力学专题03 “滑轮”专题总结与突破2019届中考物理专项复习(33页)
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1、 “滑轮”专题总结与突破:考点 分析“滑轮”的相关知识,是全国各省市重点考查的力学知识点,在中考中占分比例较大,包涵的内容较多,难度较其它力学知识点更大些;滑轮的相关知识在中考中,主要在“多选题”、 “填空题”及“ 力学压轴型”计算题中考查,有的省市在实验题中也会对滑轮组机械效率的影响因素进行考查。 (本知识点有关滑轮组压轴题计算题型,可参阅“滑轮压轴型计算题”专题)考点 突破1:定滑轮实质是:动力臂等于阻力臂的等臂杠杆,动滑轮的实质是:动力臂为阻力臂 2 倍的省力杠杆。2:定滑轮不能省力但可以改变力的方向,而动滑轮不能改变力的方向但可以省一半的力。对于定滑轮无论沿哪个方向拉由于动力臂均为定滑
2、轮的半径所以力的大小相同。而对于动滑轮在竖直方向拉时拉力的力臂为圆的直径由于力臂最大,所以所用的力最小,不考虑动滑轮的重力及绳重和摩擦,最多可省一半的力,当倾斜拉绳子时,由于拉力的力臂变小,所以拉力越来越大。3:滑轮组即可以省力又可以改变力的方向且对于滑轮组其省力情况取决于绕过动滑轮的绳子的股数,对于同一个滑轮组,绕过动滑轮的绳子股数越多越省力4:当用细绳通过滑轮向上拉物体且人随物体一起移动时此时拉力的大小 F=G 物 +G 人 /n+1(n 指动滑轮两侧的绳子的股数) 。5:对于同一滑轮组其机械效率的高低取决于三个因素:物体的重力,动滑轮的重力,滑轮与绳子及轴的各种摩擦;在控制变量的情况下滑
3、轮组的机械效率与物体的重力成正比,与动滑轮的重力及摩擦均成反比;对于同一个滑轮组提高机械效率最简单的方法是:增加物重。注:滑轮的计算通常有以下几种题型:此专题,必须掌握常见的滑轮的相关题型及常见的计算公式,正确分析物体受力情况,对于较复杂的题目型还应列出方程组去求解,常见的滑轮计算题有以下几种常见的题型:题型一:物体在滑轮组的作用下上、下移动的题型:1:如图所示对于此种装置图中,求绳子末端拉力 F 的几种方法是: F= G 物 +G 动 /n不计各种摩擦 其中 n 指绳子的股数由 =G 物 /nF 可推知:F=G 物 /n由 P=FV 拉 得 F=P/V 拉 其中的 V 指绳子移动的速度,不可
4、代入物体移动的速度。2:对于此种题型求几种不同的功对应的计算公式是:W 有 =G 物 h=W 总 =FS G 动 hW f(Wf 指克服各种摩擦做的额外功,若不考虑摩擦则 W 有 =G 物 h=FS G 动 h; W 额 =G 动 h,;(若考虑摩擦)W 额 =G 动 h+Wf ,或者 W 额 =FSG 物 h,若求除动滑轮之外的额外功即 Wf=FSG 物 hG 动 h。W 总 =FS=Pt=W 有 /=G 物 h+G 动 h+Wf(若不计绳重及摩擦上式 W 总 = G 物 h+G 动 h。3:机械效率Gh/FS =G 物 h/G 物 h+G 动 h 可得 =G 物 /G 物 +G 动 = G
5、 物 /nF4:拉力做功的功率:P=W/t P =FV 拉 =FnV 物5:当滑轮组没有给出绳子的绕法或股数时应先根据要求画出绳子的绕法确定绳子的股数,如要求画出最省力的绕法,通常画绳子的绕法时通常符合:“奇定偶动”的法则,即如果滑轮的个数是“奇数”如三个滑轮,通常从定滑轮开始绕起,绳子的股数最多;而如果是“偶数”滑轮,如 2 个或 4 个滑轮通常从动滑轮开始绕起,绳子的股数最多,但一定要注意,对于不同的滑轮位置,通常可采用“试绕”的方法,来确定最省力的绕法而不能死板的按上述方法来确定绳子的绕法。题型二:在滑轮组的作用下物体沿水平面移动的题型: 如下图所示此种题型物体通常在拉力作用,摩擦摩擦力
6、发生移动竖直方向上的重力与支持力通常不是此种题型要探究的物理量,常用的对应公式是:W 有 =fs W 总 =FS=fs+G 动 h 机械效率 fs 物 /Fs 拉 =f/nF。(其中的 f 指物体与地面之间的摩擦) 题型三:浮力与滑轮组的联合题型:如下图此类题型通常物体即受到向下的重力又受到竖直向上的拉力,但通常不计水对物体的阻力;此种题型常用到的计算公式是: W 有 =(G-F 浮 )h=G(1-p 水 /P 物 )h 。机械效率 (G-F 浮 )h/Fs。W 总 =FS=(G-F 浮 )h+G 动 h(不计水的阻力与各种摩擦)题型四:费力型滑轮的计算题型:如下图(1)和(2)拉力作用于滑轮
