人教版初中物理讲义第十二章第2节《滑轮》学生版+教师版.docx
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人教版初中物理讲义第十二章第2节《滑轮》学生版+教师版
人教版初中物理讲义第十二章《简单机械》(学生版)第2节滑轮
一、要点梳理
一、定滑轮
1.定义:
轴线固定,只有轮绕轴线转动,其轴不随物体一起移动。
2.实质:
是一个__________杠杆的变形。
3.特点:
不省力也不费距离,但可以改变力的方向。
4.拉力端绳子伸长长度与物体上升高度关系:
____________。
5.使用定滑轮时,不论向哪个方向拉弹簧秤的示数都___________。
二、动滑轮
1.定义:
轮绕轴线转动,轴线也同时随物体一起移动。
2.实质:
是动力臂为阻力臂两倍的杠杆的变形。
3.特点:
能省一半力,但__________力的方向且_________距离。
4.省力情况:
F=G物/2(不考虑动滑轮重和摩擦)
F=(G物+G动)/2(不考虑摩擦)
5.拉力端绳子伸长长度与物体上升高度关系:
s绳=2h。
6.使用动滑轮时,如果跨过滑轮的两段绳子不平行,它们间的夹角越大,弹簧秤的示数___________。
三、滑轮组
1.定义:
由动滑轮和定滑轮组成的装置。
2.特点:
___________________________。
3.省力情况:
(竖直提物,n为跨在动滑轮上的绳子股数)
(1)不考虑动滑轮重和摩擦:
F=G物/n
(2)不考虑摩擦,但计动滑轮重F=(G物+G动滑轮)/n
(3)拉力绳子自由端伸长的距离s与物体上升的距离h的关系:
s=nh
(4)物体移动的速度v物与绳子自由端绳子伸长的速度v绳的关系:
v绳=nv物
二、重点解读
1.定滑轮
(1)定义:
中间的轴固定不动的滑轮。
(2)实质:
等臂杠杆
(3)特点:
不能省力但是能改变动力的方向。
(4)对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦):
F=G,绳子自由端移动距离sF(或速度vF)=重物移动的距离sG(或速度vG)。
2.动滑轮
(1)定义:
和重物一起移动的滑轮。
(可上下移动,也可左右移动)
(2)实质:
动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
(3)特点:
省一半的力,但不能改变动力的方向。
(4)理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力):
F=
,只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=
,绳子自由端移动距离sF(或vF)=2倍的重物移动的距离sG(或vG)。
【例题1】工人们为了搬运一个笨重的机器进入厂房,他们设计了选项所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的横截面)。
其中最省力的方案是
A.
B.
C.
D.
3.滑轮组
(1)定义:
定滑轮和动滑轮组合在一起使用。
(2)特点:
使用滑轮组既可以省力又可以改变力的方向,但要多移动距离。
(3)滑轮组的计算:
有几股绳子吊在动滑轮上,拉力就是物体重(包括动滑轮重)的几分之一(不计绳重和摩擦)。
(4)公式:
F=
(G=G物+G动),绳子自由端移动距离:
s=nh。
注意:
组装滑轮组时,吊在动滑轮上绳子股数为n,若n为奇数时,则绳子的固定端挂在动滑轮上,若n为偶数时,绳子的固定端挂在定滑轮上。
【例题2】某人用如图所示的滑轮组提升重为800N的重物,在拉力F作用下,30s时间内,物体向上移动了12m,若滑轮组的机械效率为80%,绳重、摩擦阻力不计,则()
A.拉力做的功为12000J
B.拉力的功率为50W
C.绳子自由端被拉下距离为36m
D.动滑轮重力大小为100N
三、同步练习
一、基础题
一、选择题(每题3分,共24分)
1.在研究定滑轮特点时,做的实验如图所示,弹簧测力计示数分别为F1、F2、F3,则三个力的大小关系是()
A.F1最大
B.F2最大
C.F3最大
D.三者一样大
2.如图所示,物体M放在水平桌面上.现通过一动滑轮(质量和摩擦均不计)在绳子自由端施加一拉力F,拉着M向左做匀速直线运动,此时弹簧测力计(质量可忽略)示数为10N。
若在M上加放一物块m,要保持M向左继续做匀速直线运动,需在绕过动滑轮绳子的自由端施加一拉力F′,则()
A.M运动时受到向左的摩擦力
B.加放m前,M受到20N的摩擦力
C.加放m前,M受到10N的摩擦力
D.加放m后,力F′保持10N不变
3.下图所示的滑轮或滑轮组,匀速提高同一物体,最省力的是(滑轮重和摩擦不计)()
A.
