初三机械效率.docx
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初三机械效率
机械效率
滑轮种类
结构
实质
特点
注意点
定滑轮
等臂杠杆
能改变力的方向,不能改变力的大小
F=GS=h
动滑轮
动力臂为阻力臂两倍的杠杆
能改变力的大小,不能改变力的方向
F=1/2GS=2h
滑轮组
既能改变力的大小,又能改变力的方向
F=1/nGS=nh
(n为与动滑轮相连的绳子条数)
定滑轮:
①定义:
中间的轴固定不动的滑轮。
②实质:
等臂杠杆
③特点:
使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。
④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦)F=G
绳子自由端移动距离SF(或速度vF)=重物移动的距离SG(或速度vG)
动滑轮:
①定义:
和重物一起移动的滑轮。
(可上下移动,也可左右移动)
②实质:
动滑轮的实质是:
动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。
③特点:
使用动滑轮能省一半的力,但不能改变动力的方向。
绳子自由端移动距离SF(或速度vF)=重物移动的距离2SG(或速度2vG)
滑轮组:
滑轮组是定滑轮和动滑轮组合在一起构成的装置,既可省力,又可改变力的方向,但费距离
重物和动滑轮的总重由n股绳子承担,提到重物所用的力就是总重的
,动力(绳子自由端)移动的距离就是重物移动距离的n倍(在不考虑滑轮摩擦的情况下)
2、解决滑轮组一类问题的一般方法是:
选取研究对象,分析对象受力,利用平衡条件解题。
首先要讲清楚的是:
(1)同一根绳子穿起来的滑轮组绳子上各处的拉力都相等。
(不计摩擦,不计绳重)
(2)关键找出承担物体和动滑轮总重的绳子的股数,一般情况下,与动滑轮相连的绳子的根数,就是承担物体和动滑轮总重的绳子的股数;
(3)初中阶段研究的对象要么静止,要么做匀速直线运动,即受力满足平衡条件:
合力等于零。
【基础知识】
1、滑轮组至少有一个动滑轮和一个定滑轮
2、在滑轮组中拉力
,关键是判断n为多少(讲解)
3、物体运动的速度为v,拉力或者绳端速度为nv;物体上升的距离为h,拉力或者绳端速度为nh
4、机械效率
,其中W有(使用机械时对人们有用的功):
一般指的是重力做的功或者横着放置时摩擦力做的功;W总指的是拉力F做的功
5、斜面机械效率
,h是斜面高度;F是拉力;s是斜面长度
计算步骤:
1、根据图判断出n为多少
2、有用功
3、总功
【巩固练习】
1、如图,用滑轮组将重600牛的物体匀速提升,如果人用的拉力为250牛,则下列结论中正确的是()
A.如将物体提高2米,拉力做功1000焦
B.物体提高1米,装置所做的有用功为250焦
C.物体以0.5米/秒的速度匀速被提升,拉力的功率为375瓦
D.此装置的机械效率为0.6
2、如图所示,物体A重为100N,通过动滑轮在水平拉力的作用下,沿水平地面以0.2m/s的速度匀速前进10s,此时弹簧秤的示数为5N,不计动滑轮、绳、弹簧秤的重力和摩擦,则下列不正解的是()
A.物体受到的摩擦力是10NB.绳子自由端移动了4m
C.拉力做功10JD.拉力的功率是2W
3、一名工人用如图11所示的滑轮组提起450N的重物,绳自由端的拉力F为200N,重物在5s内匀速上升了1m.则拉力的功率是______________W,滑轮组的机械效率是_________.
4、如图是搬运工人用滑轮组将仓库中的货物沿水平轨道拉出的示意图。
已知货物的质量为600kg,所受轨道的摩擦力为其重力的0.1倍,滑轮组的机械效率为75%。
若人以0.5m/s的速度匀速前行,经100s将货物拉出仓库,g取10N/kg,。
求在此过程中:
【注意】这里的拉力
(1)人做的有用功为多大?
(2)人的拉力为多大?
(3)人拉力的功率为多大?
