图1中力F$_1$水平拉动重为G的物体A在水平路面匀速移动了s.改用滑轮组拉动A在同一路面匀速移动了s,拉力为F$_2$(如图2).此过程滑轮组( )
分析:
(1)影响摩擦力的因素:压力和接触面的粗糙程度;
(2)匀速运动,拉力等于摩擦力;
(3)直接拉物体的力做的功为有用功;通过滑轮组拉物体做的功为总功,总功减去有用功为额外功,有用功与总功的比值为机械效率.
解答:
解:
图1中,因为物体做匀速运动,拉力和摩擦力平衡,所以F$_1$=f;
图2中,同一物体在同一路面上匀速运动,因为压力大小不变,接触面的粗糙程度不变,所以摩擦力不变,物体A受到的摩擦力仍为f=F$_1$,
A、因为滑轮组中有3段绳子拉着物体,所以s′=3s,此滑轮组的总功为:W_总=F$_2$×3s=3F$_2$s,故A错误;
BD、此滑轮组的有用功:W_有用=fs=F$_1$s,则额外功为:W_额=W_总﹣W_有用=3F$_2$s﹣F$_1$s,故B错误,D正确;
C、此滑轮组的机械效率为:η=$\frac {W_有用}{W_总}$=$\frac {F$_1$s}{3F$_2$s}$=$\frac {F$_1$}{3F$_2$}$,故C错误.
故选D.
如图用一个动滑轮把一个重为100N的沙袋从地面提高到9m的脚手架上,所用的力F是60N,则该动滑轮( )
分析:
(1)题中使用的是动滑轮,使用动滑轮可以省力,但不能改变用力的方向.
(2)使用任何机械都不省功.
(3)已知物体重和升高的高度,根据公式W=Gh可求有用功.
(4)已知拉力和动滑轮上绳子的段数,根据公式W=FS可求总功,有用功与总功的比值就等于机械效率.
解答:
A、动滑轮可以省力,但不能改变用力的方向.选项错误:
B、使用动滑轮不能省功.选项错误;
C、有用功:W_有=Gh=100N×9m=900J.选项错误;
D、动滑轮上有两段绳子,所以拉力移动的距离是物体升高高度的2倍,s=2h=2×9m=18m
总功:W_总=Fs=60N×18m=1080J.
机械效率:η=$\frac {W_有}{W_总}$×100%=$\frac {900J}{1080J}$×100%≈83.3%.选项正确.
故选D.
点评:
本题考查有动滑轮的特点、功的原理、用功、总功、机械效率的计算,关键是公式的应用,难点是动滑轮上绳子的段数的分析
(多选)如图所示利用滑轮组提升建筑材料,建筑材料重600N,上升的速度为1m/s,动滑轮重120N,(不计绳重和摩擦),则下列判断正确的是( )
分析:
(1)根据v=nv_物计算绳子自由端移动的速度;
(2)先根据F=$\frac {1}{n}$(G+G_轮)求出拉力的大小,然后利用P=FV求出拉力的功率;
(3)根据η=$\frac {W_有}{W_总}$=$\frac {Gh}{FS}$=$\frac {G}{nF}$即可求出滑轮组的机械效率.
解答:
解:根据图示可知,n=2;
A、自由度绳子移动的速度:v=2v_物=2×1m/s=2m/s;故A错误;
B、F=$\frac {1}{2}$(G+G_轮)=$\frac {1}{2}$×(600N+120N)=360N,则拉力F的功率:P=Fv=360N×2m/s=720W;故B正确;
CD、滑轮组的机械效率:η=$\frac {W_有}{W_总}$=$\frac {Gh}{FS}$=$\frac {G}{2F}$=$\frac {600N}{2×360N}$=83.3%,故C正确,D错误.
故选BC.
点评:
本题考查了速度、功、功率、机械效率的计算,关键是V=nV_物和F=$\frac {1}{n}$(G+G_轮)的应用.
分析:
解答:
点评:
此题考查了动滑轮的特点及机械效率的计算.动滑轮由两段绳子承担物重,所以可以省一半的力,但费距离.同时要掌握机械效率的求法,将其与功率区别开来.
如图所示,小李用机械效率为80%的滑轮组提升重240N的物体,使物体匀速上升了2m,则他做的有用功是J,额外功是J.
分析:
知道物体重和被提升的高度,可用公式W=Gh求使用滑轮组做的有用功;总功可用机械效率η=$\frac {W_有用}{W_总}$关系式求解,使用滑轮组所做的额外功W_额外=W_总-W_有.
解答:
解:
使用滑轮组做的有用功:
W_有=Gh=240N×2m=480J,
∵η=$\frac {W_有用}{W_总}$,
∴W_总=$\frac {W_有用}{η}$=$\frac {480J}{80%}$=600J;
W_额外=W_总-W_有=600J-480J=120J.
故答案为:480;120.
点评:
解决此类问题的关键是知道机械效率的定义式,弄清总功、有用功和额外功三者之间的关系.
