易错点08 竖直、水平滑轮组与机械效率常考易错陷阱分析(解析版).docx
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1、易错点08竖直、水平滑轮组常考易错陷阱分析竖直、水平滑轮组常考易错陷阱分析陷阱一:“不计绳重及绳子与滑轮间摩擦”条件的作用理解不够清楚。端物动速、由重移如号自与端距邕力的关系(对动滑轮进行受力分析)机械效率Sk=nh不计绳重及摩擦:W常用二Fsh=GhWa=F控Stt=Finhn三3S7IF自由端A林U拉,/Vn=nV物(不计绳重和摩擦时)4=(F物+G动)h=(G物+G动)h自W有用y,G动重物端IC卜拉=一(卜物+G切)n1=-(G物n+G动)W总F物h_G物hF拉S拉F拉S拉(不计绳重和摩擦时)Fh(F物+G动)hG物h1(G物+G动)h二G物一G物+G动自由端拉力与重物端拉力的关系是对
2、动滑轮受力分析得出的,所以只有当题目中有“不计绳重及绳子与滑轮间摩擦”条件时,自由端绳子拉力与重物端拉力的关系才成立;否则不成立。陷阱二:各种滑轮额外功的来源区分不够清楚。1 .额外功来源:竖直动滑轮/竖直滑轮组:(绳子与滑轮转轴处)摩擦、动滑轮重力、绳子重力水平滑轮/水平滑轮组:(绳子与滑轮转轴处)摩擦定滑轮:(绳子与滑轮转轴处)摩擦、绳子重力所以当不计绳重及绳子与滑轮间摩擦时,定滑轮、水平滑轮、水平滑轮组机械效率为100%,而此时竖直动滑轮、竖直滑轮组的额外功WXG动h2 .竖直动滑轮、竖直滑轮组机械效率的主要影响因素:重物的重力、动滑轮重力【例题1】(2023杭州模拟)如图所示,拉力F为
3、5N,物体A以0.lms的速度在物体B表面向左做匀速直线运动(B表面足够长);物体B静止在地面上,受到地面水平向左4N的摩擦力,弹簧测力计示数为12No下列说法正确的是()A.拉力F的功率为1.OWB.物体A受到的摩擦力为16NC.滑轮组的机械效率为75%D.拉力F增大到ION时,物体B开始向左运动【解答】解:此题中无“不计绳重及绳子与滑轮间摩擦”条件,动滑轮左边的两股绳子拉力不等于右边的绳子拉力;A、由图知,水平使用滑轮组,n=2,拉力端移动速度:v=2v物=2X0.lms=0.211s,则拉力做功的功率:P=Fv=5N0.2ms=l.0W,故A正确;B、物体B静止在地面上,处于平衡状态;则
4、水平方向上物体B受到向右的弹簧拉力等于地面对它向左的摩擦力与物体A对它向左的摩擦力之和,即fAB+4N=12N,则fAB=8N;由于力的作用是相互的,物体A受到的摩擦力为f=fAB=8N,故B错误;c、由图知,水平使用滑轮组,滑轮组的机械效率:n=最=U=悬=2=提X1OO%=8O%,故C错误;D、若拉力F增大到ION时,A在运动过程中,A对B的压力不变、接触面的粗糙程度不变,则A和B之间的摩擦力不变,所以物体B的运动状态不会改变,即物体B仍然静止,不会向左运动,故D错误。故选:Ao【例题2】(2022舟山一模)如图所示的甲、乙两套装置,每个滑轮的质量均相等,且绳重和摩擦不计。用它们分别将质量
5、相同的重物匀速提升相同高度,若拉力均竖直向上,两装置中,下列四个科学量不相同的是()V甲A.额外功B.有用功C.机械效率D.拉力大小【答案】D【解析】A.绳重和摩擦不计,所以克服动滑轮所做的功就是额外功,由W后G可知,由于每个滑轮的质量均相等且被提升相同高度,所以两装置中,额外功相同,故A不符合题意;B.物体的质量,由G=%可知物体的重力相等,上升的高度相等,由W=Gz可知,有用功相等,故B不符合题意;C.有用功和额外功相等,总功等于有用功和额外功之和,所以总功相等,机械效率等于有用功和总功的比值,所以机械效率相等,故C不符合题意;D.绳重和摩擦不计,物体的重力相等,动滑轮的重力相等,由图可知
