滑轮 滑轮组 机械效率知识提要测试题附答案.docx
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滑轮滑轮组机械效率知识提要测试题附答案
滑轮滑轮组机械效率
一、滑轮：
1、定滑轮：
①定义：
中间的轴固定不动的滑轮。
②实质：
定滑轮的实质是：
③特点：
使用定滑轮（能/不能）省力,但是（能/不能）改变力的方向。
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：
动滑轮的实质是：
杠杆。
③特点：
使用动滑轮能省的力，但（能/不能）改变动力的方向。
1理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：
F=12G只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=12（G物+G动）
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）
3、滑轮组
①定义：
定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。
②特点：
使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向
③理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F=1nG。
只忽略轮轴间的摩擦，则拉力
F=1n（G物+G动）绳子自由端移动距离SF（或vF）=n倍的重物移动的距离SG（或vG）
2组装滑轮组方法：
首先根据公式n=（G物+G动）/F求出绳子的股数。
然后根据“奇动偶定”的原则。
结合题目的具体要求组装滑轮。
二、功：
1、力学里所说的功包括两个必要因素：
一是；二是
2、不做功的三种情况：
有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。
巩固：
☆某同学踢足球，球离脚后飞出10m远，足球飞出10m的过程中人（做/不做）功。
（原因是足球靠飞出）。
3、力学里规定：
功等于。
公式：
4、功的单位：
焦耳，1J=1N·m。
把一个鸡蛋举高1m，做的功大约是0.5J。
5、应用功的公式注意：
①分清哪个力对物体做功，计算时F就是这个力；②公式中S一定是在力的方向上通过的距离，强调对应。
③功的单位“焦”（牛·米=焦），不要和力和力臂的乘积（牛·米，不能写成“焦”）单位搞混。
三、功的原理：
1、内容：
使用机械时，人们所做的功，都不会少于直接用手所做的功；即：
使用任何机械都不省功。
2、说明：
（请注意理想情况功的原理可以如何表述？
）
①功的原理是一个普遍的结论，对于任何机械都适用。
②功的原理告诉我们：
使用机械要省力必须费距离，要省距离必须费力，既省力又省距离的机械是没有的。
③使用机械虽然不能省功，但人类仍然使用，是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向，给人类工作带来很多方便。
④我们做题遇到的多是理想机械（忽略摩擦和机械本身的重力）理想机械：
使用机械时，人们所做的功（FS）=直接用手对重物所做的功（Gh）
3、应用：
斜面
①理想斜面：
斜面光滑②理想斜面遵从功的原理；
③理想斜面公式：
FL=Gh其中：
F：
沿斜面方向的推力；L：
斜面长；G：
物重；h：
斜面高度。
如果斜面与物体间的摩擦为f，则：
FL=fL+Gh；这样F做功就大于直接对物体做功Gh。
四、机械效率：
１、有用功：
定义：
。
公式：
W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总
斜面：
W有用=Gh
2、额外功：
定义：
并非我们需要但又不得不做的功
公式：
W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）
斜面：
W额=fL
3、总功：
定义：
有用功加额外功或动力所做的功
公式：
W总=W有用＋W额=FS=W有用／η
斜面：
W总=fL+Gh=FL
4、机械效率：
①定义：
有用功跟总功的比值。
②公式：
斜面：
定滑轮：
动滑轮：
滑轮组
③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。
通常用百分数表示。
某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
④提高机械效率的方法：
减小机械自重、减小机件间的摩擦。
5、机械效率的测量：
原理：
应测物理量：
钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
器材：
除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。
步骤：
必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：
保证测力计示数大小不变。
结论：
影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：
①动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。
②提升重物越重，做的有用功相对就多。
③摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。
绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。
五、功率：
1、定义：
单位时间里完成的功
2、物理意义：
表示做功快慢的物理量。
3、公式：
=Fv
4、单位：
主单位W常用单位kWmW马力
换算：
1kW=103W1mW=106W1马力=735W
某小轿车功率66kW，它表示：
小轿车１s内做功66000J
5、机械效率和功率的区别：
功率和机械效率是两个不同的概念。
功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。
1（2010襄樊）．体育活动中也包含很多物理知识。
下表是杨威同学的一次体育测试成绩。
项目
100m跑
俯卧撑
举重
成绩
16s
25个/min
30kg
请你根据表格中提供的信息进行下列有关计算：
（g取10N／kg）
（1）杨威同学100m跑的平均速度是多大?
