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9 跨学科 “比力气”游戏 大人、男孩、女孩三人用两根相同圆木棍和一根绳子玩“比力气”的游戏，如图所示是该游戏装置的示意图.绳的一端固定在一根木棍上，在两根木棍上绕几圈后女孩抓住绳的另一端向外拉，大人、男孩则各握住一根木棍向外拉，女孩可以轻松把大人和男孩拉到一起（忽略绳与木棍之间的摩擦）.以下关于三人的拉力大小和运动距离的说法正确的是(
A.大人的拉力最大，女孩的运动距离最长
B.女孩的拉力最大，运动距离也最长
C.大人和男孩的拉力一样大，女孩的运动距离最长
D.三人的拉力一样大，运动距离一样长
A
).A.大人的拉力最大，女孩的运动距离最长
B.女孩的拉力最大，运动距离也最长
C.大人和男孩的拉力一样大，女孩的运动距离最长
D.三人的拉力一样大，运动距离一样长
答案
9.A [解析]每股绳子上的力相等,设绳子上力的大小为F,大人的圆木棍上有六股绳,大人的拉力为6F,男孩的圆木棍上有五股绳,男孩的拉力为5F,女孩的拉力为F,故大人的拉力最大;女孩的拉力最小,省力费距离,所以女孩的运动距离最大.故B、C、D错误,A正确.
解析
【分析】这道题是滑轮组的变形应用，将两根圆木棍看作滑轮，同一根绳子上的拉力处处相等。解题时需先数出大人、男孩、女孩对应的绳子股数，根据“拉力=股数×每股拉力”计算各端拉力，再结合功的原理（省力费距离）判断运动距离的大小，从而确定正确选项。
【解析】忽略绳与木棍的摩擦，同一根绳子上的拉力大小处处相等，设每股绳子的拉力为F。观察装置可知：大人握住的木棍上，连接的绳子股数为6股，因此大人的拉力为6F；男孩握住的木棍上，连接的绳子股数为5股，因此男孩的拉力为5F；女孩拉的是绳子自由端，拉力为F。由此可知大人的拉力最大，女孩的拉力最小。根据功的原理，省力的机械费距离，拉力越小，运动的距离越长，所以女孩的运动距离最长。综上，选项A正确，B、C、D错误。
【答案】A
【知识点】滑轮组的应用、功的原理
【点评】本题将滑轮组知识与实际游戏结合，考查对滑轮组拉力和距离关系的理解，关键是正确数出各端对应的绳子股数，应用功的原理分析，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
【解析】忽略绳与木棍的摩擦，同一根绳子上的拉力大小处处相等，设每股绳子的拉力为F。观察装置可知：大人握住的木棍上，连接的绳子股数为6股，因此大人的拉力为6F；男孩握住的木棍上，连接的绳子股数为5股，因此男孩的拉力为5F；女孩拉的是绳子自由端，拉力为F。由此可知大人的拉力最大，女孩的拉力最小。根据功的原理，省力的机械费距离，拉力越小，运动的距离越长，所以女孩的运动距离最长。综上，选项A正确，B、C、D错误。
【答案】A
【知识点】滑轮组的应用、功的原理
【点评】本题将滑轮组知识与实际游戏结合，考查对滑轮组拉力和距离关系的理解，关键是正确数出各端对应的绳子股数，应用功的原理分析，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
10 同学们共同研究滑轮的特点.
(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,但可以改变
(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4 N的重物,如图乙所示.记录的数据如表所示.
①通过观察和比较测量结果,可得初步结论:使用动滑轮可以省力,但不能改变
②若还想继续研究用动滑轮匀速缓慢提起物体时,拉力方向对拉力的影响,则需要选择
(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,但可以改变
力的方向
.他们通过进一步分析还发现:使用定滑轮时,相当于一个等臂
杠杆.(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4 N的重物,如图乙所示.记录的数据如表所示.
