；
（2）工人做功的功率；
（3）该动滑轮的机械效率．
8．如图所示，用滑轮组将重600N的物体在10秒内匀速提升了5m，拉力为400N．
求：（1）拉力所做的功．
（2）该滑轮组的机械效率．
9．在图装置中，物体m=10千克，在F的作用下，m以0.4米/秒的速度在水平面上作匀速直线运动，弹簧秤的示数为10牛顿．求：
（1）拉力F为多少牛顿？（2）物体受到水平面的阻力是多少牛顿？
（3）在10秒钟内拉力做功多少焦耳？
（4）拉力的功率多大？
10．如图所示的叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆．某品牌叉车的相关数据如表所示．
自重
4300kg
最大行驶速度
20km/h
行走方式
内燃式叉车
额定起重量
2000kg
起升高度
3000mm
额定功率
63kW
某次装货过程中，该叉车载着2000kg货物以最大行驶速度水平行驶将货物送往1km货车处，然后将2000kg货物举高2m．叉车水平行驶过程中受到阻力为总重的0.03倍．g=10N/kg．求：
（1）叉车行驶1km克服摩擦力做的功．
（2）将货物举起时对货物做的功．
（3）若在整个过程中消耗汽油0.5L，计算叉车的效率．（q汽油=4.6×107J/kg，ρ汽油=0.72×103kg/m3）
11．陆羽公园矗立着由汉白玉制成的“茶圣”陆羽的雕像，其质量为5.4t，吊装时用如图所示的滑轮组将雕像匀速吊上3m的高台．已知提升雕像时，拉力F的功率为6×103W，绳子自由端移动速度为0.3m/s．（g=10N/kg）求：
（1）滑轮组将雕像吊上3m高台需要的时间t为多少秒？
（2）滑轮组对雕像做的有用功是多少？
（3）提升雕像的过程中滑轮组的机械效率是多少？
12．如图1所示，用滑轮组提升矿井内重为7840N的物体M，汽车匀速前进了20m．此过程中，汽车拉力F所做的功W随汽车运动的距离s的变化关系如图2所示．不计绳重和摩擦，动滑轮有重力．
（1）由图可知，拉力F总共做的功W=　　J
（2）物体M上升的高度是　　m．
（3）该滑轮组的机械效率为多大？
13．质量为40kg
的货物放在水平地面上．
（1）小明利用如图所示的滑轮组来提升该货物，已知拉力F=250N，货物在10s内被匀速提升了3m．求此过程中拉力的功率；
（2）求滑轮组的机械效率．
14．搬运工人用如图所示的滑轮组将一个重120N的物体匀速提升3m，所用的拉力为50N，不计绳重及摩擦．求：
（1）滑轮组的机械效率；
（2）动滑轮的重；
（3）若用该滑轮组同时拉4个这样的物体，拉力为多大．
15．配重M单独置于水平地面上静止时，对地面压强为3×105帕，将配重M用绳系杠杆的B端，在杠杆的A端悬挂一滑轮，定滑轮重150N，动滑轮重90N，杠杆AB的支点为O，OA：OB=5：3，由这些器材组装成一个重物提升装置，如图所示，当工人利用滑轮组提升重力为210N的物体以0.4m/s的速度匀速上升时，杠杆在水平位置平衡，此时配重M对地面压强为1×105帕．（杠杆与绳的重量、滑轮组的摩擦均不计，g=10N/kg）
（1）求滑轮组的机械效率？
（2）配重M质量是多少千克？
（3）为使配重M不离开地面，人对绳的最大拉力是多少牛顿？
　
2016-2017学年九年级上科学期末简单机械-滑轮计算练习　
参考答案与试题解析
　
一．计算题（共15小题）
1．工人用如图甲所示的滑轮组运送建材上楼，每次运送量不定．滑轮组的机械效率随建材重量变化的图象如图乙所示，机械中摩擦力及绳重忽略不计，g=10N/kg．
（1）此滑轮组中的动滑轮重力G动是多少？
（2）若某次运送建材的重力为500N，此时滑轮组的机械效率是多少？
（3）当滑轮组的机械效率为60%
时，运送建材时绳子端的拉力F是多大？
【解答】解：（1）由图可知当G=400N时，η=50%，
η====50%，
解得G动=400N；
（2）因为η===，
所以滑轮组的机械效率η′==≈55.6%；
（3）当滑轮组的机械效率为60%
时：η″=，
即60%=．
