轮及其应用(提高)
【学习目标】1.理解定滑轮、动滑轮的特点、实质及其作用;
2.理解滑轮组的作用,会组装滑轮组。 【典型例题】
类型一、定滑轮和动滑轮
1、(2019?攸县校级模拟)如图滑轮使用中,属于动滑轮的是( )
【答案】D 【解析】A、B、C图中的滑轮在使用过程中轴的位置固定不动为定滑轮;D图中的滑轮在使用过程中轴的位置随被拉物体一起运动的滑轮为动滑轮;故ABC错误,D正确,故选D。
【总结升华】解决此类问题要结合定滑轮和动滑轮的定义进行分析求解。
举一反三:
【变式】如图所示,物体A和B所受重力都为200N,滑轮重力和摩擦不计,当用力分别匀速提升物体A和B时,FA为_____N,FB为______N。
【答案】100 200
2、施工中,一工人利用如图所示的滑轮,若沿不同方向将一桶泥沙提到高处(不计摩擦),那么工人用的拉力是:( )
A.F1大 B.F2大 C.F3大 D.一样大
【答案】D【解析】因为定滑轮相当于一等臂杠杆,只能改变力的方向,而不省力,故定滑轮拉同一重物G,沿三个不同方向,用的拉力大小相等。
【总结升华】本题主要考查学生对定滑轮工作特点的了解和掌握。
举一反三:
【变式】(2019?温州模拟)对于如图所示的简单机械(滑轮重量和各种摩擦不计),下列说法中正确的是( )
A.该装置是定滑轮
B.使用该装置可省力
C.使用该装置可以省距离
D.使用该装置可以改变力的方向
【答案】B
3、如图所示,摩擦不计,滑轮重2N,物重10N.在拉力F的作用下,物体以0.4m/s的速度匀速上升,则( )
A.F=5N,F向上的速度是0.2m/s
B.F=7N,F向上的速度是0.2m/s
C.F=6N,F向上的速度是0.8m/s
D.F=22N,F向上的速度是0.2m/s
【思路点拨】要解答本题需掌握:动滑轮的工作特点,以及动滑轮的特殊使用方法。
【答案】D【解析】本题是动滑轮的特殊使用方式,考虑滑轮的重力,即力F等于物重的2倍再加上滑轮的重力,
F=2×G物+G滑轮=2×10N+2N=22N;
力F移动的距离是物体移动距离的二分之一,故力F移动的速度是物体上升的速度的二分之一,即F上升的速度是0.4m/s÷2=0.2m/s
【总结升华】本题主要考查学生对动滑轮的特殊使用方法的了解和掌握。
类型二、滑轮组
4、物体做匀速直线运动,拉力F=60牛,则物体受到的摩擦力是( )
A.60牛 B.120牛 C.20牛 D.180牛
【答案】D
【解析】绳子股数是3,所以绳子末端的拉力,物体和地面之间的摩擦力f=nF=3×60N=180N。
【总结升华】该滑轮组是用来水平移动物体的,克服的是物体和地面间的摩擦力,由图可知绳子股数是3,根据滑轮组的省力情况即可求出摩擦力。
举一反三:
【变式】利用如图所示装置匀速提起重150N的物体,若不计滑轮重及摩擦力时,拉力F是多大?【答案与解析】F=G/n=150N/3=50N ,拉力是50N。
5、已知每个动滑轮重100N,物重G=1200N,绳子能承受的最大拉力为300N,在图中画出了滑轮组的绕线方法。根据你的判断,只能使用_____绕线方式。(不计摩擦) 【答案与解析】由上图可以看出,绳子承担的物重包括两部分,即物重1200N和两个动滑轮重2×100N=200N,由于绳子能承受的最大拉力为300N,那么至少需要n=(G+G动)/F=(1200N+200N)/300N≈5根绳子。由此可以确定只能用乙种绕线方式。【总结升华】同一个滑轮组,绳子的绕法不同,省力的情况也不同,绳端固定在动滑轮上比固定在定滑轮上更省力。举一反三:
【变式】为了用滑轮组把陷入泥中的汽车拉出来,试在图中画出滑轮组最省力的绕线方法。
【答案】n=3,如图:
类型三、综合应用
6、如图所示,物体C重100N,在不计摩擦和绳重的情况下,要匀速提起重物时,需加力F为28N,若滑轮的规格都相同,则每个滑轮的重为多少牛?
【思路点拨】(1)在不计摩擦和绳重的情况下,使用动滑轮时,因为动滑轮有两段绳子在拉重物,所以用的拉力就是动滑轮和重物重力的二分之一;(2)按图示滑轮组,我们可以由上向下逐个分析滑轮,按照动滑轮和定滑轮的特点,找出拉力F和动滑轮与重物的种类之间的关系,然后求解。
【答案与解析】
【总结升华】课本中对滑轮只讲了动滑轮和定滑轮两种,但在实际出现的题目中,不时有如本题这种情况的滑轮,如果单从动滑轮或定滑轮的角度来解题,很多同学都会觉得困惑,这就要求学生可以通过对每一个滑轮单独进行受力分析,利用我物体平衡时合力为零的特点列出各力之间的关系,然后解答。
举一反三:
【变式】如图所示,用滑轮组匀速提升重物,若绳子自由端的拉力为F,不计滑轮重、绳重和轴摩擦,求物体的重力是多少?
