中考物理阶段性测试三滑轮组相关计算题含答案解析.docx
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中考物理阶段性测试三滑轮组相关计算题含答案解析
中考物理阶段性测试(三)滑轮组相关计算题
1.如图所示,工人用滑轮组提升重为400N的货物,所
用拉力恒为240N,货物被匀速提升10m.求:
(1)工人做的功;
(2)滑轮组的机械效率.
2.如图所示,用甲、乙两种滑轮组,分别匀速竖直向上提升同一重物,从相同位置开始提升至同一高度处.求:
(1)若不计绳重,滑轮重及摩擦,两次拉力F1和F2之比;
(2)若不计绳重及摩擦,重物质量为400g,动滑轮质量为100g,匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率.
3.利用如图所示的滑轮组,用F=1000N的力拉绳子自由端,货物A以
0.1m/s的速度匀速直线运动10s.整个过程中,滑轮组的机械效率为
75%.求:
(1)
货物A在10s内移动的距离;
(2)(2)这个过程中拉力F的功率;
(3)(3)水平地面对货物A的摩擦力大小.
4.如图是工人利用滑轮组提升重为960N物体的示意图.提升过程中物体匀速上升的速度为0.1m/s,拉力F的功率为120W,物体上升10s拉力F克服滑轮组的摩擦所做的功是140J.不计绳重,求:
(1)工人向下拉绳子的速度;
(2)滑轮组的机械效率;
(3)滑轮组中的动滑轮的重力.
5.搬运工人站在水平高台上用如图所示的滑轮组匀速竖直向上提升重物,不计绳重和摩擦,工人的重力为640N,与地面接触的总面积为4×10-2m2,提升时间为20s,重物上升高度为2m.求:
(1)提升时绳自由端的速度为多少;
(2)若拉力F的大小为150N,则拉力的功率为多少;
(3)若上述过程中所提货物重为360N,则滑轮组的机械效率为多少;
(4)若仍用该滑轮组提升另一货物,当提升过程中该工人对高台的压强为
2.0×104Pa,则所提升货物的重力为多少.
6.用如图所示装置测量滑轮组的机械效率,用微型电动机匀速提升为4.5N的物块M,当测力计下端的指针指在60.0cm刻度线位置时,物块M上的指针指在95.0cm刻度线位置,如图所示,此时弹簧测力计的示数为2N,不计指针重、绳重和摩擦,连接动滑轮的细绳保持竖直,图中刻度尺的分度值是1cm.求:
(1)当物体M由图示位置被匀速提升8cm时,连在M上的指针在右侧刻度尺 cm刻度线位置.
(2)物块M被匀速提升8cm用时4s,则测力计向上运动的速度是 cm/s.
(3)图中的动滑轮重为 N.
(4)该滑轮的机械效率是多少?
7.如图甲所示的滑轮组装置,不计绳重和摩擦,绳对滑轮的拉力方向均为竖直方向.用该滑轮组提升放置在水平地面上重为G=80N的重物到高处.用竖直向下的拉力拉绳的自由端,拉力F随时间t变化的图像如图乙所示,重物上升的速度v随时间t变化的图像如图丙所示.已知在2s~4s内重物上升的竖直高度为2m,求:
(1)在4s~6s内,重物克服重力做功的功率;
(2)在2s~4s内,绳自由端下降的平均速度;
(3)在0~2s内,重物对地面的压力大小.
8.在新农村建设和精准扶贫中,市政府为某贫困山区甲村打了一口深井,如图所示.已知圆柱形金属水桶质量为1kg,容积为8.6L,井深h1=5m,水深h2=2m,村民将水桶从井底以速度v=0.06m/s匀速竖直向上提升(不计绳重及绳子与滑轮之间的摩擦,桶的厚度不能忽略,g=10N/kg).求:
(1)井底受到水的压强;
(2)桶未露出水面时,绳的拉力F拉=6N,桶受到的浮力;
(3)已知水桶底面积为3dm2,桶高h3=3dm,以水桶口刚露出水面开始计时,到桶底刚离开水面的过程中,请写出绳的拉力F随时间t变化的函数式.
