初中物理滑轮知识点和试题精讲

滑轮知识点总结对比学习定滑轮、动滑轮、滑轮组的定义、实质及作用，在此基础上掌握组装简单的滑轮组的方法：若要改变力的方向，n段绳子需要用n个滑轮；只省力，不改变力的方向，n段绳子需要（n-1）滑轮；定滑轮和动滑轮的个数最多相差1个；接线方法：奇数根绳子从动滑轮开始接线，偶数根绳子从定滑轮开始接线。段数的确定可以采取在动、定滑轮间画一条水平直线，数绳子和直线交点的方法，由于绕过定滑轮的绳子的自由端没有连接重物，此段绳子不计在n数之内。简单说就是：定滑轮改变力的作用方向，而不省力，实质是一个等臂杠杆，动滑轮省一半的力，实质是一个动力臂是阻力臂二倍的杠杆。绕线方式：奇动偶定（绳子段数为奇数时先绕动滑轮，偶数时先绕定滑轮），滑轮组省力但不省功，滑轮组的机械效率：G/nFG：重物重力，n:绳子段数，F：自由端拉力滑轮有两种：定滑轮和动滑轮(1)定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可改变作用力方向.(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，弹簧秤的读数是一样的。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。定滑轮的原理定滑轮实质是个等臂杠杆，动力L1、阻力L2臂都等于滑轮半径。根据杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力的结论。(2)动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省1/2力多费1倍距离.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。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。滑轮组：由定滑轮跟动滑轮组成的滑轮组，既省力又可改变力的方向.滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是总重的几分之一.绳子的自由端绕过动滑轮的算一段，而绕过定滑轮的就不算了.使用滑轮组虽然省了力，但费了距离，动力移动的距离大于重物移动的距离.滑轮组的用途为了既节省又能改变动力的方向，可以把定滑轮和动滑轮组合成滑轮组。省力的大小使用滑轮组时，滑轮组用几段绳吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一。滑轮组的特点用滑轮组做实验，很容易看出，使用滑轮组虽然省了力，但是费了距离——动力移动的距离大于货物升高的距离。杠杆的平衡条件：F1L1=F2L2（F1：动力；L1：动力臂；F2：阻力；L2：阻力臂）定滑轮：F=G物S=h（F：绳子自由端受到的拉力；G物：物体的重力；S：绳子自由端移动的距离；h：物体升高的距离）动滑轮：F=（G物+G轮)/2S=2h（G物：物体的重力；G轮：动滑轮的重力）滑轮组：F=（G物+G轮）S=nh（n：通过动滑轮绳子的段数）机械功：W（J）W=Fs（F：力；s：在力的方向上移动的距离）有用功：W有=G物h总功：W总W总=Fs适用滑轮组竖直放置时机械效率:η=W有/W总×100%功率:P（w）P=w/t(W：功;t：时间)关于滑轮的综合题一、（一模）如图25所示是起重机的结构示意图。用它把质量为2×103kg，底面积为1m2的货箱G匀速提起。（取g＝10N/kg）问：（1）当货箱静止于水平地面时，它对地面的压强是多少？（2）若把货箱匀速吊起3m，起重机对货箱做了多少功？（3）吊起货箱时，为使起重机不倾倒，在它右边加挂质量为多大的铁块？已知：OA＝10m，OB＝5m。（设起重机所受重力的作用线恰好通过O点。）二、(一模)磅秤上有一个重1500N的木箱，小明站在地上，想用如图29（甲）所示的滑轮组把这个木箱提升到楼上，可是他竭尽全力也没有提起，此时磅秤的示数为40kg。于是他改变滑轮组的绕绳方法如图29（乙）所示，再去提这个木箱。