专题16　简单机械（解析版）

第3章能量的转化与守恒专题16简单机械类型一杠杆及应用 2类型二滑轮及应用 8类型三机械效率认识 14【方法归纳】1.力臂是支点到力的作用线的距离，而不是支点到力的作用点的距离。2.杠杆保持静止状态或匀速转动状态，称为杠杆平衡。杠杆平衡的条件是：动力×动力臂＝阻力×阻力臂。数学表达式为：F1l1＝F2l2(或eq\f(F2,F1)＝eq\f(l1,l2))。若F1l1≠F2l2，则杠杆的平衡被破坏。若F1l1＞F2l2，则杠杆向F1的方向转动，反之则向F2的方向转动。3.根据动力臂和阻力臂的不同，可以把杠杆分成三类项目省力杠杆费力杠杆等臂杠杆图示力臂动力臂大于阻力臂若l1>l2，则F1<F2动力臂小于阻力臂若l1<l2，则F1>F2动力臂等于阻力臂若l1＝l2，则F1＝F2力省力费力不省也不费距离费距离省距离不省也不费应用开瓶器、羊角锤、铡刀、撬棒、钢丝钳、动滑轮等船桨、理发剪刀、钓鱼竿、镊子、扫帚、食品夹、船桨、筷子等天平、定滑轮等注意：杠杆可以省力，也可以省距离，但不能两者兼备，即杠杆不能省功。4.人体中的手臂、头、腿、脚等都可以看作杠杆。人体杠杆系统都有四个基本组成部分：骨——一根硬棒；肌肉收缩——动力的来源；两根骨之间可以活动的关节——支点；移动肢体或物体——阻力的来源。5.使用定滑轮提升物体时，绳子自由端移动的距离s等于物体升高的高度h，即s＝h，绳子自由端移动的速度v端也等于物体升高的速度v物，即v端＝v物。使用动滑轮提升物体时，绳子自由端移动的距离s是物体升高的高度h的2倍，即s＝2h，绳子自由端移动的速度v端也是物体上升速度v物的2倍，即v端＝2v物。6.滑轮组是由定滑轮和动滑轮组合而成的。它不但可以省力，而且可以改变力的方向。使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重由几段绳子承担，提起重物所用的力就是总重的几分之一。在使用滑轮组时，若绳子的段数为n，则动力移动的距离s等于重物上升高度h的n倍，即s＝nh。同样，动力移动的速度v1与重物上升的速度v2的关系为v1＝nv2。注意：滑轮组的省力(或费距离)的情况不能机械地根据有几个定滑轮及动滑轮的省力特点来判断，要根据承担阻力的绳子的股数来确定。判断滑轮组绳子段数n的方法：可以在定滑轮与动滑轮之间画一条虚线，数一下与动滑轮相连的绳子的段数是几段，则n就是几.如图甲、乙所示.7.有用功跟总功的比值叫做机械效率，公式为η=W有W总，机械效率没有单位，一般用百分数表示，机械效率是表示机械做功性能好坏的物理量，机械效率越高，表示机械做的有用功占它所做的总功的比例越大，这个机械的性能越好；机械效率越低，表示机械做的有用功占它所做的总功的比例越小，这个机械的性能越劣。【常考题型】类型一杠杆及应用1.如图所示，杠杆处于平衡状态，则F的力臂是(B)A．OAB．OCC．ODD．FD1题图2题图3题图【解析】力臂是从支点到力作用线的垂线段即可做出选择。从图中可以看出支点O到F作用线的垂线段为OC．其他线段，如OA、OD都与F的作用线不垂直，DF垂直OD，但与F的作用线不垂直，所以只有OC符合。2．如图，工人师傅正在使用一根硬棒撬动石头，使用此硬棒(B)A．省力且省距离B．省力但费距离C．费力且费距离D．费力但省距离【解析】由图可知，使用一根硬棒撬动石头时，动力臂大于阻力臂，由杠杆的平衡条件知道，此时动力小于阻力，即使用的是省力杠杆，由功的原理知道，使用任何机械都不省功，省力杠杆一定费距离，故B正确。3．