Hi老刘老师 / 初中物理 / 专题16 滑轮组问题考法与解法

分享

   

专题16 滑轮组问题考法与解法

2021-09-11  Hi老刘老师
专题16 滑轮组问题考法与解法

知识点1:用滑轮组竖直提升物体有用功、额外功和总功以及机械效率的求法
 

图片


(1)有用功W有用=Gh
(2)总功W=Fs
(3)额外功W额外=W—W有用
(4) s=nh
其中h是重物G被提升的高度,s动力F 移动的距离, n是动滑轮上的绳子段数。
(5)滑轮组机械效率的求解
用滑轮组提升物体时,有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。
滑轮组机械效率公式:
η=(W有用/W)×100% 
η=(W有用/W)×100%= (G / nF ) ×100%
知识点2:用滑轮组水平拉动物体有用功、额外功和总功以及机械效率的求法
 

图片


(1)有用功W有用= fs2
(2)总功W= F s1
(3)额外功W额外=W—W有用
(4)s1= ns2
其中 s1是动力F 移动的距离,s2是重物水平移动的距离,f是物体匀速运动受到的阻力, n是动滑轮上的绳子段数。
(5)滑轮组机械效率的求解
用滑轮组水平拉动物体时,有用功和总功的比值.称为滑轮组机械效率。
滑轮组机械效率公式:
η=(W有用/W)×100% 
η=(W有用/W)×100%= (fs2/ F s1) ×100%
知识点3:探究滑轮组的机械效率实验
 

图片


(1)原理:η=W/W
(2)应测物理量:钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S
(3)器材:除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需 刻度尺、弹簧测力计。
(4)注意:必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高,目的是保证测力计示数大小不变。
(5)结论:影响滑轮组机械效率高低的主要因素有:
1)动滑轮越重,个数越多则额外功相对就多。
2)提升重物越重,做的有用功相对就多。
3)摩擦,若各种摩擦越大做的额外功就多。

【例题1】(2020四川南充)如图所示,重为2N的物体A放在水平桌面上,重为5N的物体B挂在动滑轮下,每个滑轮重为1N(不计绳重和摩擦),B恰好可以匀速下降。现对A施加水平向左的拉力使B上升,当B以0.3m/s的速度匀速上升时,拉力大小为F。下列说法正确的是()
 

图片


A. B匀速下降时,物体A受到3N的摩檫力
B. 拉力F的大小为4N
C. 拉力F的功率为3.6W
D. B匀速上升0.6m的过程中,拉力F做功2.4J
【答案】BC
【解析】A.由图通过动滑轮绳子段数n=3,不计绳重及摩擦时,B拉A的力
FA=( GB+G)=×(5N+1N)=2N
B匀速下降,物体A匀速向右运动时,受向右的拉力FA和向左的摩擦力作用,则
f=FA=2N
故A错误;
B.当使物体B以0.3m/s的速度上升时,物体A匀速向左运动,受向右的拉力FA、摩擦力和向左的拉力F作用,由于物体A的压力和接触面没有改变,则摩擦力大小不变,所以
F=FA+f=2N+2N=4N
故B正确;
C.绳子自由端移动的速度为vA=3vB=3×0.3m/s=0.9m/s
所以拉力F的功率
P==FvA=4N×0.9m/s=3.6W
故C正确;
D.B匀速上升0.6m的过程中,拉力F做功
WF=Fs=F×3h=4N×3×0.6m=7.2J
故D错误。
【对点练习】如图所示,工人用250N的力将重400N的物体匀速提升2m,共用了10秒,若在此过程中(忽略绳重和摩擦),下列说法正确的是(    )
A.绳子自由端移动的距离是6m   B.动滑轮的重是10N
C.工人做功的功率是80W        D.滑轮组的机械效率是80%

图片

【答案】D
【解析】(1)动滑轮上的绳子段数n=2,所以绳子自由端移动的距离是s=nh=2×2m=4m;
(2)需考虑G,忽略绳重和摩擦F=(G+G)/n
250N=(400N +G)/2  解得:G=100N
(3)有用功:W=Gh=400N×2m=800J
拉力F所做的总功:W=Fs=250N×4m=1000J
η=(W有用/W)×100% =G/n F=400N/(2×250N)=80%
(4)P=W/t=1000J /10s=100W
【例题2】(2020江苏连云港)用如图所示滑轮组在10s内将重为300N的物体匀速提升1m,拉力大小为120N,拉力做功的功率为______W,有用功为______J,滑轮组的机械效率为______。
 

