最新中考物理基础篇第11讲滑轮轮轴斜面附强化训练题.docx
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最新中考物理基础篇第11讲滑轮轮轴斜面附强化训练题
【2019最新】中考物理基础篇第11讲滑轮轮轴斜面附强化训练题11讲滑轮轮轴斜面
11.1学习提要
11.1.1滑轮
滑轮是一种常见的简单机械。
滑轮是一个周边有槽、能绕轴转动的小轮,如图11-1所示。
由于使用方法的不同,可以把滑轮分为定滑轮和动滑轮两类。
1.定滑轮
工作时轴保持固定不动的滑轮称为定滑轮。
定滑轮的实质是一个等臂杠杆,所以正确使用它既不省力,也不省距离,但可以改变用力方向。
2.动滑轮
工作时轴随物体一起移动的滑轮称为动滑轮。
动滑轮的实质是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆,所以在不计算滑轮所受重力及轮与绳的耗损摩擦的情况下,也就是理想情况下,使用动滑轮可以省一半的力,但要多移动一倍的距离,同时使用动滑轮不能改变用力的方向。
定滑轮与动滑轮的示意图以及它们与杠杆的等效图如图11-2所示。
3.滑轮组
定滑轮和动滑轮的组合叫滑轮组。
使用滑轮组,既能省力,又能改变用力的方向,但要多移动距离。
如图11-3(a)所示,在理想状态下,只用动滑轮时,拉力FA为重力GA的一半,省了一半的力,但没有改变用力的方向。
如图11-3(b)所示,在理想状态下,拉力FB仍为物体重力GA的一半,省了一半的力,但力的方向改变了!
在这一实例中,动滑轮起到省力的作用,而定滑轮起到可以改变力的方向的作用,把图11-3(b)加以规范美观,就成为最常见、也是最简单的滑轮组,如图11-3(c)所示。
在由一根绳子绕制的滑轮组中,重物和全部动滑轮的总重力由几段绳子承担,提起重物所用的力就是总重力的几分之一。
动力作用点移动的距离就是物体移动距离的几倍。
即F=1/nG总,其中n为经过动滑轮的绳子股数,如果物体上升h,则动力作用点移动的距离为s=nh.
4.滑轮应用的实例
滑轮或滑轮组在实际生产和生活中有着广泛的应用。
如升旗时向下用力,红旗却向上冉冉升起;向下拉动窗帘的引线,可以使窗帘闭合或打开等,这些都是利用定滑轮改变力的方向来实现的。
根据使用滑轮组可以省力和改变用力的方向这一特点,人们设计了一些“用小力换大力”的工作方案,如吊车上的滑轮组、工厂或建筑工地上常用的举吊重物的装置等,都是滑轮组的具体应用。
11.1.2轮轴
1.轮轴
由轮和轴组成,且轮和轴能绕共同轴线转动,这种简单机械叫做轮轴。
请注意观察图11-4所示的辘轳,在工作时,摇把转一周,辘轳的轴也转一周,其摇把相当于轮,而绕着绳子的部分即为轴。
轮和轴是连在一起的整体,轮和轴两部分能绕共同轴线旋转,轮转一周,轴也转一周。
轮轴实质为一种能绕固定点连续旋转的杠杆。
其示意图如图11-5所示。
根据杠杆的平衡条件可知,如果轮半径是轴半径的几倍,那么作用在轮上的动力就是作用在轴上的阻力的几分之一,同时作用在轮上的力要移动几倍的距离。
设动力为F1,则动力臂为大圆半径R;阻力为F2,这阻力臂为小圆半径r。
若使轮轴正常工作,应则符合“动力×动力臂=阻力×阻力臂”,即F1∙R=F2∙r。
由图11-5可知,动力F1使轮转一周时,阻力F2在轴上转动一周。
可知动力通过的距离为S1=2πR,阻力通过的距离S2=2πR。
由上式可得S1/S2=R/r,则S手=(R/r)S物。
由此可知,只有动力加在轮上才能省力。
与滑轮等工具相似,有时轮轴也可以反过来使用,将动力作用在轴上,而阻力作用在轮上,这时轮轴作用不但不省力,反而费力,但可以少移动距离。
2.轮轴应用的实例
轮轴的本质是一个可以连续转动的不等臂的杠杆。
因此轮轴的几何外形可以是圆形的,也可以是其他形状的。
如螺丝刀的横截面是圆形,拧螺母的扳手的外形是一个长棍型,水龙头的扭柄是一个“T”字形,绞肉机的摇把是一个折线形等,但它们在转动时都同时具有轮和轴。
因此在判断一个物体是否属于轮轴时,不能只看表面形状,而要抓住它在工作过程中是否具有轮轴的“轮”和“轴”一起绕共同的轮轴转动这一本质特征。
让我们看看自行车都有哪些部位属于轮轴呢?