如图是小华在劳动教育实践活动中体验中国传统农耕“舂稻谷”的示意图。小华若要更省力，下列做法可行的是(D)A．支点不动，脚在杆上的位置前移B．将支点靠近人，脚在杆上的位置不动C．将支点靠近人，同时脚在杆上的位置前移D．将支点远离人，同时脚在杆上的位置后移【解析】A、支点不动，脚在杆上的位置前移，此时阻力、阻力臂不变，动力臂变小，根据杠杆的平衡条件可知，动力变大，不能省力，故A错误；B、将支点靠近人，脚在杆上的位置不动，此时阻力不变，阻力臂变大，动力臂变小，根据杠杆的平衡条件可知，动力变大，不能省力，故B错误；C、将支点靠近人，同时脚在杆上的位置前移，阻力不变，阻力臂变大，动力臂变小，根据杠杆的平衡条件可知，动力变大，不能省力，故C错误；D、将支点远离人，同时脚在杆上的位置后移，阻力不变，阻力臂变小，动力臂变大，根据杠杆的平衡条件可知，动力变小，能省力，故D正确。4.如图所示是钢丝钳工作时的状态。图中给出了四名同学在钢丝钳单侧钳柄及其相连部分上所画出的动力F1、动力臂l1、阻力F2的示意图，其中正确的是(C)【解析】由图可知，向上的动力使杠杆顺时针转动，而阻力阻碍杠杆顺时针转动，其方向也是向上的。5.现有若干个规格相同的钩码，如图所示，为了使杠杆在水平位置平衡，应在杠杆的A点挂(C)个钩码。A．1B．2C．3D．45题图6题图7题图【解析】由图示求出动力臂与阻力臂，然后由杠杆平衡条件求出钩码的个数。设每个钩码重为G，杠杆每格长度为L，由杠杆平衡条件得：2G×6L=nG×4L，则n=3。6.如图为工地搬运砖头的独轮车，人抬起车把时，车体可以看成一个杠杆，关于这个杠杆，下列说法正确的是(C)A．手握的位置靠近把手末端时更费力B．砖头的位置远离车轮时抬起更省力C．轮子的中心是杠杆的支点D．图中拉力F大于重力G【解析】在阻力和阻力臂不变的情况下，手握的位置靠近把手末端时，动力臂大，则动力更小，更省力，故A错误；砖头的位置远离车轮时，此时动力臂和阻力大小不变，阻力臂变大，动力会变大，抬起更费力，故B错误；由图可知，整个杠杆是绕轮子中心转动，则轮子中心是杠杆的支点，故C正确；图中的动力臂大于阻力臂，由杠杆平衡条件可知，动力小于阻力，即F小于G，故D错误。7.小华发现一只虫子在长为50cm、质量为10g的刻度尺上向右爬行，她将刻度尺右端伸出水平课桌边沿23cm，如图所示，当虫子爬行到距刻度尺右端3cm处时，刻度尺刚好翻转，由此计算出虫子的质量约为(g取10N/kg，刻度尺质量分布均匀，不考虑虫子的长度)(A)A．1gB．3gC．7gD．10g【解析】刻度尺的重心在25cm处，刻度尺刚好翻转时与桌沿的接触点为支点，则刻度尺重力的力臂l1＝25cm－23cm＝2cm；虫子对刻度尺压力的力臂l2＝23cm－3cm＝20cm；由杠杆平衡条件F1×l1＝F2×l2得G尺×l1＝G虫×l2，即m尺g×l1＝m虫g×l2，则10g×2cm＝m虫×20cm，解得m虫＝1g。8.如图甲所示，轻杆(不计杠杆重力)O为支点，物重为30N，OA：AB＝1：2，在竖直向上的拉力作用下始终保持平衡状态。下列说法正确的是(D)A．该杠杆与镊子类型相同B．图甲位置时，拉力大小为15NC．图甲位置时，若仅增加物重，则拉力的变化量与物重的变化量之比为3：1D．