滑轮及功 第4讲.docx
- 文档编号:12839811
- 上传时间:2023-06-08
- 格式:DOCX
- 页数:25
- 大小:441.58KB
滑轮及功 第4讲.docx
《滑轮及功 第4讲.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《滑轮及功 第4讲.docx(25页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
滑轮及功第4讲
DSE五星级专题系列滑轮组及功专题复习第4讲
1、知识要点复习
一、滑轮
1、定滑轮:
①定义:
中间的轴固定不动的滑轮。
②实质:
定滑轮的实质是:
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)
2、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。
④理想的动滑轮(不计轴间摩擦和动滑轮重力)则:
F=12G只忽略轮轴间的摩擦则拉力F=12(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)
3、滑轮组
①定义:
定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。
②特点:
使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向
③理想的滑轮组(不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力)拉力F=1nG。
只忽略轮轴间的摩擦,则拉力
F=1n(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)
④组装滑轮组方法:
首先根据公式n=(G物+G动)/F求出绳子的股数。
然后根据“奇动偶定”的原则。
结合题目的具体要求组装滑轮。
二、功
1、力学里所说的功包括两个必要因素:
一是作用在物体上的力;二是物体在力的方向上通过的距离。
2、不做功的三种情况:
有力无距离、有距离无力、力和距离垂直。
巩固:
☆某同学踢足球,球离脚后飞出10m远,足球飞出10m的过程中人不做功。
(原因是足球靠惯性飞出)。
3、力学里规定:
功等于力跟物体在力的方向上通过的距离的乘积。
公式:
W=FS
4、功的单位:
焦耳,1J=1N·m。
把一个鸡蛋举高1m,做的功大约是0.5J。
5、应用功的公式注意:
①分清哪个力对物体做功,计算时F就是这个力;②公式中S一定是在力的方向上通过的距离,强调对应。
③功的单位“焦”(牛·米=焦),不要和力和力臂的乘积(牛·米,不能写成“焦”)单位搞混。
三、功的原理:
1、内容:
使用机械时,人们所做的功,都不会少于直接用手所做的功;即:
使用任何机械都不省功。
2、说明:
(请注意理想情况功的原理可以如何表述?
)
①功的原理是一个普遍的结论,对于任何机械都适用。
②功的原理告诉我们:
使用机械要省力必须费距离,要省距离必须费力,既省力又省距离的机械是没有的。
③使用机械虽然不能省功,但人类仍然使用,是因为使用机械或者可以省力、或者可以省距离、也可以改变力的方向,给人类工作带来很多方便。
④我们做题遇到的多是理想机械(忽略摩擦和机械本身的重力)理想机械:
使用机械时,人们所做的功(FS)=直接用手对重物所做的功(Gh)
3、应用:
斜面
①理想斜面:
斜面光滑
②理想斜面遵从功的原理;
③理想斜面公式:
FL=Gh其中:
F:
沿斜面方向的推力;L:
斜面长;G:
物重;h:
斜面高度。
如果斜面与物体间的摩擦为f,则:
FL=fL+Gh;这样F做功就大于直接对物体做功Gh。
四、机械效率:
1、有用功:
定义:
对人们有用的功。
公式:
W有用=Gh(提升重物)=W总-W额=ηW总
斜面:
W有用=Gh
2、额外功:
定义:
并非我们需要但又不得不做的功
公式:
W额=W总-W有用=G动h(忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组)
斜面:
W额=fL
3、总功:
定义:
有用功加额外功或动力所做的功
公式:
W总=W有用+W额=FS=W有用/η
斜面:
W总=fL+Gh=FL
4、机械效率:
①定义:
有用功跟总功的比值。
