《滑轮组的机械效率》进阶练习三1.docx
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《滑轮组的机械效率》进阶练习三1
《滑轮组的机械效率》进阶练习
一、单选题
1.用相同的滑轮和绳子分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，绳子受的拉力分别为F1、F2，保持甲、乙两绳自由端的速度相同，把相同的物体匀速提升相同的高度．若不计绳重及轴处摩擦，下列说法正确的是（ ）
A.F1和F2大小不相等，滑轮组的机械效率相同
B.F1和F2大小不相等，F1和F2的功率相同
C.绳子自由端移动的距离不相等，物体运动的时间相同
D.绳子自由端移动的距离相等，F1和F2做的功相同
2.如图，工人要将一块重900N的建材运到10m高处，装置中每个滑轮重100N，建材上升的速度是0.8m/s．在施工过程中，下列说法正确的是（）
A.工人的拉力为500N
B.工人拉绳的速度为2.4m/s
C.工人做功的功率为400W
D.工人做功的机械效率小于90%
3.用滑轮分别组成如图所示的甲、乙两个滑轮组，在相同时间内把相同物体匀速提升相同的高度，如果每个滑轮的质量都与物体的质量相等。
则关于两滑轮组的下列说法正确的是（不计摩擦及绳重）（ ）
A.机械效率η1:
η2=2:
3
B.绳端拉力F1:
F2=3:
2
C.拉力功率P1:
P2=2:
3
D.有用功W有用1:
W有用2=1:
1
二、填空题
4.某同学用如图所示滑轮组将重为300N的物体以0.2m/s的速度匀速向上拉动，拉力为125N（不计绳重及摩擦），则动滑轮重 N，5s内人拉绳子做的功是 J，该滑轮组的机械效率是 ．
第四题图第五题图第六题图
5.一个质量为70kg的工人，用下图所示的装置提升一堆相同的金属块．若动滑轮重50N，装金属块的托板重100N，每块金属块重100N．不计摩擦和绳重，当工人匀速提升金属块时，此装置的机械效率最高可达到 %．（g取10N/kg，结果保留整数）
6.小明同学利用圆珠笔杆、钢丝、细绳制成了如图所示的装置，用其匀速提升质量为4.2kg的重物，则拉细绳的力F至少为_____N；若小明实际用力为8N，则该装置的机械效率为_____。
（g取10N/kg）
三、计算题
7.科技小组为研究在提升水中物体时，滑轮不同的组装方式对滑轮组机械效率的影响，用完全相同的定滑轮和动滑轮以不同的方式组装了两个滑轮组，如图甲、乙所示。
分别用这两个滑轮组打捞水中的同一物体A，甲图中绳端的拉力为F1、拉力的功率为P1，物体在水中上升的速度为
v1，此时滑轮组的机械效率为η1；乙图中绳端的拉力为F2、拉力的功率为P2，物体在水中上升的速度为v2，此时滑轮组的机械效率为η2。
已知：
物体A的体积为2×10-2m3，动滑轮重G动=100N，v1=v2，P1:
P2=20:
19。
不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，g取10N/kg。
求：
（1）物体A在水中受到的浮力F浮。
（2）两图中绳端拉力F1与F2的差。
（3）图甲中滑轮组在打捞水中物体A时机械效η1。
8.如图所示，工人将一底面积为0.06㎡，高为2m，密度为2.0×103kg/m3的圆柱形实心物体从水下匀速提升1m，物体未露出水面，求（取g=10N/kg）：
（1）此时物体受到的浮力；
（2）若不计绳与轮间摩擦及滑轮自重，工人对绳的拉力大小；
（3）若工人对绳的拉力为400N，使物体匀速上升，此装置的机械效率。
参考答案
【参考答案】
1.A2.A3.D
4.75 375 80%
5.89
6.7；87.5%
7.解：
（1）物体A排开水的体积与物体A的体积相等，即V排=VA=2×10-2m3，
则F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10-2m3=200N；
（2）由图可知：
甲图中绳端移动的速度v1′=2v1，乙图中，
，
由于不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，则：
，
F2=2（G-F浮）+G动=2（G-200N）+100N=2G-300N，
所以，
，
，
已知P1：
P2=20：
19．即（G-100N）v1：
（G-150N）v2=20：
19，
已知：
v1=v2，解得：
G=1100N，
则
，
F2=2G-300N=2×1100N-300N=1900N，
所以，F2-F1=1900N-500N=1400N；
（3）对于甲滑轮组，由于不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，则绳子的拉力
，s=nh，
则
，
对于甲滑轮组，物体A对滑轮组的拉力G′=G-F浮=1100N-200N=900N，
则机械效率
。
答：
（1）物体A在水中受到的浮力F浮为200N；
（2）两图中绳端拉力F1与F2的差为1400N；
（3）图甲中滑轮组在打捞水中物体A时机械效率η1=90%。
8.