如图乙保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，拉力不变8题图9题图【解析】由图甲知，动力臂大于阻力臂，此杠杆为省力杠杆，而镊子是费力杠杆，故A错误；物重为30N，OA：AB＝1：2；由杠杆平衡条件可得：F×OB＝G×OA，解得：F＝eq\f(G×OA,OB)＝eq\f(G×OA,OA＋AB)＝eq\f(30N×1,1＋2)＝10N，故B错误；图甲位置时，若仅增加物重，则(F＋ΔF)×OB＝(G＋ΔG)×OA，eq\f(F＋ΔF,G＋ΔG)＝eq\f(OA,OB)＝eq\f(1,3)，eq\f(ΔF,ΔG)＝eq\f(1,3)，可见拉力的变化量与物重的变化量之比不等于3：1，故C错误；保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，其力臂如图所示：OB′为动力臂，OA′为阻力臂，因△OA′A∽△OB′B，则OA′OB′＝OA：OB＝1：3，由杠杆平衡条件可知，F′×OB′＝G×OA′，F′＝eq\f(G×OA′,OB′)＝eq\f(30N×1,3)＝10N，由此可知保持拉力方向不变，将轻杆匀速提到虚线位置，拉力不变，故D正确。9.如图所示，一根重木棒在水平动力(拉力)F的作用下以O点为轴，由竖直位置逆时针匀速转到水平位置的过程中，若动力臂为l，动力与动力臂的乘积为M，则(C)A．F增大，l增大，M增大B．F增大，l减小，M减小C．F增大，l减小，M增大D．F减小，l增大，M增大【解析】如图所示，l为动力臂，L为阻力臂，由杠杆的平衡条件得：Fl＝GL；木棒由竖直位置逆时针匀速转到水平位置的过程中，l不断减小，L逐渐增大，G不变；由杠杆的平衡条件Fl＝GL知，G不变，L增大，则GL、Fl(即M)都增大。又因为l不断减小，Fl不断增大，因此F逐渐增大。10.如图是三种类型剪刀的示意图，请你为铁匠师傅选择一把剪铁皮的剪刀，你会选择________(填“A”“B”或“C”)剪刀，这样选择的目的是为了省________。【答案】C力【解析】由于剪铁皮需要的力较大，为了省力，需要选择省力杠杆，由图片可知，C剪刀的动力臂大于阻力臂，是省力杠杆，可用来剪铁皮，目的是为了省力。11.图甲是自行车手闸，其中AOC部分可视为杠杆，O为支点，刹车线对A点的拉力为阻力F2，其简化示意图如图乙。请在图乙中画出：(1)阻力的力臂l2。(2)刹车时，作用在杠杆AOC上的最小动力F1。答图【解析】（1）反向延长F2的作用线，从支点O作动力F2作用线的垂线，支点到垂足的距离为阻力臂L2。（2）由杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知，在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小；图中支点在O点，因此OC作为动力臂最长；动力的方向应该垂直力臂OC向上，过点C垂直于OC向上作出最小动力F1的示意图。【答案】如答图所示。12.采用如图所示站姿锻炼手臂力量：双脚并拢，脚尖O触地，脚后跟踮起，手臂水平，手掌支撑在竖直墙壁上的A点，B为人体重心所在位置。锻炼时，躯体保持伸直，手臂弯曲、伸直交替进行。(人体可视为杠杆，O点为支点)。(1)在图中画出人所受重力的示意图。(2)画出墙壁对手掌的支持力F的力臂。(3)锻炼时，脚尖离墙壁越远，手掌对墙壁的压力就越______(填“大”或“小”)。答图：【答案】（1）（2）如答图（3）大【解析】(1)人受到的重力是竖直向下的，重力的作用点在B点，由此画出人所受重力的示意图。(2)延长支持力F画出力的作用线，过支点O向力F的作用线作垂线，垂线段的长即为支持力F的力臂l。