作业帮初三物理功和机械能关于滑轮组的问题及答案
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：物理作业 时间：2024/05/19 15:20:18
初三物理功和机械能关于滑轮组的问题及答案
4)机械效率
用动滑轮提升重物为例
有用功：为了达到目的,无论采用哪种办法,都必须做的功.相当于直接用手做的功.W有=Gh.
额外功：并非人们需要但由于采用某种机械又不得不做的功.如克服动滑轮重及摩擦所做的功.W额外=G动h+f摩S.
总功：人通过机械做的功.人通过机械做功过程中,完成了有用功的同时,也完成了额外功,所以人通过机械做的功叫做总功.W总=FS=W有用+W额外.
机械效率：有用功跟总功的比值.,在实际状态下,额外功不可避免,有用功总小于总功,所以η＜1.
(5)提高机械效率的方法
由,可知W有用一定,W额外越小,η越大；W额外一定,货物越重,W有用越大,η越大,即充分发挥了机械效能.
(6)功率(概念、意义、公式及单位参阅知识网络部分)
功率和效率是两个完全不同的物理量,又没有直接关系,不能混淆.
(7)机械能
一个物体能够做功,我们就说它具有能量.
能量是一个总概念,它含有多种形式,如机械能、内能、电能、原子能等.机械能是能量中最基本的一种形式,是学习其它形式能量的基础.
动能和势能统称为机械能.只说动能或势能也是机械能.在数量上,一个物体的机械能等于它的动能和势能之和.
一个物体能够做功,我们就说它具有能量,可见具有能量的物体不一定正在做功.所以像高山上稳稳的大石头、天棚上的吊灯,相对地面都具有机械能.当条件具备时,它们就可以做功.如石头滚下来,吊灯掉下来.
记住动能、重力势能、弹性势能的决定因素(参阅知识网络部分),才能准确分析动能和势能的变化及转化.
人造地球卫星绕地球飞行时,是靠惯性运动的,轨迹是椭圆形,速度和高度都是变化的.当它从远地点飞向近地点时,相当于物体从高处向低处落,重力势能转化为动能；当它从近地点飞向远地点时,相当于物体从低处向高处抛,动能转化为重力势能.
2.实验技能
本单元重点实验为测定滑轮组的机械效率.
实验过程中,一定要匀速拉动弹簧秤,这样拉力的大小才是一定的,测拉力大小时,一定要边拉边读,这样拉力F中才含有摩擦因素.若静止时读,拉力F中没有摩擦因素,F偏小,使总功偏小,机械效率偏大.
通过实验可知,η甲＞η乙.
可归纳得出：滑轮组越复杂,越省力,因为它承担物重的绳子段数多；但滑轮组越复杂,机械效率越低,因为动滑轮个数多(同样规格滑轮),做相同有用功时,额外功较多.
二、典型例题
例1.用动力臂与阻力之比为5：1的杠杆,在2S内将质量为20kg的物体匀速抬高0.1M,动力作用点下降____m,不计摩擦和杠杆重,动力做的功是____J,动力的功率是____W.
分析：假设杠杆原来处于水平位置,物体被抬高后如图,根据三角形相似对应边成比例,S=5h=5×0.1m=0.5m.因不计摩擦和杠杆重,此杠杆为理想状态,W总=W有=Gh=mgh=20kg×10N/kg×0.1m=20J.动力的功率.
答案：0.5 20 10
例2.一个滑轮组由3段绳吊着重240N的物体,用100N的力在5S内将重物匀速提升1m高.则拉力做功的功率是____W,滑轮组的机械效率是____.
分析：由于由3段绳吊着物体,所以S=3h=3×1m=3m.拉力做功的功率即为总功率,W总=FS=100N×3m=300J.；W有用=Gh=240N×1m=240J,
本题注意区分功率和效率在意义上的不同.
