滑轮组相关计算类题解题技巧.docx
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滑轮组相关计算类题解题技巧.docx
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滑轮组相关计算类题解题技巧
滑轮(组)相关计算
1.概述:
与滑轮(组)相关计算题是常考题型,占有的分值比例较高,故打好此类题型解题方法对做好应考准备工作具有实际意义。
2.与滑轮(组)有关的考题主要分为三个方面:
(1)力的问题;
(2)动力移动距离问题;(3)效率问题。
(1)力的问题:
可以省力,也可以改变力的方向。
使用滑轮组时,有几段绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一,即
(条件:
不计动滑轮、绳重和摩擦);如果不忽略动滑轮的重量则:
。
(2)动力移动距离问题:
动力移动距离和重物移动的距离h的关系是:
使用滑轮组时,滑轮组用n段绳子吊着物体,提起物体所用的力移动的距离就是物体移动距离的n倍,即S=nh。
(n表示承担物重绳子的段数)
(3)效率问题:
机械效率的计算题是中考的常考题型,同学们只要把握机械效率计算题的解题技巧,准确地辨析哪个力做的功是有用功,哪个力做的功又是总功,就能正确快速地解题。
机械效率计算公式:
。
1)竖直方向提升物体:
(h为物体提升高度,F为拉力,S为绳子自由端走的距离)。
2)水平方向拉动物体:
(f为摩擦力,l为物体移动距离,F为拉力,S为绳子自由端走的距离)。
3.斜面的机械效率:
(h为斜面高,S为斜面长,G为物重,F为沿斜面对物体的拉力)。
方法技巧
技巧一:
简化法
简化法:
这种方法是把题目中的复杂情境或复杂现象进行梳理,找出题目中的相关环节或相关点,使要解决的复杂的问题突出某个物理量的关系或某个规律特点。
这样使复杂得到简化,可以在计算解答的过程中减少一些混淆和混乱,把要解答的问题解决。
【例题展示】
例题1(2017•德州)如图所示的滑轮组中,动滑轮重1N,小强用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起重10N的物体,物体沿竖直方向上升0.4m.此过程中,额外功和机械效率分别是( )。
A.0.4J、83.3%;B.0.8J、91.7%;
C.0.8J、83.3%;D.0.4J、91.7%
【解析】
(1)题目没有指明不计摩擦和绳重,因此是需要计摩擦和绳重,此时额外功不能直接计算,需要用总功减去有用功得到,W总=FS,W有用=Gh,W额=W总﹣W有用;
(2)根据
求出机械效率。
解答:
(1)由图知,n=2,拉力端移动距离s=2h=2×0.4m=0.8m,W总=FS=6N×0.8=4.8J,
W有用=Gh=10N×0.4m=4J,W额=W总﹣W有用=4.8J﹣4J=0.8J;
(2)滑轮组的机械效率:
。
故选:
C。
【答案】C。
【跟踪训练】
1.(2017•滨州)(多选题)在斜面上将一个质量为5kg的物体匀速拉到高处,如图所示,沿斜面向上的拉力为40N,斜面长2m、高1m;把重物直接提升h所做的功作有用功(g取10N/kg)。
下列说法正确的是( )。
A.物体只受重力、拉力和摩擦力三个力的作用;
B.做的有用功是50J;
C.此斜面的机械效率为62.5%;
D.物体受到的摩擦力大小为10N
2.(2017•伊春)分别使用定滑轮、动滑轮、两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组,匀速提升同一物体到同一高度处,其机械效率分别为η定、η动、η组(不计绳重和摩擦,设每个滑轮质量相等),则下列选项中正确的是( )。
A.η组<η动<η定;B.η动<η定<η组;
C.η定<η动<η组;D.η定<η组<η动
3.(2017•杭州)如图所示装置,在水平拉力F的作用下,物体M沿水平地面做匀速直线运动,已知弹簧秤读数为10牛,物体M的运动速度为1米/秒(若不计滑轮与绳子质量、绳子与滑轮间的摩擦、滑轮与轴间摩擦),那么在此过程中( )。
A.物体M与地面间的摩擦力为5牛;
B.物体M与地面间的摩擦力为10牛;
C.水平拉力F做功的功率为20瓦;
D.1秒内滑轮对物体M做功为10焦
4.(2017•福建)如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用F1、F2匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体,不计绳重和摩擦。
若GA>GB,则η甲 η乙;若FA=FB,则GA GB。
(选填“>”、“<”或“=”)
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6
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5.(2017•天水)如图为测量滑轮组机械效率的实验装置,钩码总重为6N。
(1)实验时应竖直向上 拉动弹簧测力计,测得拉力大小为2.5N;
(2)若钩码上升的高度为10cm,该滑轮组的机械效率为 ;
(3)若仅增加钩码的质量,则该滑轮组的机械效率将 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。