B.
C.
D.
4.工人师傅用拉力F1将重物匀速搬运到h高处,对重物做的功是W1;若工人改用动滑轮将该重物匀速提升到h高处,拉力为F2,对重物做的功是W2(滑轮、绳的重力及摩擦力可忽略不计),则下列说法正确的是()
A.F1=F2B.F1
5.如图所示,两个物体的重量分别是G1和G2,当滑轮平衡时,G1:
G2为(忽略绳子和滑轮的重力及绳子和滑轮间的摩擦力)()
A.1:
1
B.2:
1
C.1:
3
D.1:
2
6.如图中某同学体重为500N,他的手能承受的最大拉力为600N,动滑轮重100N,该同学利用如图所示的滑轮组把物体A吊起来,物体A的重量不能超过()
A.1000N
B.1200N
C.900N
D.1100N
7.分别用图中所示的装置甲和乙把同一重物吊到同一高度时()
A.用装置甲或装置乙吊起重物所用拉力相同
B.用装置甲吊起重物比用装置乙省力
C.用装置乙吊起重物比用装置甲省力
D.用装置乙吊起重物,动力移动的距离比用装置甲小
8.用滑轮组牵引重物沿水平面匀速滑动,如图所示。
已知重物120N,物体与地面的摩擦力为90N,不计滑轮摩擦和重力,则拉力F为()
A.40N
B.30N
C.140N
D.280N
二、填空题(每空1分,共6分)
9.学校升旗仪式上,当升旗手缓缓向下拉绳子时,旗子就会徐徐上升,这是由于旗杆顶部有一个__________滑轮,它能改变力的方向,但__________(选填“能”或“不能”)省力。
10.如图所示,被提升的物体重100N,动滑轮重5N,忽略绳重和摩擦,绳子自由端的拉力F是__________N。
动滑轮的实质是一个__________杠杆。
11.如图所示,已知物体A重为180N,滑轮的重为20N,当物体A匀速上升高度为1m时,绳子自由端移动的距离为__________m,拉力所做的功为__________J(绳子的重力、绳子与滑轮的摩擦力、空气阻力忽略不计)。
二、提升题
一、选择题(每题3分,共9分)
1.如图所示,在拉力F的作用下,总重60N的物体被匀速提升了10cm,若不计滑轮、绳的重和摩擦,则拉力F及其向上移动的距离s分别为()
A.F=60N,s=0.2m
B.F=30N,s=0.2m
C.F=60N,s=0.1m
D.F=30N,s=0.1m
2.对于使用滑轮组,下列说法正确的是()
A.可以省力,但必须改变用力的方向
B.可以省力,但不能改变用力的方向
C.可以省力,同时又可以省距离
D.可以省力,同时可以改变用力的方向,但不能同时省距离
3.使用滑轮或滑轮组匀速提升同一物体的四种方式如图所示,不计机械自重和摩擦,其中能省力又能改变施力方向的是()
二、计算题(共15分)
4.如图所示,是一辆汽车通过滑轮组将深井中的石块拉至井口的装置图。
已知井深12m,石块重G石=6×103N,汽车重G车=3×104N,汽车匀速拉绳子时的拉力F拉=2.2×103N,汽车受到的阻力为车重的0.1倍,忽略绳重及绳子与滑轮之间的摩擦力。
(g取10N/kg)求:
(1)动滑轮的重力;
(2)将石块从井底拉至井口的过程中,汽车拉绳子的拉力对滑轮组做了多少功?