9.考古工作者在河底发现了古代的石像,经潜水者测量它的体积约为2m3.如图所示,在打捞石像的过程中,考古工作者用动滑轮将石像匀速提升,需要竖直向上的拉力F=1.6×104N.在没有将石像提出水面前,若不计摩擦和滑轮重力,(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)求:
(1)石像受到的浮力.
(2)石像的重力.
(3)石像的密度.
(4)若将石像提升了3m,石像受到水的压强减少了多少?
10.如图所示是蒙华铁路荆州段长江大桥施工现场,工程师用起吊装置在江中起吊工件.已知工件重4000N,每个滑轮重500N,声音在水中的传播速度是
1500m/s.在水面上用超声测位仪向江底的工件垂直发射超声波,经过0.02s后收到回波.(不计绳重和摩擦,g=1.0N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)求工件在水下的深度;
(2)不计工件的高度,求水对工件产生的压强;
(3)当工件在水面下匀速上升时,绳子自由端的拉力为500N,求工件的体积;
(4)不计动滑轮体积,求工件在水下匀速上升时滑轮组的机械效率(计算结果精确至0.1%).
11.质量为60kg的工人站在水平地面上,用如图装置匀速打捞浸没在长方形水池中的物体,水池底面积为15m2,物体重2000N、体积为0.1m3,物体未露出水面前,此装置机械效率为80%.(不考虑水对物体的阻力、绳重及滑轮间的摩擦)g取10N/kg,求:
(1)物体浸没在水中受到的浮力;
(2)动滑轮的重力;
(3)若工人双脚与地面的接触面积为500cm2,当他对地面的压强为2×103Pa时,池底受到水的压强的变化量.
12.某实验员为了探究“向水中释放潜水装置的有关规律”,他建立了如图甲所示的理想模型.由复合材料制成的圆柱体A悬挂在动滑轮下面,一根绳子通过某种绕法(未画出)将定滑轮、动滑轮组成滑轮组,绳子的一端握在实验员手中.实验员通过缓慢释放绳子,使物体A先在空中下降,然后逐渐进入水中.实验时,物体A下表面向下移动的距离为x,实验员手拉绳子的力F与x的关系如图乙所示,已知圆柱体A的密度ρA=
2×103kg/m3,底面积S=0.09m2,高H=1m;不计动滑轮自重,不计绳重
和滑轮组各处摩擦.ρ水=1×103kg/m3,g取10N/kg,实验员的质量约为
70kg.
(1)求A物体的重力G;
(2)通过计算猜想滑轮组中的绳子的绕法,在图甲中画出一种绕法(滑轮不一定都用上);
(3)计算出图乙中Fx的数值,并推算当物体A浸入水中0.4m深时,实验员对绳子的拉力F.