解：
（1）当物体未露出水面时，V排=V=Sh=0.06m2×2m=0.12m3，
则F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.12m3=1.2×103N；
（2）由
得：
G=mg=ρ物Vg
=2.0×103kg/m3×0.12m3×10N/kg
=2.4×103N；
物体未露出水面时，物体对滑轮组的拉力为F′=G-F浮=2.4×103N-1.2×103N=1.2×103N，
由图可知绳子的股数n=4，
若不计绳与轮间摩擦及滑轮自重，则拉力
（3）若工人对绳的拉力为400N，由于物体未露出水面时，物体对滑轮组的拉力为F′，
则
答：
（1）物体受到的浮力为1.2×103N。
（2）若不计绳与轮间摩擦及滑轮自重，工人对绳的拉力大小是300N。
（3）若工人对绳的拉力为400N，使物体匀速上升，此装置的机械效率为75%。
【解析】
1.
【分析】
由滑轮组的结构知道承担物重的绳子股数n，①不计绳重及摩擦，拉力等于物重和动滑轮重之和的
；
②把相同的重物匀速提升相同的高度，做的有用功相同；利用相同的滑轮和绳子、提升相同的高度，做额外功相同；而总功等于有用功加上额外功，可知利用滑轮组做的总功相同，再根据效率公式判断滑轮组机械效率的大小关系；
③绳子自由端移动的距离s=nh，物体上升的速度是绳子自由端拉动速度的
；物体上升高度相同，所需时间长短决定于上升的速度；
④甲、乙两绳自由端的速度相同，拉力功率大小用公式P=Fv比较。
本题考查了使用滑轮组时n的确定方法，有用功、额外功、总功的计算方法，不计摩擦和绳重时拉力的求法；本题关键在于确定额外功相等。
【解答】
如图，
不计绳重及摩擦，
AB.∵拉力
，n1=3，n2=2，
∴绳子受的拉力：
，
，
∴F1≠F2，
∵动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，W额=G轮h，W有用=G物h，
∴利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，总功相同，
∵
，
∴滑轮组的机械效率相同；
已知甲、乙两绳自由端的速度相同，而拉力不同，由P=Fv知：
拉力F1和F2的功率不相同，所以选项A正确、B错误；
CD..∵绳子自由端移动的距离s=nh，n1=3，n2=2，提升物体的高度h相同，
∴s1=3h，s2=2h，可见s1≠s2；
物体上升速度不同，上升高度相同，所以所用时间不同，选项C、D均错误。
故选A。
2.
【分析】
（1）根据图示读出提升物体绳子的条数，然后再根据F=（G物+G动）/n即可求出拉力的大小；
（2）因为s=nh，由速度公式可知，自由端移动的速度为物体上升速度的n倍；
（3）直接利用P=Fv进行计算；
（4）利用公式即可求出机械效率的大小。
本题考查了速度的计算、功的计算、功率的计算、机械效率的计算，涉及到寻找合理的配置方法，知识点多，属于难题。
【解答】
A.从图中可知，n=2，则F=（G物+G动）/n=（900N+100N）/2=500N，故A正确；
B.v=2×0.8m/s=1.6m/s；故B错误；
C.P=Fv=500N×1.6m/s=800W，故C错误；
D.
，故D错误。
故选A。
3.
