第3章能量的轉化與守恒3.4-2簡單機械——滑輪目錄 1 1 4 4【基礎鞏固練】 5【發散思維練】 9【核心素養練】 9【中考提分練】 121.定滑輪周邊有小槽，能繞中心軸轉動的小輪叫做滑輪。滑輪分定滑輪、動滑輪兩種。用定滑輪、動滑輪又可以組裝成不同的滑輪組。定滑輪——使用時，軸固定不動。特點：不能省力，但能改變力的方向。實質：相當于一個等臂杠桿。(支點為滑輪的軸心，動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑)。【歸納提升】該滑輪工作時，滑輪的軸位置不隨重物一起移動，把這種滑輪叫定滑輪。定滑輪不省力(使用定滑輪提升重物G時，若不計繩重及摩擦，則繩子自由端所用的拉力F＝G)，不省距離(使用定滑輪提升重物時，若重物被提升h，則繩子自由端移動的距離s＝h)，能改變力的方向(不管沿哪個方向拉繩子，在不計繩重及摩擦時，拉力F＝G)。定滑輪在使用時，相當于一個等臂杠桿，動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑。2.動滑輪（1）定義：使用時軸隨物體一起運動的滑輪。（2）特點：能省一半的力，但費距離，不能改變力的方向。（3）實質：相當于動力臂為阻力臂兩倍的省力杠桿。(支點為滑輪與繩子相切的切點，動力臂等于滑輪的直徑，阻力臂為滑輪的半徑)。【歸納提升】該滑輪工作時，滑輪的軸隨重物一起移動，把這種滑輪叫動滑輪。動滑輪省力(使用動滑輪提升重物G時，若不計繩重及摩擦，則繩子自由端所用的拉力F＝1/2G)，費距離(使用動滑輪提升重物時，若重物被提升的高度為h，則繩子自由端移動的距離s＝2h)，不能改變力的方向。當豎直向上用力時，動滑輪的動力臂為輪的直徑，阻力臂為輪的半徑，因此，動滑輪實質是一個動力臂為阻力臂2倍的省力杠桿。3.滑輪組（1）構成：實際應用時，常常將動滑輪和定滑輪組合而成滑輪組。（2）特點：使用滑輪組，可以省力，有的可以改變力的方向，但費距離。（3）使用時，動滑輪和物體的總重由幾股繩子承擔，那么拉起物體所用的力就是總重的幾分之一。【知識探究】利用刻度尺進一步測量重物上升的高度及繩子自由端移動的距離，你能發現什么規律呢？繩子自由端移動的距離s＝nh(h表示物體上升的高度)，因此，使用滑輪組雖然省力但費距離。滑輪組承重繩子的股數的確定方法及組裝方法(1)承重繩子的股數的確定方法：①首先要分清哪些是定滑輪，哪些是動滑輪；②在動滑輪與定滑輪之間畫一條虛線，看跟動滑輪相連的繩子有幾股，那么承重繩子的股數n就是幾。在圖甲中我們用虛線把重物和動滑輪從滑輪組中隔離，以重物和動滑輪為研究對象，有四根繩子承擔動滑輪及重物，所以作用力F=。同理，分析圖乙可知，提起重物及動滑輪的力F=。(2)滑輪組的簡單組裝方法：①當承重繩子的股數n為奇數時，繩子的起始端應固定在動滑輪的框架鉤上，然后依次繞過滑輪。②當承重繩子的股數n為偶數時，繩子的起始端應固定在定滑輪的框架鉤上，然后依次繞過滑輪。【常考】知道定滑輪、動滑輪和滑輪組的特點和實質【例1】如圖所示，動滑輪重為1N，拉力F為5N，則重物G和彈簧測力計的讀數為(不計摩擦)（）A.G為4N，彈簧測力計讀數為5NB.G為9N，彈簧測力計讀數為10NC.G為10N，彈簧測力計讀數為5ND.G為9N，彈簧測力計讀數為5N【答案】D【解析】解：此時彈簧秤與拉力F共同承擔重物和滑輪的重力，因拉力F為5N，所以彈簧秤讀數也為5N；1N+G=10N，所以G=9N，故選項D正確，故選D．【例2】(2020?