如图所示,拉力F使物体竖直匀速上升,下列说法正确的是( )
分析:
用拉力F使物体竖直匀速上升,目的就是为了把物体提升一定的高度(提升重物做的功为有用功),拉力还要克服动滑轮重力和摩擦力做功(额外功),动滑轮上绳子段数为3段,滑轮组的机械效率η=$\frac {W_有}{W_总}$=$\frac {Gh}{Gh+G_动h}$=$\frac {G}{G+G_动}$,滑轮组的机械效率与提升的物重和动滑轮重有关.
解答:
解:A、W_总=Fs为拉力做的功是总功,故A错;
B、提升物体做的功为有用功W_有用=Gh,克服动滑轮重力和摩擦力做的功为额外功,故B正确;
C、由图知,n=3,所以拉力F移动的距离是物体移动距离的3倍,故C错;
D、滑轮组的机械效率η=$\frac {W_有}{W_总}$=$\frac {Gh}{Gh+G_动h}$=$\frac {G}{G+G_动}$,动滑轮的重力不变,也就是说额外功不变,增加物体的重力,就可增加有用功占总功的比值,可增大机械效率,故D错.
故选B.
点评:
本题考查有用功、总功和额外功的意义以及动滑轮上绳子的段数,难点是机械效率变形公式的推导,要记住增加物体重力可以增加滑轮组的机械效率这一知识点.
用图甲、乙两种方式匀速提升重为100N的物体,已知滑轮重20N、绳重和摩擦力不计.则( )
分析:
解决此题要知道定滑轮是轴固定不动的滑轮,动滑轮是轴随被拉物体一起运动的滑轮; 使用定滑轮不省力但能改变力的方向,使用动滑轮能省一半力,但费距离;
求解机械效率可以利用公式η=$\frac {W_有}{W_总}$×100%,其中W_有是克服物体重力做的功,W_总是拉力做的功.
解答:
解:由图可知,甲滑轮是定滑轮,使用该滑轮不省力,所以拉力等于物体的重力;
乙滑轮是动滑轮,使用该滑轮可以省一半的力,即拉力等于物体和滑轮总重力的一半,则手的拉力:F_甲>F_乙;
两幅图中的W_有是克服物体重力做的功是相同的,但乙图中拉力做功要克服动滑轮的重力做功,比甲图中做的总功要多,所以结合机械效率公式η=$\frac {W_有}{W_总}$×100%可知,有用功相同时,总功越大的,机械效率越小;
故选D.
点评:
此题考查了定滑轮和动滑轮的工作特点,并比较了它们之间的机械效率,知道定滑轮和动滑轮的总功区别之处.
用四个相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,用它们提起相同的货物,不计绳子与滑轮的摩擦,则( )
分析:
滑轮组省力情况的计算,主要看有几段绳子承担物重,或看有几段绳子连着动滑轮;机械效率是指有用功占总功的比值,总功又包括有用功与额外功,这里我们可以分析产生额外功的原因有哪些,进而确定额外功是否相同,并分析机械效率的情况.
解答:
读图可知,甲滑轮组有两段绳子与动滑轮相连,乙滑轮线有三段绳子与动滑轮相连,因此,乙滑轮组较省力;
由题意可知,两个滑轮组所做的有用功是相同的.分析产生额外功的因素可知,动滑轮和绳重相同、摩擦不计,因此,额外功也是相同的.所以它们所做的总功=有用功+额外功,也是相同的.进而得出,甲、乙滑轮组的机械效率是相同的.
故选B.
点评:
此题考查了滑轮组省力情况的分析,关键在于数对承担物重的绳子的段数,即与动滑轮连接的绳子的段数;同时还应学会分析滑轮组的有用功、额外功、总功的大小,进而确定滑轮组机械效率的高低.
在不计摩擦和绳子质量的情况下,分别使用定滑轮、动滑轮、滑轮组(两个定滑轮和两个动滑轮)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,则下列选项正确的是( )
分析:
克服物体的重力所做的功是有用功,由题知匀速提升同一物体到同一高度处,可知做的有用功相同;不计绳子质量和摩擦,额外功W_额=G_轮h,知道使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为0、1、2,可以得出做的额外功的大小关系,由于W_总=W_有用+W_额,可以得出所做的总功的大小关系,再利用效率公式比较三种情况下机械效率的高低.
解答:
解:∵匀速提升同一物体到同一高度处,
∴三种情况下做的有用功相同,大小都为W_有用;
∵不计绳子质量和摩擦,
∴使用滑轮做的额外功:W_额=G_轮h,
又∵使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的动滑轮的个数为0、1、2,
∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组做的额外功:W_额1<W_额2<W_额3,
∵W_总=W_有用+W_额,
∴三种情况下做的总功:W_定<W_动<W_组,
∵η=$\frac {W_有用}{W_总}$,
∴使用定滑轮、动滑轮、滑轮组的机械效率:η_定>η_动>η_组.
故选A.
点评:
本题考查了有用功、额外功、总功、机械效率的计算,难点是额外功的求法,因此利用好不计摩擦和绳的质量时W_额=G_轮h是本题的关键.