①通过观察和比较测量结果,可得初步结论:使用动滑轮可以省力,但不能改变
力的方向
;用动滑轮匀速竖直提起同一重物时,不考虑绳重、摩擦力,弹簧测力计的示数等于提升重力的一半
.在实验中测绳端拉力时,应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计,且在拉动
(填“静止”或“拉动”)时读数.②若还想继续研究用动滑轮匀速缓慢提起物体时,拉力方向对拉力的影响,则需要选择
相同
滑轮与相同
重力的物体来进行实验对比.(填“相同”或“不同”)答案
10.(1)力的方向 等臂 (2)①力的方向 一半 拉动 ②相同 相同
[解析](1)定滑轮既不省力,也不费力,但可以改变力的方向,支点在转轴上,动力臂和阻力臂都等于半径,其实质是一个等臂杠杆.(2)①动滑轮不能改变力的方向,但可以省力,由于动滑轮和物体的总重力由两段绳子承担,所以用动滑轮匀速竖直提起同一重物时,不考虑绳重、摩擦力,弹簧测力计的示数等于提升重力的一半;实际情况中,拉力的方向和装置中的摩擦力都是影响拉力大小的因素,所以在实验中测绳端拉力时,应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计,且在拉动时读数.②根据控制变量法,要研究用滑轮匀速缓慢提起物体时,拉力方向对拉力的影响,要保证使用相同的滑轮和相同重力的物体,只改变拉力的方向.
[解析](1)定滑轮既不省力,也不费力,但可以改变力的方向,支点在转轴上,动力臂和阻力臂都等于半径,其实质是一个等臂杠杆.(2)①动滑轮不能改变力的方向,但可以省力,由于动滑轮和物体的总重力由两段绳子承担,所以用动滑轮匀速竖直提起同一重物时,不考虑绳重、摩擦力,弹簧测力计的示数等于提升重力的一半;实际情况中,拉力的方向和装置中的摩擦力都是影响拉力大小的因素,所以在实验中测绳端拉力时,应尽量竖直向上匀速拉动弹簧测力计,且在拉动时读数.②根据控制变量法,要研究用滑轮匀速缓慢提起物体时,拉力方向对拉力的影响,要保证使用相同的滑轮和相同重力的物体,只改变拉力的方向.
解析
【分析】
本题围绕定滑轮和动滑轮的特点展开，解题时需结合实验现象分析定滑轮的作用与实质，根据动滑轮的实验数据推导其特点，同时运用控制变量法分析探究拉力方向影响的实验设计。首先观察定滑轮实验，对比拉力方向与物体运动方向得出定滑轮的作用；再分析动滑轮的省力情况、方向改变情况及实验读数注意事项；最后依据控制变量法确定探究拉力方向影响的实验条件。
【解析】
(1) 观察图甲的定滑轮实验，无论拉力方向如何改变，拉力大小与物重相近，说明使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向；定滑轮的支点在转轴处，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，因此相当于等臂杠杆。
(2) ① 分析动滑轮实验，拉力方向与物体上升方向一致，说明使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向；不考虑绳重和摩擦力时，动滑轮由两段绳子承担物重，因此弹簧测力计的示数等于提升重力的一半；实验中测绳端拉力时，需在拉动时读数，因为静止时未克服滑轮与轴间的摩擦力，读数不准确。
② 探究拉力方向对拉力的影响时，根据控制变量法，需保持其他条件不变，只改变拉力方向，因此要选择相同的滑轮与相同重力的物体进行实验对比。
【答案】10.(1)力的方向 等臂 (2)①力的方向 一半 拉动 ②相同 相同
【知识点】定滑轮特点，动滑轮特点，控制变量法
【点评】本题考查简单机械中定滑轮、动滑轮的基本特点，结合实验操作和控制变量法，是初中物理力学的基础题型，需准确掌握滑轮的工作原理和实验探究方法。
【难度系数】0.7
本题围绕定滑轮和动滑轮的特点展开，解题时需结合实验现象分析定滑轮的作用与实质，根据动滑轮的实验数据推导其特点，同时运用控制变量法分析探究拉力方向影响的实验设计。首先观察定滑轮实验，对比拉力方向与物体运动方向得出定滑轮的作用；再分析动滑轮的省力情况、方向改变情况及实验读数注意事项；最后依据控制变量法确定探究拉力方向影响的实验条件。
【解析】