(6分)
5、建筑工地用如图21所示的简易滑轮组提升砖块,某工人将500N重的砖块一次匀速提升到离地面4m高的砌墙处,所用拉力是200N,所用时间是20s,求这次提升砖块过程中
1、工人做的有用功;
2、工人做工的功率
3、滑轮组的机械效率。
6、如图21所示是正在为某学校建设体艺大楼起重机的示意图,为保证起重机吊起重物时不会翻倒,在其右端配一个6.0×104N的平衡重物M。
其中AB=8m,BC=2m,CD=2m。
(1)、若不考虑起重机自身重力,该起重机可吊起的最大重物为多少N?
(2)、若起重机功率为20KW,它在1min将1.0×105N的物体从地面提到离地面6m的三楼平台则起重机的机械效率为多少?
7、如图5,用滑轮组拉着重为600牛的物体沿水平方向向右匀速移动了8米,拉力F做的功为1280焦,(不计绳重和摩擦)求:
(1)拉力的大小;
(2)若动滑轮重为12牛,机械效率为多少?
【解析】CC3、120W75%4、15000J400N200W5、2000J120W83.3%6、3.0×10450%7、
(1)80N
(2)92.5%
【考点二】
根据已知条件,画出滑轮
注意:
滑轮组绕线法则:
奇动偶定(与动滑轮相连后的绳子条数n为奇数时,绳子起点在定滑轮上,n为偶时起点在动滑轮上),先内后外(从里面的小滑轮逐步向外绕线,不得重复与交叉)。
【典型例题】
1、一个人用滑轮组匀速提升重G=128N的物体,滑轮组的机械效率为80%,在4s内人用F=40N的力使绳端移动4m.
(1)求出绳子的股数n;
(2)算出有用功的大小和总功功率.
【解析】
(1)4
(2)128J40W
2、用1225牛向下的拉力,通过机械效率为80%的滑轮组可以把重为4900牛的物体匀速提升起来.请画出这个滑轮组的装置图.
【解析】5
【练习】
1、用图3所示滑轮组拉着一重为100牛的物体A沿水平面做匀速运动,所用拉力F的大小为40牛.
(1)不计轮和绳的重力以及摩擦,求:
物体A所受的摩擦力.
(2)若滑轮组的机械效率为80%,求:
物体A所受的摩擦力.
【解析】
(1)120N
(2)96N
2、如图4用40牛的拉力使物体匀速上升,不计绳重和摩擦,整个装置的机械效率为75%.求:
(1)物体和动滑轮的重各是多少?
(2)若绳能承受的最大拉力为50牛,此装置的机械效率最大可提高到多少?
【解析】
(1)90N30N
(2)80%
3、用如图7的装置提升重物,绳子能承受的最大拉力为120N,动滑轮重60N,绳重与摩擦不计.求:
(1)用此滑轮组最多能将多重的物体匀速提升?
(2)用此滑轮组提起重240N的物体,使它匀速上升,问人加在绳子自由端的拉力是多大?
此时滑轮组的机械效率是多大?
当物体以0.5m/s的速度上升时,拉力的功率是多大?
(3)该滑轮组的机械效率最高可达到多少?