参考答案
1.解:
(1)绳子自由端移动的距离s=2h=2×10m=20m
工人做的功W总=Fs=240N×20m=4800J
(2)有用功W有用=Gh=400N×10m=4000J
机械效率η=W有用W总
×100%=4000J
4800J×100%≈83.3%
2.解:
(1)不计绳重、滑轮重及摩擦,
由拉力F=1
nG,n1=2,n2=3得:
甲滑轮组绳子上的拉力为:
F1=12
G
乙滑轮组绳子上的拉力为:
F2=13
G
两次拉力之比:
F1F2
=
12
G
13
G
=32
(2)滑轮组的机械效率为:
η=W有用W总
×100%=Gh
(G+G动)h×
100%=G
G+G动
×100%=m
m+m动
×100%
η甲=η乙=0.4kg
0.4kg+0.1kg×100%=80%
3.解:
(1)根据v=s
t可知,sA
=vA
t=0.1m/s×10s=1m
(2)由图可知,n=2,所以v绳=2vA
=2×0.1m/s=0.2m/s,
拉力的功率P=Fv绳=1000N×0.2m/s=200W
(3)η=W有W总
×100%=fsA
Fs绳
×100%=fvA
t
Fv绳t×100%=fvA
Fv绳×100%,即75%=f×0.1m/s
1000N×0.2m/s,解得f=1500N
4.解:
(1)物体匀速上升的速度v物=0.1m/s,承担物重和轮
重的绳子段数n=3
工人拉绳的速度v绳=3v物=3×0.1m/s=0.3m/s
(2)物体上升的高度h=v物t=0.1m/s×10s=1m
工人做的有用功W有=Gh=960N×1m=960J
工人做的总功W总=Pt=120W×10s=1200J
滑轮组的机械效率η=W有W总
×100%=960J
1200J×100%=80%
(3)额外功是摩擦力做功和提升动滑轮做功的总和即,
W额外=W总-W有=1200J-960J=240J
拉力对动滑轮做功为W动=W额外-W摩=240J-140J=100J
可得动滑轮的重力为G动=W动h=100J
1m=100N
5.解:
(1)重物上升的速度为v物=ht=2mx20s=0.1m/s,
且由图知n=3,
绳自由端的速度为v=nv物=3×0.1m/s=0.3m/s
(2)当拉力为150N时,拉力的功率为
P=W
t=Fs
t=Fv=150N×0.3m/s=45W
(3)当G物=360N时,滑轮组的机械效率为η=W有W总
×100%
即:
η=G物h
F×3h×100%=G物3F×100%=360N
3×150N×100%=80%
(4)当G物=360N时,F拉=150N,由题意得:
F拉=1
3(G物+G动)
得G动=3F拉-G物=3×150N-360N=90N
工人对高台的压力为F压=pS=2.0×104Pa×4×10-2m2=
800N,对工人进行受力分析F支=G工+F拉′
其中:
F支=F压,人对绳末端的拉力为F拉′=F支-G工=
800N-640N=160N,由F拉′=1
3(G物′+G动)得,另一重
物的重力为:
G物′=3F拉′-G动
即:
G物′=3×160N-90N=390N
6.(1)87.0 (2)6 (3)1.5
【解析】(1)物体提升8cm,连在M的指针指在右侧刻度为
95.0cm-8cm=87.0cm
(2)分析图,物体和滑轮由3段绳子承担,n=3,故物块上升
8cm,测力计移动24cm,测力计向上运动的速度为v=s
t=
24cm
4s=6cm/s
(3)由于不计绳重、摩擦,F=G物+G动3,G动=3F-G物=
3×2N-4.5N=1.5N
解:
(4)滑轮组的机械效率η=W有W总
×100%=Gh
Fs×100%=
G
nF×100%=4.5N
3×2N×100%=75%
7.解:
(1)由图丙可知在4s~6s内,重物做匀速运动,重物上
升的速度为v=2.0m/s
重物上升的高度为h=vt=2m/s×2s=4m
重物克服重力做的功为:
W=Gh=80N×4m=320J
重物克服重力做功的功率为:
P=W
t=320J
2s=160W
(2)在2s~4s内,重物上升的高度为h物=2m,
则绳子自由端移动的距离为:
s绳=nh=2×2m=4m
绳子自由端下降的平均速度为:
v绳=s绳t=4m
2s=2m/s
(3)从丙图可知,物体在4s~6s内做匀速直线运动,由图
乙可知此时的拉力F′=50N
根据F′=1
n(G物+G动)可得:
动滑轮的重力为
G动=nF′-G物=2×50N-80N=20N
在0~2s内,拉力F=30N,把动滑轮和重物看成整体,则
这个整体受到向下的重力、向上的支持力以及两根绳向上
的拉力作用处于静止状态,F支+2F=G动+G物