②公式:
斜面:
定滑轮:
动滑轮:
滑轮组
③有用功总小于总功,所以机械效率总小于1。
通常用百分数表示。
某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。
④提高机械效率的方法:
减小机械自重、减小机件间的摩擦。
五、功率:
1、定义:
单位时间里完成的功
2、物理意义:
表示做功快慢的物理量。
3、公式:
=Fv
4、单位:
主单位W常用单位kWmW马力
换算:
1kW=103W1mW=106W1马力=735W
某小轿车功率66kW,它表示:
小轿车1s内做功66000J
5、机械效率和功率的区别:
功率和机械效率是两个不同的概念。
功率表示做功的快慢,即单位时间内完成的功;机械效率表示机械做功的效率,即所做的总功中有多大比例的有用功。
六、机械能
(一)、动能和势能
1、能量:
一个物体能够做功,我们就说这个物体具有能
理解:
①能量表示物体做功本领大小的物理量;能量可以用能够做功的多少来衡量。
②一个物体“能够做功”并不是一定“要做功”也不是“正在做功”或“已经做功”如:
山上静止的石头具有能量,但它没有做功。
也不一定要做功。
2、知识结构:
3、机械能:
动能和势能统称为机械能。
理解:
①有动能的物体具有机械能;②有势能的物体具有机械能;③同时具有动能和势能的物体具有机械能。
(二)、动能和势能的转化
1、知识结构:
2、动能和重力势能间的转化规律:
①质量一定的物体,如果加速下降,则动能增大,重力势能减小,重力势能转化为动能;
②质量一定的物体,如果减速上升,则动能减小,重力势能增大,动能转化为重力势能;
3、动能与弹性势能间的转化规律:
①如果一个物体的动能减小,而另一个物体的弹性势能增大,则动能转化为弹性势能;
②如果一个物体的动能增大,而另一个物体的弹性势能减小,则弹性势能转化为动能。
4、动能与势能转化问题的分析:
⑴首先分析决定动能大小的因素,决定重力势能(或弹性势能)大小的因素——看动能和重力势能(或弹性势能)如何变化。
⑵还要注意动能和势能相互转化过程中的能量损失和增大——如果除重力和弹力外没有其他外力做功(即:
没有其他形式能量补充或没有能量损失),则动能势能转化过程中机械能不变。
⑶题中如果有“在光滑斜面上滑动”则“光滑”表示没有能量损失——机械能守恒;“斜面上匀速下滑”表示有能量损失——机械能不守恒。
(三)、水能和风能的利用
1、知识结构:
2、水电站的工作原理:
利用高处的水落下时把重力势能转化为动能,水的一部分动能转移到水轮机,利用水轮机带动发电机把机械能转化为电能。
二、例题分析
1、有一个结构不明的滑轮组,只知道拉力F向下拉绳子时,每拉下12m,重物就上升3m,拉力F=400N,重物为多大,试画出滑轮的结构图。
解:
对于滑轮组的问题,要弄清:
(1)绳端移动的距离s与重物上升的距离h,绳子的段数n之间的关系是s=nh;
(2)判断滑轮组绕绳的段数的方法,用一条虚线把动滑轮组和定滑轮“切割”开,再数直接与动滑轮组相连的“绳子段”有几(n)个,就有几(n)段绳;(3)滑轮组上的绳的绕法有两种:
一是将绳的一端固定在动滑轮的钩上,拉力方向向上。
二是将绳的一端固定在定滑轮的钩上,拉力方向向下。
s=nh
n=
F=
G=nF=4
400N=1600N
滑轮组的结构如图所示
2、如图甲所示,用F=10N的力,拉着物体在地面上匀速运动,则物体与地面的摩擦力是多大?
若物体向前移动1m,绳子要拉过多少m?
解:
由图甲可知,滑轮组用3段绳子拉物体运动,我们对滑轮B及物体进行受力分析,如图乙所示,
设摩擦力为f。
F1=3F,f=F1’而F1’=F1
则f=F1=3F=3
若物体移动1m,动滑轮上三段绳子都要移动1m,故绳子自由端需拉过3m。
3、用100N水平拉力,将质量为100kg的物体沿水平地面匀速拉动10m,则拉力对物体做多少功?
重力对物体做多少功?
物体受到的阻力是多少?
解:
物体在水平面上作匀速直线运动,共受四个力作用,水平方向有拉力F和磨擦力f,竖直方向有重力G和支持力N,物体受力情况如图所示,物体沿拉力F方向移动10m,拉力F做功:
WF=F
重力G的方向与物体移动方向垂直,重力做功为零,WG=0。
因物体在水平面上作匀速直线运动,根据N顿第一定律
可知:
f=F=100N。
4、一台拖拉机耕地的最大牵引力是2.5
N,若每小时拖拉机行驶7.2千m,它的功率多大?
