滑轮的练习题及答案10.docx
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滑轮的练习题及答案10
11.如图所示,用滑轮组与辘轳(一种轮轴)组成的机械提升井底的物体.不计轮重和各种摩擦,物体重为100N,辘轳的轮半径为1m,轴半径为0.2m,则匀速提升物体时,加在轮柄末端的力是 10 N.
考点:
滑轮组绳子拉力的计算.菁优网版权所有
专题:
简单机械.
分析:
以滑轮组为研究对象,由2段绳子承担物重,所以F=
G;
以轮轴为研究对象,设轮半径为R,轴半径为r,则Fr=F′R,将已知条件代入便可求出.
解答:
解:
由图知,滑轮组由2段绳子承担物重,所以F=
G=
×100N=50N;
根据轮轴的省力特点得,F′•R=F•r,则F′=
=
=10N.
故答案为:
10.
点评:
此题将滑轮组与轮轴结合,考查了滑轮组和轮轴的省力特点,关键是分析出滑轮组承担物重的绳子段数,求出绳端拉力,并根据轮轴的省力特点进行求解.
12.站在平台上的人想使平台保持平衡,设平台重120N.滑轮和绳重不计,摩擦不计,人重480N,则人拉绳的力应为 150 N.
考点:
滑轮组绳子拉力的计算.菁优网版权所有
专题:
简单机械.
分析:
滑轮和绳重不计,摩擦不计,利用整体法,把平台、人看成一个整体.对滑轮组进行受力分析,求出拉力大小.
解答:
解:
对滑轮组进行受力分析如下图:
把平台、人看成一个整体,则向上拉动这一整体的力为F+F+2F=4F,即4F=G台+G板,
所以人的拉力为F=
(G台+G板)=
×(120N+480N)=150N.
故答案为:
150.
点评:
此题主要考查的是学生对滑轮组的省力情况计算的理解和掌握,正确利用整体法是解决此题的关键.
二.解答题(共18小题)
13.(2012•梅州)如图是利用电子秤显示水库水位装置的示意图.该装置主要由不计重力的滑轮C、D,长方体物块A、B以及轻质杠杆MN组成.物块A通过细绳与滑轮C相连,物块B通过细绳与滑轮杠杆相连.杠杆可以绕支点O在竖直平面内转动,杠杆始终在水平位置平衡,且MO:
ON=1:
2.已知物块A的密度为1.5×103kg/m3,底面积为0.04m2,高1m,物块B的重力为100N.滑轮与转轴的摩擦、杠杆与轴的摩擦均忽略不计,g取10N/kg.求:
(1)当物块A的顶部刚没入水面时,底部受到水的压强大小;
(2)当物块A的顶部刚没入水面时,物块A所受的拉力大小;
(3)若水位发生变化,当电子秤的示数为55N时,求物块A浸入水中的深度.
考点:
杠杆的动态平衡分析;滑轮组绳子拉力的计算;液体的压强的计算;浮力大小的计算.菁优网版权所有
专题:
计算题;压轴题.
分析:
(1)当物块A的顶部刚没入水面时,求出底部所处的深度,利用液体压强公式p=ρgh求底部受到水的压强;
(2)求出物块A的体积(物块A的顶部刚没入水面时排开水的体积),利用阿基米德原理求物块A所受的拉力;
(3)①当电子秤的示数为55N时,求出杠杆N端受到的拉力,知道力臂关系,可求杠杆M端受到的拉力;
②由于滑轮组不是由一股绳子缠绕而成,对每一个动滑轮受力分析,利用力的平衡求滑轮组对A的拉力;
③A受到的拉力加上浮力等于物体A的重力,据此求A受到的浮力,再根据阿基米德原理F浮=ρ水V排g求排开水的体积,利用V排=Sh浸求物块A浸入水中的深度.
解答:
解:
(1)当物块A的顶部刚没入水面时,底部所处的深度:
h=1m,
底部受到水的压强:
p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×1m=1×104Pa.