图片


【答案】 (1) 36  (2) 300  (3) 83.3%
【解析】(1)由图可知,承担重物的绳子段数n=3,所以绳子自由端通过距离
s=3×1m=3m
总功W=Fs=120N×3m=360J
拉力做功的功率
P==36W
(2)有用功为W=Gh=300N×1m=300J
(3)滑轮组机械效率为
η==83.3%
【对点练习】如图所示,在不计绳重和摩擦的情况下,用滑轮在10s内将重为40N的物体匀速提升2m,已知拉力F为25N,则在这个过程中拉力做的功是J,滑轮组的机械效率是,若匀速提升重为80N的物体,则这个滑轮组的机械效率将(变大/变小/不变)。
 

图片


【答案】100;80%;变大。
【解析】(1)由图可知,连接动滑轮绳子的股数n=2,
绳子自由端移动的距离s=2h=2×2m=4m;
则在这个过程中拉力做的功:
W=Fs=25N×4m=100J;
(2)拉力做的有用功:
W=Gh=40N×2m=80J,
则滑轮组的机械效率:
η= W / W×100%=80J/100J×100%=80%;
(3)由η= W / (W+W) ×100%= Gh/(Gh+Gh)×100%= G/(G+G)×100%可知,
滑轮组的机械效率与动滑轮重和物体重有关,动滑轮重力不变,物体重力变大,机械效率将变大。
【例题3】(2020甘肃天水)在九年级物理拓展课上,李博同学模拟某建筑工地上塔吊的工作情景,设置了如图所示的滑轮组来提升装修材料,若他用250N的拉力在20s内将450N的材料提升了10m,(不计绳重和摩擦,g=10N/kg)。求:
(1)拉力的功率是多少?
(2)提升450N材料时,此滑轮组的机械效率是多少?
(3)若绳子能承受的最大拉力为400N时,此滑轮组的机械效率最大可提高到多少?
 

图片


【答案】(1)拉力的功率是375W;
(2)提升450N材料时,此滑轮组的机械效率是60%;
(3)若绳子能承受的最大拉力为400N时,此滑轮组的机械效率最大可提高到75%。
【分析】(1)由图可知连接动滑轮绳子的股数,根据s=nh求出绳子自由端移动的距离,然后利用W=Fs求出拉力做的功,最后根据P=求出拉力的功率;
(2)由W有用=Gh可求得有用功,利用η=可求得机械效率;
(3)由F=(G+G)可求得动滑轮的重力,再利用F′=(G′+G)可求得最大物重,然后利用η===求得此滑轮组的最大机械效率。
【解答】(1)由图知,n=3,
则绳子自由端移动的距离:
s=nh=3×10m=30m,
拉力做的功:
W=Fs=250N×30m=7500J,
则施加拉力的功率:
P===375W;
(2)有用功W有用=Gh=450N×10m=4500J,
机械效率η=×100%=×100%=60%;
(3)由F=(G+G)可得,
动滑轮的重力G=nF﹣G=3×250N﹣450N=300N;
由F=(G+G)可得,
最大物重G′=nF′﹣G=3×400N﹣300N=900N;
此滑轮组的最大机械效率η′=====75%。
【点评】本题考查了功的公式、功率公式及效率公式的应用等知识,掌握相关的公式及变形公式是解题的关键。
【对点练习】如图所示,司机师傅利用滑轮组把汽车从泥坑里拖出来(泥坑可近似看成水平面),在此过程中汽车匀速移动了1m,共用时5s,已知 汽车所受阻力为1200N,司机师傅的拉力功率为300W,在考虑滑轮组摩擦阻力影响因素条件,求:

因篇幅有限,完整版资源请进入物理好教师社群领取~

物理好教师成长社群是什么


物理好教师成长社群是依托知识星球APP的资源储备下载社群,群内已经上传大量丰富的初高中备课资源,资源类型包括教案、导学案、学案、课件、试题等。并且之后每周固定更新物理专题教学资源,资源匹配人教版教材,加入社群后所有资源免费下载使用

群内已有资源

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>