中考物理滑轮组的省力问题-经典压轴题附答案

1．小明在实验室内尝试用四种简单机械匀速提升同一物体（不计机械自重和摩擦），如图所示，其中所用动力最小的是（　　）

A． ． ． ．

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

设物体重力为G，不计机械自重和摩擦；A图中为斜面，由功的原理可得

F1×4m＝G×2m

解得F1＝0.5G；

B图中为滑轮组，通过动滑轮绳子段数n＝3，所以F2＝G；

C图中为动滑轮，动力作用在动滑轮的轴上，则F3＝2G；

D图中是杠杆，设杆与水平面的夹角为α，则有

F4×4cosα＝G×1×cosα

解得F4＝G。

由此可知动力最小的是D。

故选D。

2．如图所示，分别利用甲、乙两滑轮匀速提起两个相同的重物（不计滑轮重力及摩擦），其中甲装罝为____________滑轮，它的优点是可以____________，若相同时间内，拉力F1、F2做相同的功，则拉力F1、F2做功时的功率P1___________P2，重物被竖直提升的高度h甲___________h乙（最后两空均选填“小于”、“等于”或“大于”）．

【答案】定 可以改变用力的方向 等于 等于

【解析】

【分析】

【详解】

[1]由图示可知，甲是定滑轮；

[2]甲装置中物体向上运动，拉力的方向是向下，所以甲滑轮可以改变用力方向；

[3]相同时间内，拉力F1、F2做相同的功，根据P=可知，拉力F1、F2做功时的功率P1等于P2；

[4] 用滑轮甲、乙匀速提升两个相同的重物（不计滑轮重力及摩擦），它们都是克服物体的重力做功，即W=Gh，因为拉力F1、F2做的功相同，所以重物被竖直提升的高度相同， h甲等于h乙．

3．小夏利用如图所示的滑轮组将重为280 N的物体匀速提起。已知他自身所受的重力为500 N，双脚与地面的总接触面积为400 cm2 ，动滑轮所受的重力为120 N，若不计绳重和摩擦，小夏对地面的压强为_____Pa。

【答案】7500

【解析】

【分析】

【详解】

小夏对绳子的拉力为

小夏受到绳子的拉力F拉、重力G、地面的支持力F支，因为小夏静止，小夏受到的重力等于拉力加上支持力，则地面的支持力

由于力的作用是相互的，则小夏对地面的压力

受力面积

小夏对地面的压强

4．用如图所示的滑轮组，将重为16 N的物体以0.2 m/s的速度匀速提升，滑轮组的机械效率为80%，若不计绳重及摩擦，拉力F为__N，拉力的功率为__W，动滑轮的重力为__N．

【答案】10 4 4

【解析】

【分析】

【详解】

（1）由图知，n=2，则拉力端移动的距离s=2h，滑轮组的机械效率：

则拉力

（2）拉力端移动的速度

v=2v物=2×0.2m/s=0.4m/s，

拉力做功功率:

P=Fv=10N×0.4m/s=4W；

（3）不计绳重及摩擦，拉力

动滑轮重力：

G动=2F﹣G=2×10N﹣16N=4N．

5．如图所示的滑轮组（不计滑轮重、绳与滑轮的摩擦），在拉力 F的作用下，物体水平向左做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为 6N， 则物体受到地面的摩擦力大小为_________N。一段时间内物体沿水平方 向移动了 5m，拉力 F 做功_____J。

