2020八年級物理下冊 第十二章 簡單機械 12.2 滑輪精講精練（含解析）（新版）新人教版

專題12.2 滑輪 課前預習 1.定滑輪和動滑輪 物理量滑 輪定 義實 質(zhì)特 點_動滑輪_滑輪可以和重物一起動動力臂是阻力臂二倍的杠桿不能改變力的方向但能省力_定滑輪_滑輪固定不動等臂杠桿不能省力但能改變力的方向2.滑輪組（1）定義：由若干個定滑輪和動滑輪匹配而成的叫_滑輪組_。（2）特點：既能省力又能改變力的方向，但是要費_距離_。（3）省力特點:使用滑輪組時，有幾段（股）繩子吊著物體，提起重物所用的力就是物重的幾分之一，數(shù)學表達式，即_ F=G _，其中F為提起重物所用的力，G為物重，n為承受物重的繩子段（股）數(shù)，即繞在動滑輪上的繩子段（股）數(shù)。知識點解讀與例題突破知識點1：定滑輪（1） 實質(zhì)：是一個等臂杠桿。支點是轉(zhuǎn)動軸，動力臂和阻力臂都等于滑輪的半徑。（2）特點：不能省力，但可以 改變力的方向?！纠}1】如圖所示是利用定滑輪勻速提升物體的三種方法，所用拉力分別是F1，F(xiàn)2和F3，下列式子中正確的是（）AF1F2F3     BF1F2F3     CF1=F2=F3    DF2F1F3【答案】C【解析】使用定滑輪不能省力，但可以任意改變力的方向。圖1中F1，F(xiàn)2和F3盡管力的方向不同，但力的大小都等于物體重力G。知識點2：動滑輪（1） 實質(zhì)：是一個動力臂是阻力臂2倍的省力杠桿。支點是上端固定的那段繩子與動滑輪相切的點，動力臂是滑輪的直徑，阻力臂是滑輪的半徑。（2）特點：能省一半的力，但不能改變動力的方向，且多費一倍的距離?！纠}2】（2019海南省）如圖，小謙想把被臺風刮倒的樹拉正。他把繩子的一端系在乙樹上，然后繞過甲樹用力拉繩子，這樣做有_段繩子拉甲樹。如果不計繩重和摩擦，甲樹受300N拉力，則小謙對繩子的拉力至少為_N?！敬鸢浮? 150【解析】小謙的做法相當于借助一個動滑輪來拉甲樹，因此，這樣做有2段繩子拉甲樹；根據(jù)動滑輪省一半力的特點，小謙對繩子的拉力至少為150N。知識點3：滑輪組（1）連接：兩種方式，繩子可以先從定滑輪繞起，也可以先從動滑輪繞起。（2）作用：既可以改變力的大小又可以改變力的方向，但是費距離。（3）省力情況：F=（G+G動）/n；繩子自由端移動的距離s=nh，其中n是繩子的段數(shù)，h是物體移動的高度?！纠}3】一個工人站在地面上，使用如圖所示的滑輪組將重物從地面提升到樓頂，要求繩子的自由端要向下拉，請你用筆畫線代替繩子，畫出滑輪組最省力的繞繩方法?！敬鸢浮咳鐖D所示。【解析】要使滑輪組最省力，需要承擔物重的繩子段數(shù)最多，所以要從動滑輪繞起，依次繞過上面的定滑輪、下面的動滑輪。知識點4：輪軸和斜面（1）輪軸：實質(zhì)是可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)的杠桿，是一種省力杠桿。輪和軸的中心是支點，作用在軸上的力是阻力F2，作用在輪上的力是動力F1，軸半徑r，輪半徑R，則有F1R=F2r，因為R>r，所以F1<F2。（2）斜面：是一種省力機械。斜面的坡度越大，省力越多。【例題4】（2019山東省東營）如圖所示，下列簡單機械中，忽略杠桿、滑輪的自重、繩重及摩擦，當提起同一重物時，最省力的是（）ABCD【答案】A【解析】A由圖可知，動力臂是阻力臂的4倍，所以拉力F1G；B由圖可知，動滑輪省一半的力，所以拉力F2G；C設(shè)斜面的高度為h，斜面長度為s，則sin30°，由功的原理可得，F(xiàn)3sGh，所以F3GG；D由圖可知，滑輪組繩子的有效股數(shù)為3，所以拉力F4G，綜上可知，當提起同一重物時，最省力的是A。習題精練一、選擇題1如圖所示，不考慮滑輪與輕繩之間的摩擦，米袋總重為800N，而繩上吊著的靜止的“紳士”重500N，則米袋對地面的壓力為（  ）A500N       B250N       C300N        D800N【答案】C【解析】從圖判斷，圖中的滑輪是定滑輪，“紳士”通過定滑輪對米袋向上的拉力等于他的重力，則米袋對地面的壓力為800N-500N=300N。