(2)物块A的体积:
VA=0.04m2×1m=0.04m3,
物体A重:
GA=ρAVAg=1.5×103kg/m3×0.04m3×10N/kg=600N,
∵物块A没入水中,
∴排开水的体积:
V排=VA=0.04m3,
物块A所受的浮力:
F浮=ρ水V排g=1×103kg/m3×0.04m3×10N/kg=400N;
物块A所受的拉力:
F拉=GA﹣F浮=600N﹣400N=200N;
(3)①电子秤的示数F示=GB﹣FN,则杠杆N端受到的拉力:
FN=GB﹣F示=100N﹣55N=45N,
∵杠杆平衡,MO:
ON=1:
2
∴FMLOM=FNLON,
∴杠杆M端受到的拉力:
FM=90N;
②滑轮与转轴的摩擦、杠杆与轴的摩擦均忽略不计,
滑轮D受到向下的拉力:
FD=2FM=2×90N=180N,
滑轮C受到向下的拉力:
FC=2FD=2×180N=360N,
∴滑轮组对A的拉力:
F拉A=FC=360N;
③∵F拉A+F浮=GA,
∴F浮=GA﹣F拉A=ρAVAg﹣F拉A=1.5×103kg/m3×0.04m3×10N/kg﹣360N=600N﹣360N=240N,
∵F浮=ρ水V排g,
∴V排=
=
=0.024m3,
∵V排=Sh浸,
∴物块A浸入水中的深度:
h浸=
=
=0.6m.
答:
(1)当物块A的顶部刚没入水面时,底部受到水的压强为1×104Pa;
(2)当物块A的顶部刚没入水面时,物块A所受的拉力为200N;
(3)物块A浸入水中的深度为0.6m.
点评:
本题为力学综合题,考查了浮力的计算、液体压强的计算、杠杆平衡条件的应用,难点在第三问,注意滑轮组不是由一股绳子缠绕而成,要对每一个动滑轮受力分析,进行计算,易错点!
14.(2010•黔西南州)阅读方框中的新闻报道,其中出现了一处科学性错误,请指出错误的字句:
失去惯性 .
如图所示,用一根结实的绳子在两根光滑木棒上绕几圈,一小朋友用力一拉,两位大力士竟撞在一起了.这幅漫画说明 使用滑轮组能省力 .
考点:
惯性;滑轮组绳子拉力的计算.菁优网版权所有
专题:
简答题;压轴题;信息给予题.
分析:
(1)惯性是物体本身固有的属性,一切物体、任何时刻都具有惯性;
(2)两个光滑的木棒相当于两个滑轮,经过绕线之后相当于滑轮组.
解答:
解:
惯性是与物体共存的,是物体就具有惯性,任何时刻都不会失去,所以报道中“失去惯性”是错误的;光滑木棒上绕线后相当于滑轮组,使用滑轮组可以省力.
故答案为:
失去惯性;使用滑轮组能省力.
点评:
关于惯性的正确说法是“具有惯性”,常见的几种错误说法:
“受到惯性”、“惯力”、“惯性作用”.
15.(2009•南昌)如图所示,是2008北京残奥会开幕式最后一棒火炬手侯斌,靠自己双手的力量,攀爬到火炬台底部并最终点燃圣火的照片,该点火仪式充分体现了残疾人自强自立、拼搏向上的勇气和精神.已知他和轮椅总质量为80kg,攀爬高度39m,历时约3min20s.
(1)如果不计机械装置的额外功,求他的平均功率多大?
(2)小明同学看到火炬手攀爬很费劲,想到物理课上学过利用滑轮组可以省力.小明同学如果站在地面上,用如图所示的哪个滑轮组拉起火炬手侯斌最合适,理由是什么?
如果该滑轮组机械效率为80%,求小明同学的拉力至少要多大?
(g取10N/kg)
考点:
功率的计算;物理量的单位及单位换算;滑轮组绳子拉力的计算.菁优网版权所有
专题:
计算题;应用题;简答题;压轴题.
分析:
(1)已知人和轮椅的质量,以及他爬的高度,根据公式W=Gh可求他做的功,还知道所用的时间,根据公式P=
可求他的平均功率.
(2)因为小明同学站在地面上,所以拉力方向必须向下,并且最省力,也就是说动滑轮上绳子的段数最多,根据这两点可判断所选的滑轮组.根据公式η=
=
可求拉力的大小.
解答:
解:
(1)他和轮椅总重力G=mg=80kg×10N/kg=800N,
他的平均功率P=
=
=
=156W.
答:
他的平均功率为156W.
(2)D滑轮组最合适.因为拉力方向向下且更省力.
∵η=
=
=
=
,
∴拉力F=
=
=250N.
答:
小明同学的拉力至少要250N.
点评:
本题考查功率和拉力的计算,关键是公式及其变形的灵活运用,难点是选择滑轮组,这也是本题的重点,解题过程中还要注意单位的换算.
16.(2008•连云港)如图是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图.已知货物的质量为600kg,所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍,滑轮组的机械效率为75%.若人以0.5m/s的速度匀速前行,经100s将货物拉出仓库,g取10N/kg.求在此过程中:
(1)人做的有用功为多大?