（2）在下图中，杨威同学的重量是500N，A点为此时的重心，请你根据图中数据求出支持力F的大小；
（3）杨威同学用4s把杠铃举起了2m，则他举起杠铃的功率是多少?
答案：
（1）6.25m/s
（2）F=300N（3）150W
2（2010黔南州）．随着城市建设进程的加快，都匀城内出现子许多高层建筑，电梯是高层建筑的重要组成部分。
某电梯公寓的电梯某次在竖直向上运行的过程中，速度随时间变化的情况如图所示，忽略电梯受到的空气阻力和摩擦阻力，向上运行的动力只有竖直向上的电动机拉力，电梯箱和乘客的总质量为600kg，g=10N／kg。
求：
①电梯在匀速运动阶段上升的高度h1是多少?
拉力F1做了多少功?
②电梯在加速阶段的平均速度等于该阶段速度的最大值和最小值的平均值。
已知在加速阶段，电动机的拉力F2做了11520J的功；求加速阶段电动机拉力F2的大小?
③电梯开始向上运动后经过64s，电动机的拉力的平均功率是多大?
答案：
（1）h1=48m2.88×105J
（2）7200N
（3）4.68×103W
3（2010梅州）．如图所示，物体A的质量m=12kg，在拉力F的作用下，物体A以0.1m/s的速度在水平面上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为12N，忽略滑轮与绳子的摩擦力以及滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力，并且绳子足够长。
求：
（1）物体A与水平面间摩擦力f的大小；
（2）拉力F的大小；
（3）物体A运动10s的过程中，拉力F所做的功。
答案：
（1）因做匀速直线运动，则：
f=F示=12N
（2）作用在动滑轮轴上的拉力：
F=2f=2×12N=24N
（3）W=FS=24N×0.1m/s×10s×1/2=12J
4（2010毕节）．小军同学喜欢运动，在一次参加爬杆比赛中，质量为45kg的小军10s内爬到8m高的杆顶，取得较好的成绩（g=10N/kg，杆竖直立在水平地面上）求：
（1）小军爬杆的速度是多少？
（2）小军爬杆过程中，做了多少功？
功率是多大？
（3）根据你学过的物理知识，提出类似运动训练和比赛中获得好成绩的方法（写现两点即可）
答案：
（1）v=s/t=8m/10s=0.8m/s
（2）W=Gh=mgh=45kg×10N/kg×8m=3600J,P=W/t=3600J/10s=360W
（3）增大手与杆之间的摩擦（如可往手上抹滑石粉）；尽量减轻体重（如穿轻衣服）
5（2010茂名）．用如图所示的滑轮组去拉物体A，已知A物质的密度是2×103kg/m3，底面积是0.3m2，重力为600N。
物体A在F=l00N的拉力作用下，沿水平方向匀速前进了2m。
（g取l0N/kg）求：
（1）物体A对水平地面的压强是多少？
（2）物体A的体积是多大？
（3）若该装置的机械效率为80%，物体A在水平方向上受到的阻力是多少？
答案：
（1）物体A在水平地面，F=G=600N
压强：
p=
=
=2000Pa
（2）物体A质量m=
=
==60kg
由ρ=
得A的体积v=
=
=3×10-2m3
（3）由η=
=
得F阻=2Fη=2×100N×80%=160N
6（2010大理）．随着人们生活水平的不断提高，汽车已经走进我们的家庭，小龙家最近也买了一辆轿车，如图所示，该车车身质量为1800kg，车轮与地面的总接触面积为4.0×10-2m2，“五·一”期间，小龙一家从丽江自驾车到大理赶三月街，若车站以54km/h匀速行驶了3h40min到达三月街。
求：
（１）小龙家道大理三月街的路程；
（２）若该车的发动机输出功率恒定为90kW，轿车匀速行驶过程中的阻力；
（３）小龙一家及随身物品的总重量为200kg，该车静止时对地面的压强。
答案：
（1）198km
（2）6×103（3）5×105
7（2010宁德）．户外探险、攀岩是当今许多青年学生喜欢的一项体育运动。
在某次室内攀岩比赛中，体重为600N的小刚同学用了20s攀上高为l5m的竖直岩壁，获得了冠军。
求：
（1）小刚同学攀岩的平均速度。
（2）小刚同学在攀岩过程中克服重力做了多少功?