7、的轴上,此种情况拉力大于物体的重力或拉力大于物体所受的滑动摩擦力,所以称为费力型滑轮的计算;此类题型常用的计算公式是:中 W 有 =G 物 h , S 拉 =(1/2) h F=2(G 物 G 动 ;机械效率 2G/F 。在图中 W 有 fs , S 拉 =(1/2) S 物 ,F=2f+G 动 (不计各种滑轮的摩檫)=2f/F即此种题型中拉力作用于物体的轴上,费力但省距离。滑轮 典例例 1:(2018 北京中考模拟试题 )如图所示是一工人师傅用于粉刷楼房外墙壁的升降装置示意图上端固定在楼顶,若动滑轮质量为 2.5Kg,工作台质量为 7.5kg,涂料和所有工具质量为 20kg,工人师傅的质量为
8、60kg,绳重及摩擦不计,当工作台停于距地面 10m 高处时,工人对绳子的拉力为_N,若工作台以 10m升到 20m 处,工人最少做_J 的功。(g=10N/kg)。【答案】900J【解析】例 2:(2018 四川广安中考) 如图所示,通过滑轮组提升重 100N 的物体,在 4s 内物体提升了 1m,不计机械自重及摩擦阻力,g 取 10N/kg,则下列说法正确的是( )A绳的拉力是 60N B拉力的功率是 20WC拉力所做的功为 120J D绳子自由端向下移动了 2m【答案】D【解析】由图知,n=2,则绳子自由端移动的距离:s=2h=21m=2m,故 D 正确;不计机械自重及摩擦阻力,绳的拉力
9、:F= G= 100N=50N,故 A 错误;拉力做的总功:W 总 =Fs=50N2m=100J,故 C 错误;拉力做功的功率:P= = =25W,故 B 错误。故选:D。【点睛】本题考查了使用滑轮组时绳的距离、总功、功率的计算,属于常见题目。由图知,n=2,拉力端移动的距离 s=2h,不计机械自重及摩擦阻力,绳的拉力 F= G,利用 W=Fs 求拉力做的功,再利用 P=求拉力做功功率。例 3:(2018自贡)如图所示,用滑轮组提升重物时,重 400N 的物体在 10s 内匀速上升了 1m。已知拉绳子的力 F 为 250N,则提升重物的过粒中( )A做的总功是 400J B拉力 F 的功率是
10、25WC绳子自由端被拉下 1m D滑轮组的机械效率是 80%【答案】D【分析】(1)(3)已知拉力大小,由图可知使用滑轮组承担物重的绳子股数 n=2,则 s=2h,求出拉力端移动距离,利用 W=Fs 可求总功;(2)知道做功时间,利用 P= 求出拉力 F 的功率;(4)已知物重和物体被提升高度,根据公式 W=Gh 可计算出有用功;利用效率公式 = 求滑轮组的机械效率。【解答】解:故选:D。例 4:(2017 河北中考试题)用五个相同质量的滑轮和绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,在绳自由端分别用力将重为 G 的物体匀速提升,乙滑轮组的效率为 乙 ,不计摩擦、绳和木板的重,下列说法正确的是( )
11、A:两个滑轮组的机械效率可能相等 B:F 1 一定大于 F2 C:每个滑轮重为(1 乙 )G/2 乙 D:甲、乙将重物提升相同的高度,F 1 与 F2 的功率可能相等【答案】B、C、D【解析】例 5:(2018攀枝花)某实验小组分别用如图所示的甲、乙两个滑轮组(每个滑轮等重),在相同时间内把重物 G 提升相同高度,F 1 和 F2 大小相等,不计绳重及摩擦,下列说法正确的是( )A力 F1 和 F2 做功的功率相同B力 F1 和 F2 做的总功相同C乙滑轮组更省力,两个滑轮组机械效率一样大D甲滑轮组的机械效率比乙滑轮组高【答案】D【分析】使用滑轮组时,手拉绳子自由端做的功是总功;总功与所用时间
12、之比是拉力做功的功率;根据已知条件判断省力情况;利用公式 = = = = 比较滑轮组机械效率。【解答】解:由图知,甲滑轮组中承担物重的绳子段数 n=3,乙滑轮组中承担物重的绳子段数 n=4。AB、若重物上升高度为 h,则两滑轮组中绳端移动的距离分别为:s 甲 =3h,s 乙 =4h; 学科;网甲滑轮组中拉力做的总功为 W 甲总 =F13h,乙滑轮组中拉力做的总功为 W 乙总 =F24h,已知 F1=F2,所以 W 甲总 W 乙总 ,故 B 错误;已知时间相同,由公式 P= 知,P 甲总 P 乙总 故 A 错误;CD、已知 F1=F2,所以省力情况相同,故 C 错误;甲、乙两滑轮组提升的物重 G