杭州下城月考)使用下列機械(不計機械自重及摩擦)提升重物時，既省力又能改變力的方向的是（）【答案】D【解析】圖A中使用的是杠桿，可以改變力的方向，由圖可知動力臂小于阻力臂，是費力杠桿；故A錯誤；圖B中所示是定滑輪，只能改變力的方向，不能省力，故B錯誤；圖C中是動滑輪，能省力，但不能改變力的方向，故C錯誤；圖D中是滑輪組，與動滑輪相連的有2段繩子，動力的方向向下，可以省力，也可以改變力的方向，故D正確。【基礎鞏固練】1.（2020?濱州模擬）定滑輪重2N，動滑輪重1N。物體A在拉力F=4Ｎ的作用下，1s內沿豎直方向勻速升高了0.2m。不計繩重和軸摩擦，則以下計算結果正確的是（）A.繩子自由端移動速度為0.1m/sB.滑輪組的機械效率為87.5%C.天花板對滑輪組的拉力為10ＮD.滑輪組對物體A做功的功率為1.6W答圖【答案】B【解析】A、繩子自由端移動的距離s=2h=2×0.2m=0.4m，繩子自由端移動速度v=s/t=0.4m/1s=0.4m/s，故A錯誤。B、由圖知，承擔物重的繩子股數n=2，拉力F=（G物+G動），G物=2F-G動=2×4N-1N=7N，有用功W有=G物h=7N×0.2m=1.4J，額外功W額=G動h=1N×0.2m=0.2J，W總=W有+W額=1.4J+0.2J=1.6J，滑輪組的機械效率，故B正確。C、滑輪組整體受力如圖所示，由平衡條件得：天花板對滑輪組的拉力為F拉=G定+3F=2N+3×4N=14N，故C錯誤。D、滑輪組對物體A做功的功率P=W有/t=1.4J/1s=1.4W，故D錯誤。2.學校升國旗的旗桿頂上有一個滑輪，升旗時往下拉動繩子國旗就會上升。對這個滑輪的說法正確的是（）A.這是一個動滑輪，可省力B.這是一個定滑輪，可省力C.這是一個動滑輪，可改變力的方向D.這是一個定滑輪，可改變力的方向【答案】D【解析】國旗上升的滑輪屬于定滑輪，可以改變力的方向。3.同一物體沿相同水平地面勻速移動，如下圖所示，拉力分別為F甲、F乙、F丙，不計滑輪與輕繩間的摩擦，比較它們的大小，則（）A.F甲<F乙<F丙B.F甲>F乙>F丙C.F甲>F乙=F丙D.F甲=F乙>F丙【答案】B【解析】由于是同一物體，三種情況物體移動時受到的摩擦力f相同，圖中，三個滑輪分別是定滑輪、動滑輪和滑輪組，由圖可知，F甲等于f，F乙等于f的一半，F丙等于f的三分之一，故F甲>F乙>F丙。4.如圖所示，某同學用重為10N的動滑輪勻速提升重為50N的物體。不計摩擦，則該同學所用拉力F的可能值是（）A.20NB.25NC.30ND.35N【答案】D【解析】由題圖可知：拉力F的方向不是豎直向上的，則力F的力臂將不再是動滑輪的直徑，而是小于直徑，如圖所示，根據杠桿的平衡條件，所以，因為l<2r，所以，即F>30N.5.如圖所示裝置，在水平拉力Ｆ的作用下，物體M沿水平地面勻速直線運動，已知彈簧測力計讀數為10N，物體M的運動速度為1m/s(不計滑輪與繩子質量、繩子與滑輪間的摩擦、滑輪與軸間摩擦)。那么在此過程中（）A.物體M與地面間的摩擦力為5ＮB.物體Ｍ與地面間的摩擦力為10ＮC.水平拉力F做功的功率為20WD.1s內滑輪對物體Ｍ做功為10J【答案】C【解析】因為物體做勻速運動，所以摩擦力f=2F=2×10N=20N，故A、B錯誤；v繩=2v=2m/s，水平拉力Ｆ做功的功率：P=Fv=10×2m/s=20W，故C正確；s=vt=1s×1m/s=1m，1s內滑輪對物體M做功為W=Fs=20N×1m=20J，故D錯誤。6.(2020紹興)如圖，甲、乙實驗可以得出“定滑輪不能省力”這一結論。