5.如图所示,通过滑轮组用200N的拉力在20s内将重为480N的物体匀速提高2m,(不计绳重和摩擦),求:
(1)动滑轮重;
(2)绳自由端的移动速度为多大?
(3)若重物再增加150N,要使重物匀速上升,作用在绳自由端的拉力至少多大?
三、中考真题
一、选择题(每题3分,共6分)
1.(2017·六盘水卷)如图所示,在水平拉力F的作用下,使重300N的物体在水平桌面上以0.1m/s的速度匀速运动时,物体与桌面的摩擦力为60N(不计绳重、动滑轮重及摩擦),F及其功率的大小分別为()
A.20N2W
B.20N6W
C.60N2W
D.30N6W
2.(2017·桂林卷)某升降式晾衣架的结构如图所示,该晾衣架没有应用到的简单机械是()
A.动滑轮
B.定滑轮
C.轮轴
D.斜面
二、计算题(共9分)
3.(2017·黔南州卷)“每天锻炼一小时,幸福生活一辈子”的健康理念被人们接受,引导广大市民走向全民健身行列。
如图所示是某型号健身器的结构简化图,每个滑轮质量为2kg。
小刚质量为60kg,他竖直向下拉手柄,将20kg的配重匀速向上拉。
2s配重上升了1m,不计绳重和摩擦,g=10N/kg。
求:
(1)手柄移动的速度;
(2)小刚做功的功率;
(3)若小刚站立时,鞋底与地面的接触面积为500cm2,配重被匀速拉起时,他对地面的压强是多少?
人教版初中物理讲义第十二章《简单机械》(教师版)第2节滑轮
一、要点梳理
一、定滑轮
1.定义:
轴线固定,只有轮绕轴线转动,其轴不随物体一起移动。
2.实质:
是一个_____等臂_____杠杆的变形。
3.特点:
不省力也不费距离,但可以改变力的方向。
4.拉力端绳子伸长长度与物体上升高度关系:
______s=h______。
5.使用定滑轮时,不论向哪个方向拉弹簧秤的示数都_____不变______。
二、动滑轮
1.定义:
轮绕轴线转动,轴线也同时随物体一起移动。
2.实质:
是动力臂为阻力臂两倍的杠杆的变形。
3.特点:
能省一半力,但____不改变_____力的方向且_____费____距离。
4.省力情况:
F=G物/2(不考虑动滑轮重和摩擦)
F=(G物+G动)/2(不考虑摩擦)
5.拉力端绳子伸长长度与物体上升高度关系:
s绳=2h。
6.使用动滑轮时,如果跨过滑轮的两段绳子不平行,它们间的夹角越大,弹簧秤的示数____越大______。
三、滑轮组
1.定义:
由动滑轮和定滑轮组成的装置。
2.特点:
____既能省力又改变力的方向_____。
3.省力情况:
(竖直提物,n为跨在动滑轮上的绳子股数)
(1)不考虑动滑轮重和摩擦:
F=G物/n
(2)不考虑摩擦,但计动滑轮重F=(G物+G动滑轮)/n
(3)拉力绳子自由端伸长的距离s与物体上升的距离h的关系:
s=nh
(4)物体移动的速度v物与绳子自由端绳子伸长的速度v绳的关系:
v绳=nv物
二、重点解读
1.定滑轮
(1)定义:
中间的轴固定不动的滑轮。
(2)实质:
等臂杠杆
(3)特点:
不能省力但是能改变动力的方向。
(4)对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦):
F=G,绳子自由端移动距离sF(或速度vF)=重物移动的距离sG(或速度vG)。
2.动滑轮
(1)定义:
和重物一起移动的滑轮。
(可上下移动,也可左右移动)
(2)实质:
动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
(3)特点:
省一半的力,但不能改变动力的方向。
(4)理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力):
F=
,只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=
,绳子自由端移动距离sF(或vF)=2倍的重物移动的距离sG(或vG)。
【例题1】工人们为了搬运一个笨重的机器进入厂房,他们设计了选项所示的四种方案(机器下方的小圆表示并排放置的圆形钢管的横截面)。
其中最省力的方案是
A.
