专项训练：课时12.3 滑轮（解析版）

课时12.3滑轮【第十二章简单机械】TOC\o"1-2"\h\u目标导航 1核心考点 2知识点一滑轮分类及工作特点 2知识点二滑轮组的工作特点 3知识点三滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算 3知识点四、斜面和轮轴以及滑轮组的设计与组装 3题型讲练 5题型一定滑轮的概念、实质及特点 5题型二动滑轮的概念、实质及特点 5题型三辨析动滑轮与定滑轮的区别 6题型四动滑轮绳端拉力及移动距离的计算 7题型五设计实验探究定滑轮的特点 9题型六设计实验探究动滑轮的特点 11题型七滑轮组的构成及优点 12题型八滑轮组的连线问题 14题型九滑轮组承重绳子段数与绳端拉力、移动距离的关系 15题型十按照要求设计滑轮组 17题型十一斜面模型及相关计算 18题型十二轮轴模型及相关计算 19题型十三生活中简单机械的应用 20分层训练 21【基础夯实巩固提升】 21【培优拓展思维创新】 272026年课程标准物理素养1、理解滑轮的定义及分类。2、掌握定滑轮和动滑轮的特点。3、学会滑轮组的组装与分析，计算拉力大小与移动距离。物理观念：知道定滑轮可以改变力的方向，不省力，动滑轮可以省力但费距离，而且无法改变力的方向‌。科学思维：知道定滑轮与动滑轮的实质（杠杆变形）‌‌。科学探究：通过实验探究定滑轮、动滑轮及滑轮组的特点，记录数据并归纳规律‌。科学态度与责任：通过实验操作培养严谨的科学态度，认识滑轮在工程中的实际价值‌。知识点一滑轮分类及工作特点1.滑轮定义：周边有槽，中心有一转动的轮子叫滑轮。因为滑轮可以连续旋转，因此可看作是能够连续旋转的杠杆，仍可以用杠杆的平衡条件来分析。滑轮分为定滑轮和动滑轮。2.定滑轮工作特点：（1）定滑轮使用时，滑轮的位置固定不变；定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，但可以改变作用力方向。（2）定滑轮的特点：通过定滑轮来拉钩码并不省力，通过或不通过定滑轮，弹簧测力计的读数是一样的，可见，使用定滑轮不省力但能改变力的方向。在不少情况下，改变力的方向会给工作带来方便。3.动滑轮工作特点：（1）动滑轮使用时，滑轮随重物一起移动；动滑轮实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆，省12（2）动滑轮的特点：使用动滑轮能省一半力，费距离；这是因为使用动滑轮时，钩码由两段绳子吊着，每段绳子只承担钩码重的一半。使用动滑轮虽然省了力，但是动力移动的距离大于钩码升高的距离，即费了距离。特别提醒（1）定滑轮的原理：定滑轮实质是个等臂杠杆，动力臂L1、阻力臂L2都等于滑轮半径，根杠杆平衡条件也可以得出定滑轮不省力的结论。（2）动滑轮的原理：动滑轮实质是个动力臂（L1）为阻力臂（L2）二倍的杠杆。知识点二滑轮组的工作特点1.滑轮组：定滑轮和动滑轮组合在一起的装置叫做滑轮组。（1）使用滑轮组既可以省力，又可以改变力的方向，但要费距离。（2）使用滑轮组时，滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F=G物+G动n若忽略滑轮重，则有特别提醒用滑轮组提升物体时，虽然省了力，但是费了距离，滑轮组有几段绳子吊着物体，绳子自由端移动的距离就是重物升高距离的几倍；设物体升高的距离为h，则绳子自由端移动的距离为s=nh（n表示承担物重的绳子的段数）。知识点三滑轮组和动滑轮绳子拉力的计算1.使用滑轮组时（忽略摩擦阻力）：滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一，即动力F=G物+G动n；若忽略滑轮重，则有其中：F拉—拉力，G动—动滑轮的重力，G物—被提升物体的重力，n—吊住动滑轮绳子的段数。2.使用动滑轮时，条件不同，拉力的计算方法也不同。（1）物体在竖直方向上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体重力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体和动滑轮重力之和的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法忽略不计，那么拉力等于物体重力除以n和机械效率的乘积。