專題20 滑輪組問題【有答案】

專題20滑輪組問題1.用滑輪組豎直提升物體有用功、額外功和總功以及機械效率的求法（1）有用功W有用=Gh（2）總功W總=Fs（3）額外功W額外=W總—W有用（4）s=nh其中h是重物G被提升的高度，s是動力F移動的距離，n是動滑輪上的繩子段數(shù)。（5）滑輪組機械效率的求解用滑輪組提升物體時，有用功和總功的比值.稱為滑輪組機械效率。滑輪組機械效率公式：η＝（W有用/W總）×100％η＝（W有用/W總）×100％=(G/nF)×100％2.用滑輪組水平拉動物體有用功、額外功和總功以及機械效率的求法（1）有用功W有用=fs2（2）總功W總=Fs1（3）額外功W額外=W總—W有用（4）s1=ns2其中s1是動力F移動的距離，s2是重物水平移動的距離，f是物體勻速運動受到的阻力，n是動滑輪上的繩子段數(shù)。（5）滑輪組機械效率的求解用滑輪組水平拉動物體時，有用功和總功的比值.稱為滑輪組機械效率?；喗M機械效率公式：η＝（W有用/W總）×100％η＝（W有用/W總）×100％=(fs2/Fs1)×100％【例題1】某建筑工地上，工人師傅用滑輪組和桶組成的裝置將水泥從地面勻速運至樓上，如圖所示，若水泥重為G0，桶重為G1，動滑輪重為G2，不計繩重和摩擦，此過程中該裝置的機械效率為η，則工人師傅作用在繩子自由端的拉力F為（）A．F= B．F=C．F=+G1 D．F=【答案】AD．【解析】（1）由圖知，n=3，不計繩重和摩擦，拉力F=（G0+G1+G2），故A正確、B錯；（2）由圖知，n=3，則拉力端移動的距離s=3h，由η====得：F=，故C錯、D正確．【例題2】如圖所示，物體A的質(zhì)量為50kg．當(dāng)力F為100N時，物體A恰能勻速前進．若物體A前進0.5m所用時間為10s，（不計繩和滑輪重）求：（1）物體A的重力．（2）物體A受到的摩擦力．（3）力F做的功．（4）力F做的功率？【答案】（1）490N（2）200N（3）100N（4）10W【解析】（1）A的重力：G＝mg＝50kg×9.8N/kg＝490N（2）A勻速前進：f＝2F＝200N（3）10s，物體A前進：s1＝0.5m拉力F向前移動距離：s2＝2×0.5m＝1m力F做功：W＝Fs2＝100N×1m＝100J（4）力F功率：P＝＝＝10W一、選擇題1．某同學(xué)用滑輪組提升物體，繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線a所示，物體上升的高度隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線b所示。已知物體的質(zhì)量為450g，所用動滑輪的質(zhì)量為50g，繩子自由端的拉力F為1.3N，g取10N/kg。在0～2s的過程中，下列說法中正確的是（）A．繩子自由端移動的速度為5.0cm/s B．拉力F的功率為0.26W C．有用功為0.45J D．滑輪組的機械效率為90%【答案】BC【解析】（1）根據(jù)v＝可求速度；（2）根據(jù)P＝Fv可求拉力F的功率；（3）有用功W有用＝Gh；（4）由圖線ab所示分析可得，s＝nh可知n的示數(shù)，滑輪組的機械效率為η＝＝＝＝可求。A、繩子自由端豎直移動的距離隨時間變化的關(guān)系如圖中圖線a所示，繩子自由端移動的速度為：v＝＝＝20cm/s，故A錯誤；B、拉力F的功率：P＝Fv＝1.3N×0.2m/s＝0.26W，故B正確；C、有用功：W有用＝Gh＝mgh＝0.45kg×10N/kg×0.1m＝0.45J，故C正確；D、由圖線ab所示分析可得，s＝nh可得n＝＝＝4，滑輪組的機械效率為：η＝＝＝＝＝＝×100%＝86.5%，故D錯誤。2.如圖所示，工人用250N的力將重400N的物體勻速提升2m，共用了10秒，若在此過程中（忽略繩重和摩擦），下列說法正確的是A．繩子自由端移動的距離是6mB．動滑輪的重是10NC．工人做功的功率是80WD．