滑轮组的机械效率
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滑轮组的机械效率范文第1篇
问题一:不能正确理解有用功和额外功。
例题:如图1所示,用滑轮组把重为200N的物体沿水平方向匀速拉动,物体与地面间的摩擦力为40N,若此滑轮组机械效率为80%,物体在水平拉力作用下匀速前进2m。求拉力的大小。
分析:求拉力大小根据W=FS可知,需要求出W总和拉力移动距离S。求W总根据?浊=■×100%,则要求出W有,根据有用功的概念可知,克服物体与地面间的摩擦力做的功为有用功,即W有=fSA; 拉力移动距离S=nSA。
解法:因为 W有=fSA=40N×2m=80J 则
W总=■=■=100J
又因为 S=nSA=2×2m=4m(由图可知n=2)
所以 F=■ =■=25N
■
图1
评注:利用滑轮组水平拉物体时,克服物体与地面间的摩擦力做的功为有用功,而克服动滑轮自身重量、绳重及轮与绳之间的摩擦所做的功为额外功。
问题二:同一滑轮组的机械效率不一定不变。
例题:现用如图2所示的滑轮组提升重物(不计摩擦和绳重)
(1)用200N的拉力将重为500N的物体匀速提升时,此滑轮组的机械效率是多少?
(2)若用此滑轮组将重为900N的物体匀速提升2m,那么此时的滑轮组机械效率是多少?
分析:(1)根据题意有:W有=G物h,W总=FS=Fnh,再根据机械效率定义式?浊=■×100%=■×100%=■×100%,即可求出?浊。
(2)当G物增大为900N时,G动不变。根据(1)中的F、G物、G动、n的关系式F=■(G物+G动),可算出G动,再根据公式η=■×100%,可算出此时的机械效率。
解法:(1)?浊=■×100%=■×100%=■×100%=■≈83.3%
(2)动滑轮的重力G动=nF-G物=3×200-500=100N
η1=■×100%=■×100%=90%
评注:此问题学生易犯定势思维错误,他们大多认为:不同滑轮组的机械效率不同,同一滑轮组的机械效率一定相同。根据公式η=■×100%可知, 对同一滑轮组而言,η随G物的变化而变化。
■
问题三:使用滑轮组不一定能省力
例题:如图3所示,当用滑轮组提起重200 N的物体时,机械效率为50%,若要使这个滑轮组省力,则提起的重物应该超过多重?(不计摩擦和绳重)
分析:使用滑轮组提升重物时,要使滑轮组省力,必须满足F
解法:由η=■×100%,有G动=■=■=200 N.
不计摩擦和绳重时,F=■(G物+G动)=■(G物+200N)
又F
因此,只有当被提升物体重力超过66.7 N时,滑轮组才能省力,否则就不省力。
评注:当拉力大于或等于物体重力时,使用滑轮组不再省力。因此使用滑轮组不一定都省力。
问题四:滑轮组越省力,其机械效率不一定越高
例题:如图4所示,两个滑轮组中物重为120N,每个动滑轮的重为20N,当用力F提拉重物时,哪个的机械效率高?