解得物体的重力G″600N，
由图可知，n=2，
则运送建材时绳子端的拉力F=（G″+G动）=（600N+400N）=500N．
答：（1）此滑轮组中的动滑轮重力G动是400N；
（2）若某次运送建材的重力为500N，此时滑轮组的机械效率是55.6%；
（3）当滑轮组的机械效率为60%
时，运送建材时绳子端的拉力F是500N．
　
2．如图所示，是起重机吊臂上滑轮组的示意图．用该滑轮组将一些规格相同的石板均速提升到2m高的平台上，若每块石板的重力均为1.2×104N．当滑轮组一次提升一块石板时，钢丝绳的拉力F的功率为3000W，此时滑轮组的机械效率为80%，不计摩擦和钢丝绳的重力，求：
（1）在此过程中，石板匀速上升时的速度是多少？
（2）若该滑轮组一次匀速提升两块石板到同一平台上，则此时钢丝绳的拉力F是多少？
【解答】解：
（1）根据η==可得总功：
W总===3×104J，
由P=可得拉起古板的时间：
t===10s，
所以古板的上升速度：
v====0.2m/s；
（2）由W额=G动h=W总﹣W有可得动滑轮重力：
G动===3000N，
由图知，通过动滑轮绳子段数n=3，不计摩擦和钢丝绳的重力，
由F=（G物+G动）可得，当滑轮组一次提升两块石板时拉力为：
F=×（2×1.2×104N+3000N）=9000N．
答：（1）在此过程中，石板匀速上升时的速度是0.2m/s；
（2）若该滑轮组一次匀速提升两块石板到同一平台上，则此时钢丝绳的拉力F是9000N．
　
3．如图所示，利用滑轮组装置匀速拉动水平面上的物体．已知物体在水平面上受到的滑动摩擦力为重力的0.1倍，物体被匀速拉动的距离为1m．当物体质量为2kg时，滑轮组的机械效率为50%，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦力．求：
（1）物体质量为2kg时，在水平面上受到的滑动摩擦力；
（2）动滑轮的重力；
（3）物体质量为10kg，以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F的功率．
【解答】解：（1）物体受到的摩擦力：
f=0.1G=0.1×2kg×10N/kg=2N，
（2）因为η===，
故F===N
由图知，滑轮组由3段绳子拉着动滑轮，由F=（G动+f）得动滑轮重力：
G动=3F﹣f=3×N﹣2N=2N，
（3）当物体质量为10kg时，物体在水平面上受到的滑动摩擦力为：
f′=0.1G′=0.1×10kg×10N/kg=10N
自由端的拉力为：F′=（G动+f′）=×（2N+10N）=4N
拉力功率为：
P===Fv=4N×3×0.1m/s=1.2W．
答：
（1）物体质量为2kg时，在水平面上受到的滑动摩擦力2N；
（2）动滑轮的重力2N；
（3）物体质量为10kg，以0.1m/s的速度匀速运动时，拉力F的功率1.2W．
　
4．用如图甲所示的滑轮组从水中提升物体M，已知被提升的物体M质量为76kg，M的体积为3×10﹣3m3，在M物体未露出水面的过程中，绳子自由端的拉力F将物体M以0.5m/s的速度匀速提升了10m的高度，此过程中，拉力F做的功W随时间t的变化图象如图乙所示，不计绳重和摩擦力大小．求：（g=10N/kg）
（1）求物体M的重力？
（2）求动滑轮下端挂钩上的绳子拉力？
（3）求滑轮组提升重物的机械效率？
【解答】解：
（1）物体M的重力：G=mg=76kg×10N/kg=760N；
（2）物体M浸没在水中，则V排=V=3×10﹣3m3，
物体M受到的浮力：F浮=ρ水gV排=1×103kg/m3×10N/kg×3×10﹣3m3=30N，
则动滑轮下端挂钩上的绳子拉力：F拉=G﹣F浮=760N﹣30N=730N；
（3）由于物体未露出水面，物体受浮力作用，则滑轮组提升重物所做的有用功：
W有=（G﹣F浮）h=730N×10m=7300J；
货物以0.5m/s的速度匀速提升到10m的高度，
由v=可知，运动的时间：t===20s，
由图乙可知，此时拉力做的总功是8000J，