（2）物体在水平面上运动时：当动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n分之一；当绳重和滑轮与绳之间的摩擦不计的情况下，拉力等于物体所受摩擦力的n分之一；实际情况下，动滑轮重、绳重和滑轮与绳之间的摩擦都无法忽略不计，那么拉力等于物体所受摩擦力除以n和机械效率的乘积。（注：n为滑轮的股数）。特别提醒（1）明确滑轮组绳子的有效股数是关键，再根据力的关系公式和移动距离的关系公式计算即可。（2）解题的关键是掌握动滑轮费一倍距离省一半力这一特性，做题时注意是否考虑动滑轮的重力。知识点四、\o"物体做曲线运动的条件"斜面和轮轴以及滑轮组的设计与组装1.滑轮组的设计：第一步：确定动滑轮的个数。首先算出承担所要拉起重物与动滑轮的自重所需要的绳子的根数n，其方法和滑轮组绳子的绕法中的方法相同，然后我们根据每两根绳子需要一个动滑轮来确定动滑轮的个数。当n为偶数时，绳子的固定端应拴在定滑轮上，动滑轮的个数N=n2；当n为奇数时，绳子的固定端应拴在动滑轮上，动滑轮的个数N=n−1第二步：确定定滑轮的个数。一般情况下，定滑轮的个数由绳子的段数n和拉力的方向共同决定。当n为奇数且拉力方向向下时，定滑轮的个数应为n+12；拉力的方向向上时，定滑轮的个数为

n−12．当n为偶数且方向向下时，定滑轮的个数为n22.滑轮组绳子的绕法：第一步：确定绕过动滑轮的绳子的根数。首先根据题目中的条件，如绳子能承受的最大拉力F、要承担的重物G物和动滑轮的重力G动，计算出承担物重所需绳子段数n=G物2+G动第二步：确定绳子固定端的位置和绳子的绕法。当绳子的根数n为偶数时，绳子的固定端应拴在定滑轮上，开始绕绳子；当n为奇数时，绳子的固定端应拴在动滑轮上，开始绕绳子。3.轮轴（1）轮轴：由轮和轴组成的，能绕共同的轴线旋转的简单机械叫做轮轴。例如汽车方向盘、辘护等。（2）轮轴的实质：轮轴相当于一个杠杆，轮和轴的中心O是支点，作用在轮上的力是动力F1，作用在轴上的力是阻力F2，轮半径OA就是杠杆的动力臂l1，轴半径OB就是杠杆的阻力臂l2。（3）轮轴的特点：因为轮半径大于轴半径，即杠杆的动力臂大于阻力臂，所以作用在轮上的动力F1总小于作用在轴上的阻力F2．使用轮轴可省力，但是动力作用点移动的距离大于用轮轴提升的重物（钩码）所通过的距离。（4）轮轴的公式：F1R=F2r；4.斜面：斜面是简单机械的一种，可用于克服垂直提升重物的困难。将物体提升到一定高度时，力的作用距离和力的大小都取决于倾角。如物体与斜面间摩擦力很小，则可达到很高的效率。特别提醒（1）当动力作用于轴上时，轮轴为费力省距离杠杆，实际的例子有：自行车后轮与轮上的飞盘（小齿轮）、吊扇的扇叶和轴都是费力轮轴的应用。（2）用F表示力，L表示斜面长，h表示斜面高，物重为G．不计阻力时，根据功的原理得FL=Gh，斜面倾角越小，斜面越长，则越省力，但越费距离。日常生活中常见的斜面，如盘山公路、螺丝钉上的螺纹等。题型一定滑轮的概念、实质及特点【典型例题】如图所示，物体A重35N，物体B重20N，不计绳重和摩擦，静止时A对水平地面的压力为______N；若在右端绳子上施加一个力，使A、B一起匀速运动，当B下降0.1m时，A上升_______m。【答案】150.1【详解】[1]物体A的重力为35N，物体B的重力为20N，由于绳子的拉力等于物体B的重力，因此A对地面的压力等于A的重力减去绳子的拉力，F压[2]在不计绳重和摩擦的情况下，使用滑轮组时，物体A上升的距离与物体B下降的距离相同，因为它们通过同一根绳子连接，SA【变式】如图是旗杆顶部固定的滑轮，它是________（选填“定”或“动”）滑轮，其作用是改变力的________。【答案】定方向【详解】[1][2]旗杆顶部的滑轮不随红旗一起升降是定滑轮，使用时不省力，可以改变拉力的方向。题型二动滑轮的概念、实质及特点【典型例题】如图所示，小明用大小为100N、沿竖直方向向上的拉力将重为180N的物体匀速提升2m，用时10s。