小敏想通過一次實驗既得出結論，又能直接顯示出鉤碼的重力大小，于是在左側加上一個相同的彈簧測力計(彈簧測力計重力不能忽略、繩和滑輪之間摩擦不計)。下列四套裝置中能實現的是（）【答案】D【解析】彈簧測力計的讀數表示掛鉤處收到的拉力大小，在A、C兩圖中，鉤碼掛在拉環上(即左邊測力計倒置使用)，因為彈簧測力計本身有重力，所以此時測力計顯示的示數等于測力計自身的重力與鉤碼重力之和，則不能直接顯示出鉤碼的重力大小，故A、C錯誤；在B、D兩圖中，鉤碼掛在掛鉤上(即左邊測力計正常使用)，所以能直接顯示出鉤碼的重力大小；①圖B中，右邊的測力計倒置使用，此時右邊測力計的示數等于左邊測力計的重力與鉤碼重力之和，而左邊測力計的示數等于鉤碼的重力，所以兩邊測力計的示數不相等，不能得出正確結論，B錯誤；②設兩測力計的重力均為G，由于定滑輪上的左邊都是鉤碼和一個測力計在拉繩子，則繩子的拉力為F=G1+G；圖Ｄ中，左邊測力計的示數為F左=G1；手拉右邊測力計的掛鉤，由力的平衡條件可得，右邊測力計的示數(即測力計受到向下的拉力)：F右=F-G=G1+G-G=G1；所以，F左=F右=G1，能得出正確結論，故D裝置中能實現所有的要求；故選D。7.如圖所示，重為100Ｎ的物體A在水平拉力Ｆ的作用下，沿水平面以0.4m/s的速度做勻速直線運動，彈簧測力計的示數為5N。不計滑輪、繩子、彈簧測力計的重力，忽略繩子與滑輪間的摩擦，則（）A.物體A受到水平的摩擦力為5ＮB.拉力Ｆ的功率為4WC.若物體A勻速運動2s，拉力F做功為4JD.物體A受到的支持力和物體A對水平面的壓力是一對平衡力【答案】B【解析】物體以0.4m/s的速度運動，那么拉力的作用點將以0.8m/s的速度運動，根據P=Fv，得到B選項正確。8.如圖所示的滑輪屬于___________，它是一個變形的___________杠桿，使用它的好處是可以___________。若要勻速提起重為50Ｎ的物體G，不計滑輪和繩子之間的摩擦，則拉力F等于___________。【答案】定滑輪等臂改變力的方向50N【解析】如圖所示的滑輪屬于定滑輪，它是一個變形的等臂杠桿，使用它的好處是可以改變力的方向，不計滑輪和繩子之間的摩擦，F=G=50N。8.如圖所示，工人用240Ｎ的拉力，在15s的時間內，將重600Ｎ的建筑材料從地面提升到6m高的樓頂上，繩子自由端移動了___________m，拉力做的功是___________J，拉力的功率是___________W。【答案】184320288【解析】由圖可知，物體由3股繩子承擔重力，故物體上升6m，繩子自由端要上升18m，拉力Ｆ做功：W=Fs=240N×18m=4320J，拉力功率：P=W/t=4320J/15s=288W.9.(2020?溫州龍灣期末)如圖所示，用同一滑輪勻速提升同一重物(不計繩重和摩擦)。圖中F1、F2、F3、F4之間的關系正確的是（）A.F3=F4B.F1=F2C.F1=F3D.F3=F4【答案】A【解析】甲是動滑輪，使用時可以省力，動滑輪相當于一個省力杠桿，左端為支點F1的力臂大于F2的力臂，故F1<F2<G，且F1=G；乙是定滑輪，使用時不省力也不費力，定滑輪相當于等臂杠桿，故F1=F4=G；故Ａ正確，B錯誤；F1=G=×F3，故C錯誤；F2>F=G=F4，故D錯誤。故選A。10.建筑工人利用如圖所示裝置，將質量為100kg的沙袋從地面勻速提到3m高的一樓樓上，用時30s。已知動滑輪的質量為8kg，不計繩子重力和摩擦。(g取10N/kg)求：(1)拉力的大小。