初二中考物理力学压轴题(滑轮组的计算)

1滑轮组的计算为了将放置在水平地面上、重G＝100N的重物提升到高处，小明同学设计了如图甲所示的滑轮组装置．当小明用图乙所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时，重物的速度v和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图丙和丁所示．若重物与地面的接触面积S＝5×10－2m2，不计摩擦，绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向，求：(1)在2～3s内，拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η．(2)在1～2s内，拉力F做的功W．(3)在0～1s内，重物对地面的压强p．【解析】(1)在2～3s内，重物做匀速运动，v3＝2.50m／s，拉力F3＝40N，因为连接动滑轮的绳子有三根，所以拉力F的作用点下降的距离是重物上升高度h3的三倍．P＝F3v3＝100W；η＝（W有用／W总）×100%＝[Gh3／(3F3h3)]×100%＝83.33%；(2)在1～2s内，拉力F2＝50N，重物上升高度h2＝1.25m．W＝3F2h2，代入数据解得W＝187.5J；(3)动滑轮重G动＝3F3－G＝20N,在0～1s内．拉力F1＝30N．把动滑轮和重物看成整体，则这个整体受到向下的重力、向上的支持力以及三根绳向上的拉力的作用处于静止状态．支持力F支＝G＋G动－3F1＝30N，重物对地面的压力F压＝F支＝30N，P＝F压／S＝30N／(5×10－2m2)＝600Pa．拓展延伸1．随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的住房条件也得到了很大的改善．小明家最近购置了一套新房，为了帮助爸爸将重600N的装修材料运送到6m高的楼上，小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图甲所示的材料搬运方案（其中每个滑轮重30N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为250N，不计绳重及摩擦）．(1)计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力？(2)小明爸爸观察该装置后，想如果将该装置的滑轮位置颠倒（图乙）是否会更省力一些，请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确．(3)求两种方案的机械效率之比？(4)综合分析评估两个方案，你认为哪个方案更好一些？说明理由．22．一辆汽车不小心开进了泥潭中，司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出，如图所示．若车重为8×104N，汽车受到的阻力为车重的0.03倍，滑轮组的机械效率为80%，问：(1)司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出？(2)若拉动汽车时，汽车前进的速度为0.1m／s，则司机做功的功率是多少？3．如图所示，用滑轮组拉着重600N的物体A沿水平方向匀速移动，在40s内移动了8m，拉力F做的功为1280J．(1)求拉力F的大小和功率；(2)若滑轮组的机械效率为95%，求动滑轮的重力（不计绳重及绳子与滑轮间的摩擦）．精要评点本主题以滑轮组为纽带，重在考查学生利用相关知识进行计算的能力，滑轮组的呈现方式富有变化．既有竖直方向的，又有水平方向的，还有竖直方向与水平方向结合的；既有一定一动的．也有一定二动的，还有二定一动的；既有明确给出已知条件的，又有将已知条件隐含在函数图像上的，通过上述的处理，能有效地考查学生灵活应用物理知3识解决实际问题的综合能力，涉及本套试题的知识点及其相关计算公式有：滑轮组绳子自由端的拉力F＝(G物＋G动）/n……①，绳子自由端移动的距离与物体移动距离的关系S＝nh……②，机械效率的计算公式η＝W有用／W总……③，η＝G／nF……④，η＝G/(G＋G动)……⑤，重力G＝mg……⑥，功率P＝W／t……⑦，P＝Fv……⑧．失分点跟踪1．在综合分析评估两个方案时，失分在不能从效率、省力、安全这三个方面进行综合考虑．事实上，小明的方案机械效率高，爸爸的方案比较省力，但小明的方案比较安全，综合上述三个因素分析，还是小明的方案好．2．在计算司机做功的功率时，失分在错将汽车前进的速度当作司机拉动绳子的速度，导致错解得功率P＝Fv＝75W．在求拉力F的大小时，失分也在错将物体移动8m视为拉力F移动的距离为8m，导致计算的错误．所以在有关滑轮组的计算中，一定要注意，物体的移动距离或速度与绳子自由端移动距离或速度是不同的，它们之间的换算关系是s＝nh，v绳＝nv物．参考答案1．(1)没有(2)如答图正确．(3)22／21．(4)小明的方案更好一些．2．(1)750N．(2)300W．3．(1)32W；(2)8N．4