（3）锻炼时，脚尖离开墙壁越远，支撑点会下移,则由图可知动力臂会减小，阻力臂会增大，阻力(人的重力)大小不变，根据杠杆平衡条件可知人受到的支持力会变大；由力的作用的相互性可知，手掌对墙壁的压力会增大。13.工人用扳手拧一个螺栓。无论怎么使劲拉扳手柄的上端，都没能成功，如图甲所示。于是他想出了一个新点子：在其他条件不变的情况下，取来一根绳子，将绳的一端拴在扳手柄的上端，再次使出浑身力气拉绳的另一端，如图乙所示。可还是没能扳动螺栓，这是为什么呢？请完成：【答图】(1)在图丙的示意图中，螺栓中心为支点，画出绳端拉力的力臂；(2)简要说明用绳也拉不动的原因。【答案】（1）如图。（2）图乙和图甲比较，其他条件没变，只是用了一条长绳子，所以所用拉力不变，改变的是工人施力的作用点，但动力臂大小几乎不变，因为阻力和阻力臂不变，根据杠杆的平衡条件得出两种方法需要用的力几乎一样，所以用绳也没能扳动螺栓。14．如图，固定的斜面长s＝1.2m，高h＝0.3m。沿斜面向上用5N的拉力在2s内把一个重16N的物体从斜面底端匀速拉到顶端。拉力的功率为______W，斜面的机械效率为______。14题图15题图【答案】3；80%【解析】拉力所做的总功W总＝Fs＝5N×1.2m＝6J；拉力的功率P＝eq\f(W总,t)＝eq\f(6J,2s)＝3W；此过程所做的有用功W有＝Gh＝16N×0.3m＝4.8J；则斜面的机械效率η＝eq\f(W有,W总)＝eq\f(4.8J,6J)＝80%。15．如图是过去农村用的舂米工具的结构示意图。O为固定转轴，A处连接着石球，脚踏杆的B处可使石球升高，抬起脚，石球会落下去击打稻谷。石球重50N，不计摩擦和杆重。(1)脚沿与杆垂直方向至少用力F1，才能将石球抬起。F1的力臂为_______m，此时舂米工具是一个_______(填“省力”或“费力”)杠杆。(2)脚竖直向下至少用力F2为________N，才能将石球抬起。F2和F1的大小关系为F2________F1。【答案】(1)1省力(2)20；>【解析】(1)不计摩擦和杆重，图中O为支点，脚沿与杆垂直方向用力F1时，力臂OB最长，OB＝1.4m－0.4m＝1m，阻力臂为OD，OB>OD，由杠杆平衡条件可得，F1·OB＝G·OD，F1<G，故此时舂米工具为省力杠杆。(2)当脚竖直向下用力时，如图所示动力臂为OC，阻力臂为OD，如图所示，由杠杆平衡条件得，F2·OC＝G·OD，F2＝G·eq\f(OD,OC)，由相似三角形可知，eq\f(OD,OC)＝eq\f(OA,OB)，故F2＝G·eq\f(OD,OC)＝G·eq\f(OA,OB)＝50N×eq\f(0.4m,1m)＝20N。由于阻力和阻力臂不变，动力臂由OB变成OC，动力臂变小，由杠杆平衡条件可知，动力变大，故F2＞F1。16．1949年以前，我国经济很落后，一些地区过着极其原始的生活。如图所示，就是为了解决饮水问题，需要到很远的地方挑水的示意图。为了防止道路不好水溅出桶外，在水面上覆盖木板。若一个木板质量为500g，密度为0.8×103kg/m3，每个桶内水深30cm，ρ水＝1.0×103kg/m3，g取10N/kg。求：(1)桶底受到的水产生的压强。(2)一个木板受到的浮力及静止时露出水面的体积。(3)扁担与绳质量忽略不计，扁担长度为1.5m，每桶水总重力为180N，扁担与肩膀接触点距离扁担右端55cm，支撑手距离扁担左端也是55cm，则支撑手受到扁担产生的压力是多少？【解析】（1）明确水的高度，运用液体压强公式p=ρgh可求压强大小。