答案：60 80%
例3.利用滑轮组提升重物G,若动滑轮自重为G.拉力为F,重物提升高度h,拉力移动距离S,不计摩擦和绳重,则此滑轮组机械效率可表示为( )
A.B.C.D.
分析：求η时,首先想到,但不知滑轮组由几段绳吊着物体,既不知道的比值,又不知道F与(G+G0)的关系,所以用此办法不能确定答案.又因
答案：C.
例4.如图,物体重200N,在水平地面上移动时受到摩擦力30N,用水平力F向右拉动时,G恰好做匀速运动,求当物体移动80cm时,力F做的功是____J.
分析：此装置为动滑轮反用,但规律还是不变的,只是物理量的数量关系与正常使用时相反,用起来不习惯,不妨把图竖起来看(F方向向下).F与G没有直接关系,F克服的是摩擦力f,F可以看成由两段绳吊着,即F=2f=2×30N=60N.摩擦力移动的距离(即物体移动的距离)S是F移动距离h的2倍,即.则拉力做的功W=Fh=60N×0.4m=24J.
答案：24
例5.用如图所示的滑轮组提起重物(不计摩擦和绳重).
(1)当物重是180N时,滑轮组的机械效率为60%,则拉力F为多少N?
(2)当被提升的重物为240N,上升高度为3m时,绳端拉力所做的功是多少J?
分析：由于滑轮组由3段绳子吊着物体,则S=3h,由,很容易求出F.
在第(2)问中物重变为240N,可见滑轮组的机械效率提高了,这是本题的关键问题,若求拉力做的功,首先要求拉力的大小,求拉力大小,要根据第(1)问情况求出动滑轮重.
(1)∵有3段绳吊着物体,
∴S=3h
由得
设动滑轮重为G0
∵
∴G0=3F1-G1=3×100N-180N=120N
(2)S2=3h2=3×3m=9m
W2=F2S2=120N×9m=1080J
答：(1)拉力为100N；(2)拉力所做的功是1080J.
说明：在不计摩擦和绳重的情况下,若能求出W额外和h,可由W额外=G0h求出动滑轮重,可见本题不适合用此方法.
用动滑轮提升重物为例
有用功：为了达到目的,无论采用哪种办法,都必须做的功.相当于直接用手做的功.W有=Gh.
额外功：并非人们需要但由于采用某种机械又不得不做的功.如克服动滑轮重及摩擦所做的功.W额外=G动h+f摩S.
总功：人通过机械做的功.人通过机械做功过程中,完成了有用功的同时,也完成了额外功,所以人通过机械做的功叫做总功.W总=FS=W有用+W额外.
机械效率：有用功跟总功的比值.,在实际状态下,额外功不可避免,有用功总小于总功,所以η＜1.
(5)提高机械效率的方法
由,可知W有用一定,W额外越小,η越大；W额外一定,货物越重,W有用越大,η越大,即充分发挥了机械效能.
(6)功率(概念、意义、公式及单位参阅知识网络部分)
功率和效率是两个完全不同的物理量,又没有直接关系,不能混淆.
(7)机械能
一个物体能够做功,我们就说它具有能量.
能量是一个总概念,它含有多种形式,如机械能、内能、电能、原子能等.机械能是能量中最基本的一种形式,是学习其它形式能量的基础.
动能和势能统称为机械能.只说动能或势能也是机械能.在数量上,一个物体的机械能等于它的动能和势能之和.
一个物体能够做功,我们就说它具有能量,可见具有能量的物体不一定正在做功.所以像高山上稳稳的大石头、天棚上的吊灯,相对地面都具有机械能.当条件具备时,它们就可以做功.如石头滚下来,吊灯掉下来.
记住动能、重力势能、弹性势能的决定因素(参阅知识网络部分),才能准确分析动能和势能的变化及转化.
人造地球卫星绕地球飞行时,是靠惯性运动的,轨迹是椭圆形,速度和高度都是变化的.当它从远地点飞向近地点时,相当于物体从高处向低处落,重力势能转化为动能；当它从近地点飞向远地点时,相当于物体从低处向高处抛,动能转化为重力势能.