【答案】12 60

【解析】

【分析】

【详解】

[1]由图可知，n=2，弹簧测力计的示数为6N，则拉力为6N，摩擦力

f=2×6N=12N

摩擦力为12N。

[2]拉力移动的距离

s′=2s=25m=10m

拉力做的功

W=Fs=6N×10m=60J

拉力做的功为60J。

6．小红利用弹簧测力计、钩码来研究动滑轮的作用，每次都匀速提物体，做实验情况如图所示，请观察、比较图中的操作、现象和数据，归纳得出初步结论。

（1）由（a）（b）两图_____________。

（2）由（c）（b）两图_____________。

【答案】使用动滑轮匀速(竖直)提物体，省力但是不能改变用力的方向。 使用同一动滑轮匀速(竖直)提不同物体，物体越轻，拉力越小。

【解析】

【详解】

(1)[1]由图可知,比较(a)、(b)两图提起物体一样重,(b)中弹簧测力计示数小于(a)中弹簧测力计示数，所以：使用动滑轮可以省力，

动滑轮相当于一个动力臂是阻力臂两倍的杠杆，所以不能改变用力方向；

(2)[2]比较图(b)与(c)可得：使用动滑轮匀速提升不重物时，物体重力越轻，所用的拉力越小，越省力。

7．如图所示，物体A在水平桌面上，绳重及摩擦不计，动滑轮重力为2N。当B物体重力为8N时，它恰好能匀速下降。

（1）以上装置中属于动滑轮的是________（填字母）。

（2）物体A所受的摩擦力为________N。

（3）若用一个水平向左的力F拉物体A，使其向左匀速运动，则这个力F大小应为________N。

【答案】M 5 10

【解析】

【详解】

[1]由于M随物体移动而发生位置变化，所以M是动滑轮。

[2]A对B的拉力为F，动滑轮M和B受力分析可知中：

2F=GM+GB

A受力平衡，所以摩擦力f=F=5N。

[3]A向左匀速运动时，受力平衡：

F左=f+F=5N+5N=10N。

8．如图所示，不计绳子、滑轮的重力及它们之间的摩擦，当用大小为10N的拉力F拉重50N的物体时，物体恰好以v=2m/s的速度沿水平面做匀速直线运动，此时物体受到水平面的摩擦力为________N，拉力F的功率为________W；将拉力F增大为20N时，物体受到水平面的摩擦力将________（选填“增大”、“减小”或“保持不变”）。

【答案】20 40 不变

【解析】

【分析】

使用动滑轮可以省一半力； 物体匀速运动，受平衡力，平衡力大小相等，判断出摩擦力根据绳子段数判断出绳子的速度； 根据算出拉力F的功率；影响摩擦力的因素：压力和接触面的粗糙程度。

【详解】

[1]因为使用动滑轮可以省一半力，所以拉物体的力为

物体做匀速直线运动，处于平衡状态，拉力和摩擦力一对平衡力，大小相等，则

[2]由图知有2段绳子拉着物体，则有

则拉力F的功率为

[3]将拉力F增大为20N时，物体对水平面的压力和接触面的粗糙程度都不变，所以受到水平面的摩擦力不变。

【点睛】

本题考查了动滑轮的使用、平衡条件的应用、功率的计算、影响摩擦力的因素等知识，要牢记影响滑动摩擦力的两个因素，当两个因素都不变时，摩擦力的大小不变，与其它因素无关。

9．某同学用如图所示滑轮组将重为300N的物体以0.2m/s的速度匀速向上拉动，拉力为125N（不计绳重及摩擦），则动滑轮重_____N，5s内人拉绳子做的功是_____J。

【答案】75 375

【解析】

【分析】

【详解】

[1]看图可知动滑轮上绕过的绳子股数n=3。根据滑轮组受力关系

得

解得。

[2]绳子末端移动距离

5s内人拉绳子做的功

10．工人利用图甲所示的滑轮组将重为400N的物体向上匀速提起2m，所用拉力为250N．

（1）求滑轮组的机械效率；_________

（2）如果要用这个滑轮组达到更省力的效果，绳子应该怎样绕，请在图乙中画出绳子的绕法；______

（3）用甲乙两个滑轮组把同一物体提升同样高度，不计绳重和摩擦，机械效率的关系是η甲_____η乙（选填“＞”，“=”，“＜”）．

【答案】80%；  =

【解析】

【详解】

（1）由图甲可知，滑轮组承担重物和动滑轮重的绳子的股数n=2，则拉力端移动距离s=2h=2×2m=4m，

工人做的有用功：

W有用=Gh=400N×2m=800J，

工人做的总功：

W总=Fs=250N×4m=1000J，

滑轮组的机械效率：；

（2）如果要用这个滑轮组达到更省力的效果，绳子应从动滑轮上面的挂钩开始绕起，依次绕过上面的定滑轮和下面的动滑轮，如图所示：

（3）用甲乙两个滑轮组把同一物体提升同样高度，做的有用功相同；不计绳重和摩擦，做的额外功是提升动滑轮做的功，由题意可知，动滑轮的重力相同，提升动滑轮的高度也相同，由W=Gh可知做的额外功相同；因为W总=W有用+W额，所以做的总功相同，由可知两个滑轮组的机械效率相同，即η甲=η乙．

11．如图所示，重300N的物体在20N的水平拉力F的作用下，以0.2m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80%，则在此过程中下列说法正确的是（　　）

