11.2滑轮 考点解读与训练(含答案)2024-2025学年苏科版九年级物理上册
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1、2024-2025学年九年级上册物理考点解读与训练11.2 滑轮1、滑轮及其工作特点(1)滑轮定义:周边有槽,中心有一转动的轮子叫滑轮。因为滑轮可以连续旋转,因此可看作是能够连续旋转的杠杆,仍可以用杠杆的平衡条件来分析;(2)滑轮分类:定滑轮和动滑轮;定滑轮工作特点:(1)定滑轮使用时,滑轮的位置固定不变;定滑轮实质是等臂杠杆,不省力也不费力,但可以改变作用力方向。(2)定滑轮的特点:通过定滑轮来拉钩码并不省力,通过或不通过定滑轮,弹簧测力计的读数是一样的,可见,使用定滑轮不省力但能改变力的方向。在不少情况下,改变力的方向会给工作带来方便;(3)定滑轮的原理:定滑轮实质是个等臂杠杆,动力臂L1
2、、阻力臂L2都等于滑轮半径,根杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力的结论。动滑轮工作特点:(1)动滑轮使用时,滑轮随重物一起移动;动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆,省12力,多费1倍距离;(2)动滑轮的特点:使用动滑轮能省一半力,费距离;这是因为使用动滑轮时,钩码由两段绳子吊着,每段绳子只承担钩码重的一半。使用动滑轮虽然省了力,但是动力移动的距离大于钩码升高的距离,即费了距离;(3)动滑轮的原理:动滑轮实质是个动力臂(L1)为阻力臂(L2)二倍的杠杆。2、滑轮组及其工作特点(1)定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组;使用滑轮组既可以省力,又可以改变力的方向,但要费距离;(2)使用滑轮组时
3、,滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一,即动力F=G物+G动n若忽略滑轮重,则有F=G物n;其中n为承担物重的绳子的段数;(3)用滑轮组提升物体时,虽然省了力,但是费了距离,滑轮组有几段绳子吊着物体,绳子自由端移动的距离就是重物升高距离的几倍;设物体升高的距离为h,则绳子自由端移动的距离为s=nh(n表示承担物重的绳子的段数);3、滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算(1)使用滑轮组时(忽略摩擦阻力):滑轮组用几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一,即动力F=G物+G动n;若忽略滑轮重,则有F=G物n;其中n为承担物重的绳子的段数;其中:F拉拉力,G动动滑轮的重力
4、,G物被提升物体的重力,n吊住动滑轮绳子的段数;(2)使用动滑轮时,条件不同,拉力的计算方法也不同;物体在竖直方向上运动时:当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下,拉力等于物体重力的n分之一;当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下,拉力等于物体和动滑轮重力之和的n分之一;实际情况下,动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法忽略不计,那么拉力等于物体重力除以n和机械效率的乘积物体在水平面上运动时:当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下,拉力等于物体所受摩擦力的n分之一;当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下,拉力等于物体所受摩擦力的n分之一;实际情况下,动滑轮重、绳重和滑轮与
5、绳之间的摩擦都无法忽略不计,那么拉力等于物体所受摩擦力除以n和机械效率的乘积(注:n为滑轮的股数)。4、斜面和轮轴以及滑轮组的设计与组装滑轮组的设计:第一步:确定动滑轮的个数。首先算出承担所要拉起重物与动滑轮的自重所需要的绳子的根数n,其方法和滑轮组绳子的绕法中的方法相同,然后我们根据每两根绳子需要一个动滑轮来确定动滑轮的个数。当n为偶数时,绳子的固定端应拴在定滑轮上,动滑轮的个数N= n2;当n为奇数时,绳子的固定端应拴在动滑轮上,动滑轮的个数 N=n-12。第二步:确定定滑轮的个数。一般情况下,定滑轮的个数由绳子的段数n和拉力的方向共同决定。当n为奇数且拉力方向向下时,定滑轮的个数应为n+
