论文滑轮与滑轮组考点聚焦

滑轮与滑轮组考点聚焦滑轮是一种常见的简单机械，也是中考中的一个重要考点。下面，让我们一起去了解和认识滑轮、滑轮组。考点一、滑轮的工作特点例1、（2012年哈尔滨）同学们共同研究滑轮的特点：（1）他们研究定滑轮特点时，做的实验如甲图所示，据此可证明：使用定滑轮 （2）他们研究动滑轮特点时，用动滑轮匀速竖直提升重物，如乙图所示据此可知，使用动滑轮 （3）他们组装了滑轮组，发现使用滑轮组提升重物时能省力，于是他们想：利用滑轮组提升重物能否省功呢？为此，他们进行的实验如丙图所示请根据丙图信息写出分析数据的具体过程，并回答他们的问题分析：（1）观察甲图三次弹簧测力计示数与物重，可得出拉力与物重相等，但改变了用力的方向，给做功带来了方便；（2）观察乙图弹簧测力计示数与物重，可得出拉力小于物重，即使用动滑轮时省力；（3）已知物重G、拉力F、物体升高的距离h，绳子移动的距离S，绳子段数n，根据有用功公式和总功公式可求出所做的功进行比较解：（1）从甲图中可看出，三种拉力情况，每次拉力的方向都不相同在实验过程中不断改变拉力的方向，观察测力计的示数都为1N，等于物重，可得出结论：定滑轮可以改变力的方向，但不省力（2）在图乙中，拉力F=0.6NG=1N，故使用动滑轮时省力（3）提升物体所做的有用功W有用=Gh=2N0.1m=0.2J，使用滑轮组时所用拉力F=0.8N，弹簧测力计移动距离S=30cm=0.3m，所做的总功W总=FS=0.8N0.3m=0.24J经比较W有用W总，所以使用轮组不能省功故答案为：（1）能改变动力方向，但不能省力；（2）能省力，但不能改变力的方向；（3）提升物体所做的有用功W有用=Gh=2N0.1m=0.2J，使用滑轮组时所用拉力F=0.8N，弹簧测力计移动距离S=30cm=0.3m，所做的总功W总=FS=0.8N0.3m=0.24J经比较W有用W总，所以使用轮组不能省功点拨：定滑轮不能省力，能够改变力的方向。动滑轮能够省力，但不能改变力的方向。滑轮组既能省力，又能改变力的方向。使用任何机械都不能省功。考点二、滑轮的受力分析例2、（2012年义乌市）如图所示，光滑的地面上有一足够长的木板，在木板的右端固定着一个滑轮（不计绳与滑轮间的摩擦），木板上面放置一个小木块，小木块一端连接着弹簧测力计当拉力F为5牛时，木板向右做匀速直线运动，然后把拉力增大到10牛时，下列分析正确的是（）A弹簧测力计的示数为20牛 B弹簧测力计的示数为0牛C木板仍向右做匀速直线运动D小木块将保持静止分析：匀速直线运动的物体受到平衡力作用，则可根据物体处于平衡状态时的滑动摩擦力滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关，跟物体的运动速度无关解：当拉力F为5牛时，木板向右做匀速直线运动，木板受到地面和小木块水平向左的摩擦力，由于物体间力的作用是相互的，则小木块受到木板水平向左的摩擦力，又因为滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关，跟物体的运动速度无关，则当把拉力增大到10牛时，由于木块与木板间的压力和接触面的粗糙程度不变，则小木块受到的摩擦力等于弹簧对它的拉力是一对平衡力，因此小木块将保持静止状态故选D点拨：当滑轮组沿水平方向提动物体时，有用功为克服物体与水平面间摩擦力f做的功，即（L为物体沿水平面移动的距离）；总功为作用在绳子自由端的拉力所做的功，额外功主要是克服动滑轮与轴之间摩擦所做的功。滑轮组的机械效率：（n为与动滑轮接触的绳子股数）。考点三、设计、组装滑轮组例3、（2012年随州）小明做“测定滑轮组的机械效率”的实验时，用如图所示的滑轮成滑轮组，请用笔画出在图中使用该滑轮组时最省力的绕法分析：（1）滑轮组绳子的绕法，有两种：一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上，绕过下面的动滑轮，再绕过上面的定滑轮；二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上，绕过定滑轮，然后再绕过动滑轮（2）通过比较提升物体绳子条数的多少确定最省力的绕法解：对由两个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，有两种绕法：一是绳子先系在定滑轮的固定挂钩上，这种绕法滑轮组上的滑轮都使用，有四股绳子承担物重；拉力是滑轮组提升物重的四分之一；二是绳子先系在动滑轮的固定挂钩上，最后滑轮组只能使用一个动滑轮和一个定滑轮，有一个动滑轮后没有使用，这种绕法只能有三股绳子承担物重，拉力是滑轮组提升物重的三分之一；由此可知，滑轮组最省力的绕法是绳子股数最多是第一种，即四股绕线的方法如图所示：点拨：使用滑轮组时，承担阻力的绳子的股数n、动滑轮的个数n动之间的关系为n=2n动或n=2n动+1。当n=2n动时，n为偶数，绳子是系在定滑轮的钩子上；当n=2n动+1时，n为偶数，绳子是系在动滑轮的钩子上；概括为“奇动偶定”。