滑轮机械效率知识点及经典例题.docx
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滑轮机械效率知识点及经典例题
滑轮专题复习
滑轮:
定滑轮和动滑轮
1.定滑轮:
滑轮的轴固定不动的叫做定滑轮。
定滑轮可以改变力的方向,但不省力。
2.动滑轮:
滑轮的轴随物体一起运动,这样的滑轮叫做动滑轮。
动滑轮可以省一半力,但不能改变用力的方向。
滑轮组
1.滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮组装而成的,可以达到既省力又改变力的方向的作用效果。
2.滑轮组省力情况的确定方法:
在不考虑摩擦及动滑轮受到的重力的情况下,使用滑轮组时,滑轮组用几股绳子吊着物体,提起物体所用的力就是物重的几分之一。
如图所示。
滑轮组绳子的穿绕方式及拉力计算
滑轮组绳子的穿绕方式很多,现以串联式滑轮为例,介绍几种滑轮组绳子的穿绕方式。
1.一个定滑轮和一个动滑轮(图1.47-7)。
2.一个定滑轮和二个动滑轮(图1.47-8)。
3.二个定滑轮和一个动滑轮(图.47-9甲)。
4.二个定滑轮和二个动滑轮(图1.47-9乙)。
相关公式
1、绳子段数n的确定:
在定滑轮和动滑轮之间划一条虚线,将定滑轮和动滑轮隔开,然后再查出与动滑轮相连的绳子段数。
2、三个n倍关系
① S=nh(当滑轮组处于竖直状态时)或S=nL(当滑轮组处于水平状态时)
②
(不计绳子重和摩擦)
③ V绳=n V物(速度比,当滑轮组处于竖直、水平状态时通用)
3、两个机械效率公式:
①
(当滑轮组处于竖直状态时)或
(当滑轮组处于水平状态时)
②
(不计绳重和摩擦时)
4、两个功率公式
①
(适用于任何状态的滑轮组)
② P=FV绳
典型习题
1、如图所示,小明用两个滑轮组成甲、乙两种不同的省力滑轮组.他分别用这两种滑轮组把质量相同的重物吊到等高的平台上,两次吊重物时他拉绳的速度相同.不计摩擦和绳重,下列说法正确的是( )
A、两次吊物,小明所做的功和功率的多少相同,甲装置的效率高
B、两次吊物,小明所做的功、功率的多少和效率的高低都相同
C、两次吊物,小明所做的功率的大小和效率的高低相同,用甲装置做的功多
D、两次吊物,小明所做的功的多少和效率的高低相同,用乙装置时功率大
考点:
功的计算;滑轮(组)的机械效率;功率的计算。
专题:
应用题。
分析:
从题中知:
重物的质量相同,两次拉绳的速度相等,重物上升的高度相同,滑轮相同.
先根据W=Fs求出小明的拉力所做的功W甲与W乙;再由η=
求出机械效率;最后根据P=Fv比较功率的大小.
解答:
解:
(1)小明的拉力是用来克服物体与动滑轮的重力做功,因为物体重力相等,滑轮相同,上升的高度相同,所以两次做功相等;
(2)由W=Gh知,两次所做的有用功相等,所以机械效率相等;
(3)因为甲图中有3段绳子拉着动滑轮所以F甲=
(G物+G轮);乙图中有2段绳子拉着动滑轮,所以F乙=
(G物+G轮);
F甲>F乙,V甲=V乙,根据P=Fv得P甲>P乙.
故选D.
点评:
考查了功、功率、机械效率的计算,特别注意滑轮组的使用方法,滑轮组省力但不省功,机械效率等于有用功与总功的比值.
2、利用如图所示的甲、乙两个滑轮组,在相同的时间内用大小相同的力F1和F2分别把质量相等的重物G1和G2提升到相同的高度,则( )
A、甲滑轮组的机械效率高B、乙滑轮组的机械效率高
C、F2做功的功率大D、F1、F2做功的功率一样大
考点:
滑轮(组)的机械效率;功率的计算。
分析:
滑轮组的机械效率是有用功与总功的比值,要正确地解决此题,关键是搞清有用功与总功的计算,还要分清每个滑轮组由几段绳子承担物重.功率是表示物体做功快慢的物理量,一定要注意题目中比较哪个功的功率.
解答:
解:
甲滑轮组由3段绳子承担物重,所以S1=3h1
则η1=
乙滑轮组由2段绳子承担物重,所以S2=2h2
则η2=
又因为G1=G2,F1=F2,
所以乙滑轮组的效率高.
两物体上升速度相同,所以甲绳端移动速度大于乙绳端移动速度.
根据P=Fv,拉力F相同,所以F1的功率大.
故选B.
点评:
此题主要考查了滑轮组机械效率的计算,以及功率的计算.同时还用到了绳端移动距离与物体上升高度的关系.
3、两滑轮组装置如图所示,已知每个滑轮重力都为G0,摩擦和绳重均不计,用它们分别匀速提起重为G=5G0的物体时,甲、乙两滑轮组的机械效率之比是( )
A、6:
7B、7:
6
C、5:
6D、5:
7
考点:
滑轮(组)的机械效率;功的计算;有用功和额外功;机械效率的大小比较。
专题:
计算题;推理法。
分析:
若将物体提升h,知道提升的物重利用功的公式求有用功;
因为摩擦和绳重均不计,知道每个滑轮重,可以计算使用滑轮组时的额外功(甲图有1个动滑轮,乙图有两个动滑轮);利用W总=W有用+W额分别求出总功,再利用机械效率的公式求出滑轮组的机械效率,最后求两个滑轮组的机械效率的比值.
