备战2023新中考二轮物理专题导练 专题25 滑轮及其工作特点

考点精讲

1、定滑轮、动滑轮及其特点

（1）定滑轮

①定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变。

②定滑轮的特点：不省力也不费力，但可以改变作用力方向。

③定滑轮的原理：定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂、阻力臂等于滑轮半径，根杠杆平衡条件可以得出定滑轮不省力的结论。

（2）动滑轮

①动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动。

②动滑轮的特点：使用动滑轮能省一半力，费距离。

③动滑轮的原理：动滑轮实质是个动力臂（）为阻力臂（）二倍的省力杠杆，使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半，使用动滑轮虽然省了力，但动力移动的距离大于钩码升高的距离，即费距离。

2、滑轮组及其特点

（1）定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组。使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离。

（2）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F＝，

若忽略滑轮重，则有F＝，其中n为承担物重的绳子的段数。

（3）用滑轮组提升物体时，虽然省力，但是费距离，滑轮组有几段绳子吊着物体，绳子自由端移动的距离就是重物升高距离的几倍。设物体升高的距离为h，则绳子自由端移动的距离为s＝n h（n表示承担物重的绳子的段数）。

3、机械效率的计算

（1）用W总表示总功，用W有用表示有用功，用η表示机械效率，即η＝。

（2）由于额外功不可避免，有用功只是总功的一部分，因此机械效率总小于1。

（3）计算方法：

真题解析

1．（2021•盐城中考）旗杆顶端装有定滑轮，升旗时旗手向下拉绳子，国旗冉冉升起。下列说法正确的是（　　）

A．旗手对绳的拉力一定等于国旗重力 

B．旗手对绳的拉力等于国旗重力的一半 

C．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离 

D．国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离的一半

解：AB、旗杆顶端装有的定滑轮，实质是等臂杠杆，使用时，不省力也不费力。不计绳重和摩擦且国旗匀速上升时，旗手对绳的拉力一定等于国旗重力，若计绳重和摩擦，旗手对绳的拉力大于国旗重力，故AB错误；

CD、旗杆顶端装有定滑轮，定滑轮实质是等臂杠杆，使用时，不省距离也不费距离，则国旗上升的距离等于被旗手拉下的绳端移动距离，故C正确、D错误。

答案：C。

2．（2020•绍兴中考）如图，甲、乙实验可以得出“定滑轮不能省力”这一结论。小敏想通过一次实验既得出结论，又能直接显示出钩码的重力大小，于是在左侧加上一个相同的弹簧测力计（弹簧测力计重力不能忽略、绳和滑轮之间摩擦不计）。下列四套装置中能实现的是（　　）

A． B． C． D．

解：

（1）在AC两图中，钩码挂在拉环上（即左边测力计倒置使用），因为弹簧测力计本身有重力，所以此时测力计显示的示数等于测力计自身的重力与钩码重力之和，则不能直接显示出钩码的重力大小，故AC错误；

（2）在BD两图中，钩码挂在挂钩上（即左边测力计正常使用），所以能直接显示出钩码的重力大小；

①B图中，右边的测力计倒置使用，此时右边测力计的示数等于左边测力计的重力与钩码重力之和，而左边测力计的示数等于钩码的重力，所以两边测力计的示数不相等，不能得出正确结论，故B错误；

②设两测力计的重力均为G，由于定滑轮上的左边都是钩码和一个测力计在拉绳子，则绳子的拉力为F＝G1+G；

D图中，左边测力计的示数为：F左＝G1；

手拉右边测力计的挂钩，由力的平衡条件可得，右边测力计的示数（即测力计受到向下的拉力）：F右＝F﹣G＝G1+G﹣G＝G1；

所以，F左＝F右＝G1，能得出正确结论，故D装置中能实现所有的要求；

答案：D。

3．（2021•青岛中考）如图所示，建筑工人使用滑轮组匀速向楼上运送石料，下列不能提高滑轮组机械效率的是（　　）

A．换用轻质的动滑轮 

B．滑轮转轴处加润滑油 

C．增大匀速提升的速度 

D．增大单次运送石料的重力

解：A、换用轻质的动滑轮，减少了动滑轮的重力，可以减小克服动滑轮重力所做的额外功，在有用功相同的情况下，总功减小，由η＝可知，能提高滑轮组的机械效率，故A不符合题意；

