滑轮机械效率知识点及经典例题

滑轮机械效率知识点及经典例题滑轮专题复习滑轮：定滑轮和动滑轮1．定滑轮：滑轮的轴固定不动的叫做定滑轮。定滑轮可以改变力的方向，但不省力。2．动滑轮：滑轮的轴随物体一起运动，这样的滑轮叫做动滑轮。动滑轮可以省一半力，但不能改变用力的方向。滑轮组1．滑轮组是由若干个定滑轮和动滑轮组装而成的，可以达到既省力又改变力的方向的作用效果。2．滑轮组省力情况的确定方法：在不考虑摩擦及动滑轮受到的重力的情况下，使用滑轮组时，滑轮组用几股绳子吊着物体，提起物体所用的力就是物重的几分之一。如图所示。滑轮组绳子的穿绕方式及拉力计算滑轮组绳子的穿绕方式很多，现以串联式滑轮为例，介绍几种滑轮组绳子的穿绕方式。1．一个定滑轮和一个动滑轮（图1．47－7）。2．一个定滑轮和二个动滑轮（图1．47－8）。3．二个定滑轮和一个动滑轮（图．47－9甲）。4．二个定滑轮和二个动滑轮（图1．47－9乙）。巧记“口诀”，组装滑轮组根据不同的要求，设计与组装滑轮组的方法很多。利用口诀：“奇动偶定；一动配一定；偶数减一定；变向加一定。”去解决这一问题，可以使学生准确记忆和掌握组装滑轮组的要领。1、根据题意确定由多少段绳子（n）承担动滑轮重力和物体重力。2、确定动滑轮个数。（1）当n为偶数时，动滑轮的个数是：n/2（2）当n为奇数时，动滑轮的个数是：n-1/23、组装滑轮组。口诀：“奇动偶定”。确定好了动滑轮和定滑轮的个数后，再确定绳子的起始点。（1）当n为奇数时，绳子的起始点从动滑轮开始，经定滑轮依次按画螺旋线的方法绕线。（2）当n为偶数时，绳子的起始点从定滑轮开率一样大考点：滑轮（组）的机械效率；功率的计算。分析：滑轮组的机械效率是有用功与总功的比值，要正确地解决此题，关键是搞清有用功与总功的计算，还要分清每个滑轮组由几段绳子承担物重．功率是表示物体做功快慢的物理量，一定要注意题目中比较哪个功的功率．解答：解：甲滑轮组由3段绳子承担物重，所以S1=3h1则η1=G乙滑轮组由2段绳子承担物重，所以S2=2h2则η2=G又因为G1=G2，F1=F2，所以乙滑轮组的效率高．两物体上升速度相同，所以甲绳端移动速度大于乙绳端移动速度．根据P=Fv，拉力F相同，所以F1的功率大．故选B．点评：此题主要考查了滑轮组机械效率的计算，以及功率的计算．同时还用到了绳端移动距离与物体上升高度的关系．7、两滑轮组装置如图所示，已知每个滑轮重力都为G0，摩擦和绳重均不计，用它们分别匀速提起重为G=5G0的物体时，甲、乙两滑轮组的机械效率之比是（） A、6：7 B、7：6 C、5：6 D、5：7考点：滑轮（组）的机械效率；功的计算；有用功和额外功；机械效率的大小比较。专题：计算题；推理法。分析：若将物体提升h，知道提升的物重利用功的公式求有用功；因为摩擦和绳重均不计，知道每个滑轮重，可以计算使用滑轮组时的额外功（甲图有1个动滑轮，乙图有两个动滑轮）；利用W总=W有用+W额分别求出总功，再利用机械效率的公式求出滑轮组的机械效率，最后求两个滑轮组的机械效率的比值．解答：解：设物体被提升的高度为h，W有用=Gh=5G0h；∵摩擦和绳重均不计，∴使用滑轮组时做的额外功就是将动滑轮提升h做的功，∵甲图有1个动滑轮，∴使用甲滑轮组时的额外功：W额=G轮h=G0h，使用甲滑轮组时的总功：W总=W有用+W额=5G0h+G0h=6G0h，使用甲滑轮组时的机械效率：η=W有W总=5∵乙图有2个动滑轮，∴使用乙滑轮组时的额外功：W额′=2G轮h=2G0h，使用乙滑轮组时的总功：W总′=W有用+W额′=5G0h+2G0h=7G0h，使用乙滑轮组时的机械效率：η′=W'有W'总∴ηη'=56：5故选B．完全相同的A、B两个滑轮组（绳重及摩擦忽略不计），分别提升重为G1和G2的两物体？点评：本题考查了使用滑轮组时有用功、额外功、总功、机械效率的计算方法，能根据W额=G轮h求额外功是本题的关键．8、判断滑轮组机械效率高低的因素与哪些因素有关？（1）滑轮组机械效率高低可能与动滑轮重有关；（2）滑轮组机械效率高低可能与物重有关；（3）滑轮组机械效率高低可能与物体提升高度有关；（4）滑轮组机械效率高低可能与与承重绳子段数（绕法）有关．分析：影响滑轮组机械效率的因素有被提升物体的重力、动滑轮重力、绳子重力和摩擦等；17、（2010•广西）用如图所示的滑轮组提起重1000N的货物，所用拉力是400N，绳的自由端被拉下2m．关于这个滑轮组工作的下列说法中，正确的是（） A、总功是800J B、额外功是100J C、有用功是400J D、机械效率是62.5%考点：滑轮（组）的机械效率；功的计算；有用功和额外功。专题：计算题；推理法。