每小时作功多少?
解:
拖拉机功率:
拖拉机速度:
∴
拖拉机每小时作功:
5、在100m深的矿井里,每分钟积水9m3,要想不让水留在矿井里,应该用至少多大功率的水泵抽水?
解:
每分钟泵抽起水的重力G=
,水泵克服重力做功
完成这些功所需时间
∴
=
=147000W=147(kW)
6、某人用如图所示的滑轮组(不计磨擦)提升某一重物,所用拉力F为200N,若滑轮组的机械效率为80%。
求
(1)被提升的物重?
(2)动滑轮重?
解:
(1)
∴
(2)
有
7、如图是一个竖直放置的半圆轨道半径R=1米,G=1牛的小球从A点由静止滚下,
(1)小球滚到最低点O时重力做功W多大。
(2)小球滚到与A点等高的B点后还能上升吗?
解:
(1)小球由A运动到O,竖直方向移动的距离h=R=1米,
故重力做功W=Gh=1×1焦=1焦
(2)由B点与A点等高,小球在B点的势能与A点的势能相等,由机械能守恒定律可知,小球到B点后不能再上升。
8、射箭时,能的转化关系是怎样的,为什么拉满弓时射出的箭速度更快?
解:
拉弓时,使弓形变,人对弓做功转化为弓的弹性势能。
放手后,弓对箭做功,弓的弹性势能转化为箭的动能使箭以很大速度射出,弓弦拉得越开(即拉满弓)弓的形变越厉害,弓所储藏的弹性势能越多,箭射出时的动能更大,速度也更快。
9、判断下列几种情况下物体的动能、势能是否变化?
是增大还是减小?
(1)汽车沿着斜坡匀速上行
(2)电梯上升得越来越快
(3)皮球在空中下落(4)汽车在平直马路上匀速前进
答
(1)汽车沿斜坡匀速上行的过程中,汽车的高度越来越高,所以它的势能增大,由于汽车速度保持不变,所以它的动能不变。
(2)电梯上升,高度增加,所以电梯的势能增加,电梯速度越来越快,所以它的动能不断增加。
(3)皮球从空中下落,高度越来越小,速度越来越大,所以皮球的势能减小,动能增大。
(4)汽车在平直马路上匀速前进,它的高度不变,速度也不变,所以汽车的动能和势能都没有发生变化。
10、图中所示装置的机械效率是90%,物体A在拉力F的作用下,以1.5米/秒的速度在水平面上匀速移动。
已知物体A重200牛,A运动时受的阻力是72牛,求拉力F的功率。
分析:
此题中机械克服物体A与水平面的摩擦阻力做的功是有用功,而不是克服物体的重力所做的功,所以物体A重200牛,是多余的条件,拉力F做的功是总功。
拉力F移动的距离S拉与物体A移动的距离S物之间的关系是:
S物=3S拉,拉力F匀速移动的速度V拉与物体A移动的速度之间的关系是
V物=3V拉
解:
拉力F的大小可由下式求得
∵η=
∴F=
拉力F的功率:
P=FV拉=F
三、巩固训练
一、填空题
1.定滑轮实质是_____杠杆,使用定滑轮可以改变________,但它不能_______。
2.动滑轮实质是______________的杠杆,使用动滑轮可以_______力,但_______改变力的方向。
3.如图所示的甲、乙两个装置中各使用了一个滑轮。
其中甲图中的滑轮是_____滑轮,乙图中的滑轮是_____滑轮。
4.用一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组提升重物时,人对绳子的拉力是70N,则可匀速提起_____N或_____N的重物。
5.如图所示,有四个滑轮组,若分别用来把60N的重物提起。
在动滑轮、绳重和摩擦不计的情况下,则F1=_____N,F2=_____N,F3=_____N,F4=_____N。
二、选择题
6.如图所示的滑轮匀速提升重物,那么
A.F1方向的拉力最小
B.F2方向的拉力最小
C.F3方向的拉力最小
D.三个方向的拉力都一样大
7.如图所示的装置中,甲物重5N,乙物重3N。
甲、乙均保持静止状态,不计弹簧测力计自重。
则甲受到的合力和弹簧测力计的示数分别是
A.0N,3NB.0N,5N
C.2N,5ND.2N,3N
8.如图所示,动滑轮重2N,弹簧秤的示数为10N,则拉力F和物体的重为
A.20N,18NB.10N,18N
C.18N,10ND.20N,20N
9.在不计机械自重和摩擦的情况下,能用10N的拉力不能提起重20N物体的简单机械是
A.一个动滑轮B.一个定滑轮
C.杠杆D.一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组