所以滑轮组提升重物的机械效率：
η=×100%=×100%=91.25%；
答：（1）物体M的重力为760N；
（2）动滑轮下端挂钩上的绳子拉力为730N；
（3）滑轮组提升重物的机械效率为91.25%．
　5．如图所示，质量为20kg的物体沿水平面以0.4m/s的速度做匀速直线运动，地面与物体间的摩擦力为12N．（g=10N/kg）
（1）不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦的情况下，绳子自由端的拉力为多少？
（2）若考虑绳重、滑轮与轴之间的摩擦，且滑轮组机械效率为80%，绳子自由端的拉力为多少？拉力做功的功率为多少？
【解答】解：
（1）由图知，n=3，则拉力F=f=×12N=4N；
（2）滑轮组的机械效率η====，
所以F2===5N，
拉力端移动的速度：
s=3×0.4m/s=1.2m/s，
拉力做功功率：
P2=F2v=5N×1.2m/s=6W．
答：（1）不计绳重、滑轮与轴之间的摩擦的情况下，绳子自由端的拉力为4N；
（2）若考虑绳重、滑轮与轴之间的摩擦，且滑轮组机械效率为80%，绳子自由端的拉力为5N，拉力做功的功率为6W．
6．如图所示，杠杆在竖直向下拉力F的作用下将一物体缓慢匀速提升．如表是提升物体时采集到的信息：
物重G（N）
OA（m）
OB（m）
A端上升的髙度h/m
B端下降的竖直距离s/m
40
0.8
0.4
0.2
0.1
（1）若不计杠杆自重和摩擦，则拉力F的大小；
（2）若实际拉力F为90N，求拉力做的总功及杠杆的机械效率．（机械效率保留三位有效数字）．
【解答】解：（1）不计杠杆自重和摩擦，
由杠杆平衡条件可得：F×OB=G×OA，即F×0.4m=40N×0.8m
解得：F=80N；
（2）由表中数据可知：s=0.1m，h=0.2m，
拉力做的总功：W总=F′s=90N×0.1m=9J，
有用功：W有用=Gh=40N×0.2m=8J，
杠杆的机械效率：
η=×100%=×100%≈88.9%．
答：（1）若不计杠杆自重和摩擦，拉力F的大小为80N；
（2）若实际拉力F为90N，拉力做的总功为9J，杠杆的机械效率88.9%．
7．如图所示，工人以20cm/s的速度拉着绳子使重物沿竖直方向匀速向上运动，已知物体重400N，动滑轮重100N，不计绳重和摩擦．求：
（1）工人5s钟所做的功；
（2）工人做功的功率；
（3）该动滑轮的机械效率．
【解答】解：（1）由图知，n=2，不计绳重和摩擦，
拉力：F=（G轮+G物）=（400N+100N）=250N，
绳端移动的距离：s=vt=20cm/s×5s=100cm=1m，
拉力做功：W总=Fs=250N×1m=250J．
（2）拉力做功的功率：
P===50W；
（3）物体升高的高度：h===0.5m，
有用功：W有=Gh=400N×0.5m=200J，
该动滑轮的机械效率：
η=×100%=×100%=80%．
答：（1）工人5s钟所做的功为250J；
（2）拉力做功的功率为50W；
（2）该动滑轮的机械效率为80%．
8．如图所示，用滑轮组将重600N的物体在10秒内匀速提升了5m，拉力为400N．
求：（1）拉力所做的功．
（2）该滑轮组的机械效率．
【解答】解：（1）由图可知，n=2，则绳端移动的距离：
s=nh=2×5m=10m，
拉力做的功：
W总=Fs=400N×10m=4000J；
（2）拉力做的有用功：
W有=Gh=600N×5m=3000J，
该滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=75%．
答：（1）拉力所做的功为4000J；（2）该滑轮组的机械效率为75%．
9．在图装置中，物体m=10千克，在F的作用下，m以0.4米/秒的速度在水平面上作匀速直线运动，弹簧秤的示数为10牛顿．求：
（1）拉力F为多少牛顿？
（2）物体受到水平面的阻力是多少牛顿？
（3）在10秒钟内拉力做功多少焦耳？