当木箱匀速上升时，小明对地板的压力为100N，不计轴摩擦和绳重，取g＝10N/kg。求小明的体重和提升木箱时滑轮组的机械效率。三、（一模）如图30所示，一正方体合金块M的边长为20cm，把它挂在以O为支点的轻质杠杆的A点处，一个重为640N的人在杠杆的B点通过定滑轮用力F1使杠杆在水平位置平衡，此时M对水平地面的M压强为1.1×104Pa，人对水平地面的压强为1.45×104Pa；若把浸没于水中(M与容器底不接触)，人用力F2仍使杠杆在水平位置平衡，此时人对地面的压强为1.15×104Pa；已知人单独站在水平地面上，对地面的压强为1.6×104Pa．（g取10N/kg）求：（1）力F1的大小；（2）合金块M的密度；图30MOAB（3）当M浸没于水中时，若剪断细绳，合金块M沉于容器底，则M对容器底的压强为多大．四、（一模）图23是简易电动门式起重机的结构示意图。MN为质量可以不计、长4m的横梁，行走装置可以把提起的重物在横梁上左右移动。提升电动机通过钢丝绳和滑轮组提起重物，滑轮组的结构如图。当提起的重物质量是0.5t，钢丝绳重和轮、轴间摩擦不计时，滑轮组的机械效率是80%。当以0.2m/s的速度匀速竖直向上提起1.125t重物时，滑轮组的机械效率是多少？电动机拉动钢丝绳的功率是多少？若行走装置和提升电动机的总重是2.75×103N，提起重物质量为2t，行走装置使提起的重物沿横梁从中点A移到B点，以M点为轴，N点向上的支持力增加了6×103N，MB的距离是多少？（g取10N/kg）五、（一模）图25是液压汽车起重机从水中打捞重物的示意图。A是动滑轮，B是定滑轮，C是卷扬机，D是油缸，E是柱塞。作用在动滑轮上共三股钢丝绳，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提取重物，被打捞的重物体积V＝0.5m3。若在本次打捞前起重机对地面的压强p1＝2.0×107Pa，当物体在水中匀速上升时起重机对地面的压强p2＝2.375×107Pa，物体完全出水后起重机对地面的压强p3＝2.5×107Pa。假设起重时柱塞沿竖直方向，物体出水前、后柱塞对吊臂的支撑力分别为N1和N2，N1与N2之比为19：24。重物出水后上升的速度v＝0.45m/s。吊臂、定滑轮、钢丝绳的重以及轮与绳的摩擦不计。（g取10N/kg）求：（1）被打捞物体的重力；（2）被打捞的物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率；（3）重物出水后，卷扬机牵引力的功率。六、(一模)某桥梁施工队的工人用如图24所示的滑轮组匀速打捞沉在水中的工件。已知工件的质量为100kg工人的质量为70kg。工件打捞出水面前与工件完全被打捞出水后工人对地面的压力之比为15：2，工件在水中时，滑轮组的机械效率为60%。若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg。求：（1）工件浸没在水中时所受的浮力Ｆ浮；（2）工件完全打捞出水面后，滑轮组的机械效率η2；（3）工件完全打捞出水面后，以0.2m/s的速度被匀速提升，工人拉绳的功率P2。ABDCEOF图25滑轮组重物行走装置提升电动机MN图231＜答案＞（1）FpS34221010/2101kgNkgPam（2）W=FS=2×103kg×10N/kg×3m=6×104J（3）G×AO=G0×OB2×103kg×g×10m=m0g×5mm0=4×103kg2＜答案＞F拉＝G人木箱和动滑轮受力G箱＋G轮＝2F拉＋F支＝2G人＋F支＝2G人＋mg改变绕绳方式后，F拉＋F支＝G人，木箱和动滑轮受力G箱＋G轮＝3F拉＝3(G人－F支)所以2G人＋mg＝3(G人－F支)F支＝F压＝100NG人＝3F支＋mg＝3×100N＋40kg×10N/kg＝700NF拉＝G人－F支＝700N－100N＝600N机械效率＝总有用WW＝sFhG拉箱＝拉箱FG3＝600N31500N＝83.3%3＜答案＞（1）GpS人人246400.041.610GNSmpPa人人，11GFpS人F1=G人—p1S=640