不难看出,车把是一个轮轴,刹车用的把柄也是一个轮轴,如图11-6所示。
脚踏板与轮盘构成一个轮轴,后轮与飞轮也构成了一个轮轴,用车钥匙开启车锁时钥匙本身就是一个轮轴等。
生活中的螺丝刀、水龙头、门把手、汽车的摇把、方向盘等都属于轮轴,如图11-7所示。
11.1.3斜面
1.斜面
当要把一个物体从地面移动到高处时,比如将货物从码头搬运到轮船上,可以采取前面所学过的杠杆机械,也可以使用前面所学过的滑轮机械、轮轴机械等。
但是如图11-8所示的机械也是常见的搬运方式,这种机械叫做斜面,其示意图如图11-9所示。
与杠杆、滑轮等简单机械相同,斜面也是通过增加动力的移动距离来达到省力的目的。
根据功的原理,G∙H=F∙L,则F=(h/L)G
2.斜面应用的实例
要使同一物体升高相同的高度,斜面越长越省力。
如图11-10所示,等高的几个斜面中,在其他条件都相同的情况下,用最右边的(也是最长的)一个斜面最省力,但需要通过的距离也最长。
日常生活中的楼梯、大型场所的残疾人轮椅通道、各种桥梁的引桥(如杨浦大桥盘旋的引桥)、盘山公路(如图11-11所示)、螺旋(如图11-12所示)等,都是斜面的一种应用。
11.2难点解释
11.2.1使用动滑轮一定省力吗
通常情况下,使用动滑轮工作时,大多是吧把重物挂在动滑轮的轴上,拉力作用在轮缘的细绳上,此时对应的杠杆是动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
然而,当重物悬挂在轮缘的细绳上,拉力作用在动滑轮的轴上时,对应的杠杆却是动力臂为阻力臂的二分之一的费力杠杆。
因此,在分析动滑轮是否省力时,一定要注意分析比较动力臂和阻力臂的大小。
11.2.2非常规滑轮组的原理
滑轮组部分的难点在于等差滑轮部分,如图11-13所示。
如图11-14所示,图(a)同一个滑轮平衡时的两边与轴处受力关系总是:
1:
2的关系。
图(b)中,可以看到三条虚线表示同一根绳子,当系统处于平衡时,这根绳子上的每一处受力相等,请注意系统最左边最长绳上的受力也是F。
图(c)中,两条虚线表示同一根绳子,系统平衡时,这根绳子上每一处受力也相等。
图(d)中,悬挂重物的滑轮直接连接的三根绳子上的力的大小分别为F、2F、F,可知物体的重力G=4F.