功率多大?
答案：
（1）v=s/t=15m/20s=0.75m/s
（2）W=Fs=Gh=600N×15m=9×103J
P=W/t=9×103J/20s=450W
8（2010武汉）．高压起重气垫是一种适合于地震救灾的起重工具。
它由如图甲所示的高压气瓶、气管、阀门与气垫连接而成。
起重时，气垫放入重物与地面的间隙之间，由高压气瓶向气垫内充气，气垫在短时间内可把重物举起一定高度。
（1）高压气瓶向气垫内充气时，气瓶内的气体温度，内能。
如果高压起重气垫在5s内可将105N的物体举高0.1m，则其功率为W。
（2）图乙中，质地均匀的长方体石板长为2m、重为6×104N。
当气垫内最高气压比外界高106Pa时，石板恰好被顶起，此时气垫和石板的接触面是连长为20cm的正方形。
①请在图乙中画出气垫恰好顶起石板时的阻力臂l2。
②气垫恰好顶起石板时，气垫的中心至少离石板右端的支点O多远？
甲乙
答案：
（1）降低 减少 2×103
（2）①气垫刚好顶起石板时的阻力臂l2如图所示：
②F1＝pS＝106Pa×0.2m×0.2m＝4×104N
根据F1l1＝F2l2得：
l1＝
＝
＝
＝1.5m
9（2010荆门）．由航空工业六0五研究所自行设计的“海鸥300”轻型水陆两栖飞机（如图所示）将于今年10月首飞，该机可载4-6名乘客，配置有高性能的发动机和先进航空仪表设备，可用于公务飞行、货物运输、海岸巡逻等。
设飞机的总质量为4000kg，g取10N/kg。
（1）飞机停在水面时，排开水的体积是多少m3?
（2）若飞机在空中以360km/h的速度水平匀速飞行时，它在水平方向受到的阻力为飞机重力的0.1倍，飞机发动机的功率是多少W？
答案：
（1）飞机停在水面时，
即
所以：
（2）飞机水平匀速飞行时，动力等于阻力，即：
F＝0.1G＝0.1mg＝0.1×4000kg×10N/kg＝4000N
飞机的功率：
10昭通）．小汽车是我们熟悉的交通工具，它给我们的生活提供了便利，某型号小汽车以72km／h的速度匀速行驶时，小汽车牵引力的功率是70kW．求：
（1）小汽车匀速行驶1000m牵引力做的功是多少J？
（2）小汽车以该速度匀速行驶时牵引力是多大？
（3）观察小汽车的外形（如图所示），判断小汽车在水平路面高速行驶与静止时，对地面的压力哪个大？
为什么？
答案：
（1）v=72km/h=20m/st=
50sW=Pt=3.5×106J
（2）F=
=3500N
（3）静止时，小汽车对地面压力大。
因为小汽车高速行驶时车身上方空气流速较大，小汽车受到了一个向上的升力，所以减轻了小汽车对地面的压力。
（2010鸡西）．为了在中考的体育测试中取得好成绩，小雨同学每天都进行体育锻炼。
（1）他先沿着200m长的跑道慢跑锻炼，从6：
00到6：
10共跑了12圈。
他的平均速度大约是多少？
（2）慢跑结束后开始跳绳。
如果小雨的质量是60kg，他每次起跳高度约是5cm，那么他每跳一次需克服重力做功大约多少焦？
（3）在中考的“1分钟跳绳”测试中，小雨同学跳了160次，而小明同学跳了100次。
试问：
测试中，成绩好的同学做功一定多吗？
说出你的理由。
答案：
（1）4m/s
（2）G=mg=60kg×10N/kg=600N
W=Fs=Gh=600N×5×10-2m=30J