6、,甲图中动滑轮绕绳子的段数是2段,乙图中动滑轮绕绳子的段数是3段,由尸=:(G+G动)可知拉力大小不同,故D符合题意。故选Do【强化1】如图所示,用ION的力F沿水平方向拉滑轮,可使物体A以0.2ms的速度在水平面上匀速运动。弹簧测力计的示数恒为2N(不计滑轮、测力计、绳子的重力,滑轮的转轴光滑)。下列说法错误的是().=J,画YI=社A.物体A受到地面水平向右3N的摩擦力B.物体A受到B的摩擦力是2NC.滑轮移动的速度是0.1m/sD.拉力F做功功率为4W【解答】解:AB、不计滑轮的摩擦和重力,以动滑轮为研究对象,则两段绳子向右的拉力与向左的拉力平衡,所以2F扭=F,则A物体对滑轮的拉力F拉
7、=*F=*xlON=5N;力的作用是相互的,所以滑轮对A的拉力也为5N;弹簧测力计的示数恒为2N,因拉滑轮时,物体B始终处于静止状态,则测力计对B向右的拉力与A对B向左的摩擦力平衡,所以fA对B=F示=2N;力的作用是相互的,所以,物体B对A的摩擦力为2N,方向向右,故B正确;物体A向左匀速运动,同时地面对物体A还有向右的摩擦力,由力的平衡条件可得:F技=fB时A+f地,所以物体A受到地面的摩擦力:f地=F拄fB财a=5N2N=3N,方向水平向右,故A正确;C、因拉力F作用在动滑轮的轴上,费力但省一半的距离,所以拉力端的移动速度(滑轮移动的速度)等于物体A移动速度的1则滑轮移动的速度V=枭A=
8、2xO2ms=O.lms,故C正确;222D、拉力F做功功率:P=Fv=10N0.1ms=1W,故D错误。故选:Do【强化2】工人师傅利用如图所示的装置匀速提升重物,不计绳重和摩擦,下列说法正确的是()A.增大提升速度,可以增大有用功B.增大提升高度,可以提高机械效率C.增大定滑轮的重力,可以增大额外功D.增大物体的重力,可以提高机械效率【答案】D【解析】4、由公式W=G无可知,有用功只与物体的重力和提升高度有关,与提升速度无关,故4错误;B、不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率Gh77GhFnh=条可以看W有用卬有用十%外可知,力,可以增大有用功,可以提高机械效率,故。正确。故选:Do出滑轮组的
9、机械效率与提升的高度无关,故B错误;。、定滑轮的重力不会影响额外功,而动滑轮的重会影响额外功,故C错误;%用D、由公式q=W%=%同一滑轮组的额外功基本不变,所以增大物体的重A组中考真题1. (2023湖州)机械的发明和使用,极大提高了人们的工作效率。下列四种简单机械,一定不能省力的是()A.杠杆B.动滑轮C.定滑轮D.斜面【答案】C【解答】解:A、杠杆在使用过程中如果动力臂大于阻力臂,可以省力,故A错误;B、使用动滑轮可以省一半的力,故B错误;C、使用定滑轮不能省力,只能改变力的方向,故C正确;D、使用斜面多走距离,但可以省力,故D错误。故选:Co2. (2023宁波)如图所示,小宁用竖直向
10、上的拉力/提升物体,使物体在2s内匀速上升了0.1m。己知物体重为IN,动滑轮重为0.25N,不计绳重和摩擦。这一过程中,下列说法第诺的是()A.绳子自由端移动速度为Q05msB.拉力厂的大小为0.625NC.拉力厂做功为0.125JD.该滑轮的机械效率为80%【答案】A【解析】A.由题意可知,绳子的股数为2股,物体上升的速度为yJ=驾=0.05mst2s故绳子自由端移动速度为故A错误,符合题意;B.拉力产的大小为故B正确,不符合题意;C.拉力F做功为故C正确,不符合题意;D.该滑轮的机械效率为故D正确,不符合题意。V=2v=20.05ms=0.1ns小电卡=OgNW=ES=O.625Nx2x
11、O.Im=O.125J_吗刑一力一G物力一_INWt.FsFnhnF20.625N=80%故选Ao3.(2020绍兴)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()【答案】D【解答】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