【解析】
(1)300N
(2)100N150W83.3%(3)80%
4、按照要求画出图中所示滑轮组的穿绳情况.(滑轮重和摩擦不计)甲图:
F=1/4G,乙图:
F=1/2G
【巩固练习】
1、同一物体沿相同水平地面被匀速移动,如下图所示,拉力分别为F甲、F乙、F丙,不记滑轮与轻绳间的摩擦,比较它们的大小,则(B)
A.F甲<F乙<F丙B.F甲>F乙>F丙C.F甲>F乙=F丙D.F甲=F乙>F丙
2、如右图所示,在竖直向上的力F的作用下,重物A沿竖直方向匀速上升。
已知A的重力G=100N,重物A上升速度为0.2m/s,不计绳与滑轮摩擦以及滑轮重和绳重,则拉力F的大小和滑轮上升的速度分别为(D)
A.50N 0.4m/s B.50N 0.1m/s C.200N 0.4m/s D.200N 0.1m/s
(第2题)
3、不考虑滑轮与轻绳之间的摩擦,米袋总重为800N,而绳上吊着的静止的“绅士”重500N,则米袋对地面的压力为(C)
A.500NB.250NC.300ND.800N
4、如图3所示,浸在水中的A物体的质量为3kg,B物体的质量为2kg,且整体处于静止状态,弹簧测力计自身重力不计。
下列说法正确的是(AC)
A.弹簧测力计的示数为19.6N
B.物体A浸在水中的体积为500cm3
C.物体A处于平衡状态
D.物体B受到的重力和B对绳的拉力是一对平衡力
5、用如图所示的两种方法把相同的重物提高相同的高度,甲、乙两图的动滑轮重力相同,不计绳重及机械摩擦,图甲中人的拉力F1大于图乙中人的拉力F2(填“大于”、“等于”或“小于”)。
6、请在图5中画出滑轮组最省力的绕线。
7、如图所示为一种手摇升降晾衣架示意图它由4个定滑轮和两个动滑轮组成,绳子的尾端绕在一个固定在墙壁的旋轮上,旋转摇柄可以使晾衣架升降假设在升降过程中衣架横梁保持水平,请回答下列问题:
(1)假设衣服和晾衣架(含动滑轮)等的总重是50N,则静止时绳子拉力是N;(各种摩擦力忽略不计)
(2)要使衣架横梁上升1m,则绕进旋轮上的绳子长度是m;
【解析】
(1)12.5
(2)4
8、如图所示,是办公楼内一种电梯结构的示意图,钢链绕过电梯厢下的滑轮,一端固定在A点,另一端连接在电动机控制装置上。
若拉力F在8s内匀速将质量为2t的电梯厢和乘客从一层上升到五层,且每层楼高3m,则拉力F的大小为N,拉力所做的功为J(忽略钢链重及摩擦)。
答案:
104;2.4×105
9、(多选题)建筑工地上,工人用如图所示的装置(由滑轮组和吊篮组成)将600N的的砖在6s内匀速提升2m,动滑轮重50N,吊篮重70N(不计绳重及摩擦),下列判断正确的是(BC)
A.此装置由四段绳子承担物重
B.工人对绳的拉力为240N
C.工人提升砖做的有用功1200J
D.此装置对砖块做功的功率为360W
10、一位建筑工人要把建筑材料运送到楼上,他使用了如图9所示的装置进行升降,已知吊篮的质量为m1,建筑材料的质量为m2,人对绳的拉力为F,吊篮在拉力作用下匀速上升了h,那么有用功和滑轮组的机械效率分别为(A)
A.m2gh
×100%B.m2gh
×100%
C.(m1+m2)gh
×100%D.(m1+m2gh
×100%
11、斜面长5m,高1m,工人用沿斜面方向400N的力把重1600N集装箱匀速推到车上,推力对集装箱做的功是_________J,斜面的机械效率是_________。
答案:
200080%
12、小明做“测滑轮组机械效率”实验时,用图18中所示的滑轮,组装成滑轮组,请在图中画出使用该滑轮组时最省力的绕法。
用此滑轮组将重为3.6N
的物体匀速提起时,拉力的功率为0.36W,滑轮组的机械效率为75%。
(忽略摩擦及绳重)
求:
(1)绳子自由端移动的速度和动滑轮的总重。
(2)若用此滑轮组提起小于3.6N的重物时,其机械效率将如何改变?