B.
C.
D.
参考答案:
C
够省一半的力,所以,此时的拉力等于物体与地面之间滚动摩擦力的一半,所以此时所用的力最小,即最省力。
故选C。
3.滑轮组
(1)定义:
定滑轮和动滑轮组合在一起使用。
(2)特点:
使用滑轮组既可以省力又可以改变力的方向,但要多移动距离。
(3)滑轮组的计算:
有几股绳子吊在动滑轮上,拉力就是物体重(包括动滑轮重)的几分之一(不计绳重和摩擦)。
(4)公式:
F=
(G=G物+G动),绳子自由端移动距离:
s=nh。
注意:
组装滑轮组时,吊在动滑轮上绳子股数为n,若n为奇数时,则绳子的固定端挂在动滑轮上,若n为偶数时,绳子的固定端挂在定滑轮上。
【例题2】某人用如图所示的滑轮组提升重为800N的重物,在拉力F作用下,30s时间内,物体向上移动了12m,若滑轮组的机械效率为80%,绳重、摩擦阻力不计,则()
A.拉力做的功为12000J
B.拉力的功率为50W
C.绳子自由端被拉下距离为36m
D.动滑轮重力大小为100N
参考答案:
A
三、同步练习
一、基础题
一、选择题(每题3分,共24分)
1.在研究定滑轮特点时,做的实验如图所示,弹簧测力计示数分别为F1、F2、F3,则三个力的大小关系是()
A.F1最大
B.F2最大
C.F3最大
D.三者一样大
1.D【解析】因为使用定滑轮不能省力,所以F1=F2=F3=G,所以这三个力的大小相等。
故选D。
2.如图所示,物体M放在水平桌面上.现通过一动滑轮(质量和摩擦均不计)在绳子自由端施加一拉力F,拉着M向左做匀速直线运动,此时弹簧测力计(质量可忽略)示数为10N。
若在M上加放一物块m,要保持M向左继续做匀速直线运动,需在绕过动滑轮绳子的自由端施加一拉力F′,则()
A.M运动时受到向左的摩擦力
B.加放m前,M受到20N的摩擦力
C.加放m前,M受到10N的摩擦力
D.加放m后,力F′保持10N不变
3.下图所示的滑轮或滑轮组,匀速提高同一物体,最省力的是(滑轮重和摩擦不计)()
A.
B.
C.
D.
3.C【解析】由题知,滑轮重和摩擦不计,A、图中使用的是动滑轮,则拉力
;B、图中使用的是定滑轮,则拉力F2=G;C、图中使用的是滑轮组,n=3,则拉力
;D、图中使用的是滑轮组,n=2,则拉力
。
由此可知,拉力F3最小,即C图中最省力。
故选C。
4.工人师傅用拉力F1将重物匀速搬运到h高处,对重物做的功是W1;若工人改用动滑轮将该重物匀速提升到h高处,拉力为F2,对重物做的功是W2(滑轮、绳的重力及摩擦力可忽略不计),则下列说法正确的是()
A.F1=F2B.F1
4.D【解析】用拉力F1将重物匀速提升时,手对物体的拉力:
F1=G;手对重物做的功为:
W1=F1h=Gh;不计摩擦、绳重及动滑轮重,这时绳端的拉力
;绳端向上移动的距离s=2h,手拉绳子做的功:
W2=F2s=
×2h=Gh;故F1>F2,W1=W2,故ABC错误,D正确。
故选D。
5.如图所示,两个物体的重量分别是G1和G2,当滑轮平衡时,G1:
G2为(忽略绳子和滑轮的重力及绳子和滑轮间的摩擦力)()
A.1:
1
B.2:
1
C.1:
3
D.1:
2
5.B【解析】图中是“一定一动”的滑轮组,可以将G2对绳子施加的拉力看作是绳子末端的拉力(该拉力F=G2);最后一段绳子是由定滑轮引出的,绳子股数是2,不计摩擦及滑轮重(即理想情况下),则
,所以
,即G1:
G2=2:
1。
故选B。
6.如图中某同学体重为500N,他的手能承受的最大拉力为600N,动滑轮重100N,该同学利用如图所示的滑轮组把物体A吊起来,物体A的重量不能超过()
A.1000N
B.1200N