2.实验技能
本单元重点实验为测定滑轮组的机械效率.
实验过程中,一定要匀速拉动弹簧秤,这样拉力的大小才是一定的,测拉力大小时,一定要边拉边读,这样拉力F中才含有摩擦因素.若静止时读,拉力F中没有摩擦因素,F偏小,使总功偏小,机械效率偏大.
通过实验可知,η甲＞η乙.
可归纳得出：滑轮组越复杂,越省力,因为它承担物重的绳子段数多；但滑轮组越复杂,机械效率越低,因为动滑轮个数多(同样规格滑轮),做相同有用功时,额外功较多.
二、典型例题
例1.用动力臂与阻力之比为5：1的杠杆,在2S内将质量为20kg的物体匀速抬高0.1M,动力作用点下降____m,不计摩擦和杠杆重,动力做的功是____J,动力的功率是____W.
分析：假设杠杆原来处于水平位置,物体被抬高后如图,根据三角形相似对应边成比例,S=5h=5×0.1m=0.5m.因不计摩擦和杠杆重,此杠杆为理想状态,W总=W有=Gh=mgh=20kg×10N/kg×0.1m=20J.动力的功率.
答案：0.5 20 10
例2.一个滑轮组由3段绳吊着重240N的物体,用100N的力在5S内将重物匀速提升1m高.则拉力做功的功率是____W,滑轮组的机械效率是____.
分析：由于由3段绳吊着物体,所以S=3h=3×1m=3m.拉力做功的功率即为总功率,W总=FS=100N×3m=300J.；W有用=Gh=240N×1m=240J,
本题注意区分功率和效率在意义上的不同.
答案：60 80%
例3.利用滑轮组提升重物G,若动滑轮自重为G.拉力为F,重物提升高度h,拉力移动距离S,不计摩擦和绳重,则此滑轮组机械效率可表示为( )
A.B.C.D.
分析：求η时,首先想到,但不知滑轮组由几段绳吊着物体,既不知道的比值,又不知道F与(G+G0)的关系,所以用此办法不能确定答案.又因
答案：C.
例4.如图,物体重200N,在水平地面上移动时受到摩擦力30N,用水平力F向右拉动时,G恰好做匀速运动,求当物体移动80cm时,力F做的功是____J.
分析：此装置为动滑轮反用,但规律还是不变的,只是物理量的数量关系与正常使用时相反,用起来不习惯,不妨把图竖起来看(F方向向下).F与G没有直接关系,F克服的是摩擦力f,F可以看成由两段绳吊着,即F=2f=2×30N=60N.摩擦力移动的距离(即物体移动的距离)S是F移动距离h的2倍,即.则拉力做的功W=Fh=60N×0.4m=24J.
答案：24
例5.用如图所示的滑轮组提起重物(不计摩擦和绳重).
(1)当物重是180N时,滑轮组的机械效率为60%,则拉力F为多少N?
(2)当被提升的重物为240N,上升高度为3m时,绳端拉力所做的功是多少J?
分析：由于滑轮组由3段绳子吊着物体,则S=3h,由,很容易求出F.
在第(2)问中物重变为240N,可见滑轮组的机械效率提高了,这是本题的关键问题,若求拉力做的功,首先要求拉力的大小,求拉力大小,要根据第(1)问情况求出动滑轮重.
(1)∵有3段绳吊着物体,
∴S=3h
由得
设动滑轮重为G0
∵
∴G0=3F1-G1=3×100N-180N=120N
(2)S2=3h2=3×3m=9m
W2=F2S2=120N×9m=1080J
答：(1)拉力为100N；(2)拉力所做的功是1080J.
说明：在不计摩擦和绳重的情况下,若能求出W额外和h,可由W额外=G0h求出动滑轮重,可见本题不适合用此方法.