6.(2017•济宁)小可在A端用如图所示的动滑轮匀速提起200N的水桶,若不计绳重、滑轮重及摩擦,则人拉绳子A端的动力为 N;实际测量A端的拉力为110N,不计绳重及摩擦,则滑轮重为 N。
7.(2017•德阳)某建筑工地用如图所示的滑轮组提升重物,工人对绳的拉力F为400N,并能用10s的时间将96kg的重物匀速提升2m,则拉力F的功率为 W,此时滑轮组的机械效率为 %。
(不计绳重和摩擦,取g=10N/kg)
8.(2017•襄阳)质量为60kg的工人用如图甲所示的滑轮组运送货物上楼,滑轮组的机械效率随货物重力变化的图象如图乙,机械中摩擦力及绳重忽略不计。
(g=10N/kg)
(1)影响滑轮组机械效率的因素之一是 ;
(2)若工人在1min内将货物匀速向上提高了6m,作用在钢绳上的拉力为400N,求拉力的功率。
(3)求动滑轮受到的重力。
(4)该工人竖直向下拉绳子自由端运送货物时,此滑轮组的机械效率最大值是多少?
9.(2017·北京)图是用滑轮组提升建筑材料A的示意图,在竖直向下的拉力F作用下,使重900N的建筑材料A在5s的时间里,匀速竖直上升了1m,绳自由端匀速竖直向下移动了2m。
在这个过程中,拉力F为500N,滑轮组的机械效率为η,拉力F做功的功率为P。
求:
(1)滑轮组的机械效率η;
(2)拉力F的功率P。
10.(2017•大庆)如图所示,在水平地面上放着物体A,A与地面的接触面积为0.14m2,对地面的压强为3000Pa,用滑轮组匀速提升物体A时,滑轮组的机械效率是84%(不计绳重和摩擦,g=10N/kg)。
求:
(1)物体A的质量mA和动滑轮的质量m。
(2)用此滑轮组使物体A以0.2m/s的速度匀速上升,在5s的时间内,人拉力做的功是多少?
技巧二:
直接法
直接法是直接运用基本概念、基本规律,对备选项中的答案进行判断。
选项常以物理学史、物理单位、物理观象、物理结论等内容为主,对应的题型多数是识记型选择题和填空题。
这类题目主要用于考查学生对物理知识的记忆和理解程度,属常识性知识的题目。
此类考题以选择题、填空题为主。
【例题展示】
例题2(2017·河南)如图所示,工人用斜面向上、大小为500N的推力,将重800N的货物从A点匀速推至B点;再用100N的水平推力使其沿水平台面匀速运动5s,到达C点。
已知AB长3m,BC长1.2m,距地面高1.5m。
试问:
(1)利用斜面搬运货物主要是为了 ;
(2)货物在水平面上运动的速度为多少?
(3)水平推力做功的功率为多少?
(4)斜面的机械效率为多少?
【跟踪训练】
1.(2017•烟台)往车上装重物时,常常用长木板搭个斜面,把重物沿斜面推上去,如图所示,工人用3m长的斜面,把120kg的重物提高1m,假设斜面很光滑,则需要施加的推力为 ,若实际用力为500N,斜面的机械效率为 ,重物受到的摩擦力为 。
(g取10N/kg)
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3
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2.(2017•岳阳)如图,用300N的力将重为500N的物体在10s内匀速提升2m,不计绳重和摩擦,在此过程中()。
A.绳子自由端移动的距离为6m;
B.动滑轮重100N;
C.拉力做功的功率为100W;
D.滑轮组的机械效率为60%
3.(2017•遵义)建筑工人用如图所示的滑轮组,在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动2m的过程中,所用的拉力大小为375N,物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍.在此过程中下列说法正确的是( )。
A.绳子自由端沿水平方向移动了6m;
B.物体受到的拉力为750N;
C.拉力F的功率为750W;
D.滑轮组的机械效率为80%
4.(2017·怀化)如图所示,小张用5N的拉力将重为10N物体在10s内匀速提升了0.1m,则该滑轮组的机械效率为 ,拉力的功率是 W。
5.(2017·徐州)如图所示,用动滑轮提升重物,使用动滑轮的好处是。
若物体重为4N,弹簧测力计示数如图所示为 N,则动滑轮的机械效率为 。
6.(2017·南京)如图所示,物体重180N,动滑轮重10N,小明用100N的拉力(方向不变)将物体匀速提升2m,用了10s,则此过程中有用功是 J,额外功是 J,拉力的功率是 W,滑轮组的机械效率是 。
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7.(2017·陕西)如图所示,某工地用滑轮组将重为5000N的货物匀速提升6m,所用时间为20s,在绳的末端所用拉力为2200N,下列说法错误的是( )。
A.M处滑轮的作用是改变力的方向;
B.提升货物过程中的有用功是3×104J;
C.拉力的功率为660W;
D.若只增加货物所受的重力,滑轮组的机械效率将增大
8.(2017•毕节)利用如图所示的滑轮组匀速拉动水平地面上重为30N,边长为10cm的正方体物体。
拉力F的大小为3N,物体在水平地面上匀速运动时,受到地面对它的摩擦力为4.5N。
求:
(1)A处拉力大小;
(2)正方体物体对地面的压强是多少?