■
分析:当用不同滑轮组(即G动不相等时)提升相同的
物重时,绳子股数越多时,G动越大,又因为G物不变,
由公式η=■×100%,可知,滑轮组的机械效率会降低。
解法:根据公式η=■×100%,有
η甲=■×100%=■×100%=■×100%=85.7%
η乙=■×100%=■×100%=■×100%=75%
滑轮组的机械效率范文第2篇
一、实验装置的考查
测滑轮组的实验需要的实验器材有滑轮组、铁架台、弹簧测力计、刻度尺。在滑轮组的实验装置中一般会给出一定数量的动滑轮和定滑轮，并提出改变拉力方向（图1甲）、最省力的绕线（图1乙）、拉力向某个方向的要求，要求画出绳子的绕法。
二、实验步骤及操作的考查
按组装图把实验器材装配好后；用弹簧测力计测量出重物的重力G；在动滑轮下面挂上重物，并分别记下重物和弹簧测力计的位置；匀速竖直向上或向下拉弹簧测力计，使重物上升一段距离，读出弹簧测力计的读数F；用刻度尺分别量出重物上升的距离h和绳的自由端移动的距离s；由测得的数据，根据η==计算出滑轮组的机械效率。实验过程中关键要匀速向上或向下拉弹簧测力计，使读数更加稳定；读数时还要关注弹簧测力计的朝向不同时的读法，如图2甲图弹簧测力计的读数是2.4N，图2乙图弹簧测力计的读数是2.8N。
三、数据分析的考查
图2中D为铝制滑轮，E为铁制滑轮，其他滑轮都是塑料制造的。根据图2所示装置做了8次实验，数据记录如下表：分析第1和2次的实验数据可知滑轮组的机械效率与钩码上升的高度无关。分析1、3、4三次的实验数据可以得出同一滑轮组的机械效率与物重有关或成正比；根据η==，用同一滑轮组对不同的物体做功时，其额外功不变，重物越重时做的有用功越多，机械效率越高。根据以上分析也能说明“同一个机械，它的机械效率是一个定值”是错误的。分析1、5、6或1、7可知滑轮组的机械效率与动滑轮自身的重力有关；或提升同一物体，动滑轮越重（1、5、6都是一个动滑轮，但由于材料不同，导致重力不同；1和7是同种材料的动滑轮，F的动滑轮个数比A多），滑轮组做的额外功越多，机械效率越低。对比第1和8两次实验数据，可知同一滑轮组机械效率与绳子绕法无关，因为η==，对同一个物体做功时，所做的有用功是相同的，做的额外功也是相同的，所以同一滑轮组在不同绕线时的机械效率也是相同的，但此时它们的拉力不相同。进一步分析可知，在动滑轮和绳重一定的情况下，该滑轮组的机械效率与物重和摩擦有关。
四、提高机械效率的考查
提高机械效率主要采用增大有用功和减小额外功的办法，增大有用功采用增大物体重力的方法。减小额外功采用减轻动滑轮和绳的自重、减小轮和轴间的摩擦。
五、机械效率计算的考查
机械效率的计算是每年的必考项目，在选择题、填空题、实验题和计算题都会出现。实验的考查主要在分析数据和填空中出现，关键要分析清楚谁在做有用功、额外功和总功，例如计算上表第7次实验的机械效率并填入表格中，η====66.67%。
滑轮组的机械效率范文第3篇
一、竖直方向使用滑轮组
例1 在小型建筑工地，常用简易的起重设备竖直吊运建筑材料，其工作原理相当于如图1所示的滑轮组.某次将总重G为4000N的砖块匀速吊运到高为10m的楼上，用时40s，卷扬机提供的拉力F为2500N.求在此过程中：
（1）有用功；
（2）拉力F的功和功率；
（3）滑轮组的机械效率.
分析 （1）功的大小等于作用在物体上的力和物体在力的方向上通过距离的乘积.由图1可知，有用功就是作用在物体上的拉力所做的功.如图2所示，由于物体在竖直方向上做匀速直线运动，所以F拉=G，即W有=F拉h=Gh.
（2）由于拉力是通过机械直接作用在绳子的自由端的，所以拉力F做的功就是总功.所以拉力F的功率可以用P总=■，或者，P总=F■=Fv；
（3）机械效率即为有用功与总功的比值．
解 （1）W有=Gh=4000N×10m=4×104J．
（2）W总=Fs=F×2h=2500N×2×10m=5×104J
P=■=■=1.25×103W．
或P=F■=F■=2500N×■
=1.25×103W．
（3）η=■×100％=■×100％=80％．
答 （1）有用功为4×104J；（2）拉力F做的功为5×104J，功率为1.25×103W；（3）滑轮组的机械效率为80％.
例2 如图3，用滑轮组匀速提升重为2000N的物体，作用在绳子自由端的拉力大小为625N，拉力1s内做了1250J的功，滑轮组的机械效率为80%，不计摩擦和绳重.
求：（1）这个滑轮组中吊起滑轮的绳子的股数（并画出滑轮示意图）；
（2）这个滑轮组中动滑轮的重；
（3）如果用此滑轮组匀速提升300N的重物，拉力应为多大？
分析 （1）有用功是直接作用在物体上的力F拉所做的功.对物体进行受力分析之后，得到W有=Gh.总功是直接作用在机械上的力F所做的功，这里是指作用在绳子的自由端的动力F所做的功，因此W总=Fs
=Fnh.题中还告知了机械效率的值，是有用功和总功的比值，即可求得n.n是承担物重的绳子段数，也就是提升动滑轮绳子的段数.