（3）相同时间内做功多少与重力大小、跳起高度、次数有关。
而本题中只明确了次数关系，重力和高度的关系都不明确，无法得出明确结论，所以得分高的同学，做功不一定多。
（2010宜宾）．2009年秋季以来，我国西南部分地区遭遇严重旱灾，不少地方不得不靠打深井取水。
如图所示，小明同学正利用滑轮组和金属水桶从深井中提水，若水桶的材料密度为8g/cm3,水桶质量为4kg，水桶容积为20L。
当盛满水的桶从水中慢慢提升（桶始终未出水面）时，小明对绳的拉力为F=25N。
不计绳子重量和摩擦，水的密度是1.0×103kg/m3，g取10N/kg.试求：
（1）动滑轮有多重？
（2）水桶露出水面前，滑轮组的机械效率有多大？
（3）水桶被提离井中水面后，以0.2m/s的速度匀速竖直上升，小明对绳子自由端拉力的功率多大？
答案：
（1）15N（在水中时绳子受到的拉力等于桶的重力减去它受到的浮力）
（2）70%（3）25.5W
（2010黔南州）．如图所示，质量不计的光滑木板AB长1.6m，可绕固定点O转动，离O点0.4m的B端挂一重物G，板的A端用一根与水平地面成30°夹角的细绳拉住，木板在水平位置平衡时绳的拉力是8N。
然后在O点的正上方放一质量为0.5kg的小球，若小球以20cm／s的速度由O点沿木板向A端匀速运动，问小球至少运动多长时间细绳的拉力减小到零。
（取g=10N／kg，绳的重力不计）
答案：
4.8s
（2010台州）．过山车是一种富有刺激性的娱乐工具，它的运动包含了许多科学原理。
六一节小柯第一次乘坐过山车（如图所示）。
（1）小柯坐在过山车上，感到天旋地转，这时他是以作为参照物的。
（2）过山车的设计者通过计算受力因子，来衡量座椅施加给游客的力，让这些力既使游客感到刺激又不会受伤。
受力因子=
小柯同学的质量为50kg，当他坐在过山车上行驶到轨道底部时，受力因子为2如果此时他与座椅的接触面积为500cm2，求此时他对座椅的压强。
（g取10N/10kg）
（3）开始时，过山车车厢需先被机械装置推上坡顶。
小柯同学坐完过山车后，向管理员了解到如下表所示的一组数据。
请你帮助小柯计算一下，整列车厢从底端被推到斜坡顶端时推力所做的功。
（不计车厢的长度）
斜坡长/m
斜坡高度/m
沿斜坡的推力/N
电机的功率/kW
50
30
15000
55
答案：
（1）自己、车厢、座椅等合理答案均可
（2）2×104Pa（3）7.5×105J
（2010湛江）．湛江港一装卸工人用如图所示的滑轮组匀速提升质量为80kg的货物，所用的拉力F为500N，绳子自由端在50s内被匀速拉下4m，求：
（g取10N／kg）
（1）提升前货物静止在地面上，与地面的接触面积为0.04m2，求货物对地面的压强．
（2）提升时绳子自由端的速度．
（3）拉力F的功率．
（4）此滑轮组的机械效率．
答案：
（1）货物对地面的压强p=F/S=mg/S=80kg×10N/kg/0.04m2=2×104Pa．
（2）提升时绳子自由端的速度v=s/t=4m/50s=0.08m/s．
（3）拉力F的功率P=Fv=500N×0.08m/s=40W
（4）此滑轮组的机械效率η=W有用/W总=mg/2F=（80kg×10N/kg）/（2×500N）=80%
（2010石家庄）．如图所示，起重机正将一箱箱设备吊装到施工台上，其中起重臂下的钢绳是绕在一个动滑轮上的。