N—1.45×104Pa×0.04m2=60N，22GFpS人F2=G人—p2S=640N—1.15×104Pa×0.04m2=180N（2）杠杆在水平位置平衡时，有：OA(GM—FM)=OBF1①OA(GM—F浮)=OBF2②由①②可得，3121FFFGFGMMM浮③FM=F压=PMSM=1.1×104Pa×(0.2m)2=440NF浮=ρ水gVM=1×103kg/m3×10N/kg×(0.2m)3=80N将FM=440N、F浮=80N代入③式，解得：GM=620N336207.7510/10/(0.2)MMMGNρkgmgVNkgm（3）当M浸没于水中时，剪断细绳，合金块M沉于容器底，/42620801.3510(0.2)MMMGFNNpPaSm浮4＜答案＞提起重物质量分别为0.5t和2t，重物重分别为G＝mg＝0.5t×10N/kg＝5×103N，G/＝m/g＝2t×10N/kg＝20×103N由滑轮组机械效率η＝W有用/W总＝G物/（G物＋G动），代入数据：80%＝5×103N/（5×103N＋G动），解出G动=1.25×103Nη/＝G物//（G物/＋G动）＝20×103N/（20×103N＋1.25×103N）≈94%钢丝绳拉力F=（G物/＋G动）/3=（20×103N＋1.25×103N）/3≈7.1×103N匀速拉动时，电动机拉动钢丝绳的功率P＝Fv＝7.1×103N×3×0.2m/s=4.26×103W〔或P＝（G物/＋G动）v物＝（20×103N＋1.25×103N）×0.2m/s=4.25×103W〕把横梁MN看成杠杆，以M点为轴，重物在A点和B点时，根据杠杆平衡条件：（G物＋G行＋G动）·MA＝FA·MN（G物＋G行＋G动）·MB＝FB·MN两式相减得：（G物＋G行＋G动）·（MA－MB）＝（FA－FB）·MN当FA－FB＝6×103N＞0，代入数据：（20×103N＋1.25×103N＋2.75×103N）（2m－MB）＝6×103N×4m解出：MB＝1m当FA－FB＝－6×103N＜0，代入数据：（20×103N＋1.25×103N＋2.75×103N）（2m－MB）＝－6×103N×4m解出：MB/＝3m5＜答案＞（1）设起重机重为G，被打捞物体重力为G物；打捞物体前，G=p0S在水中匀速提升物体时：F拉=G物－F浮起重机对地面的压力：G+F拉=p1SF浮=ρ水gV排=0.5×104N物体出水后：G+G物=p2S，F拉=（p1-p0）S；G物=（p2-p0）S102034GFFppGGpp物浮拉物物可得物体重力为G物=2.0×104N。（2）设钢丝绳上的力在出水前后分别为F1、F2，柱塞对吊臂力的力臂为L1，钢丝绳对吊臂力的力臂为L2。根据杠杆平衡条件可知：N1L1=3F1L2；N2L1=3F2L2，21FF=21NN，F1=31（G物－F浮+G动）F2=31（G物+G动），21FF=动物动浮物GGGFG=1924将数据代入得：G动=0.4×104N物体浸没在水中上升时，滑轮组AB的机械效率：4400444210N-0.510N78.9210N-0.510N0.410NWGFhGFηWGFGGFGh浮浮有物物浮动总物浮动物（）（3）出水后钢丝绳上的力：F2=(G物+G动)/3=0.8×104N物体上升的速度v，钢丝绳的速度v＇=3v=30.45m/s=1.35m/sP=F2v＇=0.8×104N×1.35m/s=1.08×104W。6＜答案＞（1）以人为研究对象，进行受力分析如图（3）甲、乙所示：∵G人=F′1+N1∴N1=G人-F′1G人=F′2+N2N2=G人-F′2工人受到地面的支持力与工人对地面的压力大小相等；绳对人的拉力与人对绳的拉力大小相等。∴Ｎ′1/Ｎ′2＝Ｎ1/Ｎ2＝（Ｇ人-F′1）/（G人-F′2）＝15/2又∵η1=W有/W总=（G物-F浮）h/F1S=(G物-F浮)/2F1=60%F1=（G物+G动-F浮）/2F2=（G物+G动）/2将③、④式代入①、②式，并且将G人=m人g=70kg×10N/kg=700N，G物图（3）=m物g=100kg×10N/kg=1000N代入,解得：