2小漢同學在“研究動滑輪特點”的實驗時，進行了正確操作，并記錄數(shù)據(jù)如下表，分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，實驗結(jié)果與課本中“使用動滑輪能省一半力”的結(jié)論不符。面對這一事實，下列做法中最不可取的是（  ）實驗次數(shù)物重G/N拉力F/N110065215090320115A與同學分析可能原因B實驗失敗，停止實驗C改進實驗條件，重新實驗D查閱資料，了解結(jié)論的適用條件【答案】B【解析】對于“使用動滑輪能省一半力”，我們是通過實驗探究得出來的?？墒切h同學在進行這個實驗時，實驗結(jié)果卻與課本中的結(jié)論不符。問題在哪里呢？題目排除了操作錯誤，記錄的數(shù)據(jù)也正確。實際上，物理中的許多結(jié)論都是在忽略某些次要因素的基礎(chǔ)上得出的。“使用動滑輪能省一半力”是在不考慮動滑輪和繩子的重力，并不考慮摩擦的情況下獲得的結(jié)論。而在進行實驗時，這些因素都是存在的。如果把這些因素都考慮進去，勢必得不出規(guī)律性的東西，得不到正確的結(jié)論。怎么辦呢？此時就要設(shè)法減小以上次要因素的影響，如選用更輕的動滑輪和繩子，進一步減小摩擦，還有盡可能使物體重力更大一些等。3（2019湖南郴州）利用如圖所示的滑輪組勻速提升200N的重物，動滑輪重為10N（不計繩重與摩擦），則拉力F的大小為（）A70NB100NC105ND110N【答案】C【解析】由圖知，n2，不計繩重和摩擦，則繩子自由端的拉力：F（G+G動）（200N+10N）105N，故C正確。二、填空題4如圖所示，小森用同樣的力把甲、乙兩物體勻速提升，如不計摩擦和滑輪重，則重力G甲_G乙(“<”“”、“>”)?！敬鸢浮?lt;【解析】從圖8看出，甲為定滑輪，所以F = G甲，乙是動滑輪，F(xiàn) = G乙/2，即G乙= 2F。因此G甲<G乙5.用如圖裝置，在20s內(nèi)將80N的水桶提升3m，拉力為50N，則拉力的功率為 W若不計繩重和摩擦則動滑輪的重力為 N?！敬鸢浮?5；20。【解析】本題考查了學生對有用功、總功、功率公式、動滑輪s=nh的理解和運用，已知條件已給出，難度不大。（1）先根據(jù)s=2h求出繩子自由端移動的距離，然后根據(jù)W總=Fs拉力做的總功，最后根據(jù)P=求出拉力的功率；（2）不計繩重及摩擦，根據(jù)F=（G+G動）求出動滑輪的重力。繩子自由端移動的距離s=2h=2×3m=6m，拉力做的總功：W總=Fs=50N×6m=300J，則拉力的功率：P=15W。不計繩重及摩擦，由F=（G+G動）可得動滑輪的重力：G動=2FG=2×50N80N=20N。6. 某工人用如圖所示的裝置，將重150N的木塊在10s內(nèi)豎直向上勻速提升4m，此裝置是滑輪（選填“定”或“動”），該工人拉力的功率為W（滑輪和繩的重力、摩擦均不計）【答案】動；60【解析】使用中固定不動的滑輪是定滑輪，使用時隨物體一起運動的滑輪是動滑輪；滑輪和繩的重力、摩擦均不計，克服木塊重力做的功即為工人拉力做的總功，根據(jù)W=Gh求出其大小，根據(jù)P=求出該工人拉力的功率（1）圖中的滑輪隨物體一起運動，此裝置是動滑輪；（2）滑輪和繩的重力、摩擦均不計，工人拉力做的功：W=Gh=150N×4m=600J，該工人拉力的功率：P=60W7.如圖，工人利用滑輪組將200N的重物勻速向上提升到2m高的平臺上，則他所用的拉力為N，繩子自由端向下移動的距離為m（不計繩重、動滑輪重及摩擦）【答案】100；4【解析】由圖知，承擔物重的繩子股數(shù)n=2不計繩重、動滑輪重及摩擦，拉力F=G；拉力端移動的距離s=2h由圖知，使用滑輪組，承擔物重的繩子股數(shù)n=2（1）不計繩重、動滑輪重及摩擦，拉力F=G=×200N=100N；（2）繩子自由端向下移動的距離：s=2h=2×2m=4m三、作圖題8.如圖所示，通過滑輪組向下用力提升重物，請用筆畫線組裝滑輪組 【答案】如圖所示?！