八年级下册物理滑轮和滑轮组机械效率专题讲解

滑轮和滑轮组机械效率专题讲解专题概述滑轮和滑轮组的机械效率相关的试题有一定的难度，特别是计算滑轮组的机械效率错误率很高，主要是在判定和计算滑轮组工作过程中的总功、有用功和额外功上容易出现错误，常常判断不清哪些是有用功、哪些是额外功，下面我们主要针对计算滑轮组机械效率做了一个专题，为同学们来解决此类难题。1. 计算滑轮和滑轮组的机械效率需要用到公式：概念公式：=（1）定滑轮：=（2）动滑轮：=（不计摩擦与绳重、滑轮重）（3）滑轮组：=（不计摩擦与绳重、滑轮重） =（不计摩擦与绳重，但计算动滑轮重）（4）在题干中没有注明忽略摩擦和绳重时，往往不容易计算额外功，这时候就需要计算出总功和有用功，利用W额=W总-W有来得出额外功的数值。（5）利用定滑轮、动滑轮和滑轮组提升相同重物、上升相同高度时，定动组。注意：在动滑轮和滑轮组中，s和h的概念一定要做深刻理解，s 不是物体移动的距离，而是绳子自由端移动的距离，因为动力是作用在绳子自由端的，而不是作用在物体上的，h才是物体移动（提升）的距离。这一点是学生最容易混淆的，也是学生出错最多的地方。S和h的关系是：s=nh（n表示绕过动滑轮的绳子股数）。2. 滑轮组的机械效率探究与解析1）搬运工人用如图1所示的滑轮组将一个重120 N的物体匀速提升3 m，所用的拉力为50 N，不计绳重及摩擦。求：(1)滑轮组的机械效率；解：由图可知，n3，滑轮组的机械效率80%。(2)动滑轮的重；动滑轮的重G动=nF-G=350N-120N=30N(3)若用该滑轮组同时拉4个这样的物体，拉力为多大？物体总重G总120 N4480 N，拉力F170 N。2）如图所示，使用滑轮组提升重物时，能够提高机械效率的方法是（忽略摩擦和绳重）（）A改变绕绳的方式 B减小动滑轮的质量 C减少重物的提升高度 D减少提升物的物重 【解析】我们根据公式= 可知：滑轮组的机械效率和绕线的方式没有关联，故A错；和重物的提升高度也无关，故C错；如果减少提升物的物重，通过带入具体数值，可得机械效率降低，故D错；减小动滑轮的质量，公式的分子不变，但分母变小，机械效率提高，故选B。3）如图所示的滑轮组中，动滑轮中1N，小明用6N的拉力F通过该滑轮组匀速拉起10N的物体，物体沿竖直方向上升0.4m，此过程中，额外功和机械效率分别是（ ）A.0.4J ；83.3% B.0.8J；91.7% C.0.8J；83.3% D.0.4J；91.7%【解析】此题没有注明忽略摩擦、绳重和动滑轮重量，又没有相关信息可用，所以计算额外功，必须先计算出总功和有用功。总功W总=Fs=Fnh=6N20.4m=4.8J有用功W有用=Gh=10N0.4m=4JW额=W总-W有用=4.8J-4J=0.8J机械效率= =4J/4.8J83.3%故答案为C。4）在建筑工地上，“吊车”是常见的一种起重设备。如图为吊车上的滑轮组的示意图。在起重过程中，钢丝绳用6103 N的拉力F，将重为1.2104 N的物体匀速提升6 m，不计绳重和摩擦，求：（1）滑轮组的所做的总功、有用功和机械效率。解：W有用Gh1.2104 N6 m7.2104 J，W总Fs6103 N36 m1.08105 J。= =66.7%(2)若用该滑轮组匀速提升1.8104 N的重物，则其机械效率是多少？不计绳重和摩擦，G动3FG36103 N1.2104 N6103 N，75%。5）如图所示，搬运工人用滑轮组提升重540 N的物体，所用拉力F为200 N，物体以0.2 m/s的速度匀速上升了10 s，不计绳重、绳与滑轮的摩擦，求：(1)物体上升的高度；物体上升的高度hvt0.2 m/s10 s2 m。(2)拉力F所做的功；拉力通过的距离s3h32 m6 m，拉力F所做的功W总Fs200 N6 m1 200 J。