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9. 在做研究定滑轮和动滑轮的特点的实验时，小明用同一个滑轮做了两次实验。已知每个钩码的重力为$ 1 \, \mathrm{N} $，两次实验装置分别如图甲、乙所示，小明将测得的数据记录在表格中。
(1)在甲实验中，若小明将绳子的自由端沿着水平向右的方向匀速拉动，绳子拉力的大小将(选填“变大”“变小”或“不变”)；在乙实验中，要沿着的方向匀速拉动绳子自由端。
(2)分析乙实验的数据时发现，有两段绳子承担物重，绳子自由端拉力的大小比钩码所受的重力的一半要大一些，这主要是因为。
(1)在甲实验中，若小明将绳子的自由端沿着水平向右的方向匀速拉动，绳子拉力的大小将(选填“变大”“变小”或“不变”)；在乙实验中，要沿着的方向匀速拉动绳子自由端。
(2)分析乙实验的数据时发现，有两段绳子承担物重，绳子自由端拉力的大小比钩码所受的重力的一半要大一些，这主要是因为。
答案
（1）不变；竖直向上
（2）动滑轮有自重（或存在摩擦）
（2）动滑轮有自重（或存在摩擦）
解析
（1）甲实验是定滑轮，定滑轮实质是等臂杠杆，不省力也不费力，拉力方向改变时拉力大小不变；乙实验是动滑轮，实验时应沿竖直向上方向匀速拉动绳子自由端，以保证测量准确。
（2）乙实验中动滑轮有自重，且绳子与滑轮间存在摩擦，所以拉力比钩码重力的一半大。
（2）乙实验中动滑轮有自重，且绳子与滑轮间存在摩擦，所以拉力比钩码重力的一半大。
10. 工人使用如图所示的滑轮组，在$ 50 \, \mathrm{s} $内将重$ 1500 \, \mathrm{N} $的物体匀速提升$ 5 \, \mathrm{m} $，拉力$ F $为$ 500 \, \mathrm{N} $。在此过程中，忽略绳重和摩擦。求：
（1）绳子自由端的移动速度$ v_{\mathrm{绳}} $。
（2）动滑轮的总重$ G_{\mathrm{动}} $。
（1）绳子自由端的移动速度$ v_{\mathrm{绳}} $。
（2）动滑轮的总重$ G_{\mathrm{动}} $。
答案
（1）由图可知，承担物重的绳子段数 $ n = 4 $。
物体提升高度 $ h = 5 \, \mathrm{m} $，则绳子自由端移动距离 $ s = nh = 4 × 5 \, \mathrm{m} = 20 \, \mathrm{m} $。
绳子自由端移动速度 $ v_{\mathrm{绳}} = \frac{s}{t} = \frac{20 \, \mathrm{m}}{50 \, \mathrm{s}} = 0.4 \, \mathrm{m/s} $。
（2）忽略绳重和摩擦，拉力 $ F = \frac{G + G_{\mathrm{动}}}{n} $，则动滑轮总重 $ G_{\mathrm{动}} = nF - G = 4 × 500 \, \mathrm{N} - 1500 \, \mathrm{N} = 500 \, \mathrm{N} $。
（1）$ 0.4 \, \mathrm{m/s} $
（2）$ 500 \, \mathrm{N} $
物体提升高度 $ h = 5 \, \mathrm{m} $，则绳子自由端移动距离 $ s = nh = 4 × 5 \, \mathrm{m} = 20 \, \mathrm{m} $。
绳子自由端移动速度 $ v_{\mathrm{绳}} = \frac{s}{t} = \frac{20 \, \mathrm{m}}{50 \, \mathrm{s}} = 0.4 \, \mathrm{m/s} $。
（2）忽略绳重和摩擦，拉力 $ F = \frac{G + G_{\mathrm{动}}}{n} $，则动滑轮总重 $ G_{\mathrm{动}} = nF - G = 4 × 500 \, \mathrm{N} - 1500 \, \mathrm{N} = 500 \, \mathrm{N} $。
（1）$ 0.4 \, \mathrm{m/s} $
（2）$ 500 \, \mathrm{N} $
解析
【解析】
（1）由图可知，承担物重的绳子段数$n=4$。
已知物体提升高度$h=5\,\mathrm{m}$，则绳子自由端移动距离：
$s=nh=4×5\,\mathrm{m}=20\,\mathrm{m}$
根据速度公式可得绳子自由端的移动速度：
$v_{\mathrm{绳}}=\frac{s}{t}=\frac{20\,\mathrm{m}}{50\,\mathrm{s}}=0.4\,\mathrm{m/s}$
（2）忽略绳重和摩擦，根据滑轮组拉力公式$F=\frac{G+G_{\mathrm{动}}}{n}$，变形可得动滑轮的总重：
$G_{\mathrm{动}}=nF-G=4×500\,\mathrm{N}-1500\,\mathrm{N}=500\,\mathrm{N}$
【答案】
（1）$0.4\,\mathrm{m/s}$
（2）$500\,\mathrm{N}$
【知识点】
滑轮组的特点、速度计算
【点评】
本题考查滑轮组的相关计算，关键是确定承担物重的绳子段数，熟练运用相关公式进行计算，难度适中。
【难度系数】
0.7
（1）由图可知，承担物重的绳子段数$n=4$。
已知物体提升高度$h=5\,\mathrm{m}$，则绳子自由端移动距离：
$s=nh=4×5\,\mathrm{m}=20\,\mathrm{m}$
根据速度公式可得绳子自由端的移动速度：