小明使用该滑轮是为了改变力的_________（选填“大小”或“方向”），此过程中克服物体所受重力做功_________J，拉力做功的功率是_________W。【答案】大小36040【详解】[1]图中是动滑轮，动滑轮的特点是可以省力，即改变力的大小，但不改变力的方向。[2]克服重力做功W=Gh=180[3]动滑轮的绳子段数n=2，因此拉力移动的距离s=nh=2×2拉力做功W拉力做功的功率P=【变式】动滑轮实质上是一个_______杠杆。如图所示，物体重400N，滑轮重10N（绳重、摩擦不计），若要匀速提升重物，则自由端匀速竖直向上的拉力F为_______N，若拉力F的方向向右倾斜一些，如图中虚线所示，则拉力将_______（填“变大”、“变小”或“不变”）。【答案】省力205变大【详解】[1]动滑轮使用时，由两段绳子承担物体和滑轮的重力，可以省力，其实质是一个动力臂等于阻力臂二倍的省力杠杆。[2]由题意可得：F=[3]因为若拉力F的方向向右倾斜一些，动力臂减小，所以根据杠杆平衡条件可知拉力将变大。题型三辨析动滑轮与定滑轮的区别【典型例题】下图所示的壁雕展示了古人修桥的智慧与匠心。从图中可以看到，两名工匠正在使用滑轮将一块巨石抬起。下列对该滑轮说法正确的是（）A．该滑轮是一个动滑轮 B．使用此滑轮可以省力C．使用此滑轮可以改变力的方向 D．使用此滑轮可以省距离【答案】C【详解】A.该滑轮的轴固定不动，属于定滑轮（动滑轮的轴随物体运动），故A错误；BD.定滑轮的特点是不省力，也不省距离，只能改变力的方向，故BD错误；C.定滑轮的核心作用是改变力的方向，工匠通过滑轮可将向下的拉力转换为向上提升巨石的力，故C正确；故选C。【变式】如图（a）、（b）所示的滑轮应用情景中，不计摩擦、绳重和滑轮重力。用大小为10N的力F分别匀速提起甲、乙两个物体，图（b）中物体乙的重力大小为___________N；国旗杆顶部上的滑轮与___________图（选填“a”或“b”）滑轮原理相同。【答案】20a【详解】[1]由图知，（a）不随货物一起升降是定滑轮，本质是等臂杠杆；（b）是动滑轮，本质是动力臂为阻力臂两倍的省力杠杆；由图（b）知，不计摩擦、绳重和滑轮重力，能省一半力，即拉力F=则G[2]旗手向下拉绳子，国旗徐徐上升，旗杆顶部安装的滑轮的轴不随国旗移动，该滑轮是一个定滑轮，可以改变动力的方向，故国旗杆顶部上的滑轮与a滑轮原理相同。题型四动滑轮绳端拉力及移动距离的计算【典型例题】质量是6kg的物体A放在水平桌面上，小樱利用如图所示的装置用6N的拉力匀速拉动绳子自由端5s，物体A运动速度为0.5m/s，下列判断正确的是（）A．绳子自由端移动5m B．绳子自由端移动速度为1.0m/sC．若物体A的质量增大，则拉力增大 D．由于G定【答案】ABC【详解】A.物体A在5s内移动的距离为sA=vB.物体A移动的速度为vA=0.5mC.若物体A的质量增大，A对桌面的压力增大，A受到的摩擦力增大，若不计滑轮与绳之间摩擦，F=1D.若不计动滑轮和绳重、不计滑轮与绳之间摩擦，物体A受到的摩擦力f=2F=2×6N=12N，由于动滑轮重G动存在，物体A受到的摩擦力故选ABC。【变式】如图所示，工人在竖直方向用200N的力拉绳子，通过动滑轮吊起一个水泥桶。在匀速提升物体的过程中，不计绳重、动滑轮重及摩擦，则被拉动的物体的重力为______N；物体被提升3m时，绳端移动了______m。【答案】4006【详解】[1][2]工人用200N的力拉绳子，不计绳重、动滑轮重及摩擦，由动滑轮的特点可知被拉物体的重力为G=200N×2=400N题型五设计实验探究定滑轮的特点【典型例题】在“探究定滑轮和动滑轮的特点”实验中：(1)比较甲、乙两图拉力的方向可知使用定滑轮可以_____。(2)探究动滑轮的特点实验如图丙。①为探究使用动滑轮是否可以省力，需要竖直向上拉弹簧测力计，使钩码_____上升，并将弹簧测力计的示数与_____（选填“钩码重”或“钩码和滑轮总重”）进行比较。②如图丙，要想得出“动滑轮使用时最多可以省一半力”这一结论，可进行的操作是：_____a.使用同一动滑轮，不断增大物重，多次实验b.提升同一重物，不断减小动滑轮重，多次实验A．只有a

B．只有b

C．a和b均可