(2)這段時間內人拉繩子做功的功率。【答案】(1)F=G總=(m沙+m輪)g=×(100kg+8kg)×10N/kg=540N。(2)W=Fs=540N×6m=3240J，P=W/t=3240J/30s=108W.【解析】（1）根據公式F=（G+G輪）求出拉力；（2）根據功和功率的計算公式解答。【發散思維練】11.(2020?寧波鎮海月考)把質量相等的A、B兩物體掛在如圖滑輪組下面，不計繩子、滑輪的重力和摩擦，放手后（）A.A上升B.A下降C.A、B均靜止D.無法判斷【答案】B【解析】B所在的滑輪為動滑輪，動滑輪省一半的力，A所在的滑輪為定滑輪，定滑輪不省力；A與B質量相等，重力相等，將B拉起只需A重力的一半即可，所以A下降，B上升，選項Ｂ正確。12.如圖所示，F1=4N，F2=3N，此時物體A對于地面靜止，物體B以0.1m/s的速度在物體A表面向左做勻速直線運動(不計彈簧測力計、滑輪和繩子的自重及滑輪和繩子之間的摩擦)。下列說法錯誤的是（）A.F2的功率為0.6WB.彈簧測力計讀數為9NC.物體A和地面之間有摩擦力D.如果增大F2，物體A可能向左運動【答案】D【解析】由圖知，水平使用滑輪組，n=2，拉力端移動速度v=2v物=2×0.1m/s=0.2m/s，拉力做功功率P2=F2v=3N×0.2m/s=0.6W，故Ａ正確；不計彈簧測力計、滑輪和繩子的自重及滑輪和繩子之間的摩擦，彈簧測力計的示數F=3F2=3×3N=9N，故B正確；物體A受到向右的拉力，相對于地面有向右的運動趨勢，物體A與地面之間有摩擦力，故Ｃ正確；如果增大F2，B對A的壓力和接觸面的粗糙程度不變，B與A之間的摩擦力不變，A受力不變，還是處于靜止狀態，故D錯誤。13.(2020?金華月考)在圖中所示的簡單機械中，忽略機械自重和摩擦，當提起相同重物時，最省力的是（）【答案】A【解析】圖A中，動力臂是阻力臂的3倍，所以動力F=G；圖B是定滑輪，由定滑輪及其工作特點可知，不省力，即Ｆ=G；圖Ｃ是動滑輪，由動滑輪及其工作特點可知，省一半的力，即F=G；圖Ｄ是滑輪組，繞在動滑輪上的繩子由2股，則F=G；由以上可知：忽略杠桿和滑輪的自重及它們與軸之間的摩擦，當提起相同重物時，最省力的是A.14.用滑輪組將重為G=1200N的金屬塊打撈出水面，不計繩重、摩擦和水對金屬塊的阻力，作用在繩自由端拉力Ｆ的功率始終保持1500W，金屬塊浸沒在水中時勻速提起的速度為v=1m/s，金屬塊的密度為ρ=6×103kg/m3，g取10N/kg。則下列說法正確的是（）A.金屬塊露出水面之前，繩子自由端移動的速度為v'=4m/sB.金屬塊露出水面之前滑輪組的機械效率η=85.2%C.滑輪組中動滑輪的重力為G動=500ND.金屬塊全部出水面后作用在繩子自由端的拉力F'比F大100N【答案】C【解析】（1）從圖可知，有三段繩子吊著金屬塊，v1=1m/s，則繩子自由端移動的速度為：v=nv1=3×1m/s=3m/s，故A選項錯誤；（2）∵P=1500W，∴繩子自由端的拉力為：F=P/v=1500W/3m/s=500N，又∵金屬塊排開水的體積等于金屬塊的體積，金屬塊的重力為G=1200N則F浮=ρ液gV排=ρ液gV金=ρ水g，而金屬塊對繩子的拉力等于金屬塊的重力減去金屬塊所受的浮力，∴≈66.7%．故選項B錯誤；（3）∵不計繩重和摩擦∴F=（G-F浮+G動），則G動=nF-（G-F浮）=3×500N-1200N×（1-）=500N，故選項C正確；（4）當金屬塊被拉出水面后，作用于繩子自由端的拉力F′=（G+G動）=（1200N+500N）≈566.7N，F′-F=566.7N-500N=66.7N，故選項D錯誤。