（4）拉力的功率多大？
【解答】解：
（1）如图，物体做匀速直线运动，物体受到的摩擦力f=F示
拉力F=F示+f=2F示=2×10N=20N；
（2）因为物体做匀速运动，所以物体受到的阻力f=F物=10N；
（3）分析滑轮可知，n=2，拉力端移动速度：
v=v物=×0.4m/s=0.2m/s，
拉力端移动距离s=vt=0.2m/s×10s=2m，
拉力做功：
W=Fs=20N×10s=40J
（4）拉力的功率：
P===4W．
答：（1）拉力F为20N；（2）物体受到水平面的阻力是10N；
（3）在10秒钟内拉力做功40J；（4）拉力的功率为4W．
10．如图所示的叉车是工业搬运车辆，是指对成件托盘货物进行装卸、堆垛和短距离运输作业的各种轮式搬运车辆．某品牌叉车的相关数据如表所示．
自重
4300kg
最大行驶速度
20km/h
行走方式
内燃式叉车
额定起重量
2000kg
起升高度
3000mm
额定功率
63kW
某次装货过程中，该叉车载着2000kg货物以最大行驶速度水平行驶将货物送往1km货车处，然后将2000kg货物举高2m．叉车水平行驶过程中受到阻力为总重的0.03倍．g=10N/kg．求：
（1）叉车行驶1km克服摩擦力做的功．
（2）将货物举起时对货物做的功．
（3）若在整个过程中消耗汽油0.5L，计算叉车的效率．（q汽油=4.6×107J/kg，ρ汽油=0.72×103kg/m3）
【解答】解：（1）叉车和货物的总重力：
G=（m货+m车）g=（2000kg+4300kg）×10N/kg=6.3×104N，
该叉车载着货物以最大行驶速度水平行驶，则牵引力：
F=f=0.03G=0.03×6.3×104N=1.89×103N，
叉车行驶1km克服摩擦力做的功：
W1=Fs=1.89×103N×1×103m=1.89×106J．
（2）将货物举起时对货物做的功：
W2=G货h=m货gh=2000kg×10N/kg×2m=4×104J．
（3）在整个过程中发动机所做的有用功：
W有=W1+W2=1.89×106J+4×104J=1.93×106J，
根据Q=mq、ρ=可得0.5L汽油完全燃烧放出的热量：
Q=mq=ρVq=0.72×103kg/m3×0.5×10﹣3m3×4.6×107J/kg=1.656×107J，
叉车的效率：η=×100%=×100%≈11.7%．
答：（1）叉车行驶1km克服摩擦力做的功为1.89×106J．
（2）将货物举起时对货物做的功为4×104J．
（3）若在整个过程中消耗汽油0.5L，叉车的效率为11.7%．　
11．陆羽公园矗立着由汉白玉制成的“茶圣”陆羽的雕像，其质量为5.4t，吊装时用如图所示的滑轮组将雕像匀速吊上3m的高台．已知提升雕像时，拉力F的功率为6×103W，绳子自由端移动速度为0.3m/s．（g=10N/kg）求：
（1）滑轮组将雕像吊上3m高台需要的时间t为多少秒？
（2）滑轮组对雕像做的有用功是多少？
（3）提升雕像的过程中滑轮组的机械效率是多少？
【解答】解：（1）由图可知，n=3；
则绳子自由端移动的距离：s=3h=3×3m=9m，
根据v=得所用的时间：
t===30s；
（2）雕像的重：
G=mg=5.4×103kg×10N/kg=5.4×104N；
滑轮组对雕像做的有用功：
W有用=Gh=5.4×104N×3m=1.62×105J；
（3）已知拉力F的功率为6×103W，t=30s，
根据P=得拉力做的总功：
W总=Pt=6×103W×30s=1.8×105J；
提升雕像的过程中滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=90%．
答：（1）滑轮组将雕像吊上3m高台需要的时间t为30秒；
滑轮组对雕像做的有用功是1.62×105J；
（3）提升雕像的过程中滑轮组的机械效率是90%．　
12．如图1所示，用滑轮组提升矿井内重为7840N的物体M，汽车匀速前进了20m．此过程中，汽车拉力F所做的功W随汽车运动的距离s的变化关系如图2所示．不计绳重和摩擦，动滑轮有重力．