D．a和b均不可【答案】(1)改变力的方向(2)匀速竖直钩码和滑轮总重C【详解】（1）物体受到的重力方向竖直向下，甲图中拉力的方向竖直向上，乙图中拉力的方向竖直向下，故可知使用定滑轮可以改变力的方向。（2）[1][2]为探究使用动滑轮是否可以省力，需要竖直向上拉弹簧测力计，使钩码匀速竖直上升，并将弹簧测力计的示数与钩码和滑轮总重进行比较，这样才能准确得出结论。[3]要想得出“动滑轮使用时最多可以省一半力”这一结论，可以使用同一动滑轮，不断增大物重，多次实验；也可以提升同一重物，不断减小动滑轮重，多次实验；a和b均可；故选C。【变式】如图所示是小海同学“研究定滑轮和动滑轮特点”的几组实验装置，他按图示匀速拉动弹簧测力计去提起钩码，分别测得数据如表所示：次数钩码重力G/N钩码升高的高度h/m拉力F/N绳子自由端移动的距离s/m拉力方向110.210.2向上220.22.10.2向下310.20.60.4向上420.21.10.4向上(1)实验中需要用到的测量工具是弹簧测力计和__________；(2)比较1和2两次实验，可知使用定滑轮的好处是________________；(3)比较2和4两次实验，可知使用动滑轮的好处是________________；(4)依据杠杆平衡条件分析，不计动滑轮自重，使用动滑轮提升物体所用的力是直接提升物体所用力的一半，但分析第3、4两次实验数据却不符合这样的关系，造成这种现象的主要原因是________________。【答案】(1)刻度尺(2)可以改变力的方向(3)可以省力(4)不能忽略动滑轮自身重力、绳子摩擦力等【详解】（1）实验中还要测量钩码升高的高度与绳子自由端移动的距离，因此还需增加刻度尺。（2）1和2两次实验是不用滑轮和使用定滑轮的对比，由表格数据可以看出使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向，因此比较1和2两次实验，可知使用定滑轮的好处是可以改变力的方向。（3）2和4两次实验是使用定滑轮和使用动滑轮的对比，由表格数据可以看出使用动滑轮省力，但不能改变力的方向，因此比较2和4两次实验，可知使用动滑轮的好处是可以省力。（4）使用动滑轮提升物体所用的力是直接提升物体所用力的一半，这个关系是不计动滑轮自重时才成立的。分析第3、4两次实验数据，实际的拉力F却比理论值多0.1N，说明有阻力不能忽略不计，在提升重物的同时要克服动滑轮自身重力、绳子摩擦力等。故不符合理论上的关系的主要原因是不能忽略动滑轮自身重力、绳子摩擦力等。题型六设计实验探究动滑轮的特点【典型例题】小聪同学按照如下图所示的装置对动滑轮的特点进行了探究，实验数据如下表所示。通过分析数据，他觉得与“使用动滑轮能省一半的力”的结论偏差较大。实验次序物重G/N弹簧测力计示数F/N11.00.721.51.032.01.3(1)该实验中出现这样的结果的主要原因是没有考虑_______。(2)在实验过程中，提升重物时应该沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计。动滑轮可视为杠杆的变形，则此时其支点为_______（选填“A”“B”或“C”）点。【答案】(1)滑轮的自重(2)A【详解】（1）“使用动滑轮能省一半力”是在理想情况下得出的结论，而实际情况中动滑轮的重力和摩擦是客观存在的。由表中数据知道，随着物重的增加，测力计的示数变大，但比物重的一半要大，这与“使用动滑轮能省一半的力”的结论偏差较大，其主要原因是没有考虑滑轮的自重。（2）使用动滑轮时，左端绳子静止，在每一个时刻，动滑轮都可看作是绕滑轮与左端绳子的接触点转动，所以，动滑轮可视为杠杆的变形，则此时其支点为A点，此时动滑轮的实质是动力臂等于阻力臂2倍的省力杠杆。【变式】物理实验小组研究定滑轮和动滑轮的特点。实验序号G滑轮/NG物/N弹簧测力计示数/N1142.62243.23343.64444.2(1)他们研究定滑轮特点时，做的实验如图甲所示，据此可证明：使用定滑轮不省力，但能改变_________；(2)他们研究动滑轮特点时，用不同的动滑轮匀速缓慢竖直提升4N的重物，如图乙所示，可得初步结论：使用动滑轮可以_______，但不能改变力的方向；(3)桃子同学发现第4次实验时，记录的弹簧测力计示数大于物体的重力。