【分析】
甲、乙两个滑轮组将同一物体匀速提升至相同的高度，在不计绳重和机械摩擦的情况下，有用功就是提升重物所做的功，总功就是拉力F所做的功，额外功就是提升动滑轮所做的功，分别用物重、滑轮重以及提升物体绳子的条数表示出有用功、功率、机械效率和拉力即可求出比值。
本题考查滑轮组相关物理量计算；掌握好“在不计绳重和机械摩擦情况下，有用功就是提升重物所做的功，额外功就是提升动滑轮所做的功”这一关系，在有些题目里能较快地得到答案。
【解答】
据图可知：
甲图：
n=3，S=3h，G=G动，
，
W有1=Gh，W总=F1S，
；
；
乙图：
n=4，S′=4h，G=G动，
，
W有2=Gh，W总′=F2S′，
；
；
则：
，故A错误；
，故B错误；
，故C错误；
，故D正确。
故选D。
4. 【分析】
根据动滑轮上有三股绳子，不计绳重及摩擦，所以
，知道物重，据此即可求出动滑轮的重；
根据s=vt求出物体上升的高度h，绳子自由端移动的距离s=3h，然后根据W=Fs计算即可；
最后根据
计算滑轮组的机械效率即可。
此题考查的知识点是滑轮组绳子拉力的计算和滑轮组机械效率的计算，解答此题的关键是首先分清定滑轮和动滑轮，然后再根据其工作特点作出判断。
【解答】
动滑轮上有三股绳子，n=3，不计绳重及摩擦，所以
，
所以G动=3F-G物=125N×3-300N=75N；
物体上升的高度h=vt=0.2m/s×5s=1m，绳子自由端移动的距离s=3h=3m
拉力F做的总功W总=Fs=125N×3m=375J；
滑轮组的有用功为W有=Gh=300N×1m=300J，
。
故答案：
75 375 80%。
5.
解：
由图知，n=2，若砖被提升h，则拉力端移动的距离s=2h，
由题知，人使用的最大拉力：
F大=G人=mg=70kg×10N/kg=700N，
∵不计摩擦和绳重，
∴F大=
（G轮+G板+G砖）=
（50N+100N+G砖）=700N，
能提升的最大砖重：
G砖=1250N，
∵每块砖重100N，
∴最多能提升砖的数量为12块，
∴能提升的最大砖重：
G砖′=1200N，
此时拉力F′=
（G轮+G板+G砖′）=
（50N+100N+1200N）=675N，
W有用′=G砖′×h=1200N×h，
W总′=F′s=675N×2h，
η′=
=
≈89%．
故答案为：
89%．
6.
本题主要考查滑轮组的特点以及滑轮组绳子拉力的计算；机械效率
。
图中的滑轮组的物重是由6根绳子承担，故拉细绳的力F等于钩码重力G的六分之一，故可计算出绳子的拉力；根据机械效率的计算公式可得出答案。
；
。
故答案为：
7N；87.5%。
在滑轮组中，拉物体的力由几根绳子承担，则绳子自己端的力为拉物体的力的几分之一；主要理解运用机械效率的计算公式。
7.
本题考查了阿基米德原理、速度和机械效率公式和公式变形的应用，难点是乙图中拉力的大小计算，根据物体受力平衡得出F2=2（G-F浮）+G动。
（1）物体A在水中，此时物体排开水的体积与物体的体积相等，由阿基米德原理可求出物体A的浮力；
（2）已知物体在水中上升的速度v1=v2，根据滑轮组的使用判断绳端移动的速度；由于不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，根据
、F2=2（G-F浮）+G动和P1：
P2=20：
19即可求出物体A的重力，然后分别求出拉力，最后即求出拉力F1与F2的差；
（3）首先求出物体A对滑轮组的拉力G′，由于不计绳重、滑轮轴摩擦及水的阻力，根据
求机械效率。
8.
本题是一道力学综合题，综合考查阿基米德原理的应用、滑轮组的拉力计算、机械效率的计算；熟练掌握股数即可解答。
（1）根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排可求物体所受浮力；
（2）根据G=mg=ρVg求出物体重力，则物体对滑轮组的拉力为G′=G-F浮，若不计绳与轮间摩擦及滑轮自重，则拉力
；
（3）求出有用功和总功后，根据
即可求出机械效率。
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