(1) 观察图甲的定滑轮实验，无论拉力方向如何改变，拉力大小与物重相近，说明使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向；定滑轮的支点在转轴处，动力臂和阻力臂都等于滑轮的半径，因此相当于等臂杠杆。
(2) ① 分析动滑轮实验，拉力方向与物体上升方向一致，说明使用动滑轮可以省力，但不能改变力的方向；不考虑绳重和摩擦力时，动滑轮由两段绳子承担物重，因此弹簧测力计的示数等于提升重力的一半；实验中测绳端拉力时，需在拉动时读数，因为静止时未克服滑轮与轴间的摩擦力，读数不准确。
② 探究拉力方向对拉力的影响时，根据控制变量法，需保持其他条件不变，只改变拉力方向，因此要选择相同的滑轮与相同重力的物体进行实验对比。
【答案】10.(1)力的方向 等臂 (2)①力的方向 一半 拉动 ②相同 相同
【知识点】定滑轮特点，动滑轮特点，控制变量法
【点评】本题考查简单机械中定滑轮、动滑轮的基本特点，结合实验操作和控制变量法，是初中物理力学的基础题型，需准确掌握滑轮的工作原理和实验探究方法。
【难度系数】0.7
11 如图所示，通过滑轮组用200 N的拉力在20 s内将重为360 N的物体匀速提高2 m（不计绳重和摩擦）。
(1)求动滑轮重。
(2)求绳自由端的移动速度。
(3)若重物再增加140 N，要使重物匀速上升，作用在绳自由端的拉力至少多大？
(1)求动滑轮重。
(2)求绳自由端的移动速度。
(3)若重物再增加140 N，要使重物匀速上升，作用在绳自由端的拉力至少多大？
答案
11.(1)40 N (2)0.2 m/s (3)270 N
[解析](1)由图可知,吊起动滑轮的绳子的股数n=2,不计绳重和摩擦,由 $F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$ 可知,动滑轮的重力
$G_{动}=nF-G_{物}=2×200\ \mathrm{N}-360\ \mathrm{N}=40\ \mathrm{N}.$
(2)绳子自由端移动的距离 $s=nh=2×2\ \mathrm{m}=4\ \mathrm{m},$
绳自由端的移动速度 $v=\frac{s}{t}=\frac{4\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.2\ \mathrm{m/s}.$
(3)若重物再增加140 N,则后来物体的重力 $G_{物}'=360\ \mathrm{N}+140\ \mathrm{N}=500\ \mathrm{N},$ 不计绳重和摩擦,要使重物匀速上升,作用在绳自由端的拉力 $F'=\frac{1}{n}(G_{物}'+G_{动})=\frac{1}{2}×(500\ \mathrm{N}+40\ \mathrm{N})=270\ \mathrm{N}.$
[解析](1)由图可知,吊起动滑轮的绳子的股数n=2,不计绳重和摩擦,由 $F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动})$ 可知,动滑轮的重力
$G_{动}=nF-G_{物}=2×200\ \mathrm{N}-360\ \mathrm{N}=40\ \mathrm{N}.$
(2)绳子自由端移动的距离 $s=nh=2×2\ \mathrm{m}=4\ \mathrm{m},$
绳自由端的移动速度 $v=\frac{s}{t}=\frac{4\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.2\ \mathrm{m/s}.$
(3)若重物再增加140 N,则后来物体的重力 $G_{物}'=360\ \mathrm{N}+140\ \mathrm{N}=500\ \mathrm{N},$ 不计绳重和摩擦,要使重物匀速上升,作用在绳自由端的拉力 $F'=\frac{1}{n}(G_{物}'+G_{动})=\frac{1}{2}×(500\ \mathrm{N}+40\ \mathrm{N})=270\ \mathrm{N}.$
解析
【分析】