(2)人的拉力为多大?
(3)人拉力的功率为多大?
考点:
功的计算;滑轮组绳子拉力的计算;功率的计算.菁优网版权所有
专题:
计算题;压轴题.
分析:
由图知,滑轮组n=2,
(1)知道人的移动速度和移动的时间,利用速度公式求人移动的距离(拉力移动的距离)s,根据s=2s′求货物移动的距离s′;知道货物的质量,利用重力公式求货物重,求出货物受到的摩擦力;再利用W=fs′求人做的有用功;
(2)求出了有用功,知道滑轮组的机械效率,利用效率公式求人做的总功,再根据W=Fs求拉力大小;
(3)知道做功时间,利用功率公式求人拉力的功率.
解答:
解:
(1)人移动的距离:
s=vt=0.5m/s×100s=50m,
∵使用该滑轮组,n=2,
∴货物移动的距离:
s′=
s=
×50m=25m,
货物重:
G=mg=600kg×10N/kg=6000N,
∵货物受到的摩擦力为其重力的0.1倍,
∴货物受到的摩擦力:
f=0.1G=0.1×6000N=600N,
人做的有用功:
W有用=fs′=600N×25m=1.5×104J;
(2)∵η=
∴W总=
=
=2×104J,
又∵W总=Fs,
∴拉力大小:
F=
=
=400N;
(3)拉力做功功率:
P=
=
=200W.
点评:
本题考查了重力的计算、功的计算、功率的计算、机械效率的计算,本题关键:
一是使用滑轮组n的确定(从动滑轮上直接引出的绳子股数),二是本题有用功不是提升重物做功,而是克服摩擦做功.
17.如图所示,是一个上肢力量健身器示意图.配重A的质量为40kg,其底面积为100cm2.重为500N的小勇通过细绳施加竖直向上的拉力F1时,配重A对地面的压强为2×104Pa,人对地面的压强为P1;他通过细绳施加竖直向上的拉力F2时,配重A对地面的压强为3×104Pa,人对地面的压强为P2.滑轮组装置的摩擦力忽略不计,已知P1:
P2=5:
4,g取10N/kg.求:
(1)拉力F1的大小.
(2)若人与地面的接触面积为400cm2,则人对地面的压强P2的大小.
考点:
滑轮组绳子拉力的计算;压强的大小及其计算.菁优网版权所有
专题:
简单机械.
分析:
(1)对整个装置进行分析,得出各个力之间的关系,其中人的拉力F人=2FA+G动;
(2)根据G=mg计算A的重力,A受到地面的支持力F支=G﹣FA,则拉力FA=G﹣F支,且p=
,根据两种情况列出关系式,代入数据,便可求出所求量.
解答:
解:
由p=
知,
F支1=p1S=2×104Pa×10﹣2m2=200N;
F支2=p2S=3×104Pa×10﹣2m2=300N,
(GA﹣F支1)×2+G动=F1,
(GA﹣F支2)×2+G动=F2,
G人+F1=P1S人,
G人+F2=P2S人,
代入P1:
P2=5:
4,G人=500N,GA=400N得:
G动=100N,
F1=500N,
P2=2×104Pa.
答:
(1)拉力F1的大小为500N.
(2)人对地面的压强P2的大小为2×104Pa.
点评:
本题考查了学生对滑轮组的省力特点、同一直线上力的合成的了解与掌握,同时考查了有关压强的概念,关键是能够正确地确定分析对象并进行正确的受力分析.
18.如图甲所示,我国第一艘航母“辽宁舰”正在进行“歼﹣15”飞机起降飞行训练,置于飞行甲板下的拦阻索装置完全由我国自主研发制造.如图乙是拦阻索装置简化后的示意图,它是由压缩气缸、滑轮组和拦阻索组成,气缸的缸体和活塞分别通过硬杆与定滑轮组合和动滑轮组合相连.战舰着舰时,拦阻索与战机的尾钩咬合,使高速运行的战机瞬间停下来.
(1)请在图乙中作出飞机的尾钩受到的拉力的示意图.
(2)如果气缸内活塞A的横截面积为20dm2,活塞受到的最大气压为1.6×107Pa,那么活塞对动滑轮组合产生的最大推力约为多少牛?
拦阻索上的最大拉力约为多少牛?
(不计拦阻索装置各部件之间的摩擦及大气压)
考点:
压强的大小及其计算;滑轮组绳子拉力的计算.菁优网版权所有
专题:
压强、液体的压强;简单机械.