A．绳子自由端移动的距离为2m

B．物体与地面间的滑动摩擦力为48N

C．拉力F的功率为4W

D．有用功为120J

【答案】B

【解析】

【分析】

【详解】

A．由图知n＝3，则绳子自由端移动的距离

s绳＝3s物＝3v物t＝3×0.2m/s×10s＝6m

故A错；

B． 因为

所以物体与地面间的滑动摩擦力

故B正确；

C．拉力做的功为

W总＝Fs绳＝20N×6m＝120J

拉力做功的功率

故C错误；

D．有用功

W有＝fs物＝fv物t＝48N×0.2m/s×10s＝96J

故D错。

故选B。

12．如图所示，物重为G的物体在不同简单机械中均处于平衡状态（不计机械自重和摩擦），拉力大小错误的是（　　）

A． ．  ．  ． 

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．由图像可知l1=l2，由杠杆平衡条件可得F1=G，故正确，不符合题意；

B．由图像可知滑轮组n=3，则，故正确，不符合题意；

C．由图像可知动滑轮动力作用在轴上，则，故错误，符合题意；

D．不计机械自重和摩擦，则斜面为理想斜面，满足FL=Gh，即，故正确，不符合题意。

故选C。

13．用如图所示的滑轮组吊装100袋大米，每袋大米的质量是50kg，绳子能承受的最大拉力为1200N，不计滑轮以及绳重，不计轮、轴间摩擦，g取10N/kg，则至少需要吊运的次数是（       ）

A．9次 ．10次 ．11次 ．12次

【答案】D

【解析】

【详解】

由题意及图知吊起重物的绳子股数为n=4，最大拉力，一次能吊起的大米重力为：

，

一次能吊起的大米质量为：

，

因为每袋大米的质量是50kg，故一次能吊起的大米袋数为：

，

由题意知一次能吊起9袋大米，即

，

则至少需要吊运的次数是：

，

至少需要吊运12次。故选D。

14．用如图所示的滑轮或滑轮组，将同一物体匀速提高h，最省力的是（滑轮重不计）（   ）

A． ． ． ．

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

A．图中滑轮是定滑轮，拉力F=G；

B．图中滑轮是动滑轮，拉力；

C．图中滑轮组的动滑轮绕2段绳，拉力；

D．图中滑轮组的动滑轮绕3段绳，拉力；

所以最省力的是D中滑轮组。

故选D。

15．建筑工地上需要将6块相同的砖从地面运送到楼顶，工人师傅利用如图所示的装置分三次运送，第一次运1块，第二次运2块，第三次运3块。每次运送时，砖都以相同的速度匀速上升相同高度，绳重及摩擦均忽略不计。这三次拉力依次为F1、F2、F3，拉力做的功为W1、W2、W3，有用功率为P1、P2、P3，机械效率为η1、η2、η3，则（  ）

A．F1+F2=F3 ．W1+W2=W3 ．η1+η2=η3 ．P1+P2=P3

【答案】D

【解析】

【分析】

由图可知，作用在动滑轮上绳子为２股；绳重，摩擦不计时，用Ｆ＝ 分析F1,F2,F3之间关系；再依。通过计算特殊值，判断等式是否成立。

【详解】

A．由题意得

F１＝；

F２＝；

F１＋F２＝

Ｆ３＝

因为

所以 

故Ａ不符合题意；

Ｂ．由于物体升高均为h； 

W１＋W２＝F１h＋F２h＝(F１+F２)h

W3=F3h；

因为(F１＋F２)F３

所以

故B不合符题意；

C． 依，说明滑轮组一定时，物重越大，机械效率越大，即 ，故C不合符题意；

D．由W有=Gh，P=可知 

 ；

所以P1+P2=P3，故D符合题意。

故选D。

【点睛】

一个不加条件成立等式，可以用某种情况时不成立来判断它不成立。

16．如图所示的滑轮装置，重为5牛的物体挂在绳端，力F作同在滑轮的轴上，滑轮在力F的作用下以2米/秒的速度匀速向上运动．若不计滑轮重及摩擦，则拉力F的大小和物体向上运动的速度为

A．10牛，4米/秒 ．2.5牛，4米/秒

C．10牛，2米/秒 ．2.5牛，2米/秒

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】

由图可知，该滑轮是动滑轮，当滑轮在力F的作用下以2米/秒的速度匀速向上运动，重物的速度为:

2×2m/s=4m/s

此时拉力应该是物重的2倍，因此拉力为:

F=2G=2×5N=10N

故选A．

17．如图所示为建筑工地上常用的吊装工具，物体Ｍ是重5000N的配重，杠杆AB的支点为O，已知长度OA∶OB=1∶2，滑轮下面挂有建筑材料P，每个滑轮重100N，工人体重为700N，杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计。当工人用300N的力竖直向下以1m/s的速度匀速拉动绳子时（　　）