11.3例题解析
11.3.1对定滑轮使用特点的认识
例1某同学研究定滑轮的使用特点,他每次都匀速提起钩码,研究过程如图11-15所示,请仔细观察图中的操作和测量结果,然后归纳得出初步结论。
(1)比较(a)、(b)两图,可知;
(2)比较(b)、(c)和(d)三图,可知。
【点拨】请同学们注意观察题中弹簧测力计拉力的大小和方向,重点是分析几幅图中的相同之处和不同之处。
比较(a)、(b)两图时,请以(a)图为参照比较(b)图的变化。
当解答(b)、(c)、(d)三图对比结果时,不能提“是否省力”,因为此时并不与原始状态的(a)图比较。
【答案】
(1)提升同一重物时,使用定滑轮可以改变用力的方向,用力的大小与不用定滑轮时相同;
(2)使用定滑提升同一重物,向各个方向用力时,力的大小不变。
【反思】在解答此类题型时,请注意题中研究什么问题。
如果研究的是有关力的问题,则要仔细回答力的大小、方向、作用点的细节;如果只是问定滑轮的使用特点,则根据定滑轮的使用特点,回答定滑轮是否改变力的方向、是否省力。
11.3.2单个定滑轮、单个动滑轮的竖直使用
例2如图11-6所示,物体A和B所受重力都为120N,滑轮重力和绳与轮间摩擦不计。
当分别用力匀速提升物体A和B时,FA为______N,FB为________N。
【点拨】不计滑轮的重力和摩擦力,考虑理想状态下,则本题直接用定、动滑轮的特点解答即可。
【解析】FA为作用在动滑轮上的力,拉力为物体重力的一半,FA=0.5GA=0.5*120N=60N。
FB为作用在定滑轮上的力,拉力与物体重力相等,FB=GB=12N。
【答案】60,120
【反思】请注意,如果题中考虑滑轮重力时,定滑轮上拉力与物体重力的关系不变,但动滑轮的计算公式要修正为F动=0.5G总=0.5(G物+G轮)。
初中阶段,不论是中考还是竞赛内容,绳与轮间的摩擦还没有考察过。
但真实情况是,如果绳与轮间没有摩擦,滑轮不可能转动起来。
如果你对这些知识有兴趣,不放自己去查阅一些资料。
11.3.3费力的动滑轮
例3如图11-17所示,绳子的一端拴着弹簧测力计接地,绳子的另一端挂着物体G。
当用力F匀速提起滑轮(滑轮和绳子的重力及摩擦不计)时,弹簧测力计示数为10N,则物体重力G与力F的大小应为()
A、G=10N,F=10N
B、G=10N,F=20N
C、G=5N,F=5N
D、G=20N,F=10N
【点拨】本题中滑轮的轴随物体的上升而上升,这是动滑轮。
通常情况下,拉力是作用在滑轮的边缘,阻力是在滑轮的轮轴上,而本题中正好相反。
【解析】作用在滑轮边缘上的两个力是相等的,G=F=10N,作用在轴上的力是轮边缘上的两个力的和,即F=2G=2×10N=20N。
【答案】B
【反思】不论是动滑轮还是定滑轮,在不考虑滑轮本身重力时,轴上受力总是滑轮边缘处受力的两倍。
11.3.4动滑轮水平使用的受力分析
例4如图11-18所示,物体A在拉力F=80N的作用下以4m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动,物体B与水平地面之间的滑动摩擦力为15N,求:
(1)物体B运动的速度;
(2)物体A受到的滑动摩擦力。
【点拨】本题重点关注的是两点:
(1)轮边缘的力移动距离与轮轴移动距离的关系;
(2)物体A匀速运动的原因是受到了平衡力的作用。
物体A受到向右的拉力F,受到向左的力由两个:
一个是滑轮对物体向左的拉力,另一个是地面阻碍物体向右运动的摩擦力。
【解析】
(1)因为时间相同,而SB=2SA,所以VB=2VA=2×4m/s=8m/s
(2)由题意可知,F=2FB+f,f=F-2FB=80N-2×15N=50N。
【答案】
(1)8m/s;
(2)50N
【反思】本题中,涉及水平的拉力和地面对物体A、B的摩擦力的分析,涉及动滑轮轮轴和边缘处受力分析。
因此,确定研究对象,并根据受力平衡对物体进行力的分析是本题的关键。
11.3.5最简单的滑轮组
例5如图11-19所示,滑轮组中绳的固定端系在动滑轮上,当用此装置匀速提起重物时,如果不计摩擦和滑轮自重,则所用的拉力为()
A.F=GB.F=0.5G
C.F=1/3GD.无法确定
【点拨】本题是一定一动滑轮组,题中绳的起点在动滑轮处,在动滑轮部分连接了三股绳子,这样可以省更多的力,但不能改变力的方向。
【解析】在动滑轮部分有三股绳子,则拉力为物体重力的三分之一。
【答案】C
【反思】比较图11-3(c)与图11-19,要使一个装置省更多的力,就要舍弃一些有利的特性,比如“改变力的方向”这一优势。
本题就是如此,许多简单机械的设计思路,都遵循这一规律。
11.3.6最简单的差动滑轮
例6如图11-20所示,用滑轮装置将重力为G的物体悬挂,如果不计滑轮质量和摩擦,要使整个装置达到平衡,则F与G的关系如何?