窘馕觥炕喗M的繞繩問題：(1)先確定承擔物重的繩子股數(shù)，如果是奇數(shù)股，繩子就從動滑輪繞起；如果是偶數(shù)股，繩子就從定滑輪繞起?；喗M繞繩法則是：“奇拴動，偶拴定”。(2)考慮拉力方向，方向向下，繩子一定要拴在定滑輪下面掛鉤上；考慮拉力方向上，繩子一定要拴在動滑輪上面掛鉤上.四、實驗題9.如圖是小海同學“研究定滑輪和動滑輪特點”的實驗裝置。他按圖示提起鉤碼時注意保持測力計勻速移動，分別測得一組數(shù)據(jù)如下表所示解決下列問題：(1) 比較測力計示數(shù)的大小，可知：使用動滑輪的好處是_ ；(2) 比較測力計拉力的方向，可知：使用定滑輪的好處是_ ；(3)把鉤碼升高相同的高度，比較乙和丙實驗測力計移動的距離，可知：使用動滑輪_；(4)在提升重物的過程中，如果要同時兼顧定滑輪和動滑輪的特點，則應選擇_；(5)進一步分析實驗數(shù)據(jù)，你還發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律?(寫出一個即可)【答案】(1)能省力(2)可以改變力的方向(3)費距離(移動更多距離)(4)由定滑輪和動滑輪組成的滑輪組(5)例如：計算動滑輪和定滑輪提起重物所做的功，發(fā)現(xiàn)使用動滑輪和定滑輪都不能省功；計算動滑輪(定滑輪)的機械效率，使用動滑輪(定滑輪)的機械效率小于l?！窘馕觥扛鶕?jù)定滑輪和動滑輪特點和表格數(shù)據(jù)分析來研究解決問題。五、綜合應用題10利用如圖所示的滑輪組豎直向上提升浸沒在水中的金屬物已知正方體實心金屬物的體積V=1×102m3，重力G=790N，水=1×103kg/m3，動滑輪重G0=60N，繩子重力和摩擦不計請問：（1）金屬物浸沒在水中時，受到的浮力是多大？（2）在金屬物浸沒時，勻速提升需要的拉力F是多少N？（3）要求在1min內(nèi)將始終浸沒在水中的金屬物勻速提升2m，求繩子自由端豎直向上拉力F的功率【答案】（1）金屬物浸沒在水中時，受到的浮力是100N；（2）在金屬物浸沒時，勻速提升需要的拉力F是250N；（3）要求在1min內(nèi)將始終浸沒在水中的金屬物勻速提升2m，則繩子自由端豎直向上拉力的功率為25W【解析】金屬物完全浸沒時排開液體的體積和本身的體積相等，根據(jù)阿基米德原理求出金屬物浸沒在水中時受到的浮力；根據(jù)力的合成求出金屬物受到的重力和浮力的合力即為金屬物對動滑輪的拉力，由圖可知滑輪組繩子的有效股數(shù)，利用F=（G物+G動）求出繩子自由端拉力大小；根據(jù)s=nh求出繩子自由端1min內(nèi)移動的距離，根據(jù)P=求出繩子自由端豎直向上拉力的功率（1）因為金屬物浸沒在水中，所以V排=V=1×102m3，根據(jù)阿基米德原理可得，金屬物受到的浮力：F浮=G排=水Vg=1×103kg/m3×1×102m3×10N/kg=100N；（2）因為物體A受到的重力方向是豎直向下，受到的浮力方向是豎直向上，所以根據(jù)力的合成可得，金屬物受到繩子的拉力：因為F=790N100N=690N，繩子對動滑輪的拉力：F=F合=690N由圖可知，滑輪組繩子的有效股數(shù)n=3，繩子自由端需要的拉力：F=（F+G動）=250N；（3）繩子自由端1min內(nèi)移動的距離：s=nh=3×2m=6m，繩子自由端豎直向上拉力的功率：P=25W11定滑輪在使用時相當于一個杠桿。如圖所示，某人用繩子沿著傾斜的方向通過定滑輪拉住鉤碼，已知人手的拉力為F，鉤碼重力為G。（1）請在圖中標出這只“杠桿”的支點O，畫出拉力F、鉤碼重力G及它們的力臂（保留作圖痕跡）；（2）若不計摩擦、滑輪重和繩重，請用杠桿平衡條件推證：F=G?！敬鸢浮浚?）如圖所示。（2）由幾何知識知：l1 =l2 =R（R為滑輪半徑）根據(jù)杠桿平衡條件：F1·l1=F2·l2，即F·l1=G·l2，所以F =G【解析】（1）支點是杠桿繞著轉(zhuǎn)動的點，所以定滑輪的支點在定滑輪的轉(zhuǎn)軸上。鉤碼重力G作用在鉤碼的重心上，拉力F作用在繩端，方向沿著繩子斜向下。從支點分別向兩個力的作用線作垂線，垂線長就是力臂。（2）根據(jù)幾何中圓的半徑相等和杠桿平衡條件即可推證F=G。10