專題12 滑輪相關(guān)受力分析（教師版含解析）-中考物理力學(xué)提優(yōu)特訓(xùn)專題

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【原題再現(xiàn)】
(2020眉山)如圖所示，不計(jì)動(dòng)滑輪與繩之間的摩擦和重力，在水平拉力F的作用下，物體M以0.2 m/s的速度向左勻速直線運(yùn)動(dòng)，彈簧秤的示數(shù)為20 N，以下正確的是( )
題圖
①M(fèi)受到地面的摩擦力為20 N
②M受到地面的摩擦力水平向左
③拉力F的功率為8 W
④M受到的重力與地面對(duì)M的支持力是一對(duì)平衡力
A. ①④ B. ①② C. ①③ D. ②④
【答案】 A
【解析】由于物體M做勻速直線運(yùn)動(dòng)，動(dòng)滑輪也在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)動(dòng)滑輪進(jìn)行受力分析，彈簧秤對(duì)動(dòng)滑輪的拉力與物體M對(duì)動(dòng)滑輪的拉力之和等于F，又由于彈簧秤的拉力與物體M對(duì)動(dòng)滑輪的拉力相等，所以F＝20 N＋20 N＝40 N；①因?yàn)镸做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在水平方向上，繩子對(duì)M的拉力與地面對(duì)M的摩擦力是一對(duì)平衡力，所以M受到地面的摩擦力為20 N，①正確；②M受到的摩擦力方向與繩子對(duì)M的拉力方向相反，M受到地面摩擦力的方向水平向右，②錯(cuò)誤；③動(dòng)滑輪運(yùn)動(dòng)的速度為M運(yùn)動(dòng)速度的一半，即v輪＝eq \f(1,2)vM＝eq \f(1,2)×0.2 m/s＝0.1 m/s，拉力F的功率為P＝eq \f(W,t)＝eq \f(Fs,t)＝Fv輪＝40 N×0.1 m/s＝4 W，③錯(cuò)誤；④M受到的重力與地面對(duì)M的支持力，這兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用在同一個(gè)物體上，且作用在同一條直線上，是一對(duì)平衡力，④正確．綜上所述，正確的是①④，故選A.
【難點(diǎn)突破】
一、定滑輪
①定義：中間的軸固定不動(dòng)的滑輪。
②實(shí)質(zhì)：定滑輪的實(shí)質(zhì)是：等臂杠桿
③特點(diǎn)：使用定滑輪不能省力但是能改變動(dòng)力的方向。
④對(duì)理想的定滑輪(不計(jì)輪軸間摩擦)F=G
繩子自由端移動(dòng)距離SF(或速度vF)=重物移動(dòng)的距離SG(或速度vG)
二、動(dòng)滑輪
①定義：和重物一起移動(dòng)的滑輪。(可上下移動(dòng)，也可左右移動(dòng))
②實(shí)質(zhì)：動(dòng)滑輪的實(shí)質(zhì)是：動(dòng)力臂為阻力臂2倍的省力杠桿。
③特點(diǎn)：使用動(dòng)滑輪能省一半的力，但不能改變動(dòng)力的方向。
④理想的動(dòng)滑輪(不計(jì)軸間摩擦和動(dòng)滑輪重力)
則：F=eq \f(1,2)G
只忽略輪軸間的摩擦則拉力F=eq \f(1,2)(G物+G動(dòng))
繩子自由端移動(dòng)距離SF(或速度vF)=2倍的重物移動(dòng)的距離SG(或速度vG)
三、滑輪組：
①定義：定滑輪、動(dòng)滑輪組合成滑輪組。
②特點(diǎn)：使用滑輪組既能省力又能改變動(dòng)力的方向。
③理想的滑輪組(不計(jì)輪軸間的摩擦和動(dòng)滑輪的重力)
拉力F=eq \f(1,n)G。
只忽略輪軸間的摩擦，則拉力F=eq \f(1,n)(G物+G動(dòng))
繩子自由端移動(dòng)距離SF(或速度vF)=n倍的重物移動(dòng)的距離SG(或速度vG)
④組裝滑輪組方法：首先根據(jù)公式n=(G物+G動(dòng))/F求出繩子的股數(shù),然后根據(jù)“奇動(dòng)偶定”的原則,結(jié)合題目的具體要求組裝滑輪。
確定承擔(dān)重物的繩子的段數(shù)n及省力情況的方法：在動(dòng)滑輪和定滑輪之間畫一條虛線，將它們隔離開來，只算連在動(dòng)滑輪上的繩子段數(shù)。
【技能方法】
滑輪中的受力分析技巧
1.同一根繩上各點(diǎn)的作用力大小相等物體間力的作用是相互的。繞在滑輪或滑輪組上的繩子只有一根，當(dāng)繩子自由端受到力的作用時(shí)，繩子上任意一點(diǎn)都受到大小相等的相互作用力。
2.以滑輪為研究對(duì)象，靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的滑輪受到平衡力的作用，滑輪受到相反方向上的力相互平衡。豎直滑輪受到的向上的力等于向下的力(若滑輪是水平放置的，也可以類推為：滑輪受到的向左的力等于向右的力。)
例：如圖所示的滑輪組，不計(jì)繩重及摩擦．水平拉力F作用下將重為30 N的物體A勻速拉動(dòng)，已知繩子自由端速度為0.3 m/s，物體A受到的摩擦力f＝0.1 G，水平拉力F為________N，在2 s內(nèi)物體移動(dòng)的距離為________m.
