專(zhuān)題16 滑輪組問(wèn)題考法與解法
知識(shí)點(diǎn)1：用滑輪組豎直提升物體有用功、額外功和總功以及機(jī)械效率的求法
其中h是重物G被提升的高度，s是動(dòng)力F 移動(dòng)的距離， n是動(dòng)滑輪上的繩子段數(shù)。用滑輪組提升物體時(shí)，有用功和總功的比值.稱(chēng)為滑輪組機(jī)械效率。η＝(W有用/W總)×100％= (G / nF ) ×100％知識(shí)點(diǎn)2：用滑輪組水平拉動(dòng)物體有用功、額外功和總功以及機(jī)械效率的求法
其中 s1是動(dòng)力F 移動(dòng)的距離，s2是重物水平移動(dòng)的距離，f是物體勻速運(yùn)動(dòng)受到的阻力， n是動(dòng)滑輪上的繩子段數(shù)。用滑輪組水平拉動(dòng)物體時(shí)，有用功和總功的比值.稱(chēng)為滑輪組機(jī)械效率。η＝(W有用/W總)×100％= (fs2/ F s1) ×100％知識(shí)點(diǎn)3：探究滑輪組的機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)
(2)應(yīng)測(cè)物理量：鉤碼重力G、鉤碼提升的高度h、拉力F、繩的自由端移動(dòng)的距離S(3)器材：除鉤碼、鐵架臺(tái)、滑輪、細(xì)線外還需 刻度尺、彈簧測(cè)力計(jì)。(4)注意：必須勻速拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)使鉤碼升高，目的是保證測(cè)力計(jì)示數(shù)大小不變。(5)結(jié)論：影響滑輪組機(jī)械效率高低的主要因素有：1)動(dòng)滑輪越重，個(gè)數(shù)越多則額外功相對(duì)就多。【例題1】(2020四川南充)如圖所示，重為2N的物體A放在水平桌面上，重為5N的物體B掛在動(dòng)滑輪下，每個(gè)滑輪重為1N(不計(jì)繩重和摩擦)，B恰好可以勻速下降。現(xiàn)對(duì)A施加水平向左的拉力使B上升，當(dāng)B以0.3m/s的速度勻速上升時(shí)，拉力大小為F。下列說(shuō)法正確的是()
A. B勻速下降時(shí)，物體A受到3N的摩檫力D. B勻速上升0.6m的過(guò)程中，拉力F做功2.4J【解析】A．由圖通過(guò)動(dòng)滑輪繩子段數(shù)n=3，不計(jì)繩重及摩擦?xí)r，B拉A的力FA=( GB+G動(dòng))=×(5N+1N)=2NB勻速下降，物體A勻速向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，受向右的拉力FA和向左的摩擦力作用，則B．當(dāng)使物體B以0.3m/s的速度上升時(shí)，物體A勻速向左運(yùn)動(dòng)，受向右的拉力FA、摩擦力和向左的拉力F作用，由于物體A的壓力和接觸面沒(méi)有改變，則摩擦力大小不變，所以C．繩子自由端移動(dòng)的速度為vA=3vB=3×0.3m/s=0.9m/sD．B勻速上升0.6m的過(guò)程中，拉力F做功WF=Fs=F×3h=4N×3×0.6m=7.2J【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】如圖所示，工人用250N的力將重400N的物體勻速提升2m，共用了10秒，若在此過(guò)程中(忽略繩重和摩擦)，下列說(shuō)法正確的是( )A．繩子自由端移動(dòng)的距離是6m B．動(dòng)滑輪的重是10NC．工人做功的功率是80W D．滑輪組的機(jī)械效率是80％
【解析】(1)動(dòng)滑輪上的繩子段數(shù)n=2，所以繩子自由端移動(dòng)的距離是s=nh=2×2m=4m；(2)需考慮G動(dòng)，忽略繩重和摩擦F=(G+G動(dòng))/n250N=(400N +G動(dòng))/2 解得：G動(dòng)=100N(3)有用功：W有=Gh=400N×2m=800J拉力F所做的總功：W總=Fs=250N×4m=1000Jη＝(W有用/W總)×100％ =G/n F=400N/(2×250N)=80%(4)P總=W總/t=1000J /10s=100W【例題2】(2020江蘇連云港)用如圖所示滑輪組在10s內(nèi)將重為300N的物體勻速提升1m，拉力大小為120N，拉力做功的功率為_(kāi)_____W，有用功為_(kāi)_____J，滑輪組的機(jī)械效率為_(kāi)_____。
