教學(xué)大綱對(duì)滑輪組機(jī)械效率的要求是:
1、了解定滑輪、動(dòng)滑輪、滑輪組的特點(diǎn)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(jī)械效率的概念,能夠計(jì)算簡(jiǎn)單機(jī)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(dòng)滑輪為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析;
3、利用機(jī)械效率公式建立能量換算;
二.了解四大技能
1、省力機(jī)械:浪費(fèi)距離和速度;
2.同時(shí)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(dòng)物體的力F對(duì)物體所做的功,即W有用=F拉動(dòng)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(yùn)動(dòng))
三。 記住近年來(lái)常用但又容易忘記的相關(guān)公式:
機(jī)械效率eta
四。 試題分析:
1、如圖所示,用滑輪組拉動(dòng)重70N的物體A,使物體A水平方向移動(dòng)5m。 所用的拉力F為20N,地面對(duì)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(jī)械效率為。
【答案】200 75%
2、“測(cè)量滑輪組機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中,用同一個(gè)滑輪組(如圖所示)進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)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(cè)量
計(jì)數(shù)/N
在彈簧測(cè)力計(jì)上
提升距離/cm
機(jī)械效率
10
0.8
30
83.3%
10
1.5
30
10
30
90.9%
(1) 第二次實(shí)驗(yàn)中,滑輪組的機(jī)械效率為(結(jié)果保留一位小數(shù))
(2)第三次實(shí)驗(yàn)中,彈簧測(cè)力計(jì)的指示沒(méi)有填寫,從圖中可以看出,彈簧測(cè)力計(jì)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(jī)械效率就越大(可選“高”或“低”)。
(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,推測(cè)滑輪組用于將重8N的物體勻速提升10cm。 此時(shí)滑輪組的機(jī)械效率可能為(僅填寫序號(hào))
A.71.6% B.82.6% C.92.4%
【答案】(1)88.9%
(2)2.4N
(3)高
(4)C
3、我國(guó)南宋遠(yuǎn)洋貿(mào)易船“南海一號(hào)”于2007年成功打撈,為還原我國(guó)海上絲綢之路歷史提供了極其珍貴的實(shí)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(xiàng)偉大的創(chuàng)新。 為了體驗(yàn)“南海一號(hào)”的打撈過(guò)程,有同學(xué)用滑輪組從水中打撈了一個(gè)重物。
如圖所示,用底面積S=0.05m2、高h(yuǎn)=0.2m的長(zhǎng)方體形重物模擬“南海一號(hào)”。 學(xué)生站在岸邊,拉動(dòng)繩子的自由端什么滑輪機(jī)械效率最高,使重物從水底開始向上。 運(yùn)動(dòng),假設(shè)重物一直以勻速垂直向上直線運(yùn)動(dòng),并經(jīng)歷了三個(gè)運(yùn)動(dòng)階段: 第一階段,從重物開始在水中運(yùn)動(dòng)到重物落入水中為止。當(dāng)重物上表面剛剛露出水面時(shí),繩索對(duì)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?jiǎng)踊喩系闹亓镚0=60N,ρwater=1.0×103kg/m3什么滑輪機(jī)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(yùn)動(dòng)第一階段,水對(duì)重物的浮力F有多大?
②在運(yùn)動(dòng)的第一階段,繩子對(duì)重物做的功W1是多少?
③滑輪組第一段運(yùn)動(dòng)的機(jī)械效率η1和第三段運(yùn)動(dòng)的機(jī)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(fèi)的時(shí)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(jí)上升高度s=vt1=0.05m/s×40s=2m,
繩子對(duì)重物所做的功為W=F1s=140N×2m=280J。
(3) 由于沒(méi)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(dòng)滑輪的重力。
那么繩子的拉力F=1/n(G+G移動(dòng)),
s=nh
則 η=W 有用/W 總計(jì)=Gh/Fs
=Gh / Gh+G 移動(dòng) h=G / G+G 移動(dòng),
因此,第一階段運(yùn)動(dòng)的機(jī)械效率
η1=F1/(F1+G運(yùn)動(dòng))×100%=140N/(140N+60N)×100%≈70%;
由于第一級(jí)重物對(duì)滑輪組的拉力
F1=GF浮點(diǎn),則G=F1+F浮點(diǎn)=140N+100N=240N,
所以第三階段運(yùn)動(dòng)的機(jī)械效率
η2=G/(G+G動(dòng)態(tài))×100%
=240N/(240N+60N)×100%≈80%.
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