于是桃子同学认为动滑轮不省力。你认为她的观点是否正确？________，并分析原因：____________。【答案】(1)力的方向(2)省力(3)不正确动滑轮重力过大【详解】（1）由图甲的实验可知，使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向（2）通过观察和比较测量结果，当所使用的动滑轮较轻时，弹簧测力计的示数均小于物体的重力，故可得到：使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向（3）[1][2]分析第4次实验数据可以看出，动滑轮的重力为4N，与物体的重力相同，在考虑摩擦的情况下，造成弹簧测力计的示数大于物体的重力，但这不能说明动滑轮不省力。题型七滑轮组的构成及优点【典型例题】如图所示，小明和小杰各持一根较光滑的木棍面对面平行站立，两木棍间距0.4m。小华取一根绳子，将绳子的一端系在其中一根木棍上，再按下图所示依次绕过两根木棍。小明和小杰握紧木棍站稳后，小杰站立不动。小华在A处拉绳子的另一端，用很小的力便能拉动小明。(1)两根木棍和绳子组成的机械相当于一个______。(2)该实验说明了______。(3)将右边木棍固定，然后缓慢地拉动绳子的自由端，当绳端移动0.9m时，此时两木棍间的距离为______m。【答案】(1)滑轮组(2)滑轮组可以省力(3)0.25【详解】（1）从使用的情况看，两根木棍和绳子组成的简单机械是滑轮组；（2）使用滑轮组用很小的力便能拉动他们，说明使用滑轮组可以省力；（3）图中右边木棍相当于定滑轮，左边木棍相当于动滑轮，n=6，绳子移动0.9m，则左边木棍向右移动s=0.9m【变式】科技小组制作的塔吊模型如图所示，关于滑轮，下列说法正确的是（）A．滑轮1是定滑轮，使用定滑轮可以省力B．滑轮2是动滑轮，使用动滑轮能改变动力方向C．滑轮1、2构成滑轮组既可以省力也可以省距离D．滑轮1、2构成滑轮组既省力又能改变动力的方向【答案】D【详解】A．滑轮1固定不动，不随物体运动而运动，故是定滑轮，使用定滑轮可以改变力的方向，不能省力，故A错误；B．滑轮2是动滑轮，使用动滑轮不能改变动力方向，但是可以省力，故B错误；C．滑轮1、2构成滑轮组，但滑动组不省功，可以省力但是费距离，也可能费力，但是省距离，故C错误；D．滑轮1定滑轮、2动滑轮构成滑轮组，既有动滑轮的特点省力，又有定滑轮的特点改变动力的方向，故D正确。故选D。题型八滑轮组的连线问题【典型例题】小明在无动力乐园体验了一次如图所示的小车滑行装置，可以由自己拉住绳子的一端将小车和自己一起拉动滑行，请你画出该滑行装置最省力的绕绳方式。【答案】【详解】观察图中滑轮组，确定有动滑轮和定滑轮，通过分析可以确定绳子的有效段数为3段，这是最省力的绕绳方式。从动滑轮开始绕绳，确保绳子依次绕过动滑轮和定滑轮，最终绳子的自由端由小明拉住，这样可以实现最省力的效果，如图所示：【变式】用滑轮组提升重1000N的物体，绳子能够承受的最大拉力为600N，请在图中画出一种滑轮组绳子的绕法。不计动滑轮重、绳重和一切摩擦力。【答案】【详解】只有一个动滑轮，绕滑轮组时，可能绕2段绳，也可能绕3段绳。按照“奇动偶定”的规律，n=2时，绳子固定端应拴在定滑轮的挂钩上，再依次绕过动滑轮、定滑轮，最后拉力方向向下，如第一个图所示。此时绳子的拉力F=G当n=3时，绳子固定端应拴在动滑轮的挂钩上，依次绕过定滑轮、动滑轮，最后拉力方向向上，如第二个图所示。如果把绳子自由端再绕过最上面的一个定滑轮，把拉力的方向变为向下，如第三个图所示。此时绳子拉力F=G所以共有3种绕绳方法，如图所示：题型九滑轮组承重绳子段数与绳端拉力、移动距离的关系【典型例题】用轻质滑轮组将重为G的物体提起来（不计绳重与摩擦），请按要求画出不同绕线方法。要求：F1=G【答案】【详解】用轻质滑轮组将重为G的物体提起来（不计绳重与摩擦）。左边滑轮组中，有两个动滑轮和一个定滑轮，要求F1=G【变式】如图所示，将重物匀速提高2m，绳自由端移动___________m。若物体质量为30kg，动滑轮重、绳重及绳与滑轮之间的摩擦不计，拉力F的大小为___________N。