已知每箱设备重4000N，施工台距离地面的高度为3m，当起重机沿竖直方向匀速提升一箱设备时．
（1）若动滑轮上每段钢绳的拉力是2500N，求起重机的机械效率和额外功；
（2）起重臂OA长12m，与水平方向夹角为30°（如图所示），支撑臂与起重臂垂直，作用点为B，且OB=4m，求支撑臂给起重臂的支持力（忽略起重臂自重，cos30°≈0.87）；
（3）起重机的质量为8t，工作时汽车轮胎离开地面，支架与地面接触的总面积为1.4m2．若地面能承受的最大压强是7×104Pa，计算说明地面能否安全承担起重机。
答案：
（1）W有用=Gh=4000N×3m=1.2×104J
W总=Fs=2500N×3m×2=1.5×104J
η=W有用/W总=80%
W额外=W总－W有用=3000J
（2）F支×OB=G×L
F支×4m=4000N×（12m×0.87）
F支=10440N
（3）p=F/S=G总/S=（8×103kg×10N/kg＋4000N）/1.4m2=6×104Pa＜7×104Pa
∴地面能安全承担起重机
（2010长沙）．2010年5月18日国际博物馆日，广东南澳海域的“南澳1号”水下考古发掘现场，成为了本处度由国家文物局主办的“文化遗产博览月“开幕地点，如图为打捞沉船里一货箱的模拟图片，问：
（1）用声呐探测到沉船的回声时间是0.04s,沉船在水下的深度为多少？
（声音在海水中的传播速度1450m/s）
（2）海水对沉船的压强为多少？
（不计沉船的高，海水的密度约为）
（3）己知动滑轮及附属部件的总重为3000N，将一重为4000N的货箱匀速打捞水面时，每根钢绳的拉力F为多大？
若每只货箱重力相同且不可分割，钢绳的最大拉力为5000N，则在货箱离开水面被匀速拉起的过程中，该滑轮组的机械效率最大可达多少？
（不计摩擦和钢绳重）
答案：
（1）沉船在水下的深度：
h=vt/2=0.5×1450m/s×0.04s=29m
（2）水对沉船的压强：
p=ρgh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×29m=2.842×103Pa
（3）钢绳的拉力：
F=（G货+G动）/4=（4000N+3000N）/4=1750N
讨论：
若钢绳的最大拉力F1为5000N时，此装置的机械效率可达最高
若此时提起货箱的个数为n，对动滑轮及附属部件和货箱进行受力分析可得：
4F1=nG货+G动，即4×5000N=n4000N+3000N
解得n=4.25，因货箱不可分割，取n=4
即当一次提起4个货箱时，此装置的机械效率可达最高
此时滑轮组提起货箱的总重力
G=4G货=4×4000N=16000N
W总=Gh=16000h
此时拉力F2=（G+G动）/4=（16000N+3000N）/4=4750N
绳子自由端移动的距离s=4h
W总=F2s=4750×4h=19000h
此装置的机械效率：
η=W有/W总=16000h/19000h=84.2%
（2010福州）．福州鼓山大桥的建设创造了多项全国之最，其中全桥分为53段钢箱梁分段施工，每一段钢箱梁的质量高达1.3×105kg，其底面积约为260m2，采用号称“东南第一吊”的“天车”从江面起吊到桥墩上进行拼装。
问：
（1）一段钢箱梁受到的重力是多少?