15.(2020?寧波鎮海模擬)滑輪是工農業生產中常用的一種簡單機械。甲同學用定滑輪進行了如圖所示的三個實驗。(1)甲同學研究的問題是____________________________________________。(2)研究該問題時，彈簧測力計的操作方法可以是___________(填序號)。①拉著重物保持靜止②勻速向下拉動重物③隨意拉動重物【答案】(1)使用定滑輪提升同一重物時，拉力大小與拉力的方向是否有關(2)①②【解析】（1）由圖一、二、三可知，當使用定滑輪提升同一重物時，改變拉力的方向，觀察拉力的大小是否改變，研究拉力的大小與拉力的方向是否有關。（2）研究該問題時，應該讓物體保持靜止狀態或勻速運動狀態，故彈簧測力計的操作方法可以是拉著重物保持靜止或勻速向下拉動重物。【核心素養練】16.(科學思維)如圖所示，利用滑輪組在2s內將重400N的物體勻速提升了1m，所用拉力F為150N。不計繩重和摩擦，下列說法正確的是（）A.繩子自由端移動的速度為2m/sB.動滑輪的總重為100ＮC.滑輪組的機械效率為83.3%D.提升更重的物體，滑輪組的機械效率會變小【答案】A【解析】由圖知，n=4，繩子自由端移動的距離：s=4h=4×1m=4m，繩子自由端移動的速度v=s/t=4m/2s=2m/s，故Ａ正確；不計繩重及摩擦，拉力F=(G+G動)，可得動滑輪所受的重力：G動=4F-G=4×150N-400N=200N，故B錯誤；拉力做的功W總=Fs=150N×4m=600J，有用功W有用=Gh=400N×1m=400J，滑輪組的機械效率η=W有用/W總×100%=400J/600J×100%≈66.7%，故C錯誤；若用該滑輪組提升所受重力更重的物體，額外功不變，有用功增加，有用功在總功中所占的比例增加，機械效率會變大，故Ｄ錯誤。故選A。17.(科學探究)圖甲是探究“動滑輪工作時特點”的實驗裝置。(1)實驗時，應豎直拉動使鉤碼___________上升。(2)小軍記錄數據如下表，分析數據可得：使用動滑輪可以___________。(3)小軍繼續實驗，并作出“拉力F與鉤碼重的比值隨鉤碼重的變化”圖像，如圖乙所示。分析圖像可知：鉤碼越重，拉力F與鉤碼重的比值就越接近___________(填數值)。由此他推理得出：在不計動滑輪重及摩擦時，使用動滑輪可以省___________的力。【答案】(1)勻速(2)省力(3)0.5一半【解析】(1)由二力平衡可知，當勻速拉動時，彈簧測力計對繩子的拉力大小等于彈簧測力計示數大小。(2)由表格中的數據可知，拉力大小小于鉤碼的重力大小，故使用動滑輪可以省力。(3)當鉤碼重力為2N時，拉力F與鉤碼的比值=0.55；當鉤碼的重力為4N時，拉力F與鉤碼的比值為≈0.525；當鉤碼的重力為6Ｎ時，拉力F與鉤碼的比值為=0.52，故鉤碼越重，拉力F與鉤碼重的比值就越接近0.5；推理得出：在不計動滑輪重及摩擦時，使用動滑輪可以省一半的力。【中考提分練】18.(2018?衢州)如圖所示是汽車起重機，其中A、B組成滑輪組(結構如示意圖)，C桿伸縮可改變吊臂的長短，D桿伸縮可改變吊臂與水平面的角度，O為吊臂的轉動軸。裝在E里的電動機牽引鋼絲繩，利用滑輪組提升重物，H為在車身外側增加的支柱，F為吊臂頂端受到豎直向下的力。下列有關汽車起重機的敘述中錯誤的是（）A.滑輪組中A滑輪用于改變力的方向B.當C桿伸長時吊臂對D