13、 相同,设一个动滑轮的重为 G 动 ,不计绳重及摩擦,则甲滑轮组的机械效率为: 甲 = = = = ,乙滑轮组中有 2 个动滑轮,同理可得,乙滑轮组的机械效率为: 乙 = ,所以 甲 乙 ,故 C 错误,D 正确。故选:D。例 6:(2018滨州)如图所示,重 400N 的物体在 30N 的水平拉力 F 的作用下,以 0.1m/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 3mB有用功为 400JC拉力 F 的功率为 9WD物体与地面间的滑动摩擦力为 72N【答案】A、C、D【分析】(1)知道物体移动速
14、度和时间,利用 s=vt 求物体移动距离,由题知,n=3,拉力端移动的距离等于物体移动距离的 3 倍;(2)利用 W=Fs 求拉力做的总功,利用机械效率公式计算有用功;(3)利用功率公式求拉力做功功率;(4)知道机械效率和拉力大小,利用 = 求摩擦力 f。【解答】解:由 = = = = 得,物体与地面间的滑动摩擦力:f=3F=80%330N=72N,故 D 正确。故选:ACD。例 7:如图所示,F 1=4N,F 2=3N,此时物体 A 相对于地面静止,物体 B 以 0.1m/s 的速度在物体 A 表面向左做匀速直线运动(不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦) 。下列说法错误的
15、是( )AF 2 的功率为 0.6WB弹簧测力计读数为 9NC物体 A 和地面之间有摩擦力D如果增大 F2,物体 A 可能向左运动【答案】D【点睛】本题考查了功率公式的应用、影响滑动摩擦力的因素、物体受力分析等知识点,要求认真审题,利用好水平使用滑轮组的特点是关键。 (1)由图知,水平使用滑轮组,n=2,拉力端移动速度等于物体 B移动速度的 2 倍,利用 P= = =Fv 求拉力做功功率;(2)不计弹簧测力计、滑轮和绳子的自重及滑轮和绳子之间的摩擦,弹簧测力计的示数,即定滑轮受到向左的拉力等于拉力 F2 的 3 倍;学科;网(3)一个物体在另一个物体表面上有相对运动或相对运动的趋势时,则两物体
16、之间就产生摩擦力;(4)滑动摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关,先分析 A 受到 B 的摩擦力的大小变化,再确定A 的运动状态是否变化。例 8:(2018枣庄)如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用 FA、F B 匀速提升重力为GA、G B 的 A、B 两物体,不计绳重和摩擦。若 GAG B,则 甲 乙 ;若 FA=FB,则 GA G B(选填“”、“”或“=” )【答案】,【分析】(1)不计绳重和摩擦,克服物体重力做的功为有用功,克服物体重力和动滑轮重力做的功为总功,根据 = 100%= 100%= 100%结合 GAG B 比较两滑轮组的机械效率关系;(2)由图可知滑轮组
17、绳子的有效股数,根据 F= (G+G 动 )结合 FA=FB 得出提升物体的重力关系。故答案为:;。例 9:(2017 郴州)利用如图所示的滑轮组,用 F1 000 N 的力拉绳子自由端,货物 A 以 0.1 m/s 的速度匀速直线运动 10 s。整个过程中,滑轮组的机械效率为 75%。则货物 A 在 10 s 内移动的距离 m,这个过程中拉力 F 的功率 W , 水平地面对货物 A 的摩擦力大小 N。学;科网【答案】1 m,200 W 1 500 N【解析】解:(1)根据 v 可知货物 A 在 10 s 内移动的距离stsAv At0.1 m/s10 s1 m (2)由图可知,动滑轮上绳子的
18、有效股数:n2 绳子自由端移动的速度: v 绳 nv A20.1 m/s0.2 m/s 拉力的功率: P Fv 绳 1 000 N0.2 m/s 200 WWt Fst(3)由 100% 100% 100%得摩擦力:fnF 275%1 000 N 1 500 N。W有 用W总 fsFns fnF例 10:(2018绵阳)某小组同学测量滑轮组的机械效率。实验步骤有:(i)按照如图所示安装滑轮组,测钩码重力 G 并记钩码和绳端的位置(ii)用弹簧测力计缓慢拉动绳端,使钩码上升,读出拉力 F 的值,并测出钩码上升的高度 h 和绳端移动的距离 s;(iii )记录实验数据填入表格中(表格略);(iv)