说明理由。
答案:
解:
绕法如右图,绳子段数n=4。
(1)因为
所以拉力为
由于
所以绳子自由端移动速度为
由于忽略摩擦及绳重,则
所以动滑轮重
(2)减小
由于忽略摩擦及绳重
所以当提升的物体重力减小时,滑轮组机械效率减小。
13、某实验小组在“测定滑轮组机械效率”的实验中得到的数据如下表所示,
次数
钩码重
G/N
钩码上升高度h/m
有用功
W有/J
测力计
拉力F/N
测力计移动
距离S/m
总功
W总/J
机械
效率η
1
2
0.1
0.2
0.9
0.3
0.27
74.1%
2
4
0.1
0.4
1.6
0.3
0.48
83.3%
3
4
0.1
0.4
1.1
0.5
0.55
第1、2、3次实验装置分别如图10中的甲、乙、丙所示。
(1)比较第1次实验和第2次实验,可得结论:
使用同样的滑轮组,提起的钩码越重,滑轮组的机械效率。
(2)填写实验3中的机械效率,比较第2次实验和第3次实验,可得结论:
使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多,滑轮组的机械效率。
(3)如果绳重不计,摩擦不计,丙图中钩码重为4N时,测力计的拉力为1N,那么当钩码重为9N时,该滑轮组的机械效率是。
答案:
(1)越高
(2)72.7%越低(3)90%
14、用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图5所示的甲、乙两个滑轮组,不计绳子与滑轮的摩擦,则(C)
A.甲较省力且机械效率较高
B.乙较省力且机械效率较高
C.两个滑轮组省力程度不同,机械效率相同
D.两个滑轮组省力程度相同,机械效率不同
15、甲升降机比乙升降机的机械效率高,它们分别把相同质量的物体匀速提升相同的高度。
两者相比,甲升降机(A)
A.电动机做的总功较少B.电动机做的总功较多
C.提升重物做的有用功较少D.提升重物做的有用功较多
16、简单机械的机械效率高是指(D)
A.有用功多B.额外功少C.总功多D.有用功占总功的比例高
17、如图19所示,是2008北京残奥会开幕式最后一棒火炬手侯斌,靠自己双手的力量,攀爬到火炬台底部并最终点燃圣火的照片,该点火仪式充分体现了残疾人自强自立、拼搏向上的勇气和精神.已知他和轮椅总质量为80kg,攀爬高度39m,历时约3min20s.
(1)如果不计机械装置的额外功,求他的平均功率多大?
(2)小明同学看到火炬手攀爬很费劲,想到物理课上学过利用滑轮组可以省力.小明同学如果站在地面上,用如图20所示的哪个滑轮组拉起火炬手侯斌最合适,理由是什么?
如果该滑轮组机械效率为80%,求小明同学的拉力至少要多大?
(g取10N/kg)
答案:
解:
(1)P=W/t=Gh/t=mgh/t=80kg×10N/kg×39m/200s=156W
(2)D滑轮组.拉力方向向下且更省力
∵η=W有用/W总=Gh/Fs=Gh/4Fh=G/4F
∴F=G/4η=(80kg×10N/kg)/(4×0.8)=250N
18、如图所示,重物A是体积为10dm3,密度为7.9×103kg/m3的实心金属块,将它完全浸没在水中,始终未提出水面。
若不计摩擦和动滑轮重,要保持平衡,求:
(1)作用于绳端的拉力F是多少?
(2)若缓慢将重物A提升2m,拉力做的功是多少?
(3)若实际所用拉力为400N,此时该滑轮的效率是多少?
(g=10N/kg)
答案:
19、体重为510N的人,站在水平地面上对地面的压强为p1,如图所示,用滑轮组拉物体A沿水平方向做匀速运动,此时人对地面的压强为p2,压强变化了2750pa。
已知人一只脚的面积是200cm2,滑轮组的机械效率为80%。
(不计绳重和摩擦,地面上的定滑轮与物体A相连的绳子沿水平方向,地面上的定滑轮与动滑轮相连的绳子沿竖直方向,人对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上,)。
求:
(1)绳对人的拉力;
(2)物体A与地面的摩擦力;(3)若在物体A上再放一个物体B,滑动摩擦力增大了30N,此时该装置的机械效率是多少?
【解析】1.由题意压强变化了2750pa,那可能是减小了2750pa,减小的压力为:
2750×(2×200×10^-4)=110N。
明显的。
2.此时人对地面的压力为:
510-110=400N,
3.由图得出,绳端移动距离为L时,物体移动距离为L/2。
由于物体作匀速直线运动,绳子对它的拉力与其与地面的摩擦力相等。
又由于滑轮组的机械效率为80%,设物体受到的拉力为f,则有:
110×L×0.8=f×L/2,解得f=176N,物体与地面的摩擦力也为176N,
4.由于不计绳重和摩擦,那么拉力所作剩余20%功用以克服动滑轮的重力,与物体一样,绳端移动L,动滑轮移动L/2,设动滑轮的重为G,则有:
110×L×0.2=G×L/2,解得:
G=44N,
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