A．建筑材料P上升的速度为3m/s ．物体M对地面的压力为5000N

C．工人对地面的压力为400N ．建筑材料P的重力为600N

【答案】C

【解析】

【分析】

【详解】

A．物重由2段绳子承担，建筑材料P上升的速度

v=v绳=×1m/s=0.5m/s

故A错误；

B．定滑轮受向下的重力、3段绳子向下的拉力、杠杆对定滑轮向上的拉力，由力的平衡条件可得

F A′=3F+G定=3×300N+100N=1000N

杠杆对定滑轮的拉力和定滑轮对杠杆的拉力是一对相互作用力，大小相等，即

FA= F A′=1000N

根据杠杆的平衡条件FA×OA=FB×OB，且OA:OB=1:2，所以

FB=FA× =1000N×=500N

因为物体间力的作用是相互的，所以杠杆对物体M的拉力等于物体M对杠杆的拉力，即

F B′=FB=500N

物体M受竖直向下的重力、竖直向上的支持力、竖直向上的拉力，则物体M受到的支持力为

FM支持=GM− F B′=5000N−500N=4500N

因为物体间力的作用是相互的，所以物体M对地面的压力

FM压=FM支持=4500N

故B错误；

C．当工人用300N的力竖直向下拉绳子时，因力的作用是相互的，则绳子对工人会施加竖直向上的拉力，其大小也为300N，此时人受竖直向下的重力G、竖直向上的拉力F、竖直向上的支持力F支，由力的平衡条件可得F+F支=G，则

F支=G−F=700N−300N=400N

因为地面对人的支持力和人对地面的压力是一对相互作用力，大小相等，所以工人对地面的压力

F压=F支=400N

故C正确；

D．由图可知n=2，且滑轮组摩擦均不计，由F=(G+G动)可得，建筑材料P重

G=2F−G动=2×300N−100N=500N

故D错误。

故选C。

18．利用质量相等的滑轮，组装成如图所示的两种方式，将同一重物提升相等高度。若绳重和摩擦不计，下列分析中正确是(   )

A．甲图中绳自由端移动距离较小 ．乙图中绳自由端作用力较小

C．两种方式所做的额外功相等 ．增大提升高度，机械效率都会变大

【答案】C

【解析】

【详解】

A．若物体升高高度为h，则拉力移动的距离为，，则。故A错误；

B．甲中：，乙中：，所以。故B错误；

C．甲中：，乙中：，所以。故C正确；

D．机械效率公式：

，

所以机械效率跟物体升高的高度无关。故D错误。

19．小明用如图所示的甲、乙两个滑轮组，分别在相同时间内将同一重物匀速提升相同高度，每个滑轮的重均相等，不计绳重及摩擦,针对这一现象，小明得出了4个结论：①F1做的功等于F2做的功；②甲滑轮组的机械效率等于乙滑轮组的机械效率；③使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力；④F1做功的功率等于F2做功的功率；其中正确的为（    ）

A．①、②、③ ．②、③、④ ．①、③、④ ．①、②、③、④

【答案】D

【解析】

【分析】

【详解】

①在不计绳重及摩擦时，拉力做的功等于提升物体和动滑轮做的功，因为物重相同，提升的高度相同，所以两次拉力做的功都等于

故F1做的功等于F2做的功，①正确；

②在不计绳重及摩擦时，甲滑轮组和乙滑轮组的机械效率都为

即机械效率相等，故②正确；

③甲滑轮组由两段绳子承重，拉力为

乙滑轮组由三段绳子承重，拉力为

所以使用乙滑轮组比甲滑轮组更加省力，③正确；

④两次拉力做的功，用时也相等，根据知，F1做功的功率等于F2做功的功率，④正确；

故选D。

20．一名质量为55kg、双脚与地面接触面积为0.04m2的学生站在水平地面上，要用滑轮组在20s内将600N的重物匀速提升1m。（g=10N/kg）求：

(1)他站在地面上时对地面的压强多大？

(2)画出滑轮组的绕线方式。

(3)若匀速提升过程中滑轮组的机械效率是75%，拉力的功率多大？

【答案】(1)13750Pa；(2)；(3)40W

【解析】

【分析】

【详解】

(1)站在地面上时，对地面的压力大小等于自身重力，则对地面的压强为

(2)因为重物运动方向向上，人在地面上通过上方定滑轮改变力的方向，拉力方向向下，2股绳子与动滑轮接触以省力，故滑轮组的绕线方式如图所示：

。

(3)有用功为克服重物重力势能做的功，为

拉力做的总功为拉力的功率与所用时间的乘积，为

滑轮组的机械效率为

可知

则

答：(1)他站在地面上时对地面的压强是13750Pa；

(2)滑轮组的绕线方式见解析；

(3)拉力的功率是40W。