分析：首先根据滑轮组装形式，确定承担物重的绳子股数n=4，求出物体上升高度h，然后利用公式W总=Fs计算总功、W有用=Gh计算有用功，最后用有用功除以总功得出滑轮组的机械效率．解答：解：由图知，n=4，则绳的自由端移动的距离s=nh，物体上升高度：h=sn=2m提起货物所做的有用功：W有用=Gh=1000N×0.5m=500J，故C错；提起货物所做的总功：W总=Fs=400N×2m=800J，故A正确；提起货物所做的额外功：W额=W总﹣W有用=800J﹣500J=300J，故B错；滑轮组的机械效率：η=W有用W总=500J故选AD．点评：本题是一个选择题，实质上是一个小综合题，最好的做法就是将每一个量计算出来进行判断．本题的关键有二：一是n的确定（直接从动滑轮上引出的绳子股数），二是W总=W额+W有用．18、通过测量滑轮组机械效率的实验，可得出下列各措施中能提高机械效率的是（） A、增加动滑轮，减小拉力 B、改用质量小的动滑轮 C、减少提升高度，减少做功 D、增加提升重物重力，增大有用功考点：滑轮（组）机械效率的测量实验；功的计算；增大或减小机械效率的方法。分析：滑轮组的机械效率是有用功与总功之比，比值越大，机械效率越高．所以要提高滑轮组的机械效率可以尽量减少额外功．知道额外功是克服摩擦以及动滑轮重力做的功．解答：解：A、动滑轮越重，需要做的额外功越多，所以A说法错误．B、改用质量小的动滑轮，可以减少额外功，所以可以提高滑轮组的机械效率．所以B说法正确．C、由公式：η=GhFs=D、提高物体的质量，可以提高有用功，这样有用功在总功中所占的比值增大．所以增加提升重物重力可以提高滑轮组的机械效率．所以D说法正确．故选B、D．点评：此题主要考查了提高滑轮组的方法．首先要知道滑轮组机械效率是有用功与总功之比，比值越大，效率越高．所以有用功越大、额外功越少，机械效率越高．因此可以通过减少额外功，提高有用功来提高滑轮组的效率．二、填空题（共12小题）25、一个质量为70kg的工人，用如图所示的装置（包括滑轮组及装砖的托板）提升一堆砖．已知装砖的托板重200N，每块砖重100N．滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计，当工人匀速提升10块砖时，此装置的机械效率为80%．那么，该人站在地面上用此装置提升这些砖的过程中，此装置的机械效率最高可达到81.5%．（取g=10N/kg，结果保留1位小数）考点：滑轮（组）的机械效率；功的计算；有用功和额外功。专题：计算题。分析：由滑轮组装置可知承担物重的绳子股数n=2，重物被提升h，则拉力端移动的距离s=2h，（1）求出10块砖重G砖和升高的高度h求出有用功；知道滑轮组的机械效率，根据机械效率的公式求出总功；而总功等于有用功与额外功之和，可以求出额外功；不计滑轮的摩擦和绳重，使用滑轮组做的额外功就是提升动滑轮做的功W额=（G轮+G板）h，可以求出动滑轮重；（2）当人站在地面上用此装置提升这些砖的过程中，使用最大拉力不能超过人自重（否则人会被提起），假设F′=G人，根据F=12（G轮+G板+G砖）求出最大砖重G砖′，求出有用功W有′=G砖′h，总功W总′=F′s解答：解：由图知，n=2，若砖被提升h，则拉力端移动的距离s=2h，（1）当工人匀速提升10块砖时，W有用=G砖×h=100N×10×h=1000N×h，∵η=W有用∴W总=W有用η=∵W总=W有用+W额，∴W额=W总﹣W有用=1000N×h80%﹣∵不计滑轮的摩擦和绳重，∴使用滑轮组做的额外功：W额=（G轮+G板）h=（G轮+200N）h，﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②由①②得：（G轮+200N）h=250N×h解得：G轮=50N；（2）由题知，人使用的最大拉力：F大=G人=mg=70kg×10N/kg=700N，∵F大=12（G轮+G板+G砖）=12（50N+200N+G砖）能提升的最大砖重：G砖=1150N，∵每块砖重100N，∴最多能提升砖的数量为11块，∴能提升的最大砖重：G砖′=1100N，此时拉力F′=12（G轮+G板+G砖′）=12（50N+200N+1100N）W有用′=G砖′×h=1100N×h，W总′=F′s=675N×2h，η′=W'有用W'故答案为：81.5%．点评：本题考查了使用滑轮组时有用功、总功、机械效率的计算方法，不计滑轮的摩擦和绳重，用好“使用滑轮组做的额外功W额=（G轮+G板）h，拉力F=12（G轮+G板+G砖）”26．（10·茂名）(8分)用如图所示的滑轮组去拉物体A，已知A物质的密度是2×103kg/m3，底面积是0．3m3，重力为600N。物体A在F=100N的拉