滑輪組機械效率分析

教學(xué)大綱對滑輪組機械效率的要求是：

1、了解定滑輪、動滑輪、滑輪組的特點和作用。

2、了解滑輪組在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3.了解有用功、額外功、總功的含義以及三者之間的關(guān)系。

4.了解機械效率的概念，能夠計算簡單機械的效率。

1、抓住三大主線

1、每節(jié)繩子的拉力相同；

2、以動滑輪為研究對象，進行受力分析；

3、利用機械效率公式建立能量換算；

二.了解四大技能

1、省力機械：浪費距離和速度；

2.同時做有用的工作和全部的工作；

3、根據(jù)做功原理，有用功小于總功；

4、有用功是拉動物體的力F對物體所做的功，即W有用=F拉動S物體；

將滑輪組垂直放置：物體在空中：F拉力=G物體，

物體浸入水中：F拉力=G物體-F浮力

水平放置滑輪組：F拉力=Ff（物體勻速直線運動）

三。記住近年來常用但又容易忘記的相關(guān)公式：

機械效率eta

四。試題分析：

1、如圖所示，用滑輪組拉動重70N的物體A，使物體A水平方向移動5m。所用的拉力F為20N，地面對物體A的摩擦力為30N。則拉力F所做的功為J，則滑輪組的機械效率為。

【答案】200 75%

2、“測量滑輪組機械效率”實驗中，用同一個滑輪組（如圖所示）進行了3次實驗，實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中。

頻率

鉤碼重量/N

鉤碼上升

距離/厘米

彈簧力測量

計數(shù)/N

在彈簧測力計上

提升距離/cm

機械效率

0.8

83.3%

1.5

90.9%

(1) 第二次實驗中，滑輪組的機械效率為（結(jié)果保留一位小數(shù)）

(2)第三次實驗中，彈簧測力計的指示沒有填寫，從圖中可以看出，彈簧測力計的指示為N。

（3）分析數(shù)據(jù)可以得出，同一滑輪組提升的物體越重，該滑輪組的機械效率就越大（可選“高”或“低”）。

(4)根據(jù)實驗結(jié)論，推測滑輪組用于將重8N的物體勻速提升10cm。此時滑輪組的機械效率可能為（僅填寫序號）

A.71.6% B.82.6% C.92.4%

【答案】（1）88.9%

(2)2.4N

(3)高

(4)C

3、我國南宋遠洋貿(mào)易船“南海一號”于2007年成功打撈，為還原我國海上絲綢之路歷史提供了極其珍貴的實物資料。將沉船包裹在沉箱中的整體打撈方法，在世界水下考古中也是一項偉大的創(chuàng)新。為了體驗“南海一號”的打撈過程，有同學(xué)用滑輪組從水中打撈了一個重物。

如圖所示，用底面積S=0.05m2、高h=0.2m的長方體形重物模擬“南海一號”。學(xué)生站在岸邊，拉動繩子的自由端什么滑輪機械效率最高，使重物從水底開始向上。運動，假設(shè)重物一直以勻速垂直向上直線運動，并經(jīng)歷了三個運動階段：第一階段，從重物開始在水中運動到重物落入水中為止。當(dāng)重物上表面剛剛露出水面時，繩索對重物的拉力F1=140N，需要t1=40s。第二階段，從重物上表面剛剛露出水面到下表面剛剛離開水面，需要t2=4s。第三階段，重物底面留有水后，在空中上升。已知動滑輪上的重力為G0=60N，ρwater=1.0×103kg/m3什么滑輪機械效率最高，g=10N/g。不考慮繩索的重量、輪與軸之間的摩擦力以及水的阻力。不考慮重物從水中排出前后的質(zhì)量變化。求：

①運動第一階段，水對重物的浮力F有多大？

②在運動的第一階段，繩子對重物做的功W1是多少？

③滑輪組第一段運動的機械效率η1和第三段運動的機械效率eta3分別是多少？

解：（1）金屬塊排開的水的體積等于金屬塊的體積。

即V行=V金=Sh=0.05m2×0.2m=0.01m3，

則F浮力=ρ水V流量g=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m3

=100N；

(2)由于第二階段，從重物的上表面剛剛露出水面到其下表面剛剛離開水面，

所花費的時間為t2=4s；上升高度為物體的高度h，

那么上升速度v=h/t2=0.2m/4s=0.05m/s；

由 v=st 我們得到：

第一級上升高度s=vt1=0.05m/s×40s=2m，

繩子對重物所做的功為W=F1s=140N×2m=280J。

(3) 由于沒有考慮繩索的重量、輪與軸之間的摩擦力以及水的阻力，

即，僅考慮動滑輪的重力。

那么繩子的拉力F=1/n（G+G移動），

s=nh

則 η=W 有用/W 總計=Gh/Fs

=Gh / Gh+G 移動 h=G / G+G 移動，

因此，第一階段運動的機械效率

η1=F1/(F1+G運動)×100%=140N/(140N+60N)×100%≈70%；

由于第一級重物對滑輪組的拉力

F1=GF浮點，則G=F1+F浮點=140N+100N=240N，

所以第三階段運動的機械效率

η2=G/(G+G動態(tài))×100%

=240N/(240N+60N)×100%≈80%．

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滑輪組機械效率的考綱要求是：抓住三條主線

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