6、12;拉力的方向向上时,定滑轮的个数为n-12当n为偶数且方向向下时,定滑轮的个数为 n2;方向向上时,定滑轮的个数为 n2 - 1。滑轮组绳子的绕法:第一步:确定绕过动滑轮的绳子的根数。首先根据题目中的条件,如绳子能承受的最大拉力F、要承担的重物G物和动滑轮的重力G动,计算出承担物重所需绳子段数n=G物2+G动2,如果算出的绳子段数不是整数,一律进一位。例如:所得结果为n=3.4时,我们应选择绳子的根数为4。第二步:确定绳子固定端的位置和绳子的绕法。当绳子的根数n为偶数时,绳子的固定端应拴在定滑轮上,开始绕绳子;当n为奇数时,绳子的固定端应拴在动滑轮上,开始绕绳子。轮轴:(1)轮轴:由轮和轴
7、组成的,能绕共同的轴线旋转的简单机械叫做轮轴。例如汽车方向盘、辘护等。(2)轮轴的实质:轮轴相当于一个杠杆,轮和轴的中心O是支点,作用在轮上的力是动力F1,作用在轴上的力是阻力F2,轮半径OA就是杠杆的动力臂l1,轴半径OB就是杠杆的阻力臂l2。(3)轮轴的特点:因为轮半径大于轴半径,即杠杆的动力臂大于阻力臂,所以作用在轮上的动力F1总小于作用在轴上的阻力F2使用轮轴可省力,但是动力作用点移动的距离大于用轮轴提升的重物(钩码)所通过的距离。(4)轮轴的公式:F1R=F2r;斜面:(1)斜面是简单机械的一种,可用于克服垂直提升重物的困难。将物体提升到一定高度时,力的作用距离和力的大小都取决于倾角
8、。如物体与斜面间摩擦力很小,则可达到很高的效率。(2)用F表示力,L表示斜面长,h表示斜面高,物重为G不计阻力时,根据功的原理得FL=Gh,斜面倾角越小,斜面越长,则越省力,但越费距离。日常生活中常见的斜面,如盘山公路、螺丝钉上的螺纹等。【考点1 滑轮及其工作特点】【典例1-1】如图所示,绞车是由滑轮和轮轴组成的机械,其中滑轮的作用是()A省力B改变力的方向C省功D省距离【典例1-2】如图(a)、(b)所示,分别用力F1、F2匀速提起重为10牛的物体,若不计摩擦和滑轮重力,则力F1_F2(选填“大于“等于”或”小于”);图_中的滑轮可以看作等臂杠杆;图(a)中物体被竖直提升过程中,其惯性_(选
9、填“增大”“不变”或“减小”)。【变式1-1】如图所示为学校升旗时的情景,关于旗杆顶端的滑轮A,下列说法中正确的是()A滑轮A是动滑轮B滑轮A是定滑轮C使用滑轮A可以省力D使用滑轮A不能改变力的方向【变式1-2】如图所示,物体A以2厘米/秒的速度,在水平地面上做匀速直线运动,此时弹簧测力计的示数为3牛,水平拉力F_牛,物体A受到的摩擦力f_牛,2秒内拉力F走过的距离_米。(不计轮、绳重、摩擦)【考点2 滑轮组及其工作特点】【典例2-1】分别使用如图所示的四种装置匀速提升同一重物,不计滑轮重、绳重和摩擦,最省力的是()ABCD【典例2-2】如图所示,两位同学各持一根较光滑的木棍,在相距1m处面对
10、面站立。另外一位同学取一根绳子,将绳子的一端系在其中一根木棍上,再按图所示依次绕过两根木棍,然后缓慢拉动绳子的另一端,这两根木棍将_(选填“合拢”或“分开”),木棍和绳子组成了一种简单机械,叫_。【变式2-1】如图所示滑轮质量忽略不计,物体A重100N,B重20N,当B匀速下降40cm时,A受到桌面的摩擦力和A移动的距离分别是()A20N,40cmB10N,80cmC10N,20cmD20N,20cm【变式2-2】如图所示,用水平向左的拉力F拉着物体在地面上做匀速直线运动,为动滑轮(选填“A”或“B”);当物体向左移动1.5m时,则绳子自由端移动_m。【考点3 滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算】【
11、典例3-1】如图所示,弹簧测力计的示数为10牛,滑轮的重力和绳子的摩擦不计,则拉力F和物体所受的重力分别为()A20牛、10牛B20牛、20牛C10牛、10牛D10牛、20牛【典例3-2】如图所示,小明同学想把被台风刮倒的甲树拉正,他把绳子的一端系在乙树上,然后绕过甲树用力拉绳子,这样做时甲的树干相当于_(选填“动滑轮”“定滑轮”或“杠杆”)。如果不计绳重和摩擦,甲树受到500N拉力,则小明对绳子的拉力为_N,乙树受到的拉力为N。【变式3-1】如图所示,拉力F1和F2分别经过滑轮A和B使重为10牛的同一物体沿水平方向做匀速直线运动,若物体与水平面间的滑动摩擦力大小为5牛,则F1的大小为_牛。F
12、2的大小为牛,如果F2的作用点的运动速度为2米/秒,则物体的运动速度为_米/秒。(不计绳重、滑轮与绳之间的摩擦)【典例3-3】某人用如图所示的滑轮组匀速提升500N的重物,所用的拉力F为300N,绳子自由端被拉下4m,在此过程中,不计摩擦和绳重,求:(1)物体被提升的高度;(2)滑轮组中动滑轮的重力;(3)若物重再增加240N,要使重物匀速上升,则作用在绳自由端的拉力至少为多大?【变式3-2】“由物及理,思维建模”。如图所示,这是一种利用滚轴和绳子组装的特殊提升装置,该提升装置相当于_(填简单机械名称)模型;若某同学所用的拉力为520N,不计摩擦和装置的自重,则摩托车的质量为_kg。(g取10