C.900N
D.1100N
6.C【解析】由图可知,n=2,因G人=500N 可得,最大物重: G=nF–G动=2×500N–100N=900N。 故选C。 7.分别用图中所示的装置甲和乙把同一重物吊到同一高度时() A.用装置甲或装置乙吊起重物所用拉力相同 B.用装置甲吊起重物比用装置乙省力 C.用装置乙吊起重物比用装置甲省力 D.用装置乙吊起重物,动力移动的距离比用装置甲小 7.C【解析】此图是滑轮组,甲图绕在动滑轮上的绳子由2股,则 。 乙图绕在动滑轮上的绳子由3股,则 ;故用装置乙吊起重物比用装置甲省力,则动力移动的距离甲图为2h,乙图为3h,故ABD错误,C正确。 故选C。 8.用滑轮组牵引重物沿水平面匀速滑动,如图所示。 已知重物120N,物体与地面的摩擦力为90N,不计滑轮摩擦和重力,则拉力F为() A.40N B.30N C.140N D.280N 8.B【解析】由图可知,n=3,不计滑轮摩擦和重力,则拉力 。 故选B。 二、填空题(每空1分,共6分) 9.学校升旗仪式上,当升旗手缓缓向下拉绳子时,旗子就会徐徐上升,这是由于旗杆顶部有一个__________滑轮,它能改变力的方向,但__________(选填“能”或“不能”)省力。 9.定不能 【解析】根据生活经验可知: 旗杆顶部的定滑轮只能改变力的方向,而不能省力。 10.如图所示,被提升的物体重100N,动滑轮重5N,忽略绳重和摩擦,绳子自由端的拉力F是__________N。 动滑轮的实质是一个__________杠杆。 10.52.5省力 【解析】摩擦不计,动滑轮重G轮=5N,匀速提升重物时绳子的拉力: ,由此可知,动滑轮的实质是一个省力杠杆。 11.如图所示,已知物体A重为180N,滑轮的重为20N,当物体A匀速上升高度为1m时,绳子自由端移动的距离为__________m,拉力所做的功为__________J(绳子的重力、绳子与滑轮的摩擦力、空气阻力忽略不计)。 11.2200 【解析】由图可知n=2,绳子自由端移动的距离: s=2h=2×1m=2m;绳子与滑轮的摩擦力、空气阻力忽略不计,则人对绳子的拉力: ,则拉力所做的功: W=Fs=100N×2m=200J。 二、提升题 一、选择题(每题3分,共9分) 1.如图所示,在拉力F的作用下,总重60N的物体被匀速提升了10cm,若不计滑轮、绳的重和摩擦,则拉力F及其向上移动的距离s分别为() A.F=60N,s=0.2m B.F=30N,s=0.2m C.F=60N,s=0.1m D.F=30N,s=0.1m 1.B【解析】由图知,此时拉力: .拉力作用点上移的高度是物体上移的距离的2倍,为: s=2h=2×10cm=20cm=0.2m。 故选B。 2.对于使用滑轮组,下列说法正确的是() A.可以省力,但必须改变用力的方向 B.可以省力,但不能改变用力的方向 C.可以省力,同时又可以省距离 D.可以省力,同时可以改变用力的方向,但不能同时省距离 2.D【解析】AB、滑轮组可以省力,也可以改变用力的方向,但不是必须改变用力的方向,故AB错误。 C、滑轮组可以省力,但不能省距离,故C错误。 D、滑轮组可以省力,也可以改变力的方向,省力一定费距离,即不能同时省距离,故D正确。 故选D。 3.使用滑轮或滑轮组匀速提升同一物体的四种方式如图所示,不计机械自重和摩擦,其中能省力又能改变施力方向的是() 二、计算题(共15分) 4.如图所示,是一辆汽车通过滑轮组将深井中的石块拉至井口的装置图。 已知井深12m,石块重G石=6×103N,汽车重G车=3×104N,汽车匀速拉绳子时的拉力F拉=2.2×103N,汽车受到的阻力为车重的0.1倍,忽略绳重及绳子与滑轮之间的摩擦力。 (g取10N/kg)求: (1)动滑轮的重力; (2)将石块从井底拉至井口的过程中,汽车拉绳子的拉力对滑轮组做了多少功? 4. (1)600N (2)7.92×104J 【解析】 (1)由图可知,承担货物重的绳子股数n=3, 由于忽略绳重及绳子与滑轮之间的摩擦力, 由 得动滑轮的重力: G动=nF拉–G石=3×2.2×103N–6×103N=600N, (2)绳子自由端移动的距离: s=3h=3×12m=36m, 汽车拉绳子的拉力对滑轮组做的功: W=F拉s=2.2×103N×36m=7.92×104J; 5.如图所示,通过滑轮组用200N的拉力在20s内将重为480N的物体匀速提高2m,(不计绳重和摩擦),求: (1)动滑轮重; (2)绳自由端的移动速度为多大? (3)若重物再增加150N,要使重物匀速上升,作用在绳自由端的拉力至少多大? 5. (1)120N (2)0.3m/s(3)250N 【解析】 (1)由F= (G+G动)可知,G动=3F–G=3×200N–480N=120N; (2)物体移动的速度: , 自由端移动的速度: v′=3v=3×0.1m/s=0.3m/s; (3)若重物再增加150N,要使重物匀速上升,作用在绳自由端的拉力: 。 三、中考真题 一、选择题(每题3分,共6分) 1.(2017·六盘水卷)如图所示,在水平拉力F的作用下,使重300N的物体在水平桌面上以0.1m/s的速度匀速运动时,物体与桌面的摩擦力为60N(不计绳重、动滑轮重及摩擦),F及其功率的大小分別为() A.20N2W B.20N6W C.60N2W D.30N6W 1.B【解析】由图可知,与动滑轮相连的绳子段数为3,则绳端的拉力F=f/3=60N/3=20N;绳子自由端的速度为v绳=3v物=3×0.1m/s=0.3m/s;则拉力F的功率为P=Fv绳=20N×0.3m/s=6W;故ACD错误,B正确,故选B。 2.(2017·桂林卷)某升降式晾衣架的结构如图所示,该晾衣架没有应用到的简单机械是() A.动滑轮 B.定滑轮 C.轮轴 D.斜面 二、计算题(共9分) 3.(2017·黔南州卷)“每天锻炼一小时,幸福生活一辈子”的健康理念被人们接受,引导广大市民走向全民健身行列。 如图所示是某型号健身器的结构简化图,每个滑轮质量为2kg。 小刚质量为60kg,他竖直向下拉手柄,将20kg的配重匀速向上拉。 2s配重上升了1m,不计绳重和摩擦,g=10N/kg。 求: (1)手柄移动的速度; (2)小刚做功的功率; (3)若小刚站立时,鞋底与地面的接触面积为500cm2,配重被匀速拉起时,他对地面的压强是多少? 3. (1)0.25m/s (2)105W(3)3600Pa 【解析】 (1)由图可知,健身器是由两个定滑轮和一个费力的动滑轮组成(绳子的拉力作用在动滑轮的挂钩上),则手柄下降的距离 , 手柄移动的速度 ; (2)小刚对配重做功 , 动滑轮上升的高度 , 小刚对动滑轮做功 , 小刚所做的总功 , 小刚做功的功率 ; (3)手柄对小刚向上的拉力 , 小刚所受重力 , 小刚对地面的压力 , 小刚对地面的压强 。 *同步练习参考答案 一、基础题 一、选择题(每题3分,共24分) 1.D 2.B 3.C 4.D 5.B 6.C 7.C 8.B 二、填空题(每空1分,共6分) 9.定不能 10.52.5省力 11.2200 二、提升题 一、选择题(每题3分,共9分) 1.B 2.D 3
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