B、在轴上加润滑油，可以减小克服摩擦所做的额外功，在有用功相同的情况下，总功减小，由η＝可知，能提高滑轮组的机械效率，故B不符合题意；

C、根据η＝＝＝＝可知，滑轮组的机械效率与物体运动的速度无关，故C符合题意；

D、增大所提升物体的重力，在提升高度不变时，有用功增大；在额外功不变的情况下，有用功增大，有用功在总功中所占的比例增大，能提高滑轮组的机械效率，故D不符合题意。

答案：C。

4．（2021•淄博中考）现有史籍中最早讨论滑轮的是《墨经》。书中将向上提举重物的力称为“挈”，将自由往下降落称为“收”，将整个滑轮称为“绳制”（图1）。现分别用甲、乙两个力替代“收”（图2），使重物在相同的时间内匀速上升相同高度。不计绳重和摩擦，下列说法正确的是（　　）

A．使用这个滑轮能省力 

B．甲拉力大小等于乙拉力大小 

C．甲拉力做的功大于乙拉力做的功 

D．甲拉力使绳自由端移动的速度小于乙拉力使绳自由端移动的速度

解：A、由图可知，图中的滑轮是定滑轮，使用定滑轮只能改变力的方向，不能省力，故A错误；

B、定滑轮是等臂杠杆，由于阻力和阻力臂不变，动力臂都等于滑轮的半径，即甲、乙拉力的力臂相等，根据杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2，可知，甲拉力大小等于乙拉力的大小，故B正确

C、由题意可知，重物上升的距离相同；在使用定滑轮中，绳子移到的距离等于重物上升的距离；由于甲、乙拉力大小相等，根据W＝Fs可知甲、乙拉力做功的大小相等，故C错误；

D、由题意可知，重物在相同时间内上升的距离相同，即重物上升的速度相同；在使用定滑轮中，绳子移动的距离等于重物上升的距离，绳子移动的时间和重物上升的时间相同，根据v＝可知，甲、乙拉力移动的速度都等于重物上升的速度，故D错误。

答案：B。

5．（2021•永州中考）如图所示，用F＝10N的拉力使重物匀速上升0.1m，已知物体的重力为27N（忽略绳子与滑轮的摩擦及绳子的重力），下列说法正确的是（　　）

A．绳子末端移动的距离是0.2m 

B．拉力做的功是2.7J 

C．滑轮组的机械效率是90% 

D．动滑轮的重力是1N

解：

A、由图知n＝3，则绳子末端移动的距离：s＝3h＝3×0.1m＝0.3m，故A错误；

B、拉力做的总功：W总＝Fs＝10N×0.3m＝3J，故B错误；

C、有用功为：W有用＝Gh＝27N×0.1m＝2.7J；

机械效率为：η＝＝＝90%，故C正确；

D、拉力做的额外功：W额＝W总﹣W有用＝3J﹣2.7J＝0.3J；

不计绳重和滑轮的摩擦，由W额＝G动h可得，动滑轮的重力：G动＝＝＝3N，故D错误。

答案：C。

突破提升

一、单选题

1．用如图所示的滑轮组提升物体，已知物重800N，5s内物体被匀速提升了1m，人对绳自由端的拉力F为450N，不计绳重和摩擦。下列说法正确的是（　　）

A．滑轮组所做的有用功为450J

B．动滑轮的重力为350N

C．滑轮组的机械效率为88.9%

D．拉力F的功率为90W

2．如图所示，用相同的滑轮组装成甲、乙滑轮组，分别将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，不计绳重和摩擦，则（　　）

A．甲、乙的拉力之比是3：2 B．甲、乙绳的自由端速度之比是 1：1

C．甲、乙拉力的功率之比是 3：2 D．甲、乙的机械效率之比是1：1

二、填空题

3．如图所示，用滑轮A、B匀速提升重100牛的物体，则力F1=________牛，使用B滑轮的优点是可以_____________________。若物体被B滑轮匀速提高了2米，则F2做功为__________焦。

4．如图是同学们常用的燕尾夹，AB=BC，当用力摁住C点打开该夹子时，此时夹子可近似看作___________杠杆（选填“省力”、“费力”或“等臂”）。用图甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体，滑轮重、绳重和摩擦力不计。则手的拉力F甲=___________N，F乙=___________N。

