【物理】物理滑轮组的省力问题的专项培优练习题(含答案)及详细答案

【详解】
(1)[1]对由两个动滑轮和两个定滑轮组成的滑轮组，可绕线方法有4股和5股两种，两种方法都达到了省力的目的，但拉力的方向不同，有5股绕线的方法拉力方向向上；有4股绕线的方法拉力方向向下，根据题意可知拉力方向向下，因此从定滑轮上固定，如图所示：
(2)[2]钢丝绳端移动的距离
把“潜龙三号”提升20m拉力做的功
钢丝绳的拉力
(3)[3]“潜龙三号”的重力
有用功
滑轮组的机械效率
2．如图所示，不计滑轮重及摩擦，物体A、B均重为20牛。当用力F2匀速提升物体B时，以滑轮的轴为参照物，物体B是______的（选填“静上”或“运动”），此时力F2大小为_______牛。若F1和F2所做的功相等,物体A、B移动的距离之比是_______，当绳子自由端上升1米时，力F2所做的功为________焦。
[3]如甲图，泥桶由3股绳子承担，则n=3，s=3h，s=6m，泥桶上升的高度为：
h= s= 6m=2m；
[4]不计摩擦及绳重，则滑轮组的机械效率为：
η= = = = = 100 ≈83.3%。
5．如图所示，用滑轮组将重120N的物体匀速提升2m，拉力为50N，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，动滑轮重为_____N，额外功为_____，滑轮组的机械效率为_____。
(1)起降设备中滑轮组的结构示意图如图乙所示，请你用笔画线代表钢丝绳，画出最省力的绕线方法____。
(2)该起降设备若在1min内将“潜龙三号”匀速提升了20m，该过程中钢丝绳的拉力由电动机提供，电动机的输出功率是10kW，则钢丝绳的拉力是多少____？
(3)该滑轮组的机械效率是多少____？
【答案】 7500N50%
额外功
W额＝W总-W有用＝300J-240J=60J
[3]滑轮组的机械效率
η＝ =80%
6．如图所示，在力F作用下使重200 N的物体在水平面上做匀速直线运动，当F=30N时，物体受到的摩擦力_______N（不计滑轮重力和绳与滑轮间的摩擦）；当物体移动4m时，绳子自由端移动的距离_______m。
[1]由图可知，连接动滑轮的绳子股数n=3，由题意知，物体A受到的摩擦力
不计绳重及摩擦，则水平拉力：
[2]物体的速度：
由 得，在2s内物体移动的距离
故2s内物体移动的距离为0.2m。
4．用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，分别匀速将两个相同的钩码在相同时间内提升相同高度，若不计绳子与滑轮的摩檫，__________装置更省力（选填“甲”或“乙”）。甲装置的机械效率__________乙装置的机械效率（选填“高于”、“低于”或“等于”）。甲图中若钩码总重100N，动滑轮重为20N，不计摩擦及绳重，若工人将绳子匀速向上拉6m，则泥桶上升的高度为__________m，滑轮组的机械效率为__________。
【答案】B504
【解析】
【分析】
【详解】
[1]使用时，轴随物体一起移动的滑轮叫做动滑轮，由图可知B为动滑轮；
[4]当绳子自由端上升1米时，力F2所做的功为：
W=Fs=10N 1m=10J。
3．如图所示的滑轮组，不计绳重及摩擦。水平拉力F作用下将重为 的物体 匀速拉动，已知绳子自由端速度为 ，物体 受到的摩擦力 ，水平拉力 为_____ ，在 内物体移动的距离为_____ 。
【答案】10.2
【解析】
【详解】
【答案】608
【解析】Βιβλιοθήκη 【详解】[1]由图知道，使用动滑轮时，n=2，由于不计滑轮重力和摩擦，所以，绳子自由端的拉力是：
，
即物体受到的摩擦力是：
f=2F=2×30N=60N；
[2]由于n=2，所以，当物体移动4m时，绳子自由端移动的距离是：
s=2s物=2×4m=8m。
7．如图所示为家用手摇晾衣架，它是我们生活中经常使用的简单机械，其中A、B两滑轮中属于动滑轮的是_____；若衣服和晾衣架的总重力为 ，晾衣架上升的高度为 ，不计动滑轮重、绳重及摩擦，静止时绳的拉力 _____ ，绕进旋轮上的绳子长度是_____ 。
【答案】甲等于283. 3%
【解析】
【详解】
[1]不计摩擦，拉力F= （G物+G轮），n甲=3，n乙=2，绳子受的拉力：
F甲= （G物+G轮），
F乙= （G物+G轮），
∴
F甲 F乙，
甲更省力；
[2]动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额=G轮h，W有用=G物h，故利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，据η= 可知，滑轮组的机械效率相同，即：η甲=η乙；
一、初中物理滑轮组的省力问题
1．为了开发和利用深海的资源，我国某科研考察队在远海进行科学实验时，使用母船上的起降设备，将我国最新自主研制的“潜龙三号”无人潜水器，从母船甲板上吊起并降到海面上，如图甲所示，该起降设备利用了液压装置、杠杆、滑轮组等，“潜龙三号”潜水器是我国最新研制的具有高智能的自动巡航潜水器，长3.5米、高1.5米、重1.5吨，可抵达3850米深海连续航行42小时48分钟、航程15682公里。
【答案】静止101:110
【解析】
【详解】
[1]以滑轮的轴为参照物，物体B相对与参照物的位置没有改变，是静止的；
[2]B物体使用的是动滑轮，能省一半力，不计滑轮的重和摩擦，拉力：
F2= G= ×20N=10N
[3]因为使用任何机械都不能省功，当F1和F2所做的功相等，物体A. B重力相同，移动的距离相同，故距离之比是1:1。
【解析】
【分析】
(1)在使用滑轮组提升重物时，既要考虑到它的省力情况，还应注意动力的施力方向。
(2)已知作用在动滑轮上的绳子段数和“潜龙三号”上升的高度，可以得到钢丝绳拉下的长度；已知电动机的输出功率，可以得到拉力做的功；已知拉力做的功和做功时间，利用公式 得到拉力。
(3)根据 和 求出有用功，再根据 求出该滑轮组的机械效率。
【答案】306080%
【解析】
【分析】
【详解】
[1]由图知，n＝3，不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重，拉力
F＝ （G+G动）
则动滑轮的重力
G动＝3F﹣G＝3×50N﹣120N＝30N
[2]拉力做的有用功
W有用＝Gh＝120N×2m＝240J
拉力端移动的距离
s＝3h＝3×2m＝6m
拉力做的总功
W总＝Fs＝50N×6m＝300J