本题是滑轮组的应用问题，解题思路如下：①先确定滑轮组中承担物重的绳子段数n，由图可知n=2；②不计绳重和摩擦时，利用滑轮组拉力公式 $ F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动}) $ 变形求动滑轮重；③绳自由端移动距离s与物体上升高度h满足 $ s=nh $，结合时间t可求绳自由端的移动速度；④物重变化后，重新计算总物重，再代入拉力公式求新的拉力。
【解析】
(1) 由图可知，承担动滑轮和物重的绳子段数 $ n=2 $，不计绳重和摩擦，根据滑轮组拉力公式 $ F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动}) $，变形得动滑轮重力：
$ G_{动}=nF - G_{物}=2×200\ \mathrm{N} - 360\ \mathrm{N}=40\ \mathrm{N} $。
(2) 物体上升高度 $ h=2\ \mathrm{m} $，绳自由端移动的距离 $ s=nh=2×2\ \mathrm{m}=4\ \mathrm{m} $，则绳自由端的移动速度：
$ v=\frac{s}{t}=\frac{4\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.2\ \mathrm{m/s} $。
(3) 重物增加140 N后，新的物重 $ G_{物}'=360\ \mathrm{N}+140\ \mathrm{N}=500\ \mathrm{N} $，不计绳重和摩擦，此时绳自由端的拉力：
$ F'=\frac{1}{n}(G_{物}'+G_{动})=\frac{1}{2}×(500\ \mathrm{N}+40\ \mathrm{N})=270\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1)40 N；(2)0.2 m/s；(3)270 N
【知识点】
滑轮组拉力计算；滑轮组速度计算
【点评】
本题考查滑轮组的基础计算，核心是确定承担物重的绳子段数，熟练运用不计绳重和摩擦时的拉力公式，属于常规基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题是滑轮组的应用问题，解题思路如下：①先确定滑轮组中承担物重的绳子段数n，由图可知n=2；②不计绳重和摩擦时，利用滑轮组拉力公式 $ F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动}) $ 变形求动滑轮重；③绳自由端移动距离s与物体上升高度h满足 $ s=nh $，结合时间t可求绳自由端的移动速度；④物重变化后，重新计算总物重，再代入拉力公式求新的拉力。
【解析】
(1) 由图可知，承担动滑轮和物重的绳子段数 $ n=2 $，不计绳重和摩擦，根据滑轮组拉力公式 $ F=\frac{1}{n}(G_{物}+G_{动}) $，变形得动滑轮重力：
$ G_{动}=nF - G_{物}=2×200\ \mathrm{N} - 360\ \mathrm{N}=40\ \mathrm{N} $。
(2) 物体上升高度 $ h=2\ \mathrm{m} $，绳自由端移动的距离 $ s=nh=2×2\ \mathrm{m}=4\ \mathrm{m} $，则绳自由端的移动速度：
$ v=\frac{s}{t}=\frac{4\ \mathrm{m}}{20\ \mathrm{s}}=0.2\ \mathrm{m/s} $。
(3) 重物增加140 N后，新的物重 $ G_{物}'=360\ \mathrm{N}+140\ \mathrm{N}=500\ \mathrm{N} $，不计绳重和摩擦，此时绳自由端的拉力：
$ F'=\frac{1}{n}(G_{物}'+G_{动})=\frac{1}{2}×(500\ \mathrm{N}+40\ \mathrm{N})=270\ \mathrm{N} $。
【答案】
(1)40 N；(2)0.2 m/s；(3)270 N
【知识点】
滑轮组拉力计算；滑轮组速度计算
【点评】
本题考查滑轮组的基础计算，核心是确定承担物重的绳子段数，熟练运用不计绳重和摩擦时的拉力公式，属于常规基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.7