$v_{\mathrm{绳}}=\frac{s}{t}=\frac{20\,\mathrm{m}}{50\,\mathrm{s}}=0.4\,\mathrm{m/s}$
（2）忽略绳重和摩擦，根据滑轮组拉力公式$F=\frac{G+G_{\mathrm{动}}}{n}$，变形可得动滑轮的总重：
$G_{\mathrm{动}}=nF-G=4×500\,\mathrm{N}-1500\,\mathrm{N}=500\,\mathrm{N}$
【答案】
（1）$0.4\,\mathrm{m/s}$
（2）$500\,\mathrm{N}$
【知识点】
滑轮组的特点、速度计算
【点评】
本题考查滑轮组的相关计算，关键是确定承担物重的绳子段数，熟练运用相关公式进行计算，难度适中。
【难度系数】
0.7
11. 小海和小妍想探究使用动滑轮提升物体时，绳子自由端的拉力大小与被提升物体所受的重力大小的关系。实验桌上有如图所示的实验装置和质量分别为$ 50 \, \mathrm{g} $、$ 100 \, \mathrm{g} $、$ 200 \, \mathrm{g} $的钩码若干。小海先用调节好的弹簧测力计测出钩码所受的重力$ G_{\mathrm{物}} $并记录，再将钩码挂在动滑轮下，用弹簧测力计竖直向上匀速拉绳子自由端，记录拉力大小$ F $。更换钩码进行多次实验，实验数据记录如下表。已知动滑轮所受的重力$ G_{\mathrm{动}} $为$ 1.2 \, \mathrm{N} $。
根据实验数据，小海认为：使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力$ F $总是小于物重$ G_{\mathrm{物}} $。
（1）小妍分析$ G_{\mathrm{物}} $、$ F $的变化趋势，认为小海的观点是错误的。请你只利用上述实验器材，设计实验证明小海的观点是错误的，写出实验步骤和实验现象。
（2）若忽略绳重和摩擦，请分析并说明使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力$ F $小于物重$ G_{\mathrm{物}} $的条件。
根据实验数据，小海认为：使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力$ F $总是小于物重$ G_{\mathrm{物}} $。
（1）小妍分析$ G_{\mathrm{物}} $、$ F $的变化趋势，认为小海的观点是错误的。请你只利用上述实验器材，设计实验证明小海的观点是错误的，写出实验步骤和实验现象。
（2）若忽略绳重和摩擦，请分析并说明使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力$ F $小于物重$ G_{\mathrm{物}} $的条件。
答案
（1）实验步骤：
① 用弹簧测力计测量一个50g钩码所受的重力$G_{\mathrm{物}}$，记录为$0.5\,\mathrm{N}$（$G=mg=0.05\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.5\,\mathrm{N}$）；
② 将该50g钩码挂在动滑轮下方，用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，记录拉力$F$。
实验现象：弹簧测力计示数$F\approx0.85\,\mathrm{N}$，此时$F＞G_{\mathrm{物}}$。
（2）忽略绳重和摩擦时，动滑轮拉力$F=\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}$。要使$F＜G_{\mathrm{物}}$，则$\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}＜G_{\mathrm{物}}$，解得$G_{\mathrm{物}}＞G_{\mathrm{动}}$。
条件：被提升物体的重力大于动滑轮的重力。
① 用弹簧测力计测量一个50g钩码所受的重力$G_{\mathrm{物}}$，记录为$0.5\,\mathrm{N}$（$G=mg=0.05\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.5\,\mathrm{N}$）；
② 将该50g钩码挂在动滑轮下方，用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，记录拉力$F$。
实验现象：弹簧测力计示数$F\approx0.85\,\mathrm{N}$，此时$F＞G_{\mathrm{物}}$。
（2）忽略绳重和摩擦时，动滑轮拉力$F=\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}$。要使$F＜G_{\mathrm{物}}$，则$\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}＜G_{\mathrm{物}}$，解得$G_{\mathrm{物}}＞G_{\mathrm{动}}$。
条件：被提升物体的重力大于动滑轮的重力。
解析
【解析】
（1）要证明小海的观点错误，需设计实验使拉力$F$大于物重$G_{\mathrm{物}}$：
① 先计算50g钩码的重力：$G_{\mathrm{物}}=mg=0.05\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.5\,\mathrm{N}$，用弹簧测力计测量并记录该重力；