【点拨】这是一个等差滑轮,与常规滑轮最大的区别在于:
常规滑轮或滑轮组中从头到尾只有一根绳子,同一根绳子上的力处处相等;而等差滑轮装置所用不是一根绳子,不同绳子上的力并不相等。
【解析】对每根绳子进行受力分析,由图11-20(b)可知,G=3F。
【答案】F=1/3G,拉力方向竖直向下
【反思】用两个滑轮,使拉力为物体重力的三分之一,这与例5相同。
但与例5相比,本题中还改变了用力的方向。
如果用三个、四个、五个或更多的滑轮,请同学们思考,与标准的滑轮组相比,是不是可以得到省力更多或改变用力方向等优势。
11.3.7轮轴知识的应用
例7辘轳摇把到轴线的距离是50cm,轴半径是10cm,若把240N的水桶从井中匀速提起,应在摇把上加多大的力?
如果井深6m,那么手摇摇把移动了多少距离?
【点拨】生活中的轮轴有许多表现形式。
本题没有给出图例,同学们应该学会自己画简图。
【解析】辘轳是一个轮轴。
应用轮轴公式F1R=F2r,可知
F1=F2∙r/R=48N
摇把摇动的距离为s=2πRn=30m
【反思】利用轮轴公式与利用杠杆公式一样,单位必须统一。
相关距离单位只要统一,对力的计算结果就没有影响。
比如本题中,距离单位“厘米”和“米”就同时出现并参与计算,这并不影响计算结果。
11.3.8斜面的基础知识
例8要把一重为100N的物体沿光滑的斜面匀速提高到3m的高度,问:
(1)若斜面长为5m,沿斜面的拉力为________N
(2)若斜面长为6m,沿斜面的拉力为________N
【点拨】要使物体升高相同的高度,斜面越长越省力,利用斜面公式进行计算即可。
【解析】
(1)Gh=F1∙L1,F1=Gh/L1=60N
(2)Gh=F2∙L2,F2=Gh/L1=50N
A卷
1.定滑轮和动滑轮在构造上是相同的,只是在使用中,___________________的滑轮叫定滑轮,__________________的滑轮叫动滑轮。
2.升国旗时旗杆的顶端常使用___________滑轮,它的好处是___________________。
建筑工地的塔吊(起重机)的下端使用__________滑轮,它的好处是_______________。
3.定滑轮实质是一个_________杠杆,使用定滑轮时不能__________,但能__________。
动滑轮实质是一个动力臂是阻力臂_________________的杠杆,使用动滑轮时能省___________力,但费_____________。
4.某同学研究动滑轮的使用特点,他每次都匀速提起钩码,如图11-21所示,弹簧测力计同时显示了钩码在各种情况下受到的拉力。
请根据实验现象及相关条件,归纳得出以下初步结论:
(1)由图(a)、(b),可知______________________________________________;
(2)由图(b)、图(c)和图(d),可知__________________________________。
5.动滑轮下面挂一个20kg的物体A,如图11-22所示,挂物体的绳子承受___________N的力,挂绳子的天花板承受__________________N的力(动滑轮重量不计)。
6.与滑轮等工具相似,使用轮轴可以省力,但动力要多移动距离。
轮轴的有关动力的计算公式为___________________________。
7.与杠杆相似,斜面中动力的计算方法为斜面长是斜面高的几倍,动力就是物重的___________________。
公式表达式为_________________。
某人沿着长10m、高1m的光滑斜面,把重为1500N的重物拉到车上去,则某人用的拉力至少是___________N。
8.关于升旗时旗杆顶上的滑轮,其作用叙述正确的是()
A.省力杠杆,可以改变力的作用方向
B.费力杠杆,可以改变力的作用方向
C.等臂杠杆,可以改变力的作用方向
D.以上说法都正确
9.使用如图11-23所示的装置提起重物G,分别施加力F1或F2或F3,则()
