在日常生活中,人們常常為了省力或省距離而使用滑輪架。 為了充分發揮小車架的作用,需要考慮效率問題。 高效的臺車架將使工作更加方便。 很多中學生在學習了滑輪架的機械效率后,在解題時經常會出錯。 本文通過實例分析中學生容易出錯的問題,與大家一起闡述。
問題一:無法正確理解有用功和額外功。
例:如圖1所示,重200N的物體由滑輪架以恒定速度水平驅動,物體與地面的摩擦力為40N。 如果滑輪架的機械效率為80%,物體將以勻速向前移動2m。 找出拉力的大小。
分析:根據W=FS可知拉力大小滑輪組機械效率解題技巧,必須求出W與拉力連接距離S之和。 找到 W 的總基? 濁度=×100%滑輪組機械效率解題技巧,則要求求得W。根據有用功的概念,可知克服物體與地面摩擦力所做的功為有用功,即W有= fSA; 拉力連接距離S=nSA。
解:由于W有=fSA=40N×2m=80J那么
W總計=■=■=100J
又因為S=nSA=2×2m=4m(從圖中可以看出n=2)
所以 F=■=■=25N
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圖1
注釋:用滑輪架水平拉動物體時,克服物體與地面摩擦力所做的功為有用功,克服動滑輪自重、繩索自重所做的功為有用功, 輪子與繩索之間的摩擦稱為額外功。
問題二:同一個滑輪架的機械效率不一定恒定。
例:現用圖2所示的滑輪架吊起一個重物(忽略摩擦力和繩索重量)
(1)當一個重500N的物體以200N的拉力勻速上升時,滑輪架的機械效率是多少?
(2) 如果用這個木塊將一個重900N的物體勻速上升2m,此時木塊的機械效率是多少?
解析:(1)根據題意:W有=G物h,W總=FS=Fnh,再根據機械效率定義公式? 濁度=■×100%=■×100%=■×100% 找出來? 濁度。
(2) 當 G 質量減小到 900N 時,G 運動保持不變。 根據式(1)中F、G物體、G運動和n的關系式F=■(G物體+G運動),可以計算出G運動,再根據公式η=■×100%,得到機器此時可以計算出效率。
解決方案:(1)? 濁度=■×100%=■×100%=■×100%=■≈83.3%
(2)動滑輪重力G=nF-G物=3×200-500=100N
η1=×100%=×100%=90%
譯注:這道題,中學生容易犯固定思維的錯誤。 他們大多認為不同滑輪架的機械效率不同,同一個滑輪架的機械效率一定是一樣的。 根據公式η=×100%可知,對于同一滑輪架,η隨著G對象的變化而變化。
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問題三:使用滑輪架不一定省力
例:如圖3所示,滑輪架用于提升200N的物體時,機械效率為50%。 如果滑輪架是為了省力,那么重物應該吊多少呢? (不包括摩擦力和繩索重量)
分析:使用滑輪架吊重物時,要使滑輪架省力,必須滿足F
解:由η=■×100%,G =■=■=200N。
忽略摩擦力和繩索重量時,F=■(G物體+G運動)=■(G物體+200N)
和女
因此,只有當被吊物的重力超過66.7N時,滑輪架才能省力,否則不省力。
譯注:當拉力小于或等于物體重量時,使用滑輪架已經不省力了。 因此,使用滑車架不一定省力。
問題四:滑輪架越省力,其機械效率不一定越高
例:如圖4所示,兩個滑輪架中物體的重量為120N,每個動滑輪的重量為20N。 當用力 F 舉起重物時,哪一個的機械效率最高?
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分析:當使用不同的block時(即G 不相等的時候)提升一樣
當物體很重時,繩股數越多,G的運動量越大,由于G的物體不變,
從公式η=■×100%可以看出,滑輪架的機械效率會下降。
解:根據公式η=×100%,有
ηA=■×100%=■×100%=■×100%=85.7%
ηB=■×100%=■×100%=■×100%=75%
注解:在圖4中,A、B兩個滑輪架中的動滑輪數量不同,因此提升相同物體重量時,即使有用功相同,由于W的大小不同,機械效率也不同. 因此,要根據實際需要選擇合適的滑車架,而不是一味追求省力。