滑輪組的機械效率是80％【答案】D【解析】（1）動滑輪上的繩子段數(shù)n=2，所以繩子自由端移動的距離是s=nh=2×2m=4m；（2）需考慮G動，忽略繩重和摩擦F=(G+G動）/n250N=(400N+G動）/2解得：G動=100N（3）有用功：W有=Gh=400N×2m=800J拉力F所做的總功：W總=Fs=250N×4m=1000Jη＝（W有用/W總）×100％=G/nF=400N/（2×250N）=80%（4）P總=W總/t=1000J/10s=100W二、填空題3．利用如圖所示的滑輪組，在5s內(nèi)將重為360N的物體勻速向上提起2m，作用在繩端豎直向上的拉力F為150N，該滑輪組的機械效率是，拉力F的功率是W． 【答案】80%；180．【解析】由圖可知，n=3，則繩端移動的距離：s=nh=3×2m=6m，拉力做的功：W總=Fs=150N×6m=900J，有用功：W有=Gh=360N×2m=720J，滑輪組的機械效率：η=×100%=×100%=80%；拉力F的功率：P===180W．4.利用圖中的滑輪組提升重物A（物體A重1600N），滑輪組的機械效率為80%，當(dāng)物體勻速提升時，作用在繩端的拉力F為_____N，如果增大物重，此滑輪組的機械效率____．（選填“變大”、“變小”或“不變”）【答案】500N，變大【解析】已知：G＝1600N，機械效率η＝80%設(shè)提升時，物體上升h．根據(jù)圖，拉力上升高度為S＝4hη＝＝F＝＝＝500N分析物重對機械效率的影響η＝＝＝＝若h、W額不變，G增大，η提高．5.如圖中，物體A重50N，物體B重30N，物體A在物體B的作用下向右做勻速直線運動．如果在物體A上加一個水平向左的力F2拉動物體A，使物體B以0.1m/s的速度勻速上升，2s內(nèi)拉力F2所做的功是________J．（滑輪和繩子的重以及繩子與滑輪之間的摩擦均不計）【答案】12J【解析】拉力的功W＝Fs，要正確求出功，必須求出拉力和拉力移動的距離，這就和滑輪組的受力分析綜合起來了．已知：GA＝50N，GB＝30N，vB＝0.1m/s，t＝2s．求：WA向右運動，受向右拉力F1和向左的摩擦力f，A勻速運動：f＝Fl．與B相連的滑輪上方共有3根繩子承擔(dān)物重GB．∴F1＝GB＝×30＝10f＝F1＝10N當(dāng)A向左運動時，A受向左的拉力F2和向右的摩擦力f及向右的繩子拉力F1．F2＝f＋F1（F1=GB＝10N），f大小不變∴F2＝10N＋10N＝20N在2s內(nèi)，物體上升距離h＝vB×t＝0.1m/s×2s＝0.2m拉力移動距離s＝3h＝3×0.2m＝0.6m拉力做的功W＝F2s＝20N×0.6m＝12J6.一人利用如圖所示的滑輪組勻速提升重為450N的物體，若每個滑輪重50N，人重600N，則人對地面的壓力是________N．（不計摩擦力）【答案】人對地面壓力350N【解析】人對地面的壓力大小，取決于人受的力，而人受的力，又與滑輪組繩子上的拉力F有關(guān)．滑輪組上承擔(dān)物重的繩子根數(shù)為2．所以滑輪組繩子上的拉力：F＝（G＋G動）（G：物重，G動：動滑輪重）＝（450N＋50N）＝250N人受力為：重力G′，繩子的拉力F和地面的支持力N．F＋N＝G′支持力：N＝G′－F＝600N－250N＝350N根據(jù)相互作用力大小相等，人對地面的壓力：F′＝N＝350N三、綜合應(yīng)用題7.小華用如圖所示的滑輪組拉動貨箱，已知貨箱的質(zhì)量為60kg，在F=50N的拉力作用下，貨箱以0.1m/s的速度做勻速直線運動，地面對貨箱的滑動摩擦力f為貨箱重的0.2倍．求：（1）貨箱的重力是多少？（2）拉力F的功率是多少？（3）貨箱運動了1min，克服摩擦所做的功是多少？（4）此滑輪組的機械效率是多少？【答案】（1）600N（2）15W（3）720J（4）80％【解析】（1）根據(jù)G=mg可求貨箱的重力。（2）V繩=3V物=3×0.1m/s=0.3m/s