（2）根据漂浮条件可求木板受到的浮力，根据阿基米德原理F浮=G排=ρ液gV排求出浸入水中的体积，然后根据密度公式求出木板的条件，最后即可求出露出水面的体积；（3）以肩膀为支点，根据杠杆平衡条件得出等式即求出支撑手受到的扁担产生的压力。解：(1)水的深度为h＝30cm＝0.3m；桶底受到水产生的压强p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×0.3m＝3×103Pa。(2)木板质量m＝500g＝0.5kg，木板漂浮在水面上，根据漂浮条件可知，一个木板受到的浮力F浮＝G＝mg＝0.5kg×10N/kg＝5N，根据F浮＝ρ液gV排可得木板排开水的体积(即浸入水中的体积)V排＝eq\f(F浮,ρ水g)＝eq\f(5N,1.0×103kg/m3×10N/kg)＝5×10－4m3；根据ρ＝eq\f(m,V)可得木板体积V木＝eq\f(m,ρ)＝eq\f(0.5kg,0.8×103kg/m3)＝6.25×10－4m3；则静止时露出水面的体积V露＝V木－V排＝6.25×10－4m3－5×10－4m3＝1.25×10－4m3。(3)55cm＝0.55m，以肩膀为支点，则支撑手对扁担产生向上的支持力，则：l1＝1.5m－0.55m＝0.95m，l＝1.5m－0.55m－0.55m＝0.4m，l2＝0.55m，根据杠杆平衡条件得：G水l1＝G水l2＋Fl，所以，F＝eq\f(l1－l2,l)G水＝eq\f(0.95m－0.55m,0.4m)×180N＝180N。因支持力F与支撑手受到的扁担产生的压力是一对相互作用力，所以F压＝F＝180N。类型二滑轮及应用1.如图为家庭手摇升降晾衣架结构图，当摇动手柄时，横梁可上升或下降，下列滑轮属于动滑轮的是(D)A．甲B．乙C．丙D．丁1题图2题图3题图【解析】定滑轮和动滑轮的主要区别是：动滑轮会随物体一起运动，定滑轮不随物体运动。甲、乙、丙滑轮固定不动，是定滑轮，丁滑轮与物体一起运动，是动滑轮。2.利用如图所示的滑轮组匀速提升200N的重物，动滑轮重为10N(不计绳重与摩擦)，则拉力F的大小为(C)A．70NB．100NC．105ND．110N【解析】由图知，n＝2，不计绳重和摩擦，则绳子自由端的拉力F＝eq\f(1,2)(G＋G动)＝eq\f(1,2)×(200N＋10N)＝105N，故C正确。3.小柯用图中装置提升重为400N的物体，不计摩擦和滑轮自重，下列说法正确的是(C)A．两个滑轮均为定滑轮B．人将绳子拉过1m，物体也上升1mC．物体匀速上升时，人对绳子的拉力为200ND．使用该装置不能省力，但能改变力的方向【解析】由图可知，该装置由一个动滑轮和一个定滑轮组成，故A错误；由图可知，绳子的自由端拉过1m，物体上升0.5m，故B错误；不计摩擦和滑轮自重，使用题图中装置能省一半的力，物体的重力为400N，则拉力为200N，故C正确；使用动滑轮能省力，使用定滑轮能改变力的方向，故D错误。4.用图中四种方式匀速提升同一物体(不计机械自重和摩擦)，其中最费力的是(A)【解析】不计机械自重和摩擦，设物重为G，由图知：A.使用此动滑轮时，由于动力作用在轴上，所以费一倍的力，即F1＝2G；B.此装置是定滑轮，不能省力，所以F2＝G；C.此装置是滑轮组，承担物重的绳子有3股，所以F3＝eq\f(1,3)G；D.此装置是斜面，且L＝2h，所以F4＝eq\f(1,2)G。比较可知，上述装置中，最省力的是C，最费力的是A。5.在野外用滑轮组拉越野车脱困时的情景如图所示，有关力的分析正确的是(C)A．车对地面的压力与车的重力是一对平衡力B．