（g取10N／kg）
（2）一段钢箱梁放在水平地面时，其对地面的压强约为多少?
（3）若“天车”将一段钢箱梁从江面起吊到桥墩，匀速竖直提升了30m，拉力做的功是多少?
答案：
（1）钢箱梁受到的重力G=mg=1.3×105kg×10N／kg=1.3×106N
（2）地面受到的压力F压=G=1.3×106N
地面受到的压强
=5×103Pa
（3）∵钢箱梁匀速直线运动∴F拉=G=1.3×106N
拉力做的功W=F拉s=1.3×106N×30m=3.9×107J
（2010十堰）．如图所示，有一块平直的轻质木板（木板重力不计），其左端连接在转动轴Ｏ处，其右端Ａ用一根细绳系在竖直墙Ｂ处，此时木板恰好水平，夹角∠BAO＝37°，细绳能承受的最大拉力为10Ｎ，OB两点间距是5m，现将一个重量为10Ｎ的小物块放在木板上Ｏ点附近（可视为在Ｏ点），让它在一个大小为5Ｎ的水平拉力作用下以2m/s的速度向右做匀速直线运动，已知sin37°=0.6,sin53°=0.8）
求：
（1）小物块在木板上运动时，它受到的摩擦力是多大？
（2）小物块在木板上运动了多长时间，细绳才被拉断？
（3）在细绳ＡＢ拉断之前，拉力Ｆ对小物块做了多少功？
做功功率多大？
答案：
（1）F＝f=5N
（2）设物由O向A运动路程s时绳被拉断，
则FＡＢ·（OB·cos37°）＝Gs解得：
s＝４m
t=s/v=4m/2m/s=2s
（3）W＝Fs＝20ＪP＝Fv＝10Ｗ
（2010金华）．在上海世博园“低碳行动”展区展出了一系列高科技展项，其中包括我国自主创新的纯电动汽车。
该汽车充足电后，在水平路面进行性能测试，记录如表所示。
水平牵引力
400N
车速
54km/h
行驶总路程
135km
车身总重
10000N
轮胎与地面接触面积
4×0.025m2
电动机额定电压
64V
求这次测试中：
（1）汽车总行驶时间。
（2）汽车水平牵引力所做的总功
（3）汽车对路面的压强。
答案：
（1）根据t=s/v=2.5h
（2）根据W=Fs=5.4×l07J（3）105Pa
（2010陕西）．上海世博会采用了我国自行开发研制的纯电动中巴车用于接待来宾．该车部分技术参致如下表
长宽高（mm）
7030／2050／2650
最大车速（km／h）
100
空车质量（kg）
2080
最大功率（kW）
80
电源
锂电池
座位数（含司乘）
15
参考表中数据，完成以下要求：
（g取10N／kg）
（1）该车轮胎上的花纹是为了增大__________________；
电动车与以汽油为燃料的汽车比较，它的优点是______________（写出一条即可）．
（2）该车静止在水平路面上，空载时轮胎与路面接触的总面积为0.15m2车对路面的压强是多大?
（3）该车在最大功率下，以最大车速在水平路面上匀速直线行驶5km，需要多长时间?
车在运动过程中受到的阻力是多大?
答案：
（1）摩擦（或摩擦力）环保
（2）空载时车对路面的压力F=G=mg=2080kg×10N／kg=2.08×104N
车对路面的压强p=F/S==138666.67Pa（在138666~1.39×104Pa范围）
（3）解法一：
所用时间t=s/v=5km/100km/h=0.05h=180s
或t=s/v=5000m/27.78m/s=179.99s（在178.57~180s范围）
牵引力所做的功W=Pt=8×104W×180s=1.44×107J
由W=Fs得F=W/s=1.44×107J/5×103m=2880N
物体做匀速直线运动f=F=2880N（在2857~2880
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