（g取10N【答案】6100【详解】[1]由图可知，有三段绳子承担总重，所以绳子自由端移动的距离为s=nh=3×2[2]物体的重力为G=mg=30由图可知，有三段绳子承担总重，所以拉力F的大小为F=题型十按照要求设计滑轮组【典型例题】如图所示，用滑轮组提升重50N的物体，绳子能够承受的最大拉力为20N，假设动滑轮、绳重和摩擦均不计，在图中画出滑轮组绳子的正确绕法并标出拉力方向。【答案】【详解】不考虑动滑轮、绳重和摩擦，由F=Gn可知，承担物重的绳子段数为【变式】如图，小明站在地面上，他想用尽可能小的力提升水桶。请你帮他在图中画出滑轮组绳子的绕法。【答案】【详解】由题意知，站在地面上的人想用尽可能小的力提升水桶。所以绳子自由端的拉力方向应向下，绳子应从动滑轮绕起。如图所示：题型十一斜面模型及相关计算【典型例题】为方便残疾人上下台阶，一些公共场所设计了专用通道（斜面），如图甲所示。沿通道上台阶和直接上台阶比较，可以___________（选填“省力”或“省距离”）。图乙、丙为工人师傅用的钻头，你认为图___________（选填“乙”或“丙”）钻头更加省力。【答案】省力丙【详解】[1][2]斜面是一个省力机械，为方便残疾人而设计的专用通道就是一个斜面，所以可以省力；因为在斜面高度一定时，斜面越长，越省力，图乙、丙钻头可看成斜面，高度相同，但是图丙钻头的斜面更长，所以图丙钻头更加省力。【变式】螺丝钉上设计的螺纹是螺旋状的____________，使用螺纹可以省力。图甲、乙所示的两种螺丝钉的螺纹甲乙疏密不同，其中图________（选填“甲”或“乙”）所示的螺丝钉使用时更省力。如果要拧入相同的深度，则其他条件相同时，图_________（选填“甲”或“乙”）所示的螺丝钉拧入的速度更快。【答案】斜面甲乙【详解】[1]螺丝钉上的螺旋状螺纹本质是斜面的变形，斜面是一种省力机械，使用时可以省力。[2]螺纹越密（如甲图），相当于斜面的坡度越小，根据斜面原理，坡度越小越省力，因此甲更省力。[3]螺纹越疏（如乙图），拧入相同深度时需要转动的圈数越少，所以乙的拧入速度更快。题型十二轮轴模型及相关计算【典型例题】如图所示的是维修工人常用的一种套筒扳手。使用时将金属手柄插入套筒，再将套筒套在需要拧动的螺栓或螺母上，扳动金属手柄使套筒转动，就可以拧动螺栓或螺母了。使用时，套筒扳手相当于一个_______________（选填“滑轮”或“轮轴”）。若想要扳动时更省力，则可以__________________________。【答案】轮轴使手的位置远离套筒【详解】[1]套筒扳手在使用时绕中心轴转动，所以属于轮轴。[2]轮轴转动时，作用在轮上的力和作用在轴上的力方向相反，沿顺时针扳动套在螺栓上的螺母，则螺母受到螺栓施加的力沿逆时针方向。若想要扳动时更省力，可以使手的位置远离套筒，目的是增大轮半径，从而更省力。【变式】将下图所示的钥匙插入锁孔转动开锁时，钥匙就相当于一个________（选填“杠杆”“滑轮”或“轮轴”），属于________（选填“省力”或“费力”）机械。【答案】轮轴省力【详解】[1][2]钥匙在使用时绕中心轴转动，所以属于轮轴，轮轴是杠杆的一种变形；其轮半径和轴半径分别为动力臂和阻力臂，因为动力臂大于阻力臂，所以轮轴是一种省力杠杆。题型十三生活中简单机械的应用【典型例题】某地拟建一座抽水蓄能电站，如图是工程所在地的等高线地形图。图中A点大气压比B点______（选填“高”或“低”）。施工时选择线路CD作为输送建筑材料的线路更省力，是因为该路线坡度较______（选填“陡”或“缓”）。为储存更多能量，水库应建在湖水的______（选填“左边”或“右边”）一侧的高地上。【答案】低缓左边【详解】[1]因为A点的海拔比B点高，根据大气压随高度升高而降低的规律，所以图中A点大气压比B点低。[2]观察等高线地形图可知，线路CD处的等高线比其他可能的线路更稀疏。在等高线地形图中，等高线越稀疏表示坡度越缓，坡度缓则在运输建筑材料时更省力。[3]从等高线地形图可以看出，湖水左边的高地等高线数值较大，地势相对较高，在质量一定时，高度越高，重力势能越大，储存的重力势能越多，故蓄水库建得越高越好。所以水库应建在湖水的左边一侧的高地上。