（2）因为不计摩擦和绳重，所以在提升重物的过程中，克服动滑轮的重力所做的功就是额外功.根据W额=G动h即可求得G动.
（3）对同一滑轮组而言，当提升物体的重力发生变化时，机械效率是变化的.所以要计算新的拉力，不能使用原来的机械效率.这时，由于不计绳重和摩擦阻力，需要利用G动不变，即额外功不变，使用F=■（G动
+G物）求新的拉力.
解 （1）因为W有=Gh，W总=Fs=Fnh，
所以η=■×100％=■×100％=80%
即■×100％=80%，求得n=4（装配图如图4所示）．
（2）W有用=W总×η=1250J×80%=1000J
W额=W总-W有=1250J-1000J=250J
W额=G动h
所以G动=■=■=500N．
（3）根据F=■（G动+G物）得，
当物重为300N时
F′=■（G动+G物）=■（300N+500N）=200N．
答 （1）这个滑轮组中吊起动滑轮绳子的股数为4股，滑轮示意图如图4所示；
（2）这个滑轮组中动滑轮的重为500N；
（3）如果用此滑轮组匀速提升300N的重物，拉力应为200N.
小结 竖直方向使用滑轮组，机械效率计算题的解题技巧．
（1）有用功：直接作用在物体上的力F拉所做的功.由于一般情况下，物体做匀速直线运动，因此W有=Gh.
（2）总功：直接作用在机械上的力F所做的功，这里是指作用在绳子自由端的动力F所做的功，因此W总=Fs=Fnh.
（3）有用功率和总功率：这里的关键是区别有用功和总功.P有=■=G物v物，P总
=■=Fv=Fnv物 .这里的n是承担物重绳子的段数，也就是从动滑轮出来的绳子的段数.
（4）机械效率是有用功和总功的比值.
（5）机械效率的变化：在使用同一个滑轮组时，若所提升的重物发生改变时，机械效率将会发生改变，此时，通过F=■（G动
+G物）求所需要的量即可.（摩擦和绳重不计）
二、杠杆
例3 用一个杠杆来提升重物．已知动力臂是阻力臂的3倍，物体重600N，手向上拉杠杆的动力是210N，物体被提升20cm．求：
（1）手拉杠杆上升的高度；
（2）人做了多少总功；
（3）人做了多少额外功；
（4）杠杆的机械效率是多大.
分析 （1）如图5所示，由于动力臂是阻力臂的3倍，根据相似三角形可知■=■，由此可以求得手拉杠杆上升的高度．
（2）人做的总功是作用在机械上动力所做的功.因此用相关公式可以求得总功.
（3）额外功等于总功减去有用功，这里只要求得有用功即可.
（4）杠杆机械效率等于有用功与总功的比值.
解 （1）物体上升高度h=20cm=0.2m．
动力移动距离s=3h=3×0.2m=0.6m．
（2）人做的总功
W总=Fs=210N×0.6m=126J．
（3）W有=Gh=600N×0.2m=120J，
W额=W总-W额=126J-120J=6J．
（4）η=■×100％=■×100％=95.2%．
答 （l）手拉杠杆上升的高度为0.6m；
（2）人做了总功126J；
（3）人做了额外功6J；
（4）杠杆的机械效率是95.2%．
小结 杠杆机械效率计算题的解题技巧：
（1）有用功：用杠杆提升重物时克服物体的重力做的功，所以利用公式W有=Gh直接求得即可.
（2）总功：直接作用在杠杆上的动力F所做的功，因此W总=Fs.
（3）有用功率和总功率：
P有=■，P总=■.