【答案】8F 6F 7F 8F
【巩固练习】
一、填空题
1、(2019?宜州市三模)如图所示,用两个完全相同的滑轮,分别以图中的两种方式将重为G的物体匀速提升相同的高度(绳重、摩擦不计),使用 ___________(选填“甲”或“乙”)滑轮可以改变用力方向,所用拉力F甲 ___________(选填“大于”、“等于”或“小于”)F乙。
2、观察图中人们利用简单机械的情景.其中,甲的目的是________,乙的目的是________。
3、如图所示,物体A的重力为200 N,当通过滑轮用力F拉着它在地面上匀速滑动时,它与地面间的摩擦力为30 N,不计滑轮重及它与绳子间的摩擦,拉力F的大小为________N。
4、下图是用滑轮匀速提起重物的示意图,若重物G=200N,则弹簧测力计的示数为________N。(不计摩擦)
5、图中所示滑轮是________滑轮(填“动”或“定”),若弹簧测力计示数为150N,滑轮重30N,则物体重________N(不计摩擦)。
6、如图所示用滑轮组提起重物,若不计摩擦和滑轮的重力,所用拉力是物重的________倍。如果要把重物提高1m,绳子自由端向上拉动的距离是________m。
二、选择题
7、如图所示,绳及滑轮重不计,绳与滑轮的摩擦不计。若已知用F=30N的拉力可使物体沿水平地面匀速运动,那么,下列所求物理量正确的是( )
A.可求物体重为60 N
B.可求物体重为90 N
C.可求物体受的摩擦力为60 N
D.可求物体受的摩擦力为90 N
8、对图所示的几种简单机械,下列说法中,正确的是( )
A.甲图所示的装置中OB是动力臂
B.使用乙图所示的装置可省一半力
C.丙图所示的装置是一种等臂杠杆
D.丁图所示的汽车驾驶盘也是一种简单机械
9、如图所示是由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组。a、b为两个弹簧测力计,不计滑轮重及摩擦。当匀速提升的重物G=300N时,a、b两弹簧测力计上的示数应为( )
A.300 N、100 N
B.200 N、100 N
C.300 N、150 N
D.100 N、100 N
10、如图所示,用两个滑轮匀速提起两个物体,甲、乙两个滑轮提起重物的质量相等,不计摩擦和绳重,若F1>F2,则说明了 ( )
A.使用定滑轮比使用动滑轮省力
B.动滑轮的重力大于物体的重力
C.使用动滑轮不省力
D.动滑轮的重力小于物体的重力
11、用下图所示的简单机械,使重量同为G的物体都处于静止状态,其中用力最大的是(均不计摩擦)( )
三、实验与作图题
12.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0.5N。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。
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重力的条件下,使用动滑轮________。
13、(2019?岳池县一模)图中,一个站在地面上的工人利用滑轮组,省力地将重物提起来,请画出滑轮组的绕线。
14、请根据图所示的情景,仿照示例写出两条有价值的信息。
示例:小明使用的滑轮组中绳子的根数为6根。
信息1: 。
信息2: 。
四、计算题
15、(2019?兰州模拟)用如图所示的滑轮组匀速提升重物,不计绳重,物体重100N,动滑轮重20N,在10s内物体被提升了2m。
求:(1)拉力F的大小是多少?
(2)拉力F的功率是多少。
【答案与解析】
一、填空题
1、【答案】甲;大于
【解析】甲图是一个定滑轮,定滑轮的特点是能够改变力的方向,但是不能省力,绳重、摩擦不计,因此F甲=G;乙图是一个动滑轮,动滑轮重一般都小于物重,动滑轮的特点是能够省一半力,所以F甲>F乙。故答案为:甲;大于。
2、【答案】省力 改变力的方向
【解析】动滑轮能省力,但不能改变力的方向;定滑轮能改变力的方向,但不省力。
3、【答案】60
【解析】动滑轮拉着物体在地面上匀速运动,此时在水平方向上,滑轮对物体的拉力和物体与地面间的摩擦力是一对平衡力,故滑轮对物体的拉力等于摩擦力为30 N,而滑轮对物体的拉力是拉力F的0.5倍。
4、【答案】200
5、【答案】动;270
6、【答案】;3
二、选择题
7、【答案】C
【解析】物体在水平方向上受到的平衡力是滑轮组的拉力和摩擦力,滑轮组对它的拉力是由两段绳子承担的。
8、【答案】D
【解析】甲图误把杠杆的长度当成了力臂;乙图是一个定滑轮,它不省力;丙图是一个动滑轮,是动力臂为阻力臂二倍的杠杆;丁图所示的汽车驾驶盘是一个轮轴,它也是一种简单机械。
9、【答案】B
【解析】重物由三段绳子承担,故弹簧测力计b的示数为100N,弹簧测力计a则承担了两段绳子的力,故为2×100 N=200 N。
10、【答案】B
【解析】使用定滑轮时,而用一个动滑轮提起物体所用的力,现F1>F2,即,说明动滑轮重力大于物体的重力。
11、【答案】B
【解析】选项A和B中各是一个杠杆,其中A图中的杠杆的动方臂大于阻力臂,是一个省力杠杆,故F1<G;而B图中的杠杆是一个费力杠杆,故F2>G;选项C中是一个定滑轮,定滑轮不省力,故F3=G;选项D中是一个动滑轮,可以省一半的力,故F4<G。综上所述,F2最大。
三、实验与作图题
12、【答案】 并不省力
【解析】分析实验数据中三个物理量的大小会得出的关系,进而比较1、2两次数据和关系式,会发现当动滑轮的重力大于或等于物体重力的条件下,拉力并不小于物重。
13、【答案】如图所示
14、【答案与解析】
根据图所示的情景可看到人轻松拉起摩托车和滑轮的个数得出信息:
信息1:使用滑轮组可以省力,又可以改变力的方向。
信息2:使用了由三个动滑轮和三个定滑轮组成的滑轮组。
四、计算题
15、【答案与解析】
(1)
(2)拉力移动距离:s=2h=2×2m=4m,
拉力的功率