解答:
解:
设物体被提升的高度为h,
W有用=Gh=5G0h;
∵摩擦和绳重均不计,
∴使用滑轮组时做的额外功就是将动滑轮提升h做的功,
∵甲图有1个动滑轮,
∴使用甲滑轮组时的额外功:
W额=G轮h=G0h,
使用甲滑轮组时的总功:
W总=W有用+W额=5G0h+G0h=6G0h,
使用甲滑轮组时的机械效率:
η=
=
=
,
∵乙图有2个动滑轮,∴使用乙滑轮组时的额外功:
W额′=2G轮h=2G0h,
使用乙滑轮组时的总功:
W总′=W有用+W额′=5G0h+2G0h=7G0h,
使用乙滑轮组时的机械效率:
η′=
=
=
,
∴
=
:
=
.
故选B.
完全相同的A、B两个滑轮组(绳重及摩擦忽略不计),分别提升重为G1和G2的两物体?
点评:
本题考查了使用滑轮组时有用功、额外功、总功、机械效率的计算方法,能根据W额=G轮h求额外功是本题的关键.
4、判断滑轮组机械效率高低的因素与哪些因素有关?
(1)滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关;
(2)滑轮组机械效率高低可能与物重有关;
(3)滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关;
(4)滑轮组机械效率高低可能与与承重绳子段数(绕法)有关.
分析:
影响滑轮组机械效率的因素有被提升物体的重力、动滑轮重力、绳子重力和摩擦等;
5、(2010•广西)用如图所示的滑轮组提起重1000N的货物,所用拉力是400N,绳的自由端被拉下2m.关于这个滑轮组工作的下列说法中,正确的是( )
A、总功是800JB、额外功是100J
C、有用功是400JD、机械效率是62.5%
考点:
滑轮(组)的机械效率;功的计算;有用功和额外功。
专题:
计算题;推理法。
分析:
首先根据滑轮组装形式,确定承担物重的绳子股数n=4,求出物体上升高度h,然后利用公式W总=Fs计算总功、W有用=Gh计算有用功,最后用有用功除以总功得出滑轮组的机械效率.
解答:
解:
由图知,n=4,则绳的自由端移动的距离s=nh,
物体上升高度:
h=
=
=0.5m,
提起货物所做的有用功:
W有用=Gh=1000N×0.5m=500J,故C错;
提起货物所做的总功:
W总=Fs=400N×2m=800J,故A正确;
提起货物所做的额外功:
W额=W总﹣W有用=800J﹣500J=300J,故B错;
滑轮组的机械效率:
η=
=
=62.5%,故D正确.
故选AD.
点评:
本题是一个选择题,实质上是一个小综合题,最好的做法就是将每一个量计算出来进行判断.本题的关键有二:
一是n的确定(直接从动滑轮上引出的绳子股数),二是W总=W额+W有用.
6、通过测量滑轮组机械效率的实验,可得出下列各措施中能提高机械效率的是( )
A、增加动滑轮,减小拉力B、改用质量小的动滑轮
C、减少提升高度,减少做功D、增加提升重物重力,增大有用功
考点:
滑轮(组)机械效率的测量实验;功的计算;增大或减小机械效率的方法。
分析:
滑轮组的机械效率是有用功与总功之比,比值越大,机械效率越高.所以要提高滑轮组的机械效率可以尽量减少额外功.
知道额外功是克服摩擦以及动滑轮重力做的功.
解答:
解:
A、动滑轮越重,需要做的额外功越多,所以A说法错误.
B、改用质量小的动滑轮,可以减少额外功,所以可以提高滑轮组的机械效率.所以B说法正确.
C、由公式:
η=
,所以机械效率的高低与物体被提升的高度无关.所以C说法错误.
D、提高物体的质量,可以提高有用功,这样有用功在总功中所占的比值增大.所以增加提升重物重力可以提高滑轮组的机械效率.所以D说法正确.
故选B、D.
点评:
此题主要考查了提高滑轮组的方法.首先要知道滑轮组机械效率是有用功与总功之比,比值越大,效率越高.所以有用功越大、额外功越少,机械效率越高.因此可以通过减少额外功,提高有用功来提高滑轮组的效率.
7.(10·茂名)(8分)用如图所示的滑轮组去拉物体A,已知A物质的密度是2×103kg/m3,底面积是0.3m3,重力为600N。
物体A在F=100N的拉力作用下,沿水平方向匀速前进了2m。
(g取10N/kg)求:
(1)物体A对水平地面的压强是多少?
(2)物体A的体积是多大?
(3)若该装置的机械效率为80%,物体A
在水平方向上受到的阻力是多少
解:
(1)物体A在水平地面,F=G=600N(1分)
∴压强:
P=
(2)物体A质量m=
,
由
,得A的体积
(3)由η=
,
=F阻s,W总=F*2s,得η=
∴F阻=η*2F=2*100N*80%=160N
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