地面对物体的支持力:
F支=G动+G物-2F=20N+80N-2×30N=40N
根据力的作用是相互的,重物对地面的压力:
F压=F支=40N
8.解:
(1)井底受到水的压强p=ρ水gh2=1.0×103kg/m3×
10N/kg×2m=2×104Pa
(2)对桶进行受力分析可得F浮1+F拉=G桶,即F浮1=m桶g
-F拉=1kg×10N/kg-6N=4N
(3)水桶出水面的过程中,时间t=h3v
=0.3mx0.06m/s=5s
桶口刚出水面绳子的拉力F拉=6N,桶底刚离开水面绳子
的拉力F拉′=m桶g+ρ水V水g=1kg×10N/kg+1.0×
103kg/m3×8.6×10-3m3×10N/kg=96N
拉力变化ΔF=F拉′-F拉=96N-6N=90N
即每秒增加拉力ΔF
t=90N
5s=18N/s
由以上可得F=6+18t(0≤t≤5s)
9.解:
(1)石像受到的浮力F浮=G排=ρ水gV排=1.0×103kg/m3
×10N/kg×2m3=2×104N
(2)绳子对石像的拉力F拉=2F=2×1.6×104N=3.2×
104N
石像的重力G=F拉+F浮=3.2×104N+2×104N=
5.2×104N
(3)石像的质量m=G
g=5.2×104N
10N/kg=5.2×103kg
石像的密度ρ=m
V=5.2×103kg
2m3=2.6×103kg/m3
(4)石像受到水的压强减小值Δp=ρ水gΔh=1.0×103kg/m3
×10N/kg×3m=3×104Pa
10.解:
(1)工件在水中的深度为:
h=12
vt=12
×1500m/s×
0.02s=15m
(2)水对工件的压强为p=ρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg
×15m=1.5×105Pa
(3)滑轮组对水下工件的拉力为F拉=3F-G0=3×500N-
500N=1000N
工件在水下受到的浮力为F浮=G-F拉=4000N-1000N=
3000N
工件的体积为V=V排=F浮ρ液g=3000N
1.0×103kg/m3×10N/kg
=0.3m3
(4)工件在水下匀速上升时滑轮组的机械效率为:
η=W有用W总
×100%=F拉h
Fs×100%=F拉h
F×3h×100%=F拉3F×
100%=1000N
3×500N×100%≈66.7%
11.解:
(1)物体浸没在水中时受到的浮力,由阿基米德原理推
导公式可知:
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m3
=1000N
(2)物体的重力G=2000N,则物体受到滑轮组的拉力为:
F′=G-F浮=2000N-1000N=1000N,由图可知,滑轮
组绳子的有效股数n=4,W总=G动h+F′h,
由η=W有W总
×100%=F′h
G动h+F′h×100%=F′
G动+F′×100%
=80%解得,动滑轮的重力为:
G动=250N
(3)工人受到的重力为:
G人=m人g=60kg×10N/kg=
600N
工人拉动绳子时对地面的压力:
F压=pS=2×103Pa×500
×10-4m2=100N
绳子对人的拉力,即人拉绳子的力为:
F=G人-F压=600N
-100N=500N;因F=F″+G动n,所以物体受到滑轮组的
拉力为:
F″=nF-G动=4×500N-250N=1750N
因匀速打捞,池底受到水压力变化了:
ΔF=F″-F′=
1750N-1000N=750N,水池的底面积为15m2,所以池
底受到水压强的变化量为:
Δp=ΔF
S=750N
15m2=50Pa
12.解:
(1)由ρ=m
V可得,m=ρV=ρSH
G=mg=ρASHg=2×103kg/m3×0.09m2×1m×10N/kg
=1800N
(2)由于F-x图像中x=0时,F=600N,
即物体在空气中时的情况,n=GF
=1800N
600N=3
“三股绳子”的拉力F与G平衡,总共有6种画法(画一种
即可),如答图所示.
第12题答图
(3)①当x≥2m时,物体A完全浸没在水中,A物体受到
重力、浮力和拉力,三个力平衡.Fx=1
3(G-F浮)
Fx=13
(G-ρ水SHg)=13
(1800N-1×103kg/m3×
0.09m2×1m×10N/kg)=300N
②当A物体浸入水中0.4m时,(即x=1.4m)
F=13
(G-ρ水SH浸g)=13
(1800N-1×103kg/m3×
0.09m2×0.4m×10N/kg)=480N
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