车拉滑轮组的力与滑轮组对车的拉力是一对平衡力C．脱困需要2400N的拉力时，绳索自由端的力F至少为1200ND．脱困需要2400N的拉力时，绳索自由端的力F至少为800N【解析】由图可知，n＝2，不计绳重和摩擦，则绳子自由端的拉力F＝eq\f(1,2)F′＝eq\f(1,2)×2400N＝1200N，因绳重和摩擦的存在，则绳索自由端的力F至少为1200N。6.如图所示，物体重力是500N，动滑轮重20N(不计摩擦和绳重)，要使物体匀速升高1m，那么人的拉力是________N，使用该装置________(填“能”或“不能”)改变力的方向。6题图7题图8题图【答案】260能【解析】由图知，滑轮组承担物重的绳子段数n＝2，不计摩擦和绳重，拉力F＝eq\f(1,n)(G＋G动)＝eq\f(1,2)×(500N＋20N)＝260N；使用该装置既能省力，又能改变力的方向。7.如图所示，用甲、乙两滑轮组匀速向上提升物体A，若将物体A提高1m，则甲滑轮组绳子的自由端移动的距离为________m；若乙滑轮组绳子的自由端移动的速度为40cm/s，则物体A移动的速度为________m/s。【答案】30.2【解析】由图甲可知，n甲＝3，将物体A提高1m，则甲滑轮组绳子的自由端移动的距离s甲＝n甲h＝3×1m＝3m。(2)由图乙可知，n乙＝2，物体A移动的速度vA＝eq\f(1,n乙)v绳＝eq\f(1,2)×40cm/s＝20cm/s＝0.2m/s。8．如图，小明想把被台风刮倒的树拉正。他把绳子的一端系在乙树上，然后绕过甲树用力拉绳子，这样做有________段绳子拉甲树。如果不计绳重和摩擦，甲树受300N拉力，则小明对绳子的拉力至少为________N。【答案】2；150【解析】如图用绳子拉甲树时，甲相当于一个动滑轮，此时有两段绳子拉甲树；不计绳重和摩擦，甲树受300N拉力，则每段绳子承担的力是300N的，所以人对绳子的拉力至少为：F=F甲=×300N=150N。9．既可以省力，又可以改变用力方向的是__________(填“定滑轮”“动滑轮”或“滑轮组”)；利用一个机械效率为90%的杠杆做100J的总功，其中额外功是________J。【答案】滑轮组；10【解析】使用定滑轮不能省力，但可以改变力的方向；使用动滑轮可以省力，但不可以改变力的方向；用定滑轮和动滑轮组成合适的滑轮组，既可以省力，又可以改变力的方向；由题知，使用杠杆做的总功W总＝100J，η＝90%，由η＝eq\f(W有,W总)＝90%可得做的有用功：W有＝W总×90%＝100J×90%＝90J，则利用杠杆做的额外功：W额＝W总－W有＝100J－90J＝10J。10.城市电力公交车以及电气化铁路的输电线常用如图所示的方式悬挂在钢缆上。钢缆的A端固定在电杆上，B端通过滑轮组连接在电杆C上，滑轮组由a、b、c三个滑轮构成，其中属于定滑轮的是________，属于动滑轮的是________。(均填“a”“b”或“c”)【答案】b、c;a【解析】如图所示，b、c滑轮的轴固定不动，为定滑轮，不省力；a为动滑轮。11.如图所示，分别用甲、乙两种形式的滑轮组把重为400N的物体匀速向上提起；已知每个滑轮重20N，忽略绳子的重力以及滑轮与绳子的摩擦，图甲中车对绳子的拉力为________N，图乙中人对绳子的拉力为________N。【答案】400210【解析】忽略绳子的重力以及滑轮与绳子的摩擦，由于图甲中使用的是两个定滑轮，则车对绳子的拉力F甲＝G＝400N；图乙中使用的是一动一定的滑轮组，n＝2，人对绳子的拉力F乙＝eq\f(1,2)(G＋G动)＝eq\f(1,2)(400N＋20N)＝210N。