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滑轮组使用方式分类解析  

2013-01-05 08:11:03|  分类: 初中物理教材教法 |  标签: |举报 |字号 订阅

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滑轮组使用方式分类解析



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滑轮组使用方式分类解析



滑轮组使用方式分类解析
山东省高唐县琉寺中学 李洪生

常见的滑轮组问题中,依据滑轮组根据使用的方式不同,可分为克服重力使用和克服摩擦力使用两种。克服重力使用时,有用功是把物体提高一定高度做的功;克服摩擦力使用时,有用功是使物体水平移动一段距离做的功。总功都是动力所做的功,等于作用在绳子自由端的拉力与绳子自由端移动距离的乘积。

 

一、滑轮组竖直使用克服重力

 

例1(2012?呼和浩特)如图1所示,用相同的滑轮不同的绕法提起相同的重物,摩擦力可以忽略不计,在物体匀速上升的过程中(  )

 

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A.甲图省力,机械效率甲图大      B.甲图省力,机械效率一样大

 

C.乙图省力,机械效率乙图大      D.乙图省力,机械效率一样大

 

解析:由甲、乙两图可知:承担物重的绳子股数n甲=3,n乙=2

 

由于不计摩擦,则甲、乙两图中绳子的拉力大小分别为:

 

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由于重物和动滑轮相同,所以绳子拉力大小:滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间<滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

根据机械效率公式滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间。由于重物和动滑轮相同,所以滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间。故选B。

 

例2(2012?福州)小明用同一滑轮组分别将甲、乙两组钩码提升相同的高度,如图2所示。他两次提升钩码所用的拉力分别为F甲和F乙,则F甲   F乙;所做的有用功分别为W甲和W乙,机械效率分别为η甲和η乙,则W甲   W乙,η甲   η乙。(均选填“>”、“=”或“<”)

 

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解析:①从图可知,G甲<G乙,提升甲、乙两组钩码使用的是同一滑轮组,因此提升重物的重力越大,绳子自由端的拉力越大,从而可知:F甲<F乙。

 

②∵G甲<G乙,而h甲=h乙,∴由公式滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间可知:W甲<W乙;

 

③∵两次使用的是同一个滑轮组,∴两次所做的额外功相等,即W甲额外=W乙额外。

 

而两次所做的有用功W甲<W乙,则由公式滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间可知,所做的有用功越大,其机械效率越大。∴η甲<η乙。

 

故答案为:<;<;<。

 

例3(2012·常州)分别用如图3所示的甲、乙两个滑轮组,在100s内将重为400N 的物体G匀速提升10m,每个滑轮的重均为20N。不计绳重及摩擦,此过程中(    )

 

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A.F甲做的功大于F乙做的功              B.F甲做的功小于F乙做的功

 

C.F甲做功的功率小于F乙做功的功率      D.F甲做功的功率等于F乙做功的功率

 

解析:由甲、乙两图可知:承担物重的绳子股数n甲=2,n乙=3由于不计绳重及摩擦,则甲、乙两图中绳子的拉力大小分别为:滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

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甲、乙两图中拉力做的功分别为:

 

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甲、乙两图中拉力的功率分别为:

 

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由以上可得:滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间。故选D。

 

二、滑轮组水平使用克服摩擦力

 

例4.(2012?南充)如图4所示,在水平地面上放一个重300N,底面积为100cm2的物体,不考虑绳的重力和绳与滑轮间的摩擦,匀速拉动物体时,物体与地面的摩擦力为60N,则水平拉力F=   N,物体对地面的压强是   Pa。(各连接部分的绳均水平)

 

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解析:由图可知,该滑轮组是克服物体的摩擦阻力做功,与动滑轮相连的绳子有2段,则水平拉力滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=www.czxxw.com×60N=30N。

 

物体放在水平地面上时,对地面的压力等于重力,即F=G=300N。受力面积为物体的底面积:S=100cm2=100×10﹣4m2=10﹣2m2

 

根据滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间可以计算出物体对地面的压强:滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间

 

故答案为:30;30000。

 

例5(2012?义乌市)如图5所示,光滑的地面上有一足够长的木板,在木板的右端固定着一个滑轮(不计绳与滑轮间的摩擦),木板上面放置一个小木块,小木块一端连接着弹簧测力计。当拉力F为5牛时,木板向右做匀速直线运动,然后把拉力增大到10牛时,下列分析正确的是(    )

 

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A.弹簧测力计的示数为20牛   B.弹簧测力计的示数为0牛  

 

C.木板仍向右做匀速直线运动  D.小木块将保持静止

 

解析:地面光滑无摩擦,木板向右做匀速直线运动时,木板受到滑轮的拉力和小木块水平向左的摩擦力,它们是一对平衡力,由于拉力F为5牛,所以木板受到的摩擦力为10N.根据物体间力的作用是相互的,则小木块受到木板水平向右的摩擦力,大小也为10N,且处于平衡状态,所以弹簧测力计的示数为10N;滑动摩擦力大小跟压力大小和接触面粗糙程度有关,跟物体的运动速度无关.当把拉力增大到10牛时,由于木块与木板间的压力和接触面的粗糙程度不变,所以小木块受到的摩擦力大小不变,仍为10N。小木块受到的摩擦力等于弹簧对它的拉力,是一对平衡力,因此小木块将保持静止状态。故选D。

 

例6(2012?宜宾)如图6所示,用F为30N的拉力,通过滑轮组拉着重为300N的物体,在水平面上以0.5m/s的速度向左做匀速直线运动。则物体受到的摩擦力大小为   N,拉力F的功率为   W。(不计绳和滑轮的重力以及滑轮轴承和滑轮与绳子之间的摩擦力)

 

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解析:沿水平方向使用滑轮组拉动物体时,克服摩擦做的功是有用功,拉力做的功是总功.首先确定滑轮组由三段绳子与动滑轮相连,即n=3,由于不计绳和滑轮的重力以及滑轮轴承和滑轮与绳子之间的摩擦力,则滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间,所以物体受到的摩擦力:f=3F=3×30N=90N;绳子自由端移动的距离为物体移动距离的三倍,则绳自由端移动的速度为物体移动速度的三倍,可求出绳自由端移动的速度:v=3×0.5m/s=1.5m/s,由公式P=Fv可求出拉力F的功率:滑轮组使用方式分类解析 - 惊鸿岂止一现 - 云雷屯,君子以经纶-高垚骏的物理空间=30N×1.5m/s=45W。

 

故答案为:90;45。



 

 

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