【答案】1 0.2
【解析】由圖可知，連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n＝3，由題意知，物體A所受的摩擦力f＝0.1G＝0.1×30 N＝3 N，所以，水平拉力F＝eq \f(1,n)f＝eq \f(1,3)×3 N＝1 N；物體的速度v物＝eq \f(1,n)v繩＝eq \f(1,3)×0.3 m/s＝0.1 m/s，由v＝eq \f(s,t)得，在2 s內(nèi)物體移動(dòng)的距離s物＝v物t＝0.1 m/s×2 s＝0.2 m.
【提優(yōu)訓(xùn)練】
1. 小明用圖中裝置提升重為400 N的物體，不計(jì)摩擦、繩重和滑輪自重，下列說法正確的是( )
第1題圖
A. 物體勻速上升時(shí)，人對(duì)繩子的拉力為200 N
B. 人將繩子拉過1 m，物體也上升1 m
C. 兩個(gè)滑輪均為定滑輪
D. 使用該裝置不但能省力，還能省距離
【答案】A
【解析】不計(jì)摩擦、繩重和滑輪自重，使用動(dòng)滑輪能省一半的力，物體的重力為400 N，則拉力為200 N，A正確；使用動(dòng)滑輪時(shí)，物體上升1 m，則繩子的自由端會(huì)通過2 m，B錯(cuò)誤；由圖可知，該裝置由一個(gè)動(dòng)滑輪和一個(gè)定滑輪組成，C錯(cuò)誤；使用動(dòng)滑輪能省力但費(fèi)距離，使用定滑輪能改變力的方向，D錯(cuò)誤．故選A.
2. (2019百色)如圖所示，用相同滑輪裝成的甲、乙兩個(gè)滑輪組分別將同一個(gè)物體在相同時(shí)間內(nèi)勻速提高相同高度，不計(jì)繩重及摩擦，下列說法正確的是( )
第2題圖
A. F甲＝F乙
B. 甲、乙繩子自由端移動(dòng)的速度相同
C. 甲、乙兩個(gè)拉力的功率相同
D. 乙滑輪組的額外功多
【答案】 C
【解析】不計(jì)繩重及摩擦，拉力F＝eq \f(1,n)(G物＋G輪)，由圖知，n甲＝2，n乙＝3，所以繩端的拉力分別為F甲＝eq \f(1,2)(G物＋G輪)，F(xiàn)乙＝eq \f(1,3)(G物＋G輪)，所以F甲＞F乙，A錯(cuò)誤；因?yàn)榧桌K子自由端移動(dòng)的速度為v甲繩＝2v物，乙繩子自由端移動(dòng)的速度為v乙繩＝3v物，所以v甲繩＜v乙繩，B錯(cuò)誤；因?yàn)椴挥?jì)繩重及摩擦，動(dòng)滑輪重相同，提升的物體重和高度相同，由W額＝G輪h、W有用＝G物h可知，利用滑輪組做的有用功相同、額外功相同，拉力做的總功相同，所用的時(shí)間相同，由P＝eq \f(W,t)可知，拉力F甲做功的功率等于拉力F乙做功的功率，C正確，D錯(cuò)誤．故選C.
3. (2019綿陽)用水平力F1拉動(dòng)如圖所示裝置，使木板A在粗糙水平面上向右勻速運(yùn)動(dòng)，物塊B在木板A上表面相對(duì)地面靜止，連接B與豎直墻壁之間的水平繩的拉力大小為F2.不計(jì)滑輪重和繩重，滑輪軸光滑．則F1與F2的大小關(guān)系是( )
第3題圖
A. F1＝F2 B. F2