滑轮组的机械效率范文第4篇
一、竖直使用的滑轮组
例题2.建筑工地上有一批重2540N的钢材，如图2所示，用一个滑轮组把它们提升到1.7m的高处。如果不考虑摩擦，也不考虑滑轮和绳子的重物，请解答下列问题：
（1）绳端拉力F是多少牛？
（2）绳端移动的距离是多少米？
（3）若考虑摩擦，滑轮和绳子的重、须在绳端施力800N，问滑轮组的机械效率是多少？
解析：使用滑轮组时，重物G由n段绳子承担，提起重物G所用的力F就是重物G的■；由于重物G是由n段绳子承担，当重物升高hm 时，绳末端移动的距离s=nhm；若考虑摩擦、滑轮和绳子的重，滑轮组的机械效率等于有用功和总功德比值。
二、水平使用的滑轮组
例题3.时代仓库管理是个爱动脑筋的人，他用如图3所示的滑轮组拉着货物在水平地面上匀速前进，如果在绳的端点A的作用力F=300N，重物与地面间的摩擦力f为多大？如果将重物移动的距离为s=1m，绳端A移动的距离为多少？（不计滑轮本身的质量以及轴与轮间的摩擦）
解析：本题中的滑轮组，右侧为定滑轮，左侧直接拉物体是动滑轮，与此动滑轮连接的绳子段数有3段，没段绳子的拉力是F，所以动滑轮拉物体的力F'=3F。对被拉物体再进行受力分析可知，重物在水平桌面上受到滑轮组对它的拉力和地面的摩擦力，又由于重物沿水平匀速运动，因此摩擦力与拉力大小相等。所以，滑轮对重物的作用力大小等于重物所受地面对它的摩擦力。f=F'=3F，将重物移动1m，与动滑轮连接的三段绳子的端点都应当移动1m，所以绳端A移动的距离应为3m。
我们已知的条件有：f=300m，s=1m
我们要计算的物理量是：f和s'
动滑轮拉物体的力F'=3F，由二力平衡条件可知；f=F'=3F=3×300N=900N
s'=3m=3×1m=3m
滑轮组的机械效率范文第5篇
一、省力与费力
杠杆判断 给出生活中常见的用杠杆原理工作的实物，让我们判断是省力杠杆还是费力杠杆.解这类题的方法是：第一步找支点，也就是杠杆绕着转动的固定点；第二步分清动力、阻力，一般把人、机械主动给出的力看做是动力，把物体对杠杆的作用力看做是阻力；第三步比较动力臂和阻力臂的大小.
例1 筷子是我国传统的用餐工具，它应用了杠杆的原理，如图1（a）所示.请你判断它是省力杠杆，还是费力杠杆.
分析 首先把其中一根筷子抽象出来（上面的那根），找出支点，再分析动力的方向和阻力的方向，并作出动力臂和阻力臂.筷子的抽象杠杆如图（b）所示，阻力方向如图中F2所示，手指在B点用力以夹住食物，筷子以C点为轴转动，所以C点是支点，B点是动力作用点，动力作用方向如图中F1所示，从图可以看出动力臂小于阻力臂，所以筷子是费力杠杆.
这类题通常以选择题或作图形式出现，属于比较简单的试题，常见的还有瓶盖起子、核桃夹子、医用镊子等，在完成作图题时一定要注意动力和阻力的作用点都要画在杠杆上，而不是物体上.
例2 图2所示为钓鱼竿钓鱼的示意图，O为支点，F1表示手对钓鱼竿的作用力，请在图中画出动力F1的力臂l1、鱼线对钓鱼竿阻力，并标出阻力符号.
分析 在此题中，很多同学会把阻力画成鱼的重力，虽然方向都是竖直向下的，但作用点不同，重力作用点在鱼上，阻力作用点在杠杆上，这一点请同学们必须细心.
滑轮组的判断 用滑轮组起吊重物时，不计摩擦和绳重，不计动滑轮重，则滑轮组用几段（n段）绳子吊起重物，提起重物的拉力就是物重的几（n）分之一，即F=■，而这几（n）段绳子是动滑轮上绳子的段数.
例3 借助简单机械将重物提升，若不计滑轮重及摩擦，以下装置最省力的是（ ）.
分析 A图中人直接提升重物，其用力大小就是物体的重力；B图中，在不计滑轮重和摩擦时，动滑轮上有两段绳子承担物重，故人用力F=■；C图中，人利用定滑轮提升重物，它不能省力，用力大小等于G；D图中，滑轮组的动滑轮上有三段绳子承担物重，故人用力F=■.D图中人用力最小.
这类问题需注意：若考虑动滑轮重，计算时可以将动滑轮重加到物重中去，即F=■；滑轮组绳子段数的确定是指动滑轮上的段数，和定滑轮无关.