5．如图所示，利用滑轮组匀速提升重为8N的物体，动滑轮重2N，物体被提升了0.5m，不计绳重和摩擦，则绳子自由端的拉力F为___N，拉这次重物，滑轮组的机械效率为___。

三、作图题

6．如下图所示，请画出用该滑轮组最省力的绕线方法将汽车拖出泥潭。

7．（1）如图所示，一只鸡蛋静止在盐水中，画出此时鸡蛋受力的示意图________。

（2）如图所示，用滑轮组提升重物，用笔画线代替绳子在图中画出最省力的绳子绕法________。

四、计算题

8．如图所示，小明把重物放在垫板上（垫板重忽略不计），垫板放在水平面上，通过如图所示的滑轮组搬动重物。已知动滑轮重100N，小明重500N，双脚着地面积为500cm2，小明把重为1000N的重物移动了0.2m，所用的拉力为300N，不计绳重和机械摩擦。

（1）小明对地的压强；

（2）小明做的有用功；

（3）通过查资料知道摩擦力大小与压力成正比，小明利用这个装置最多可以搬多重的重物？

9．如图所示，用滑轮组将重为G＝1800N的金属块打捞出水面，不计绳重、摩擦和水对金属块的阻力，作用在绳自由端拉力的功率始终保持1680W，金属块浸没在水中时被匀速提起的速度为v1＝0.8m/s，金属块的密度为8×103kg/m3，g取10N/kg。求：

（1）金属块未露出水面以前的机械效率η；

（2）金属块被提出水面后匀速上升的速度v2（计算结果保留两位小数）。

10．某兴趣小组用如图所示的滑轮组（物体与动滑轮用绳子连接）匀速拉动放在同一水平面上的物体，物体的质量为100kg，动滑轮的重力为40N，用80N的拉力F，10秒内把物体拉动的距离为2m，（不计绳重和绳与滑轮间的摩擦）求：

（1）物体受到的摩擦力；

（2）拉绳的速度。

参考答案：

1．C

【解析】

【详解】

A．克服物重所做的有用功为

W有=Gh=800N×1m=800J

故A错误；

B．滑轮组绳子的有效段数为2，人对绳自由端的拉力F为450N，不计绳重和摩擦，作用在绳子自由端的力为

动滑轮的重力为

故B错误；

C．不计绳重和摩擦，克服物重和动滑轮重力所做的功为总功，则拉力做的总功

W总=(G+G动)h=(800N+100N)×1m=900J

滑轮组的机械效率为

故C正确；

D．拉力F的功率

故D错误。

故选C。

2．D

【解析】

【详解】

A．不计绳重及摩擦，拉力

由图知道，n甲=3，n乙=2，所以绳端的拉力分别为

则甲乙拉力之比

故A错误；

D．不计绳重及摩擦，动滑轮重相同，提升的物体重和高度相同，由W额=G轮h、W有用=G物h知道，利用滑轮组做的有用功相同、额外功相同，则拉力做的总功相同，由知道，两滑轮组的机械效率相同，即甲、乙的机械效率之比