(3)若拉力F以0.5m/s的速度匀速拉了4s,求A处拉力所做的功是多少?
9.(2017·成都)如图所示,小王通过滑轮组向高处提升重210N的物体,动滑轮重10N,定滑轮重15N,不计绳重及滑轮与轴之间的摩擦.8s内物体匀速上升4m,则该8s内( )。
A.小王做的有用功为840J;B.小王做的额外功为100J;
C.小王做功的功率为110W;D.小王对绳子的拉力为70N
10.(2017·东营)如图所示,物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体,不计绳重及摩擦。
若每个滑轮质量相同,对比两个滑轮组,下列说法正确的是( )。
A.甲更省力,甲机械效率大;
B.乙更省力,机械效率一样大;
C.乙更省力,乙机械效率大;
D.甲更省力,机械效率一样大
技巧三:
应用类分析法
应用类分析法:
运用数学工具解决物理问题,是物理解题的重要手段。
许多设计、推理的应用题,都是建立在计算的基础上。
主要考查学生运用物理公式、规律进行解题的能力。
例如有两个未知物理量,我们可以根据题目的数据建立两个方程,然后求解未知量。
此类考题主要是综合计算题。
【例题展示】
例题3(2017•大庆)如图所示,在水平地面上放着物体A,A与地面的接触面积为0.14m2,对地面的压强为3000Pa,用滑轮组匀速提升物体A时,滑轮组的机械效率是84%(不计绳重和摩擦,g=10N/kg)。
求:
(1)物体A的质量mA和动滑轮的质量m。
(2)用此滑轮组使物体A以0.2m/s的速度匀速上升,在5s的时间内,人拉力做的功是多少?
【解析】
(1)知道压强和受力面积,利用F=pS求A对地面的压力;由于物体A在水平地面上,A的重力等于压力,再利用G=mg求物体A的质量;用滑轮组匀速提升物体A时,不计绳重和摩擦,滑轮组的机械效率
,据此求动滑轮质量;
(2)用此滑轮组使物体A以0.2m/s的速度匀速上升,利用h=vt求提升物体A的高度,拉力端移动距离s=2h,不计绳重和摩擦,拉力F=
(GA+G轮),再利用W=FS求人拉力做的功。
【跟踪训练】
1.(2017·深圳)如图是现代家庭使用的升降衣架的结构示意图,它可以很方便晾起洗好的衣服,其实就是通过一些简单机械的组合来实现此功能的。
已知晾衣架上所挂一幅质量为4kg,动滑轮、杆和晾衣架总质量为1kg。
小燕同学用力F拉动绳子自由端,在5s时间内使衣服匀速上移0.5m(g=10N/kg,不计绳重和摩擦)求:
(1)绳子自由端拉力F的大小;
(2)拉力所做的功W;
(3)拉力的功率P;
(4)整个过程中机械效率η。
2.(2017•泰安)如图是工人利用滑轮组提升重为810N物体的示意图,某段过程中物体匀速上升的速度为0.1m/s,工人拉力F的功率为90W,物体上升10s拉力F克服滑轮组的摩擦做的功是60J,不计绳重。
求:
(1)工人拉绳子的速度;
(2)滑轮组的机械效率;
(3)滑轮组中的动滑轮的重力。
3.(2017•郴州)利用如图所示的滑轮组,用F=1000N的力拉绳子自由端,货物A以0.1m/s的速度匀速直线运动l0s,整个过程中,滑轮组的机械效率为75%。
求:
(1)货物A在10s内移动的距离;
(2)这个过程中拉力F的功率;
(3)水平地面对货物A的摩擦力大小。
4.(2017•衡阳)如图所示是某型起吊装置示意图。
在某次打捞过程中,使用该装置将质量为4.8×103kg的水中物体A在10s内匀速竖直吊起1m高(物体A未漏出水面),电动机工作电压为380V,工作电流为50A,电动机对钢绳的拉力F1为1.9×104N,滑轮组的机械效率为50%,已知水的密度为1.0×103kg/m3。
求:
(1)电动机在10s内消耗的电能;
(2)钢绳拉力F1在10秒内做的功;
(3)物体A所受拉力F2的大小;
(4)物体A的密度。
5.(2017•威海)图甲是某小区高层住宅电梯结构的示意图,它主要是由轿厢、滑轮、配重、缆绳及电动机等部件组成,小明家住该小区某栋楼的16楼,他乘电梯从1楼匀速升到16楼用时50s,已知每层楼的高度为3m。
小明重600N,轿厢重5400N,动滑轮和细绳的重力以及摩擦力均忽略不计,针对此时程,解答下列问题。
(1)拉力F的功率为多大?