10.如图所示,用三种不同的方式分别拉同一物体在水平地面上做匀速直线运动,所用拉力分别为F1、F2和F3,则它们的大小关系正确的是
A.F3<F1<F2B.F1<F2<F3C.F2<F1<F3D.F3<F2<F1
11.使用滑轮组可以达到的目的是
A.省力而且一定能改变力的方向B.省力但不可能改变力的方向
C.省力而且能省距离D.能省力而且也可以改变力的方向
12.一位同学双手的最大拉力为500牛,现在他用一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组,最多能提起的物重为
A.500牛 B.1000牛C.1500牛 D.250牛
13.如图2所示装置中,若拉力F=4N,则甲、乙两弹簧的读数分别为()
A.8N,8NB.12N,8NC.8N,12ND.12N,12N
14.如图3所示,G1=20N,台秤示数8N,不计滑轮重,物体G2重()
A.2NB.18N
C.28ND.20N
三、强化训练
1、如图所示,动滑轮重为50牛顿,绳重和摩擦不计,人对绳子的拉力是260N,则物重是N;若重物上升的高度是0.2m,则绳子自由端下降m。
2、如图5所示,当物体A在滑轮作用下沿水平面匀速运动时,
弹簧测力计1示数为30N,则测力计2示数为____N,A受到的
摩擦力为____N。
(测力计及滑轮重不计)
3、在水平桌面上放一个200N的重物,现用如图6所示装置
将物体匀速拉动,物体与桌面的摩擦力是48N,不考虑滑轮重力和滑轮与绳
间摩擦,水平拉力F为______N。
若绳子自由端移动速度为0.6m/s,则物体移动速度为_____。
4.如右图所示,木块在桌面上匀速滑动,拉力F为2牛,木块所受摩擦力为____牛。
5.如右图,滑轮A上挂一重10牛的物体B,C为固定点(地面),当滑轮A
在力F的作用下向上匀速上升时,滑轮A的速度为重物B上升时速度的_______
倍,力F应为______牛(滑轮A和绳重及摩擦均不计)。
四、作图题:
1.如图所示,每个滑轮(不分大小)重为5N,要提升的重物重为120N,用来串绕滑轮组的绳子能承受的最大拉力是30N。
画出能安全提升重物的滑轮组的绕法。
3.根据图中的省力要求,画出绕绳子的方法(不计摩擦及滑轮重).
四、拓展训练
1.天津在支援四川德阳地区抗震救灾活动中,一辆满载物资的总重为G牛顿的运输车,将物资沿ABCD路线运至D处,AB段海拔高度为h。
米,CD段海拔高度为h2米,如图l4甲所示。
在整个运输过程中,汽车以恒定速度v米/秒运动,汽车t=0时经过A处,tl时经过B处,t2时经过C处,在此过程中汽车牵引力功率P随时间,变化的图象可简化为图l4乙所示(P1、P2、tl和t2也为已知量)。
(1)请分析说明汽车在AB段和BC段运动时牵引力的大小关系。
(2)请朋已知量求汽车沿斜坡BC段运动时所受总阻力的表达式(总阻力包括摩擦力和空气阻力)。
答案:
(1)汽车在BC段运动时牵引力较大。
(1分)
设汽车的牵引力为F,根据
又因为P2大于Pl且
速度秒一定,所以汽车在BC段运动时牵引力较大。
(1分)
(2)设BC段长为L、高为h,由功的关系可得
当堂过手训练
1.如图甲所示,水平地面上的一物体,受到方向不变的水平推力F的作用,F的大小与时间t的关系和物体速度v与时间t的关系如图乙所示。
则第2秒末时,物体处于__________状态,第6秒末到第9秒末,推力F做功是_________焦耳。
答案:
静止24
2.杭州市政府投巨资于民生工程,对背街小巷实施景观改造。
施工中,一建筑工人用滑轮组提升重为220N的泥桶,动滑轮重为20N,不计摩擦及绳重(如右图所示)。
若工人在5s内将泥桶匀速提高2m.求:
(1)工人使用滑轮组时做的有用功为焦。
(2)工人拉绳子的力为牛;拉力的功率为瓦。
(3)滑轮组的机械效率为
答案:
(1)440
(2) 80 96 (3) 91.7%
3.如图8所示,在拉力F作用下,物体A在水平桌面上以速度v向右匀速运动了距离S,已知A的重力为G,桌面对A的摩擦力为f(滑轮及绳重不计)。
则下列说法正确的有()
A.有用功为FvB.拉力做功为3FS
C.拉力做功的功率为3FvD.装置的效率为
答案:
BCD
4.小强利用如图所示的滑轮组去拉物体,使重为2000N的物体A在3s内沿水平方向匀速移动了6m,若A所受地面的摩擦力Ff=600N,小强所用拉力F=250N,则拉力F的功率为W,该装置的机械效率是.