分析:
(1)首先对飞机进行受力分析,由图乙可知,拉力的作用点在飞机的尾钩上,方向分别为左上和左下.
(2)根据气缸内活塞A的横截面积和活塞受到的最大气压,利用p=
可求出活塞对动滑轮组合产生的最大推力;由图可知,拦阻索上的最大拉力为动滑轮组合产生的最大推力的
.
解答:
解:
(1)拉力的作用点在飞机的尾钩上,沿拦阻索画出飞机的尾钩受到的拉力,如下图所示:
(2)∵p=
,
∴F推=pS=1.6×107Pa×20×10﹣2m2=3.2×106N,
拦阻索上的最大拉力F=
F推=
×3.2×106N=8.0×105N.
答:
(1)如图所示;
(2)活塞对动滑轮组合产生的最大推力约为3.2×106N,拦阻索上的最大拉力约为8.0×105N.
点评:
本题考查的知识点多,考查了学生对力的示意图、压强公式的掌握和运用,难度较大,要灵活运用这些公式进行计算.
19.(2014•顺义区二模)小明利用滑轮组及相关器材进行实验,记录的实验数据如下表所示.请根据表中数据归纳出拉力F与重力G的关系:
F= 0.5G﹣0.2N .
G/N
2
3
4
5
6
7
8
F/N
0.8
1.3
1.8
2.3
2.8
3.3
3.8
考点:
滑轮组绳子拉力的计算.菁优网版权所有
专题:
简单机械.
分析:
分析表中重力和拉力大小的关系,归纳出相关的数学关系式.
解答:
解:
由表中数据可见:
①当G为2N,F为0.8N时,符合的数学关系式:
0.5×2N﹣0.2N=0.8N;
②当G为3N,F为1.3N.符合的数学关系式:
0.5×3N﹣0.2N=1.3N;
③当G为4N,F为1.8N,符合的数学关系式:
0.5×4N﹣0.2N=1.8N;
余下的组数据也具有这样的特点,因此拉力F与重力G的关系式是:
F=0.5G﹣0.2N.
故答案为:
0.5G﹣0.2N.
点评:
本题考查了学生的归纳分析能力,是实验类考查的热点,只要细心,一般能得出正确结论.
20.(2014•黄冈模拟)如图甲所示,一名工人进入到一根竖直打入海底的圆柱形钢护筒的底部作业时,因海水涨潮,钢护筒上部突然变形,最窄的地方只有3~5cm,工人被困钢护筒底部.为了将工人救出,救援人员将与钢护筒下端连在一起的水泥桩切断,已知钢护筒连同切割下来的水泥桩等的总重为2.0×106N、浸人水中的体积为40m3,现用起重机吊起它们,起重臂滑轮组上的钢缆绕法如图乙所示,钢缆承受的拉力F随时间t变化的图象如图丙所示.海水的密度取1.0×103kg/m3,不考虑风浪、水流等的影响,吊钩、钢缆重及摩擦都忽略不计.求:
(1)图甲中钢护筒变形处受到海水的压强是多少?
(2)钢护筒连同切割下来的水泥桩等的总重力为多少?
(3)钢护筒连同切割下来的水泥桩等浸入水中的体积为多少?
考点:
液体的压强的计算;滑轮组绳子拉力的计算;阿基米德原理.菁优网版权所有
专题:
压强、液体的压强;浮力;功、功率、机械效率.
分析:
(1)根据公式p=ρgh求出海水的压强;
(2)根据图象可知,钢护筒和水泥桩等全部出水后绳子的拉力,由于滑轮组由4段钢缆承重,然后可求得其总重力;
(3)刚开始起吊时,Fmin=4.0×105N,根据浮力变形公式可求得排开水的体积,即为浸入水的体积.
解答:
解:
(1)钢护筒变形处受到海水的压强是:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m=2.0×104Pa;
(2)钢护筒和水泥桩等全部出水后,Fmax=5.0×105N
由于滑轮组由4段钢缆承重,所以
G=4Fmax=4×5.0×105N=2.0×106N;
(3)刚开始起吊时,Fmin=4.0×105N,
由于Fmin=
=
,
所以V排=
=
=40m3.
答:
(1)图甲中钢护筒变形处受到海水的压强是2.0×104Pa;
(2)钢护筒连同切割下来的水泥桩等的总重力2.0×106N;
(3)钢护筒连同切割下来的水泥桩等浸入水中的体积为40m3.
点评:
本题主要考查的是学生对液体压强、浮力公式的理解和掌握,关键是从图象中获取正确的信息,此题有一定的拔高难度,属于难题.