【变式】如图是元代王祯《农书》中描绘的农民使用扇车清选谷物的情景。农民快速摇动摇柄，扇轮转动产生气流，当把谷物倒入扇车时，谷物在重力的作用下落入扇车，气流使秕瘪谷物从出风口飞出，谷物就筛选好了。农民使用的扇车的摇柄是________（填简单机械名称）。【答案】轮轴【详解】扇车的摇柄是轮轴。轮轴由轮和轴组成，能绕共同轴线转动，摇动摇柄（轮）时，可带动扇轮（轴）转动，属于省力的简单机械。【基础夯实巩固提升】1．升旗时，利用旗杆顶部的定滑轮（）A．可以省力 B．费距离 C．可以省距离 D．可以改变拉力方向【答案】D【详解】使用定滑轮的优点是可以改变力的方向，但不能省力也不能省距离，故D符合题意，ABC不符合题意。故选D。2．使用下列装置来提升物体时，既能省力又能改变力的方向的装置是（）A． B．C． D．【答案】C【详解】AB.A图是定滑轮、B图是动滑轮，单独使用都不能既省力、又改变力的方向，故AB不符合题意；C.C图是滑轮组，与动滑轮连接的绳子有两段，可以省力，拉力方向与重物被提升的方向相反，改变了力的方向，故C符合题意；D.D图是滑轮组，虽然可以省力，但拉力的方向和重物的提升方向相同，没有改变力的方向，故D不合题意。故选C。3．如图所示，用滑轮提升重力G=100N的物体，使物体匀速上升2m（绳重和各种摩擦不计）。已知动滑轮的重力G动=10A．55N，1m B．210N，1m C．55N，4m D．210N，4m【答案】B【详解】图中是动滑轮的一种特殊使用方法，它的特点是费力，省一半的距离。拉力F=2G+G动=2×100故选B。4．如图所示，物体的重力为200N，A装置是_____滑轮。滑轮、绳的重力及摩擦不计，工人拉绳端的力为_______N。【答案】动100【详解】[1]图中的滑轮随物体一起运动，此装置是动滑轮，可以省一半的力。[2]因为滑轮和绳子的重力、摩擦均不计，所以拉力F=15．如图所示，物体的重力都是30N，当物体被匀速提起时，拉力的大小分别是FA=______N，【答案】3015【详解】[1][2]左图的两个滑轮都是定滑轮，使用定滑轮不省力，所以FA=G=30N6．如图所示的盘山公路，相当于简单机械中的______模型，与直线上山的公路相比，盘山公路的优点是______。【答案】斜面省力【详解】[1][2]斜面是与水平面成一定夹角的倾斜平面，盘山公路的结构符合斜面的简单机械模型；与直线上山的公路相比，盘山公路延长了上山的路程，根据斜面原理Gh=Fs可知F=Ghs，由于s＞7．请在图中画出该滑轮的动力臂和阻力臂。【答案】【详解】动滑轮的支点O在固定绳与轮的接触点；F为动力，作用点在绳与轮最右边的接触点；阻力作用点在轴上，方向竖直向下；过支点O分别向动力的作用线和阻力的作用线做垂线段，标上动力臂l1和阻力臂l8．如图所示，用滑轮拉动质量为5kg物体在5s内匀速升高4m。（忽略滑轮、绳重和摩擦；g取10N/kg）求：(1)物体的重力；(2)绳子自由端所用的拉力F；(3)绳子自由端移动的速度。【答案】(1)50N(2)25N(3)1.6m/s【详解】（1）物体的重力G=mg=5（2）由图可知，该滑轮组中承担物重的绳子段数n=2，因为忽略滑轮、绳重和摩擦，所以绳子自由端的拉力F=（3）绳子自由端移动的距离s=nh=2×4自由端移动的速度v=9．小明在A端用如图所示的动滑轮匀速提起200N的水桶。(1)若不计绳重、滑轮重及摩擦，则人拉绳子A端的动力是多大？若水桶上升0.5m，则A端需要移动的距离是多少m？(2)若实际测量A端的拉力为110N，不计绳重及摩擦，则滑轮重是多重？【答案】(1)1m(2)20N【详解】（1）由图可知，这是一个动滑轮，承担物重的绳子段数n=2。在不计绳重、滑轮重及摩擦的情况下，人拉绳子A端的动力F为水桶重力G的一半。根据公式F=Gn代入数据得人拉绳子A绳子自由端A移动的距离s是水桶上升高度h的2倍。根据公式s=nh代入数据得s=nh=2×0.5（2）在不计绳重及摩擦，但考虑动滑轮重力G动的情况下，拉力F'的大小为水桶重力G和动滑轮重力G动之和的一半。根据公式F'=代入数据得滑轮重是G10．