12.如图所示，小轿车的方向盘相当于一个轮轴，若F1＝20N，盘的半径为20cm，轴的直径为4cm，不计摩擦阻力，则F2＝________N。门锁的把手是一个________(填“省力”或“费力”)轮轴。【答案】200省力【解析】轮轴实质是杠杆，F1＝20N，R＝20cm，r＝eq\f(d,2)＝eq\f(4cm,2)＝2cm，由杠杆的平衡条件得：F1R＝F2r，则F2＝eq\f(F1R,r)＝eq\f(20N×20cm,2cm)＝200N；门锁的把手的轮半径大于轴半径，动力作用在轮上，是一个省力轮轴。13．如图，轻质动滑轮处于平衡状态。请在图中画出物体所受的重力(体现动滑轮省力)，同时标出支点O并画出拉力F对应的力臂l(体现动滑轮省力)。答图【解析】动滑轮的支点在左边缘，从支点O到力F作用线的距离就为F的力臂，如图所示；物体的重力作用点在其几何中心，由重心向下作竖直向下的有向线段，即为其重力示意图，动滑轮的动力臂是阻力臂的两倍，所以绳子自由端拉力F是物体重力的eq\f(1,2)，所以重力G的线段长是F的两倍。解：如图所示。14．探究定滑轮的特点。(1)在探究使用定滑轮是否省力时，用如图甲所示装置匀速提升重物，需要测量的物理量是_____________和__________________。(2)如图乙所示，分别用拉力F1、F2、F3匀速提升重物，则三个力的大小关系是____________。(3)旗杆顶部有一个定滑轮，给我们升国旗带来了便利。这是利用定滑轮___________________的特点。【答案】（1）物体的重力绳子自由端的拉力（2）F1＝F2＝F3（3）能够改变力的方向【解析】（1）在研究使用定滑轮是否省力时，实验中应匀速提升重物，测量出物体的重力和拉力的大小，根据这两个力的大小分析定滑轮是否省力；（2）如图乙所示，分别用拉力F1、F2、F3匀速提升重物，由于使用定滑轮不省力也不费力，所以三个力的大小关系是F1=F2=F3；（3）旗杆顶部有一个定滑轮，能够改变拉力的方向。15.如图是小海同学“研究定滑轮和动滑轮特点”的实验装置。他按图示方法提起钩码时注意保持测力计________移动，分别测得一组数据如下表所示：

钩码重G/N钩码升高高度h/m测力计示数F/N测力计移动距离s/m甲0.980.20.980.2乙0.980.21.020.2丙0.980.20.550.4(1)比较测力计示数的大小，可知使用动滑轮的好处是_______。(2)比较测力计拉力的方向，可知使用定滑轮的好处是________________。(3)把钩码升高相同的高度，比较乙和丙实验中测力计移动的距离，可知：使用动滑轮______________________。(4)在提升重物的过程中，如果要同时兼顾定滑轮和动滑轮的特点，则应选择______________________________。【答案】（1）能省力（2）可以改变力的方向（3）费距离(或移动更多距离)（4）由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组【解析】（1）在丙中，拉力F=0.55N＜G=0.98N，故使用动滑轮时省力；（2）在乙中，拉力F=0.98N=G=0.98N，但是向下用力，故使定滑轮可以改变用力的方向；（3）乙的距离为0.2m,丙中的距离为0.4，故使用动滑轮费距离；（4）可以把定滑轮和动滑轮组合起来，使用滑轮组。16．