12、计正常使用),所以能直接显示出钩码的重力大小;B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;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=G+G;D图中,左边测力计的示数为:F左=Gi;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=G+G-G=Gi;所以,F左=F右=Gi,能得出正确结论,故D装置中能实现所有的要求;件)F示g8故选:Do4. (2021台州)图甲是某简
13、易吊装机,其简化结构如图乙所示。(1)吊装机工作时,顶端定滑轮的作用是。(2)吊装机总重为1500牛,其重力作用线通过A点。结合乙图数据计算,当吊装机匀速吊起重物时,为防止翻倒,最多能吊起多少牛的重物?(3)吊装机在使用时,通常在一定位置压上配重防止翻倒。将同一配重分别放在图中D、E、F处时,能达到最佳防翻效果的是。(4)电动机的额定功率是1200瓦,正常工作时消耗的电能有75%转化为重物的机械能。当吊装机配重足够时,可在10秒内使重物匀速上升3米,求所吊重物受到的重力大小。【答案】(1)改变力的方向;(2)所吊起物体重为300N;(3)F;(4)所吊重物受到的重力为3000No【解答】解:(
14、1)吊装机工作时,顶端定滑轮的作用是改变力的方向。(2)设物体重为G,动力臂1.l=I.25m,阻力为吊装机总重,F2=1500N,阻力臂1.z=1.5-1.25=0.25mo根据杠杆的平衡条件F1=F21.2得到:G1.i=F21.2,G1.25m=15000.25m,解得:所吊起物体重为G=300N0(3)根据杠杆的平衡条件可知,所加配置为阻力,当阻力臂越大的时候,吊装机越不容易倾倒,故选F;(4)电机工作产生的机械能全部用来抬升物体,所以W物=G物h=W电;G物h=Pt;G伪X3m=75%X1200W10s;代入数据即可解得:所吊重物受到的重力G伪=3000N.故答案为:(1)改变力的方
15、向;(2)所吊起物体重为300N;(3)F;(4)所吊重物受到的重力为3000No5. (2021宁波)反思是一种良好的学习品质。(1)一根轻质硬棒AB,在力的作用下能绕固定点O转动。现在硬棒AB上施加两个力Fi和F2,O点到Fi和F2的作用线的距离分别为di和d2。小宁认为,只要满足FiXdi=F2Xd2,则硬棒AB一定保持静止状态或匀速转动。你认为小宁的想法正确吗?请说出你的理由。(2)在“动滑轮”实验中,小宁通过如图所示装置进行实验,得到结论:使用动滑轮匀速提升物体,竖直向上的拉力F小于物重Go小宁思考后认为,即使不计摩擦和绳重,上述结论要成立,物重G和动滑轮重G劲之间也必须满足一定条件
16、。请你说出这一条件,并予以证明。/,G【答案】(1)小宁的想法不正确。若硬棒AB上施加两个力B和F2使杠杆绕支点转动的方向相同,那么即使满足BXdl=F2Xd2,则硬棒AB也不能保持静止状态或匀速转动;(2)条件:物重G大于动滑轮重G动。使用动滑轮匀速提升物体时,不计摩擦和绳重,拉力:F=I(G+G动),2若拉力FVG,BJ:1(G+G动)G动。2【解答】解:(I)Fl与F2必须是一个为使杠杆绕支点转动的动力,另个为阻碍杠杆转动的阻力,然后满足B1.l=F21.2的条件杠杆才平衡,则杠杆一定保持静止状态或匀速转动;硬棒AB上施加两个力Fi和F2使杠杆绕支点转动的方向相同,那么即使满足FiXdi
17、=F2Xd2,则硬棒AB也不能保持静止状态或匀速转动;(2)使用动滑轮匀速提升物体时,不计摩擦和绳重,拉力:F=I(G+GG,2若拉力FVG,即:1(G+G动)G动,即:使用动滑轮匀速提升物体,满足竖直向上的拉力F小于物重G的条件是:物重G大于动滑轮重G动。答:(1)小宁的想法不正确。若硬棒AB上施加两个力R和F2使杠杆绕支点转动的方向相同,那么即使满足FlXdl=F2Xd2,则硬棒AB也不能保持静止状态或匀速转动;(2)条件:物重G大于动滑轮重G动。使用动滑轮匀速提升物体时,不计摩擦和绳重,拉力:F=I(G+G,/,2若拉力FVG,即:1(G+G,)G动。26. (2022舟山)如图是广泛应
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