13、N/kg)【变式3-3】质量为60kg的小明利用如图所示滑轮组来提升重物。试思考并解答下列问题(g10N/kg)。已知物重是800N,不考虑摩擦及绳重时,求:(1)若实际拉力是500N,动滑轮的重力多大?(2)小明利用此滑轮组至多能提起多重重物?【考点4 斜面和轮轴以及滑轮组的设计与组装】【典例4-1】下列生产生活中的各种简单机械中,一定不省力的机械是()A旗杆顶定滑轮B动滑轮C钢丝钳D斜面【典例4-2】如图所示,用平行于斜面的拉力,将重为5N的物体从光滑斜面底端匀速拉上斜面,物体移动的距离为1m,上升的高度为0.2m。则拉力大小为_N。【变式4-1】在生产生活中,人们常用的简单机械除了杠杆、
14、滑轮,还有轮轴和斜面。如图所示,手柄_(选填“粗”或“细”)一些的螺丝刀用起来更省力;螺纹_(选填“密”或“稀”)一些的螺丝钉拧起来更省力。【变式4-2】在建筑工地上,师傅利用滑轮组运送建筑材料。请在图中画出最省力的绕绳方法。一、选择题。1如图所示,滑轮重2N,在竖直向上大小为10N的力F的作用下,重物A沿竖直方向匀速上升。已知重物A上升速度为0.2m/s,若不计绳重及绳与滑轮间的摩擦,则物体的重力大小和滑轮上升的速度分别为()A3N;0.4m/sB22N;0.1m/sC18N;0.4m/sD4N;0.1m/s2如图所示,物体A、B的重分别为20N、10N时物体在水平面上向右做匀速直线运动,滑
15、轮和绳子的重忽略不计,若用力向左拉物体,使物体向左做匀速直线运动,则()AF20NBF10NCF5NDF30N3如图1是甲、乙两种固体物质的mV图象,把体积相等的甲、乙两种物质挂在图2中的滑轮组上,如果要处于静止状态(忽略动滑轮重和摩擦),则下列说法中正确的是()A左边挂1个甲物质,右边挂2个乙物质B左边挂4个甲物质,右边挂1个乙物质C左边挂2个甲物质,右边挂3个乙物质D左边挂3个甲物质,右边挂4个乙物质4图中所示的机械中,不属于轮轴的是()A千斤顶B方向盘C齿轮D辘轳二、填空题。5用如图所示的装置提升物体A,已知每一个滑轮的重均为2N,物体A的重为20N。不计绳重及摩擦,F1至少需要_N的力
16、才能拉住物体A使其保持静止。6人走近平面镜时,其在镜中所成像的大小(选填“变大”“不变”或“变小”)。如图(a)所示,当用力F1匀速提升物体A时,若以滑轮为参照物,物体A是_的(选填“运动”或“静止”);如图(b)所示,不计滑轮重及摩擦,物体B重为20牛。当用力F2匀速提升物体B时,力F2为_牛。7如图所示,塔式起重机上的滑轮组既可以_,又可以改变施力的_,若用它将900N的物体匀速吊起5m高,拉力为400N,则滑轮组的承重绳子股数为_股。8滑轮和轮轴均属于杠杆类机械。如图所示,定滑轮相当于一个等臂杠杆,它不能改变拉力的大小,但可以改变拉力的_;汽车方向盘(轮轴)可以看成不等臂杠杆,若动力作用
17、在轮上,阻力作用在轴上,就_。(选填“省力”或“费力”)三、作图题。9如图所示,请画出滑轮组提升物体最省力的绕绳方法。四、计算题。10如图所示,用竖直向上的拉力F匀速提起物体A。已知物体A和滑轮的总重G总为100牛,且摩擦不计,求拉力F的大小。参考答案【考点1 滑轮及其工作特点】【典例1-1】B【分析】使用滑轮时,轴的位置固定不动的滑轮称为定滑轮。定滑轮不省力,但是可以改变力的方向。根据功的原理可知,使用任何机械都不省功。【解答】解:ABD、图中绞车使用的滑轮,轴的位置固定不动,是定滑轮,使用定滑轮不能省力,也不能省距离,但能改变力的方向,故AD错误,B正确;C、使用任何机械都不省功,故C错误
18、。故选:B。【典例1-2】大于;(a);不变【分析】(1)定滑轮的轮轴是固定的,使用定滑轮不能省力,但可以改变力的方向,定滑轮的实质是一个等臂杠杆;动滑轮的轮轴与物体一起运动,使用动滑轮可以省力;(2)惯性是物体保持运动状态不变的性质,任何物体都具有惯性;惯性大小只与质量有关,物体质量越大惯性越大。【解答】解:(1)由图可知,不计摩擦和滑轮重力,滑轮(a)是定滑轮,定滑轮的实质是一个等臂杠杆,则F1G;滑轮(b)是动滑轮,F2G,所以F1大于F2。(2)因为惯性的大小只与物体的质量有关,图(a)中物体被竖直提升过程中,物体的质量不变,则惯性不变。故答案为:大于;(a);不变。【变式1-1】B【
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