考点四、计算滑轮（组）的机械效率例4、（2012年襄阳）某同学利用两个滑轮组装了一个滑轮组，将重为300N的物体从一楼匀速提升到三楼，所用的拉力为120N，则该滑轮组的机械效率为 分析：一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，如果从定滑轮开始绕，有两段绳子承担物体的重力；如果从动滑轮开始绕，有三段绳子承担物体的重力；在不做额外功的情况下，知道物体的重力，可利用公式F=G判断出吊着物体绳子的段数，又知道拉力的大小，再利用公式=计算出滑轮组的机械效率解：一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组，如果从定滑轮开始绕，有两段绳子承担物体的重力，如图甲所示：如果从动滑轮开始绕，有三段绳子承担物体的重力，如图乙所示：如果此滑轮组不做额外功，G=300N，如果有两段绳子承担物体的重力，则拉力的大小为：F拉力=300N=150N，而实际所用的拉力为120N，120N150N，应有三段绳子承担物体的重力，如图乙所示，F=120N，滑轮组的机械效率为：=83.3%故答案为：83.3%点拨：本题考查了承担绳子段数的判断，以及机械效率的计算对于滑轮组的绕法有一种记忆窍门：“奇动偶定”从动滑轮开始绕，承担物体和动滑轮绳子的段数是奇数从定滑轮开始绕，承担物体和动滑轮绳子的段数是偶数点拨：本题考查了承担阻力的绳子段数的判断，以及机械效率的计算判断承担阻力的绳子段数可用如下简便方法：凡是与动滑轮相连的绳子，都承担阻力。考点五、与其它知识的交汇例5、（2012年达州）人们利用如图所示的滑轮组将浸没在河底的实心物体A打捞上来，物体A的密度为9.0103Kg/m3，体积为100dm3在5000N的拉力F作用下，物体A在2s内匀速竖直上升2m（物体未露出水面），不计水的阻力，g=10N/Kg求：（1）物体A受到的浮力（2）拉力F做功的功率（3）滑轮组的机械效率（1）知道物体A的体积（浸没水中排开水的体积）利用阿基米德原理求物体A受到的浮力；（2）由图知，承担物重的绳子股数n=2，则拉力F移动的距离S=2h，利用W=FS求拉力F所做的总功，又知道做功时间，利用P=求拉力F做功的功率；（3）知道物体A的体积和密度，利用G=mg=Vg求物体A的重力，知道拉力大小，利用=求滑轮组的机械效率解：（1）物体A受到的浮力F浮为：F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg100103m3=1000N；（2）拉力F移动的距离S为：S=2h=22m=4m，拉力F所做的总功W总为：W总=FS=5000N4m=20000J，则拉力F做功的功率P为：P=10000W=10kW；（3）物体A的重力G为：G=物gV物=9.0103Kg/m310N/Kg100103m3=9000N，滑轮组的机械效率：=100%=100%=100%=100%=80%答：（1）物体A受到的浮力为1000N（2）拉力F做功的功率为10kW（3）滑轮组的机械效率为80%点拨：利用滑轮组时，省力就费距离。若拉力是阻力的几分之一，则拉力通过的距离就是阻力通过距离的几倍。利用滑轮组提升浸入水中的物体时，克服的阻力不是物体的重力，而是重力与浮力之差。考点六、知识综合型问题图1 图2例6、（2012年黄冈）图1、图2是由相同的滑轮组装的滑轮组，甲乙两人分别用两装置在相等时间内将质量相等的重物匀速提升相同的高度，空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计，下列说法正确的是（）A. 甲的拉力是乙的拉力的3倍B. 乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大小的2倍C. 甲拉力的功率大于乙拉力的功率D. 如果考虑滑轮质量，图1装置的机械效率比图2的小分析：空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计，分别求出拉力F、拉力端移动的速度（拉绳子的速度）、拉力的功率，以及考虑滑轮质量时滑轮组的机械效率，通过比较进行判断解：由题知，重物重力相同（设其大小为G），物体升高的速度相同（设其大小为v），（1）对于图1，因为两个都是定滑轮，空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计，所以F甲=G，绳子的速度v甲=v；拉力功率P甲=F甲v甲=Gv；如果考虑滑轮质量，但空气阻力、摩擦、绳子的质量均不计，该装置的额外功为0，甲=100%；（2）对于图2，因为是一个定滑轮、一个动滑轮，n=2，空气阻力、摩擦、滑轮和绳子的质量均不计，所以F乙=G，绳子的速度v乙=2v；拉力功率P乙=F乙v乙=G2v=Gv；如果考虑滑轮质量，空气阻力、摩擦、绳子的质量均不计，该装置的额外功0，乙100%；有以上分析可知：A、甲的拉力是乙的拉力的2倍，故A错；B、乙拉绳子的速度大小是甲拉绳子速度大小的2倍，故B正确；C、甲拉力的功率等于乙拉力的功率，故C错；D、如果考虑滑轮质量，图1装置的机械效率比图2的大，故D错故选B点拨：对于动滑轮来说，若不计摩擦、绳子和滑轮重，动滑轮省一半力，即FG物/2。若不计摩擦和绳重，动滑轮无法省一半的力，有F（G物G轮）/2。