拉力F的功率由P=FV繩求出。（3）物體移動路程S物=V物t=6m

ｆ=0.2G=120N

由

W

=

fs

求克服摩擦所做的功。（4）根據(jù)W有=

fs，S繩=V繩t，W總=FS繩分別求有用功、總功所以由η=

W有/W總求出滑輪組的機械效率。8．利用如圖所示的滑輪組，在5s內(nèi)將重為300N的物體勻速向上提起0.2m，豎直向上的拉力F為125N．求：（1）滑輪組的機械效率；（2）拉力的功率．【答案】（1）滑輪組的機械效率為80%；（2）拉力的功率為15W．【解析】（1）有用功W有用=Gh=300N×0.2m=60J，W總=Fs=F×3h=125N×3×0.2m=75J，滑輪組的機械效率：η=×100%=×100%=80%；（2）拉力的功率：P===15W。9.如圖所示，用滑輪勻速提起1200N的重物，拉力做功的功率為1000W，繩子自由端的上升速度為2m/s，（不計繩重和摩擦）求：（1）作用在繩自由端的拉力多大？（2）滑輪組的機械效率為多大？（3）若用此滑輪組勻速提起2400N的重物，作用在繩子自由端的拉力為多少？【答案】見解析?！窘馕觥壳蠡喗M的機械效率關(guān)鍵是搞清有用功和總功．涉及功率時，也同樣要區(qū)別有用功率和總功率．已知G＝1200N，P總＝100W，vF＝2m/s在分析已知條件時，應(yīng)注意此時拉力的功率為總功率，速度為拉力F移動的速度（1）∵P總＝＝F·vF∴F＝＝＝500N（2）η＝＝＝＝＝＝80%（3）當(dāng)物體重力為G′＝2400N時，機械效率也要變化，但不計繩重和摩擦?xí)r，由前面給的已知條件，可先求出動滑輪重，由F＝（G動＋G）G動＝3F－G＝1500N－1200N＝300N當(dāng)G′＝2400N時F拉′＝（G動＋G′）＝（300N＋2400N）＝900N10.如圖所示，用甲、乙兩種滑輪組，分別勻速豎直向上提升同一重物，從相同位置開始提升至同一高度處，求：（1）若不計繩重，滑輪重及摩擦，兩次拉力F1和F2之比；（2）若不計繩重及摩擦，重物質(zhì)量為400g，動滑輪質(zhì)量為100g，勻速拉動過程中甲、乙兩裝置的機械效率。【答案】（1）若不計繩重、滑輪重及摩擦，兩次拉力F1和F2之比為3：2；（2）若不計繩重及摩擦，甲、乙兩裝置的機械效率都是80%。 【解析】（1）由圖知，甲圖中，n1=2；乙圖中，n2=3，若不計繩重、滑輪重及摩擦，則拉力F=G，兩次拉力F1和F2之比：F1：F2=G：G=：=3：2；（2）利用G=mg求重物重力、動滑輪重力，因為不計繩重及摩擦?xí)r，滑輪組的機械效率η===，所以甲、乙兩裝置的機械效率相同，利用η=計算。重物的重力：G=mg=0.4kg×10N/kg=4N， 動滑輪的重力：G輪=m輪g=0.1kg×10N/kg=1N，不計繩重及摩擦?xí)r，滑輪組的機械效率η===，由于兩裝置中物重和動滑輪重均相同，所以甲、乙兩裝置的機械效率：η1=η2==×100%=80%。11.如圖所示，司機師傅利用滑輪組把汽車從泥坑里拖出來（泥坑可近似看成水平面），在此過程中汽車勻速移動了1m，共用時5s，已知汽車所受阻力為1200N，司機師傅的拉力功率為300W，在考慮滑輪組摩擦阻力影響因素條件下，求：（1）司機師傅的拉力為多大？（2）滑輪組的機械效率是多少？【答案】（1）500N；（2）80%． 【解析】使用滑輪組沿水