在探究“滑轮组的使用特点”的活动中，老师给同学们提出这样的问题：某人站在地面上，用如图所示的滑轮组装成滑轮组把8500N的物体提升到高处，现有一根最大能承受2500N拉力的绳子，且每个滑轮的重均为500N。(1)请你帮助该同学组装好这个滑轮组。(2)用这个组装的滑轮组提升8500N的物体时，绳子自由端的实际拉力是多大？(不计绳子的重及摩擦)答图【答案】（1）如图（2）绳子自由端的实际拉力：F＝eq\f(1,4)×(G物＋G动)＝eq\f(1,4)×(8500N＋500N＋500N)＝2375N。【解析】（1）承担物重绳子的段数：n＝eq\f(G总,Fmax)＝eq\f(8500N＋500N＋500N,2500N)＝3.8。在不将绳子拉断的前提下，n＝4和n＝5都能满足要求。由于人站在地面上拉动绳子，则承担物重的绳子段数取n＝4。17．一质量为1.5×103kg的汽车陷入一泥泞路段，司机师傅利用滑轮组和周围条件，组装成了如图所示的拖车装置。已知汽车通过泥泞路段需移动8m距离，汽车在泥泞路段受到的阻力为车重力的0.1倍，滑轮组的机械效率为80%，g取10N/kg。在将车匀速拖离泥泞路段过程中，求：(1)做的有用功。(2)作用在绳子自由端的拉力。解：(1)汽车所受的阻力f＝0.1mg＝0.1×1.5×103kg×10N/kg＝1.5×103N，将车匀速拖离，由二力平衡得，牵引力F牵＝f＝1.5×103N，所做的有用功W有＝F牵s车＝1.5×103N×8m＝1.2×104J。(2)绳子自由端移动距离s绳＝3s车＝3×8m＝24m，由η＝eq\f(W有,W总)得，W总＝eq\f(W有,η)＝eq\f(1.2×104J,80%)＝1.5×104J，由W总＝Fs绳得，作用在绳子自由端的拉力F＝eq\f(W总,s绳)＝eq\f(1.5×104J,24m)＝625N。18.如图所示，动滑轮重4N，所吊重物B重20N，物体A重240N，此时物体B恰好以0.1m/s的速度匀速下降。不计绳重、绳子的伸长和滑轮组内部的摩擦。求：(1)水平面对物体A的摩擦力是多大？(2)要使物体B恰好以0.2m/s的速度匀速上升，则要对物体A施加水平向右拉力F的功率为多大？解：(1)由图知，n＝2，不计绳重和滑轮组内部的摩擦，当物体B匀速下降时，物体A受到水平向右的滑动摩擦力的大小f＝F拉＝eq\f(1,2)(GB＋G动)＝eq\f(1,2)×(20N＋4N)＝12N。(2)当物体B匀速上升时，绳子的拉力F拉不变，物体A受到的摩擦力大小不变，由力的平衡条件可得，对物体A施加水平向右的拉力：F＝f＋F拉＝12N＋12N＝24N，物体A向右运动的速度v2′＝2v1′＝2×0.2m/s＝0.4m/s，拉力F的功率P＝Fv2′＝24N×0.4m/s＝9.6W。19．如图为吊装工具示意图，物体M为重5000N的配重，杠杆AB的支点为O，OA:OB＝1:2，每个滑轮重100N。当重为700N的工人用300N的力竖直向下匀速拉动绳子时，杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计。求：(1)工人对地面的压力；(2)物体M对地面的压力。解：(1)工人用300N的力竖直向下匀速拉动绳子时，绳子对工人竖直向上的拉力也等于300N，工人对地面的压力F1＝G人－F拉＝700N－300N＝400N。(2)A端受到向下的拉力FA＝3F＋G定＝3×300N＋100N＝1000N，B端受到向下的拉力FB＝eq\f(FA×1,2)＝eq\f(1000N,2)＝500N，物体M