物理兴趣小组的同学们利用如图所示的装置进行“二力平衡条件”的探究：(1)小组利用图甲的装置进行探究，桌面两侧的定滑轮可起到________的作用；(2)小组将相同质量的砝码放在左右两盘后，把小车转过一个角度，然后松手，观察到小车转动一定角度后恢复到静止状态，说明两个力必须作用在________才能平衡；(3)某次实验中，当左盘砝码质量大于右盘时，小车两边的拉力大小________（选填“相等”或“不相等”），但小车仍处于静止状态，产生这一现象的原因可能是小车受到________的影响；(4)为尽量减少以上影响，小敏提出将甲装置中的小车换成小卡片，如图乙所示。为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，小敏下一步操作是（）A．左右各加一个钩码B．把卡片剪成两半C．把卡片扭转一个角度【答案】(1)改变力的方向(2)同一条直线上(3)不相等摩擦力(4)B【详解】（1）在二力平衡实验中，两侧的定滑轮用来改变拉力的方向，使砝码对绳子竖直向下的拉力可以水平方向拉小车。（2）将小车扭转一个角度后两个力的方向相反，但不在同一直线上，如果松手，小车恢复到原状态，说明二力平衡必须作用在同一直线上。（3）[1][2]左盘质量大，两边拉力理论上F=mg不相等，但小车仍静止，说明除了拉力外还有摩擦力的影响。（4）要验证“同一物体”条件，需要将物体分成两个部分，看是否平衡，故AC不符合题意，B符合题意。故选B。【培优拓展思维创新】1．如图所示，动滑轮重1N，拉力F为5N，绳重和摩擦不计，则重物G和弹簧测力计示数为（）A．G为4N，弹簧测力计示数为5N B．G为9N，弹簧测力计示数为10NC．G为10N，弹簧测力计示数为5N D．G为9N，弹簧测力计示数为5N【答案】D【详解】由图可知，因为弹簧测力计和绳端拉力在一根绳子的两端，根据“动滑轮两边绳子所承受的拉力相等”可知，当拉力F=5N时，右端绳子所承受的拉力也为5N，则弹簧测力计的示数为5N。弹簧测力计与拉力F共同承担重物和滑轮的重力，则1故选D。2．车间工人们用如图所示的滑轮组把重物提起2m的高度，下列关于这个滑轮组的说法中，正确的是（）A．绳子自由端被拉下了4m B．这个滑轮组能省距离C．用这个滑轮组提起重物一定省力 D．这个滑轮组不仅能省力，还能省距离【答案】A【详解】A.由题图可知，提起动滑轮绳子的段数为n=2，绳子自由端向下移动的距离s=nh=2×2m=4mB.绳子移动的距离大于物体移动的距离，所以这个滑轮组不能省距离，故B错误；C.由于不知道动滑轮的重力以及摩擦情况，所以无法确定用这个滑轮组提起重物是否省力，故C错误；D.既省力又省距离的机械是不存在的，故D错误。故选A。3．下图所示的是“一动一定”滑轮组，a、b为两个弹簧测力计，不计绳重、滑轮重及摩擦。当匀速提升G=300NA．300N、100N B．300N、150N C．200N、100N D．200N、150N【答案】C【详解】由图可知承担物重的绳子股数为3，b弹簧测力计的示数为F=1nG=13故选C。4．如图甲所示是明代《天工开物》中记载的汲水装置——辘轳，辘轳是典型的轮轴，其结构如图乙所示，由具有共同转动轴的大轮和小轮组成。提水时，用力使大轮转动，小轮随之转动并缠绕井绳，提起水桶，由此可以发现辘轳是_______杠杆。使用辘轳时，若想更加省力，可以进行的改进有哪些，请你列举出一条_________。【答案】省力使大轮半径更大些（或小轮半径更小些）【详解】[1]辘轳由大轮和小轮组成，大轮作为动力臂，小轮作为阻力臂。由于大轮的半径大于小轮的半径，因此动力臂大于阻力臂，根据杠杆原理，这是一个省力杠杆。[2]为了使辘轳更加省力，可以使大轮半径更大些，这样动力臂会变得更长，从而减少所需的动力。或者减小小轮的半径，这样阻力臂会变得更短，同样可以减少所需的动力。5．旗杆上的滑轮实质是一个变形的杠杆，如图所示，该“杠杆”的支点在______（选填“A”“B”或“C”）点，动力臂为______（选填“L1”或“L2”），阻力臂为_____（选填“L1”或“L2”），动力臂与阻力臂的大小关系：L1_____（选填“>”“<【答案】BL1L2【详解】[1][2][3][4]题图中“杠杆”的支点在滑轮中心，即B点；竖直向下的力F为动力，从支点B出发垂直于F的L1为动力臂，竖直向下的拉力