A.F1最大
B.F2最大
C.F3最大
D.三者一样大
10.如图11-24所示,将同一物体分别沿光滑斜面AB、AC以相同速度匀速拉到顶点A,施加的力分别为F1和F2,则()
A.F1B.F1>F2
C.F1=F2
D.无法确定
11.如图11-25所示,用滑轮匀速拉动物体A,若在绳端分别以三个不同方向的力拉动,则在F1、F2、F3中,()
A.F1最大
B.F2最大
C.F3最大
D.一样大
12.如图11-26所示,在水平力F的作用下,重100N的物体在水平面上做匀速直线运动,如果物体与地面间摩擦力为10N,滑轮重力和绳子摩擦不计,那么拉力F为()
A.5N
B.10N
C.55N
D.110N
13.如图11-27所示的甲乙两个装置,已知物体G在地面上滑动时所受的摩擦力均为40N(不考虑绳与滑轮的摩擦)。
要使G向右匀速滑动,拉力F甲与F乙的大小分别为()
A.40N,20N
B.20N,40N
C.40N,40N
D.20N,20N
14.如图11-28所示,动滑轮重0.5N,物体G重3.5N,当OA=2OB时,为使轻质杠杆AB保持水平平衡,在A端所加最小的力应为(不计摩擦)()
A.4N
B.2N
C.1N
D.0.5N
15.螺丝刀也是一种轮轴,用小螺丝刀无法旋转螺丝时,换用粗柄的大螺丝刀就行了,这是因为()
A.用大螺丝刀动力大些
B.用大螺丝刀所受的阻力小些
C.用大螺丝刀阻力臂小些
D.用大螺丝刀动力臂大些,使动力与动力臂的乘积大于阻力与阻力臂的乘积
16.一名体重为500N的举重运动员,他最多能举起1200N的物体。
这个人站在地面上,利用图11-29所示装置来提升重物,那么,在给定的以下四个物体中,他所能提起最重的物体是()
A.500N
B.900N
C.1200N
D.2000N
17.如图11-30所示,物体A的质量为1kg,在拉力F的作用下匀速向上运动,若不计摩擦及轮重,在8s内绳子的自由端移动4m,求:
(1)拉力F的大小;
(2)物体移动的速度。
18.如图11-31所示,使用轮半径是轴半径4倍的轮轴匀速吊起浸没在水中的铁块,铁块的体积为5dm3,其重力为382.2N,所受浮力为49N。
问:
当铁块未露出水面时,作用在轮上的力F至少为多大?
(铁的密度为7800kg/m3)
19.用长5m、高1m的斜面,把重100N的物体匀速推到车上去,如果所用推力是32N,问:
斜面对物体的摩擦阻力是多少牛?
20.如图11-32所示,不计动滑轮的质量及转动摩擦,当竖直向上的力F=10N时,恰能使重物G匀速上升,则重物重力为多少牛?
绳固定端拉力为多少牛?
重物上升10cm,力F向上移动多少厘米?
B卷
1.如图11-33所示,A、B是两个弹簧测力计,物体重10N,现用竖直向上的力F拉着弹簧测力计A,使整个装置静止不动,若不计滑轮重力,则弹簧测力计A的示数为__________N,弹簧测力计B的示数为____________N。
2.如图11-34所示,整个装置处于静止状态,已知滑轮重1N,B物体重8N,弹簧测力计的示数为10N,则A物重为___________N,B物对水平地面的压力为___________N。
3.如图11-35所示的滑轮装置示意图中,物体的重力均为40N,当物体在水平地面上做匀速直线运动时,受到水平面的摩擦力的大小为10N,则F1=_______N,F2=_______N,F3=_______N。
4.图11-36是某轮轴的截面图,轴的直径是10cm,动力F的作用点A到轴心O的距离为20cm。
若不计摩擦,用__________N的力可以提起400N的重物。
如摇柄转动一圈,可将重物提升____________cm。
5.如图11-37所示的滑轮组,物体放在水平地面上。
不计拉线质量及滑轮转动摩擦。
重物G=200N,每一个滑轮重20N。
当绳自由端拉力F竖直向上大小为30N时,重物G对地面的压力为___________N。
拉力F为___________N时,恰能让重物G匀速上升。