如图所示物体重G=180N,若将物体匀速提高h=2m,需要用F=80N的拉力.则拉力F做的功和滑轮组的机械效率分别是( )
分析:
由滑轮组的特点求得拉力的前进的距离,由功的公式即可求出拉力的功;求出拉力做的有用功,由效率公式可求得机械效率.
解答:
解:物体升高了2m,则拉力的作用点运动了L=2m×3=6m,则拉力的功为W=FL=80N×6m=480J;
有用功W_有=Gh=180N×2m=360J,则机械效率η=$\frac {W_有}{W}$$\frac {360J}{480J}$×100%=75%;
故选D.
点评:
本题考查滑轮组的特点及功的公式,均为中考的重点及热点,应重点把握.
用图示滑轮组提升100N重物时,机械效率为50%;用同一滑轮组提起300N重物,重物以2m/s速度匀速上升5s时(不计绳重与摩擦),下列说法不正确的是( )
分析:
由\eta =$\frac {W_有用}{W_总}$=$\frac {Gh}{Gh+G_轮h}$可求动滑轮重;此滑轮组经过动滑轮的绳子股数为2股,故绳子移动的距离是重物的2倍,克服重物上升所做的功为有用功,拉力所做的功为总功,利用功的公式W=Fs,F=$\frac {1}{2}$(G′+G_轮),s=2h=2vt可求,拉力的功率P=$\frac {W}{t}$;最后由机械效率公式求解
解答:
解:A.、不计绳重与摩擦,由\eta =$\frac {W_有用}{W_总}$=$\frac {Gh}{Gh+G_轮h}$=$\frac {G}{G+G_轮}$可得,动滑轮的自重:
{G_轮}=\frac{G}{\eta}-G=$\frac {100N}{50%}$-100N=100N,故A正确;
B.、由图可知,n=2,
用同一滑轮组提起300N重物,此时绳端的拉力:
F′=$\frac {1}{2}$(G′+G_轮)=$\frac {1}{2}$(300N+100N)=200N,
由v=$\frac {s}{t}$可得,物体提升的高度:h=vt=2m/s×5s=10m,
则绳子自由端移动的距离:s=2h=2×10m=20m,
此时拉力做的功:W=F′s=200N×20m=4000J,故B正确;
C、拉力做功功率:P=$\frac {W}{t}$=$\frac {4000J}{5s}$=800W,故C错误;
D、滑轮组的有用功:W_有用=G′h=300N×10m=3000J,
滑轮组的机械效率:\eta =$\frac {W_有用}{W_总}$=$\frac {3000J}{4000J}$×100 % =75 % ,故D正确
故选C
点评:
此题型是利用滑轮组的相关知识作基础,结合功、功率和机械效率的公式进行求解
如图所示,物体重180N,动滑轮重10N,小明用100N的拉力(方向不变)将物体匀速提升2m,用了10s,则此过程中有用功是J,额外功是J,拉力的功率是W,滑轮组的机械效率是%
分析:
(1)根据W_有用=Gh求出所做的有用功;
(2)根据W_总=Fs求出做功;然后根据W_额外=W_总﹣W_有用即可求出W_额外;
(3)根据P=$\frac {W}{t}$算出拉力的功率;
(4)知道有用功和总功,根据效率公式求出滑轮组的机械效率
解答:
解:(1)滑轮组提升重物时所做的有用功:
W_有=Gh=180N×2m=360J;
(2)(3)由图知有2段绳子拉着物体,s=2h=2×2m=4m,
拉力所做的总功:
W_总=Fs=100N×4m=400J,
拉力所做的总功的功率:P=$\frac {W}{t}$=$\frac {400J}{10s}$=40W;
则W_额外=W_总﹣W_有用=400J﹣360J=40J,
(4)滑轮组的机械效率:
\eta =$\frac {W_有用}{W_总}$×100 % =$\frac {360J}{400J}$×100 % =90%
故答案为:360;40;40;90%
如图所示,某工地用滑轮组将重为5000N的货物匀速提升6m,所用时间为20s,在绳的末端所用拉力为2200N,下列说法错误的是( )
分析:
A、轴的位置不变滑轮叫定滑轮,其作用是改变力的方向;随物体一起运动的滑轮叫动滑轮,使用动滑轮可以省力;
B、利用W=Gh求提升货物过程中的有用功;
C、由图知n=3,则拉力端移动距离s=3h,利用W=Fs求拉力做的总功,再利用P=$\frac {W}{t}$求拉力做功功率;
D、提高滑轮组机械效率的方法:一是增加提升的货物重,二是减轻动滑轮重力、减小摩擦.
解答:
解:
A、M处滑轮的轴的位置不变,是定滑轮,其作用是改变力的方向,故A正确;
B、提升货物过程中的有用功W_有用=Gh=5000N×6m=3×10_J,故B正确;
C、由图知n=3,则拉力端移动距离s=3h=3×6m=18m,
拉力做的总功W_总=Fs=2200N×18m=3.96×10_J,
拉力做功功率:
P=$\frac {W_总}{t}$=$\frac {3.96×10_J}{20s}$=1980W,故C错;
D、只增加货物所受的重力,有用功增加,额外功不变,有用功占和总功的比值变大,滑轮组的机械效率也会随之增大,故D正确.
故选C.