【答案】 (1) 36 (2) 300 (3) 83.3%【解析】(1)由圖可知，承擔(dān)重物的繩子段數(shù)n=3，所以繩子自由端通過(guò)距離(2)有用功為W有=Gh=300N×1m=300J【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】如圖所示，在不計(jì)繩重和摩擦的情況下，用滑輪在10s內(nèi)將重為40N的物體勻速提升2m，已知拉力F為25N，則在這個(gè)過(guò)程中拉力做的功是J，滑輪組的機(jī)械效率是，若勻速提升重為80N的物體，則這個(gè)滑輪組的機(jī)械效率將(變大/變小/不變)。
【解析】(1)由圖可知，連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n=2，繩子自由端移動(dòng)的距離s=2h=2×2m=4m；η= W有 / W總×100%=80J/100J×100%=80%；(3)由η= W有 / (W有+W額) ×100%= Gh/(Gh+G動(dòng)h)×100%= G/(G+G動(dòng))×100%可知，滑輪組的機(jī)械效率與動(dòng)滑輪重和物體重有關(guān)，動(dòng)滑輪重力不變，物體重力變大，機(jī)械效率將變大。【例題3】(2020甘肅天水)在九年級(jí)物理拓展課上，李博同學(xué)模擬某建筑工地上塔吊的工作情景，設(shè)置了如圖所示的滑輪組來(lái)提升裝修材料，若他用250N的拉力在20s內(nèi)將450N的材料提升了10m，(不計(jì)繩重和摩擦，g＝10N/kg)。求：(2)提升450N材料時(shí)，此滑輪組的機(jī)械效率是多少？(3)若繩子能承受的最大拉力為400N時(shí)，此滑輪組的機(jī)械效率最大可提高到多少？
(2)提升450N材料時(shí)，此滑輪組的機(jī)械效率是60%；(3)若繩子能承受的最大拉力為400N時(shí)，此滑輪組的機(jī)械效率最大可提高到75%。【分析】(1)由圖可知連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)，根據(jù)s＝nh求出繩子自由端移動(dòng)的距離，然后利用W＝Fs求出拉力做的功，最后根據(jù)P＝求出拉力的功率；(2)由W有用＝Gh可求得有用功，利用η＝可求得機(jī)械效率；(3)由F＝(G+G動(dòng))可求得動(dòng)滑輪的重力，再利用F′＝(G′+G動(dòng))可求得最大物重，然后利用η＝＝＝求得此滑輪組的最大機(jī)械效率。(2)有用功W有用＝Gh＝450N×10m＝4500J，機(jī)械效率η＝×100%＝×100%＝60%；動(dòng)滑輪的重力G動(dòng)＝nF﹣G＝3×250N﹣450N＝300N；最大物重G′＝nF′﹣G動(dòng)＝3×400N﹣300N＝900N；此滑輪組的最大機(jī)械效率η′＝＝＝＝＝75%。【點(diǎn)評(píng)】本題考查了功的公式、功率公式及效率公式的應(yīng)用等知識(shí)，掌握相關(guān)的公式及變形公式是解題的關(guān)鍵。【對(duì)點(diǎn)練習(xí)】如圖所示，司機(jī)師傅利用滑輪組把汽車(chē)從泥坑里拖出來(lái)(泥坑可近似看成水平面)，在此過(guò)程中汽車(chē)勻速移動(dòng)了1m，共用時(shí)5s，已知 汽車(chē)所受阻力為1200N，司機(jī)師傅的拉力功率為300W，在考慮滑輪組摩擦阻力影響因素條件，求：因篇幅有限，完整版資源請(qǐng)進(jìn)入物理好教師社群領(lǐng)取~ 物理好教師成長(zhǎng)社群是依托知識(shí)星球APP的資源儲(chǔ)備下載社群，群內(nèi)已經(jīng)上傳大量豐富的初高中備課資源，資源類(lèi)型包括教案、導(dǎo)學(xué)案、學(xué)案、課件、試題等。并且之后每周固定更新物理專(zhuān)題教學(xué)資源，資源匹配人教版教材，加入社群后所有資源免費(fèi)下載使用。
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