(3)若物重只有240 N，滑轮组的机械效率。题中有nFG总，即3200 N540 NG动，解得G动60 N，有用功W有Gh240 N2 m480 J，拉力F(GG动)(240 N60 N)100 N，总功W总Fs100 N6 m600 J，机械效率80%。6）某人用如图所示的滑轮组匀速提升500N的重物，所用的拉力F为300N，绳子的自由端被拉下2m。求：(1)拉力F所做的功；(2)滑轮组的机械效率；(3)滑轮组中动滑轮的重力(不计摩擦和绳重)。 解：（1）拉力F所做的功WF=Fs=300N2m=600J（2）总功即是拉力所做的功W总=600J有用功W有用=Gh；由图可知物体被提升的高度h=1/22m=1mW有用=Gh=500N1m=500J机械效率= =83.3%（3）不计绳重和摩擦，G动2FG2300N-500N=100N7）如图3所示，用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面上作匀速直线运动，物体A重为20N，受到的摩擦阻力是物重的0.2倍，水平拉力为2.5N，则在2s内拉力做的功是_，滑轮的机械效率是_(不计滑轮重力)【解析】这是一道特殊的滑轮组题型，水平使用滑轮组的省力情况的判断是个难点，但如果换个角度看问题就容易多了。我们知道，当滑轮组竖直方向吊物时，克服重力所做的功是有用功；而水平方向拉动物体时，重力不再做功（重力方向没有移动距离），而是克服摩擦力f所做的功为有用功。解：2s物体移动的距离为s1=2s0.5m/s=1m（s1相当于竖直方向上的h）自由端绳子的移动距离S=ns1=21m=2m则2s内拉力做的功W拉=2.5N2m=5J总功W总=W拉=5J有用功W有用=fs1=0.220N1m=4J机械效率=80%总结滑轮组的机械效率是简单机械、功、机械效率等物理知识的综合应用，此类问题涉及有用功、额外功、总功、功率等诸多概念，是初中物理中的一个重点内容，也是一个难点，更是中考考查的一大热点。许多学生由于对这些概念理解不深，不能正确领会这些概念间的区别与联系，往往在解题时感到困惑。要顺利解决滑轮组机械效率的相关计算，达到事半功倍的效果，首先应解决好以下几个问题。一、要正确理解有用功、额外功和总功的概念。 所谓的有用功就是人们为了达到目的而必须做的对人们有用的功。额外功就是人们为达到一定的目的时并不需要但又不得不额外做的功。而总功就是人们在达到一定的目的的过程中，实际做的功等于有用功和额外功的总和，一般指动力做的功。二、要充分认识、理解相关的物理量。与滑轮组相关物理量较多，一般情况下，F表示绳子自由端的拉力；S表示绳子自由端移动的距离；G表示物体的重力；h表示物体上升的高度或动滑轮移动的距离；G动表示动滑轮的重力；绳表示绳子自由端移动的速度；物表示物体移动的速度；表示滑轮组的机械效率；表示绕过动滑轮的绳子股数；t表示做功时间。三、要明白以上物理量之间的三大关系。1、力的关系：F=Gn（不计摩擦 、绳重和动滑轮重）或F=（GG动）n(只计动滑轮重)。2、距离关系：S=nh。3、速度关系：V绳=St；V物=ht；V绳=nV物。如图所示，是用滑轮组匀速提高物体（若不计绳重和摩擦）。从有用功，额外功和总功的定义出发，由于目的是提高物体，所以克服物体重力做的功是有用功，则W有用=Gh。人做的功或者说拉力所做的功就是总功，则W总=FS。克服动滑轮重所做的功是额外功，则：W额外=G动h。机械效率=W有用W总。而从三者的关系出发，还有W有用=W总=W总W额外；W总=W有用W额外=W有用；W额外=W总W有用；=GhFS=GnF=G(GG动)。当然，滑轮组机械效率的相关计算题目种类繁多，千变万化。要认识到同一滑轮组提升不同的重物和不同滑轮组提升相同的重