答案:
150080%
5.爸爸想移动一个重箱子,小鹏帮助爸爸采用了如图所示的装置,如果箱子重为1200N,所用水平拉力F为1000N,箱子以0.1m/s的速度做匀速直线运动,若滑轮组的机械效率为90%,则在5s内拉力F所做的功是J,箱子与水平地面之间的摩擦力为N.
答案:
15002700
6.如图所示,在研究斜面机械效率时,伟华同学用160N的力将重为240N的箱子沿斜面从底部推到高为
100cm的顶端,已知斜面长为300cm,则他所做的有用功是_________J,总功是__________J,机械效率是_____________。
答案:
24048050%
7.如图所示,已知斜面长5m,高2m,拉力为50N。
利用这个装置将重为100N的物体在5s内匀速从斜面的底端拉到顶端。
则拉力做功的功率为________W,该装置的机械效率为_________。
答案:
100、40%
8.小明在探究利用杠杆做功的实践活动中,所用的杠杆是一根重为5N、质量均匀的硬棒。
他将棒的一端固定,把重为15N的重物挂在棒的中点,然后用手竖直提起棒的另一端,如图11所示。
若把重物提升了lOcm,则小明使用杠杆所做的有用功为______J,机械效率是_______。
答案:
1.575%
9.滑轮重和摩擦忽略不计体重为500N的人站在升降平台上拉绕过定滑轮的绳子平台重100N要使人和平台匀速向上运动人拉绳的力应是_______。
三、计算题
1.图甲是建筑工地上常见的塔式起重机示意图。
这种起重机主要用于房屋建筑施工中物料的竖直或水平输送。
(1)由杠杆的平衡条件可知,塔式起重机的起重量随起吊幅度而变化,起吊幅度越大,起重量。
(2)某塔式起重机是通过电动机带动如图乙所示滑轮组竖直起吊物料的。
已知起吊重为3×104N的物料时,电动机的输出功率为60kW,物料匀速上升的速度为1.5m/s。
试求:
①电动机作用在滑轮组上的水平拉力F;
②这次起吊时滑轮组的机械效率。
答案:
(1)越小
(2)①F=
=2×104N
②η=
=75%
或η=
=75%
2.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)
3.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。
4.在地震灾区全面恢复重建的热潮中,推土机发挥了重要作用。
现有一履带式推土机,其发动机额定功率为120kw,质量为1.5×104kg.,每条履带与地面的接触面积为1.25m2,求:
(1)推土机对水平地面的压强;
(2)若推土机的牵引力用F表示,速度用
表示,发动机的功率用P表示;请你推导出
F、
和P之间的关系式:
P=F
;
(3)当推土机以额定功率进行推土作业时,在平直的场地上以5.4km/h的速度匀速前进了15m,推土机受到的阻力和推土机所做的功是多少?
答案:
5.如图所示,重500N的人站在重100N的吊篮内使吊篮和他一起匀速上升.不计滑轮重及摩擦,求:
(1)人拉绳子的力是多大?
(2)人对吊篮的压力是多大?
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 滑轮及功 第4讲 滑轮