二、做功与不做功
功由两个因素决定：一个是作用在物体上的力，另一个是物体在力的方向上通过的距离，两者缺一不可.若物体没有受到力的作用，由于惯性移动了一段距离，则不做功，例如在光滑的水平地面上滑动的小物块，是由于惯性而运动，虽然在水平方向上通过了距离，但并没有水平方向的力作用于它，所以没有力做功；若物体虽受到力的作用，但没有运动，则不做功，例如推一辆陷在泥泞中的轿车却没有推动，所以力不做功；若物体受到力的作用，也通过了距离，但物体受到力的方向跟它运动的方向垂直，则也不做功.例如人手提水桶在水平路上行走，水桶沿水平方向向前运动，这时人对水桶的力是竖直向上的，而水桶移动的距离是水平的，并没有向上移动，也是“劳而无功”.判断力对物体是否做功，就是以上面三种条件为依据的.
例4 在粗糙的水平面上，用100N的水平推力使一个重为500N的物体水平前进了10m，在此过程中（ ）.
A.推力做了1000W的功
B.推力做了1000J的功
C.重力做了5000J的功
D.重力做了5000W的功
分析 物体沿水平方向移动距离10m，推力是沿水平方向的，所以推力做功，其大小计算W=Fs=100N×10m=1000J；而重力方向竖直向下，与运动方向垂直，所以重力不做功.故正确答案为B.同学们的常见错误之一是：不分析某力是否做功，只要看到力和距离，就直接相乘，会错选C答案，也有些粗心的同学，把功的单位与功率的单位混淆，错选A.如其他条件不变，只把“在粗糙的水平面上”这一条件改成“在光滑水平面上”，B选项还是正确答案吗？其实，只要同学们抓住做功的两个必要因素，即能得出正确结论：重力是否做功，看物体在重力方向上有没有移动距离，若有，重力功就等于重力大小与在重力方向距离的乘积，和阻力无关；推力是否做功，看物体在推力方向上有没有移动距离，也与阻力无关.所以正确选项还是B.
三、功率与效率
功率是表示物体做功快慢程度的物理量，大小等于单位时间内做的功，计算公式是P=■，它与做功的多少和时间有关，做功多不一定功率大，功率越大的机器做功越快，但不一定做功越多；在相同的时间内做功多的功率就大；做功相同时，做功时间少的功率就大.
机械效率是有用功与总功的比值，计算公式是η=■×100%，有用功占总功比值越大，机械效率越高.机械效率和功率没有必然关系，也就是说，机械效率高的，功率不一定大，功率大的，机械效率也不一定高.
例5 关于功率和机械效率，下列说法正确的是（ ）.
A.功率大的机械，有用功和总功的比值可能小
B.做功多的机械，机械效率一定高
C.省力的机械，机械效率一定高
D.两种机械所做的有用功相等时，它们的机械效率一定相等
分析 A选项中“有用功和总功的比值”就是机械效率，根据我们前面的分析：功率大的机械，效率不一定高，也可能小，所以A正确；B选项中“做功多”应该是机械的总功多，但有用功在总功中占的比例不一定大，所以B错；C选项中的“省力机械”只能说明使用机械用力比不用机械要少，但机械省力不省功，所以不能说明其机械效率高，C错；D选项中的“两种机械所做的有用功相等”，不能说明总功也相等，根据机械效率的定义式η=■×100%，机械效率不一定相等，故D也错.
理解总功、有用功和额外功三个概念，是解决机械效率问题的关键.做相同的有用功，额外功越少，机械效率越高，即额外功会影响到机械效率.
例6 某实验小组测一滑轮组机械效率的数据如下表：
根据数据发现：用同一滑轮组提升不同重物至同一高度，克服动滑轮的重所做的额外功 （相同/不同）；提升的物重增加时，克服摩擦和绳重所做的额外功 （变大/变小/不变）.
分析 对克服动滑轮重所做的额外功而言，题中“同一滑轮组”说明动滑轮重相同，“提升不同重物至同一高度”这句话的关键词是“同一高度”，克服动滑轮所做的额外功可以根据公式W动=G动h计算，且与物重没有关系，大小都等于0.053J，所以第一空填“相同”；而“克服摩擦和绳重所做的额外功”本题中无法用W=Fs计算得出，需要从表格中数据去分析：每一次克服摩擦和绳重所做的额外功W额外=W总-W有
-W动，所以第一次做的额外功W额外1=0.21J