19、多次改变钩码的数量,重复上述实验;(v)用动滑轮质量不同的两个滑轮组吊相同的钩码,分别测机械效率;(vi)分析测量结果,讨论影响机械效率的因素 学科/ 网回答以下问题:(1)除了如图所示器材和弹簧测力计外,还需要的器材是 。(2)滑轮组机械效率的计算公式是 = (用直接测得的物理量符号表示)。(3)关于影响滑轮组机械效率的因素,该小组同学讨论后得到以下认识,你认为正确的有 (填序号,可能不止一项正确)。( )A在相同情况下,摩擦越大,机械效率越小B在相同情况下,摩擦越大,机械效率越大C忽略摩擦,定滑轮质量相同,则机械效率相同D忽略摩擦,动滑轮质量相同,则机械效率相同E忽略摩擦,动滑轮质量相同,
20、所吊重物质量越大,则机械效率越大F忽略摩擦,动滑轮质量相同,所吊重物质量越大,则机械效率越小【答案】(1)刻度尺;(2) ;(3)ADE 。【分析】(1)(2)滑轮组是用绳子把定滑轮和动滑轮组装而成的机械装置,根据滑轮组的机械效率公式= = = = 分析探究所需要测量的工具以及测量的量、表达式;(3)滑轮组机械效率与物体重力、动滑轮的重力,以及摩擦力的大小有关,在有用功不变的情况下,所做的额外功越多,滑轮组的机械效率越低。故选 ADE。考点 专练1:(2018 通辽)(多选)如图,用滑轮组提升重物时,重 400N 的重物在 10s 内匀速上升了 1m。已知拉绳子的力 F 为 250N,不计绳重
21、和摩擦,则提升重物的过程中( )A绳子自由端下降速度为 0.3m/sB动滑轮的重力为 100NC拉力 F 的功率是 40WD滑轮组的机械效率是 80%2:(2018 遂宁)小丽同学用水平力 F 拉动如图所示装置,使重 100N 的 A 物体 4s 内在水平地面上匀速运动了 80cm,物体 B 重 50N(物体 B 与 A 始终接触),此过程中地面受到的摩擦力为 10N,弹簧测力计的示数为 8N若不计轮重、弹簧测力计重、绳重和绳与滑轮间摩擦,则滑轮移动的速度为 m/s,物体 A受到 B 施加的摩擦力 (选填 “水平向左”、“水平向右”或“为零”),水平拉力 F 为 N ,水平拉力 F的功率为 W
22、。3:(2018 深圳)如图为 “测滑轮组机械效率”的实验。在弹簧测力计拉力作用下,重 6N 的物体 2s 内匀速上升 0.1m,弹簧测力计示数如图示(不计绳重与摩擦)。下列说法错误的是( )A弹簧测力计的拉力是 2.4NB物体上升的速度为 0.05m/sC弹簧测力计拉力的功率为 0.12WD滑轮组的机械效率约 83.3%4::(2016 玉林中考)如图 12 所示,用 F=50N 的力,通过滑轮组水平拉重为 80N 的物体,使其向左匀速运动,在这过程中拉力 F 做功为 40J,已知物体受到水平地面的摩擦力为 60N,则物体运动的距离为_m,该滑轮组的机械效率为 _。 (忽 略绳子和动滑轮的重
23、力)5:(2018 河北中考模拟试题)利用下图所示的滑轮组拉一金属块在水平地面上以 0.1m/s 的速度匀速运动若动滑轮重为 15N,金属块重 105N,地面与金属块的摩擦力是 15N,(不计绳重及滑轮的摩擦)则( )A 绳自由端的拉力大小为 10N B 绳子自由端的拉力为 40N C 拉力 F 的功率为 3W D 拉力 F 的功率为 12W.6:(2018 云南)如图所示,用滑轮组把质量为 80kg 的物体匀速提升 3m,若拉力 F=500N,则滑轮组的机械效率为 ,若不计绳重和摩擦,则动滑轮受到的重力为 N。7:(2017 黑龙江)分别使用定滑轮、动滑轮、两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组
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- 力学 专题 03 滑轮 总结 突破 2019 中考 物理 专项 复习 33
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