若重物G能以0.1m/s的速度匀速上升,则绳自由端向上运动速度为____________m/s。
6.盘山公路总是筑得盘旋曲折,因为()
A.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡的距离,根据斜面的原理,斜面越长越省功
B.盘山公路盘旋曲折显得雄伟壮观
C.盘山公路盘旋曲折会延长爬坡长度,斜面的原理告诉我们,高度一定,斜面越长越省力
D.盘山公路盘旋曲折是为了减小坡度,增加车辆的稳度
7.使用轮轴时,下面说法中错误的是()
A.轮轴只能省力一半
B.动力作用在轮上可以省力
C.动力作用在轴上不能省力
D.使用轮半径与轴半径之比为2:
1的轮轴时,可以省力一半(动力作用在轮上)
8.要利用简单机械把一大桶油用人工的方法从地面运到汽车上,最简单的方法是()
A.轮轴
B.斜面
C.杠杆
D.滑轮
9.使用图11-38所示的装置来提升物体时,既能省力又能改变力的方向的装置是()
A.F1最小
B.F2最小
C.F3最小
D.一样大
10.使用如图11-39所示的装置来提升物体时,既能省力又能改变力的方向的装置是()
11.用如图11-40所示的滑轮组提升物体,已知物体重200N,物体匀速上升1m,不计滑轮组重及摩擦,则()
A.拉力为80N
B.拉力为40N
C.绳的自由端拉出4m
D.绳的自由端拉出1m
12.用“一动、一定”组成的滑轮组来匀速提升重物时,所需要的力与不使用滑轮组直接提升重物时相比较,最多可省()
A.1/3的力
B.1/2的力
C.2/3的力
D.3/4的力
13.如图11-41所示,由两定两动滑轮组成的滑轮组,(a)中绳子的固定端系在定滑轮上,(b)中绳子的固定端系在动滑轮上,当用它们分别提起同样重的物体时,如果不计摩擦和滑轮自重,则所用的拉力()
A.F1>F2
B.F1=F2
C.F1D.无法确定
14.某人体重为600N,他想坐在吊篮里用滑轮组匀速拉上去,如图11-42所示,已知吊篮和动滑轮共重240N,则他所用的拉力为()
A.280N
B.420N
C.600N
D.240N
15.如图11-43所示的等差滑轮装置,不计滑轮重力及绳与轮间摩擦的情况下,装置处于静止状态,则F与G的关系为()
A.F=G/3
B.F=G/4
C.F=G/6
D.F=G/7
16.如图11-44所示的等差滑轮装置,不计滑轮重力及绳与轮间摩擦的情况下,装置处于静止状态,则F与G的关系为()
A.F=G/3
B.F=G/4
C.F=G/6
D.F=G/7
17.如图11-45所示是用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组,用这个滑轮组提升重为300N的重物(忽略滑轮组和绳子重及摩擦)。
(1)在图(a)上画出当动力F=150N时绳子的绕法;
(2)在图(b)上画出当动力F=100N时绳子的绕法。
18.如图11-46所示的装置,滑轮A重40N,滑轮B、C各重20N,重物G=200N。
求:
不计拉线质量及滑轮转动摩擦的影响,绳自由端在力F作用下,恰能以60m/s向下运动,则力F的大小是多少?
重物G在1min内能上升多少距离?
(绳子足够长)
19.如图11-47所示,将绳子的一段拴在光滑斜面的顶端,使绳绕过圆木,用手拉住绳子的另一端,将圆木拉上斜面。
已知圆木的质量为20kg,斜面长4m,高1m,不计摩擦,求手的拉力。
20.人站在地面上利用滑轮组提16000N的重物,该绳最多能承受5000N的拉力,请设计一个滑轮组,画出安装示意图。
若人站在高处向上提起重物,又该用怎样的滑轮组?
(要求滑轮个数最少,动滑轮重和摩擦忽略不计)
参考答案
A卷
1.工作时滑轮的轴保持静止不动,工作时滑轮的轴随物体移动
2.定,可以改变用力的方向,动,可以省一半的力
3.等臂,省力,改变用力的方向,两倍,一半,一倍的距离
4.
(1)提升同一重物时,使用动滑轮不改变力的方向,用力大小为不使用动滑轮时的一半;
(2)使用动