(2)动滑轮A提升小明的机械效率为多少?
(3)图乙是该电梯超载自动报警系统工作原理的示意图,在工作电路中,当电梯没有超载时,触点K与触点A接触,闭合开关S,电动机正常工作,当电梯超载时,触点K与触点B接触,电铃发出报警铃声,即使闭合开关S,电动机也不工作,在控制电路中,已知电源电压为6V,保护电阻R2=100Ω,电阻式压力传感器R1的阻值随乘客压力(F压)大小变化如图丙所示,电磁铁线圈的阻值忽略不计,当电磁铁线圈电流超过0.02A时,电铃就会发出警报声,若乘客人均重为700N,该电梯最多可以乘载多少人?
6.(2016•邵阳)在一次车辆故障处置过程中,拖车所用装置简化如图。
为了尽快疏通道路,交警只用了30s的时间,指挥拖车在水平路面上将质量是1.5t的故障车匀速拖离了现场。
若故障车被拖离的速度是6m/s,绳子自由端的拉力F是500N,该装置的机械效率是80%。
求:
(1)故障车在30s内通过的路程;
(2)拉力F在30s内所做的功;
(3)故障车在被拖离过程中受到的阻力。
7.(2017•泸州)2017年4月1日,中国四川省川南临港自由贸易试验区揭牌仪式在成都举行,标志着四川航运第一大港-泸州港称为重要区域性综合交通枢纽。
如图所示是泸州港口的轨道式龙门吊设备的简化机械示意图。
图中在货船水平甲板上被吊起的集装箱体积是24m3,底面积4m2,平均密度1.5×103kg/m3,图中每个滑轮的重力均为1.0×104N,在绳子自由端拉力F的作用下,集装箱以0.2m/s的速度在空中匀速竖直上升(绳重和摩擦不计,取g=10N/kg)。
求:
(1)该集装箱的重力;
(2)绳子自由端拉力F的功率;
(3)在开始起吊集装箱的过程中,当绳子自由端的拉力为F′=1.45×105N时,集装箱对水平甲板的压强。
8.(2017•安顺)小华用如图所示的滑轮组拉动货箱,已知货箱的质量为60Kg,在F=50N的拉力作用下,货箱以0.1m/s的速度做匀速直线运动,地面对货箱的滑动摩擦力f为货箱重的0.2倍。
求:
(1)货箱的重力是多少?
(2)拉力F的功率是多少?
(3)货箱运动了1min,克服摩擦所做的功是多少?
(4)此滑轮组的机械效率是多少?
9.(2017•咸宁)质量为60kg的李师傅在装修施工时,利用如图所示的滑轮组来提升装修材料。
他用200N的拉力在20s内将500N的材料提升了10m,不计绳重及摩擦。
求:
(1)动滑轮的重力;
(2)他施加拉力的功率;
(3)他利用此滑轮组工作时的最大机械效率(保留一位小数)。
10.
(2017•乌鲁木齐)如图所示装置是实验室在用轻绳绕成的滑轮组。
悬挂的重物G=4.8N,当重物静止于任意位置时,手对轻绳的拉力均为F1=1.8N;当重物匀速上升时,手对轻绳的拉力为F2=2.0N,且物重上升过程中动滑轮恰好转过1圈。
已知动滑轮周边凹槽的周长C=0.3m,求:
(1)动滑轮的重力;
(2)重物上升过程中的有用功、总功以及滑轮组的机械效率;
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