η甲：η乙=1：1

故D正确；

B．将同一重物在相等的时间内提升相同的高度，则提升物体的速度相同，由于n甲=3，n乙=2，所以，甲、乙绳的自由端速度分别为

v甲=3v

v乙=2v

所以，甲、乙绳的自由端速度之比

故B错误；

C．由于F甲∶F乙=3∶2，由知道，甲、乙拉力的功率之比

故C错误。

故选D。

3．     50     改变用力的方向     200

【解析】

【详解】

[1]根据动滑轮的特点，相当动力臂是阻力臂2倍的省力杠杆，所以滑轮A提升重物时所需要的拉力为

[2]B滑轮为定滑轮，相当于等臂杠杆，不省力不费力，但可以改变力的方向。

[3]若物体被B匀速提高了2米，根据定滑轮的特点，此时的拉力为

则F2做功为

4．     等臂     100     50

【解析】

【详解】

[1]当用力摁住C点打开该夹子时，AC是围绕B点转动的，故B为支点；由于AB=BC，故动力臂等于阻力臂，为等臂杠杆。

[2]由图甲可知，甲滑轮是定滑轮，绳重和摩擦不计，使用该滑轮不省力，所以拉力等于物体的重力，所以拉力

F甲=G=100N

[3]由图乙可知：乙滑轮是动滑轮，滑轮重、绳重和摩擦力不计，使用该滑轮可以省一半的力，即拉力等于物体重力的一半，所以拉力

5．     5     80%

【解析】

【详解】

[1]当滑轮匀速上升时，因不计绳重与摩擦，所以阻碍装置上升的力为物体和动滑轮的总重。有两段绳子与动滑轮接触，则作用在绳子自由端的拉力为

[2]滑轮组的机械效率为

6．

【解析】

【详解】

由图可知，由一个动滑轮和一个定滑轮匹配组成滑轮组，共有两种绕线方法。一种承担汽车阻力绳子段数为2，另一种承担汽车阻力绳子段数为3，要想最省力，应选承担汽车阻力绳子段数为3的绕法，即从动滑轮开始缠绕，如图所示

7．         

【解析】

【详解】

（1）[1]鸡蛋静止在盐水中，说明受力平衡，受盐水对它竖直向上的浮力和地球对它竖直向下的重力。如图所示：

（2）[2]对只有一个动滑轮和一个定滑轮的滑轮组，最省力的绕法是从动滑轮的挂钩开始画起，保证绳子股数为3。如图所示：

8．（1）4000Pa；（2）100J；（3）1800N

【解析】

【详解】

解：（1）小明拉绳子时，受到重力、水平地面对他的支持力和绳子对他的拉力的共同作用，处于静止状态，受力平衡，由力的平衡条件可知，小明受到地面对他的支持力大小为

由力相互作用可知，小明对地面的压力大小等于地面对他的支持力，即

小明对地面的压强为

（2）由图可知，提升动滑轮绳子段数为

则小明拉绳移动的距离为

小明做的总功为

不计绳重和机械摩擦，克服动滑轮重做的功为额外功，大小为

小明做的有用功为

W有＝W总﹣W额＝120J﹣20J＝100J

（3）由题意可知，克服重物受到的摩擦力做的功为有用功，则1000N的重物受到摩擦力为

小明利用这个装置对绳子施加的最大拉力等于小明的重力，不计绳重和机械摩擦时，由

可得，重物与垫板之间的最大摩擦力为

物体对水平面的压力等于物体的重力大小，且摩擦力大小与压力成正比，由此可得最大物重为

答：（1）小明对地的压强为4000Pa；

（2）小明做的有用功为100J；

（3）小明利用这个装置最多可以搬1800N的重物。

9．（1）75%；（2）0.72m/s

【解析】

【详解】

解：（1）由图可知，连接动滑轮绳子的段数为3，绳自由端移动速度为物体上升速度的三倍，绳自由端移动距离是物体上升高度的三倍。由公式P＝Fv可得，绳自由端拉力

由于该金属块重1800N，故该物体的质量为

该金属块密度为8×103kg/m3，则该金属块的体积为

则该金属块未露出水面受到的浮力为

则金属块未露出水面以前的机械效率为

（2）已知金属块未露出水面时，绳自由端拉力、金属块重力、金属块受到的浮力、连接动滑轮绳子段数，则可求得动滑轮重为

金属块离开水面后绳自由端拉力为

由公式P＝Fv可得，金属块离开水面后绳自由端的移动速度为

则物体被提出水面后的上升速度为

答：（1）金属块未露出水面以前的机械效率为75%；

（2）金属块被提出水面后匀速上升的速度为0.72m/s。

10．（1）200N；（2）0.6m/s

【解析】

【详解】

解：（1）由图可知，滑轮组绳子的有效段数

n=3

设绳子作用在滑轮组动滑轮上的竖直向下的拉力为T，因不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，作用在绳子自由端的拉力为

故

T=3F-G动 =3×80N-40N=200N

由力的作用是相互的，故动滑轮对绳子的拉力也为200N。固定在地面上的滑轮为定滑轮，因不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，使用定滑轮不省力，故绳子作用在物体上的水平拉力

F拉=200N

由于物体在水平地面上做匀速直线运动，故绳子对物体的水平拉力和物体受到的摩擦力为一对平衡力，大小相等，即物体受到的摩擦力

f=F拉=200N

（2）10秒内把物体拉动的距离为2m，则绳子自由端移动的距离为

s=nh=3×2m=6m

拉绳的速度为

答：（1）物体受到的摩擦力为200N；

（2）拉绳的速度为0.6m/s。