（1）由图可知，拉力F总共做的功W=　80000　J
（2）物体M上升的高度是　10　m．
（3）该滑轮组的机械效率为多大？
【解答】解：
（1）由图2知，汽车匀速前进20m时，拉力F总共做的功：W总=80000J；
（2）由图1知，n=2，因为绳端移动的距离s=2h，
所以物体M上升的高度：h=s=×20m=10m；
（3）有用功：W有=Gh=7840N×10m=78400J；
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=98%．
故答案为：（1）80000；（2）10；（3）该滑轮组的机械效率为98%．　
13．质量为40kg
的货物放在水平地面上．
（1）小明利用如图所示的滑轮组来提升该货物，已知拉力F=250N，货物在10s内被匀速提升了3m．求此过程中拉力的功率；
（2）求滑轮组的机械效率．
【解答】解：（1）由图可知，n=2，
则绳子自由端移动的距离：s=2h=2×3m=6m，
拉力做的功：W总=Fs=250N×6m=1500J，
拉力的功率：
P===150W；
（2）提升重物做的有用功：W有=Gh=mgh=40kg×10N/kg×3m=1200J，
滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=80%；
答：（1）此过程中拉力的功率为150W；（2）滑轮组的机械效率为80%．
14．（2016 遵义）搬运工人用如图所示的滑轮组将一个重120N的物体匀速提升3m，所用的拉力为50N，不计绳重及摩擦．求：
（1）滑轮组的机械效率；
（2）动滑轮的重；
（3）若用该滑轮组同时拉4个这样的物体，拉力为多大．
【解答】解：由图可知，n=3；
（1）滑轮组的机械效率：
η=×100%=×100%=×100%=×100%=80%；
（2）由F=（G+G动）可得，动滑轮的重：
G动=3F﹣G=3×50N﹣120N=30N；
（3）若用该滑轮组同时拉4个这样的物体，则拉力：
F′=（4G+G动）=（4×120N+30N）=170N．
答：（1）滑轮组的机械效率为80%；（2）动滑轮的重为30N；
（3）若用该滑轮组同时拉4个这样的物体，拉力为170N．　
15．配重M单独置于水平地面上静止时，对地面压强为3×105帕，将配重M用绳系杠杆的B端，在杠杆的A端悬挂一滑轮，定滑轮重150N，动滑轮重90N，杠杆AB的支点为O，OA：OB=5：3，由这些器材组装成一个重物提升装置，如图所示，当工人利用滑轮组提升重力为210N的物体以0.4m/s的速度匀速上升时，杠杆在水平位置平衡，此时配重M对地面压强为1×105帕．（杠杆与绳的重量、滑轮组的摩擦均不计，g=10N/kg）
（1）求滑轮组的机械效率？
（2）配重M质量是多少千克？
（3）为使配重M不离开地面，人对绳的最大拉力是多少牛顿？
【解答】解：（1）根据图示可知，n=2，则F=（G+G动）=（210N+90N）=150N；
滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%=×100%=×100%=70%；
（2）设配重M的底面积为S，
由p=可得：3×105Pa=﹣﹣﹣﹣①
当物体匀速上升时，作用在杠杆A端的力：FA=3F+G定=3×150N+150N=600N；
由杠杆平衡条件可得，FB×OB=FA×OA
即FB===1000N；
由p=可得：1×105Pa==﹣﹣﹣﹣﹣②
联立①②可得：3=
GM=1500N；
由G=mg可得，m===150kg；
（3）当配重对地面的压力为0时，人对绳子的拉力最大，此时B端受到的拉力为1500N；
由杠杆平衡条件可得，FB′×OB=FA′×OA
即FA′===900N；
由二力平衡条件可得：3F′+G定=FA′
F′===250N．
答：（1）滑轮组的机械效率为70%；（2）配重M质量是150千克；
（3）为使配重M不离开地面，人对绳的最大拉力是250牛顿．