② 将此50g钩码挂在动滑轮下方，用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，记录拉力$F$。
实验中会观察到拉力$F\approx0.85\,\mathrm{N}$，此时$F＞G_{\mathrm{物}}$，说明小海的观点不成立。
（2）忽略绳重和摩擦时，动滑轮的拉力公式为$F=\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}$。若要$F＜G_{\mathrm{物}}$，代入公式得$\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}＜G_{\mathrm{物}}$，解不等式可得$G_{\mathrm{物}}＞G_{\mathrm{动}}$，即明确拉力小于物重的条件。
【答案】
（1）实验步骤：
① 用弹簧测力计测量一个50g钩码所受的重力$G_{\mathrm{物}}$，计算得$G_{\mathrm{物}}=mg=0.05\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.5\,\mathrm{N}$并记录；
② 将该50g钩码挂在动滑轮下方，用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，记录拉力$F$。
实验现象：弹簧测力计示数$F\approx0.85\,\mathrm{N}$，此时$F＞G_{\mathrm{物}}$，证明小海的观点错误。
（2）忽略绳重和摩擦时，动滑轮的拉力$F=\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}$。若$F＜G_{\mathrm{物}}$，则$\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}＜G_{\mathrm{物}}$，解得$G_{\mathrm{物}}＞G_{\mathrm{动}}$。即使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力$F$小于物重$G_{\mathrm{物}}$的条件是：被提升物体的重力大于动滑轮的重力。
【知识点】
动滑轮的工作特点、重力的计算、拉力与物重的关系
【点评】
本题通过实验设计和公式推导，探究动滑轮拉力与物重的关系，既考查了实验设计能力，又要求学生能利用公式进行逻辑推导，明确结论的适用条件，培养了学生的科学探究思维和分析能力。
【难度系数】
0.6
（1）要证明小海的观点错误，需设计实验使拉力$F$大于物重$G_{\mathrm{物}}$：
① 先计算50g钩码的重力：$G_{\mathrm{物}}=mg=0.05\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.5\,\mathrm{N}$，用弹簧测力计测量并记录该重力；
② 将此50g钩码挂在动滑轮下方，用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，记录拉力$F$。
实验中会观察到拉力$F\approx0.85\,\mathrm{N}$，此时$F＞G_{\mathrm{物}}$，说明小海的观点不成立。
（2）忽略绳重和摩擦时，动滑轮的拉力公式为$F=\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}$。若要$F＜G_{\mathrm{物}}$，代入公式得$\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}＜G_{\mathrm{物}}$，解不等式可得$G_{\mathrm{物}}＞G_{\mathrm{动}}$，即明确拉力小于物重的条件。
【答案】
（1）实验步骤：
① 用弹簧测力计测量一个50g钩码所受的重力$G_{\mathrm{物}}$，计算得$G_{\mathrm{物}}=mg=0.05\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.5\,\mathrm{N}$并记录；
② 将该50g钩码挂在动滑轮下方，用弹簧测力计竖直向上匀速拉动绳子自由端，记录拉力$F$。
实验现象：弹簧测力计示数$F\approx0.85\,\mathrm{N}$，此时$F＞G_{\mathrm{物}}$，证明小海的观点错误。
（2）忽略绳重和摩擦时，动滑轮的拉力$F=\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}$。若$F＜G_{\mathrm{物}}$，则$\frac{G_{\mathrm{物}}+G_{\mathrm{动}}}{2}＜G_{\mathrm{物}}$，解得$G_{\mathrm{物}}＞G_{\mathrm{动}}$。即使用动滑轮竖直向上匀速提升重物时，竖直向上的拉力$F$小于物重$G_{\mathrm{物}}$的条件是：被提升物体的重力大于动滑轮的重力。
【知识点】
动滑轮的工作特点、重力的计算、拉力与物重的关系
【点评】
本题通过实验设计和公式推导，探究动滑轮拉力与物重的关系，既考查了实验设计能力，又要求学生能利用公式进行逻辑推导，明确结论的适用条件，培养了学生的科学探究思维和分析能力。
【难度系数】
0.6
