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第14讲 简单机械
第1课时 杠杆和滑轮
命题点1 杠杆分类(8年1考)
1.(2013·河北)如图所示的工具中属于费力杠杆的一组是(C)
①核桃夹 ②船桨 ③手推车 ④碗夹
A.①② B.②③ C.②④ D.③④
命题点2 探究杠杆的平衡条件(8年1考)
2.(2018·河北)探究杠杆的平衡条件.
(1)杠杆两端的螺母作用是__调节杠杆在水平位置平衡__.
(2)小明用如图甲所示装置,进行实验并收集了下表中的数据,分析数据可知,杠杆的平衡条件是__F1l1=F2l2__.
实验
次数
动力
F1/N
动力臂
l1/m
阻力
F2/N
阻力臂
l2/m
1
0.5
0.2
1.0
0.1
2
1.0
0.15
1.5
0.1
3
3.0
0.1
2.0
0.15
(3)小明又用如图乙所示装置进行实验,请在图中画出拉F的力臂,弹簧测力计的读数应是__2__N.(一个钩码重0.5 N)
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解:
(4)如图丙所示,小红实验时在一平衡杠杆的两端放上不同数量的相同硬币,杠杆仍在水平位置平衡.她用刻度尺测出l1和l2,则2l1__>__(填“>”“<”或“=”)3l2.
【拓展】探究了杠杆的平衡条件后,小红对天平上游码的质量进行了计算,她用刻度尺测出L1和L2(如图丁所示),则游码的质量为____g.
命题点3 杠杆平衡条件及其应用(8年2考)
3.(2015·河北)如图所示,将边长为10 cm的正方体合金块,用细绳挂在轻质杠杆的A点处,在B点施加力F1=30 N时,杠杆在水平位置平衡,合金块对水平地面的压强恰好为0.撤去F1,在B点施加力F2时,合金块对地面的压强为1.2×103 Pa.(OB=3OA,g取10 N/kg)
(1)画出F2的力臂.
(2)求合金块的质量.
(3)求F2的大小.
解:(1)如图所示
(2)由杠杆的平衡条件:F动l动=F阻l阻
则G===90 N
根据G=mg,所以m===9 kg
(3)由于p=,则F支=F压=pS=1.2×103 Pa×(0.1 m)2=12 N
由于F2与OB的夹角为30°,所以F2的力臂l2=OB,
则(G-F支)×lOA=F2×l2
F2= ==52 N
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4.(2014·河北)小明做俯卧撑时(如图所示),可将其视为一个杠杆,重心在O点.他将身体撑起时,地面对两脚尖的支持力为250 N,两脚尖与地面的接触面积为60 cm2,双手与地面的接触面积为300 cm2.
(1)画出以B点为支点时重力的力臂l.
(2)如果小明的两脚尖对地面的压强与双手对地面的压强之比为5∶2,地面对双手的支持力为多少?
(3)小明在1 min内做了30个俯卧撑,每次肩部上升的距离都为0.36 m,则他1 min内克服重力所做的功为多少?
解:(1)
(2)由于p=,=
则F手===500 N
(3)由杠杆的平衡条件:F1l1=F2l2
以B为支点时:F脚尖×AB=Gl……①
以A为支点时:F手×AB=G(AB-l)……②
将F脚尖=250 N、F手=500 N、AB=1.5 m代入①②式,解得:G=750 N,l=0.5 m
构建数学模型如图所示,
利用相似三角形得=,当肩部上升的距离为h=0.36 m时,重心上升的距离为Δh
则:Δh===0.24 m
1 min内克服重力所做的功:
W=nGΔh=30×750 N×0.24 m=5 400 J
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重难点1 杠杆的动态平衡问题
(2018·临沂)图(a)所示的杠杆是水平平衡的.如果在支点两侧的物体下方分别加挂一个等重的物体,如图(b)所示,则杠杆(A)
A. 右端下沉
B.左端下沉
C.要保持平衡应将左端的物体向右移动
D.要保持平衡应在右端再加挂一个物体
【变式训练1】 如图所示,刻度均匀的杠杆处于水平平衡状态,每个钩码质量均相等.若将两边的钩码分别向靠近支点的方向移动相同的距离后,杠杆将(C)
重难点2 杠杆的最小力问题
(2018·眉山)如图所示,轻质杠杆OA能绕O点转动,请在杠杆中的A端画出使轻质杠杆保持平衡的最小的力F的示意图(要求保留作图痕迹).
解:
【变式训练2】 如图所示,画出使杠杆AB在如图位置静止时所用最小力F的作用点和方向.
解:
实验突破 探究杠杆的平衡条件
(2018·枣庄)如图所示是小李和小王利用刻度均匀的轻质杠杆探究“杠杆平衡条件”的实验装置.
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(1)实验前没挂钩码时,杠杆静止的位置如图甲所示,此时应将螺母向__右__调节,使杠杆在水平位置平衡.
(2)杠杆平衡后,小李在左右两侧分别挂上钩码,如图乙所示,杠杆的__左__端会下沉,要使杠杆重新在水平位置平衡,在不改变钩码悬挂点的位置和较少钩码的前提下,只需将__左侧的钩码去掉一个__即可.
(3)小李和小王又分别设计了两种实验方案,小李的方案如图丙所示,小王的方案如图丁所示.你认为__小李__的实验方案更好,请说明你的理由__弹簧测力计在图丙的力与力臂垂直,力臂在杠杆上便于测量__.
(4)实验中小王发现:如果在杠杆的O点用弹簧测力计施加一个向上的力,这个力在探究实验时是否影响到杠杆的平衡?请说明理由__这个作用在杠杆O点的力的力臂等于零,不影响杠杆的平衡__.
(5)如图戊所示,若不在D点挂钩码,改用弹簧测力计在D点向下拉杠杆,使杠杆仍在水平位置平衡,当测力计从a位置转到b位置时,其示数大小将__变大__.
戊 己
(6)小明组在实验中,发现用如图己装置的方式悬挂钩码,杠杆也能水平平衡(杠杆上每格等距),但老师建议同学们不宜采用这种方式,主要是因为__C__(填字母).
A.一个人无法独立操作
B.力臂与杠杆不重合
C.力和力臂数目过多,不易得出结论
D.杠杆受力不平衡
1.(2018·烟台)如图所示的杠杆,属于费力杠杆的是(C)
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2.(2017·济宁)如图是一个杠杆式简易起吊机,它上面装了一个定滑轮可以改变拉绳的方向,杠杆OBA可绕O点转动,重物通过绳子对杠杆的拉力为阻力.图中能够正确表示动力臂的是(B)
A.l1 B.l2 C.l3 D.l4
3.如图所示是使用简单机械匀速提升同一物体的四种方式(不计机械自重和摩擦),其中所需动力最小的是(D)
4.(2018·邯郸一模)如图是一种切甘蔗用的铡刀示意图.下列说法中正确的是(C)
A.刀刃很薄可以增大压力
B.铡刀实质上是一种费力杠杆
C.甘蔗放在a点比b点更易被切断
D.手沿F1方向用力比沿F2方向更省力
5.(2018·潍坊)如图所示,杠杆处于平衡状态.如果杠杆两侧的钩码各减少一个,杠杆将(B)
A.左端下降 B.右端下降 C.仍然平衡 D.无法判断
6.(2018·连云港)如图所示,O为杠杆的支点,杠杆右端挂有重为G的物体,杠杆在力F1的作用下在水平位置平衡.如果用力F2代替力F1使杠杆仍在水平位置保持平衡,下列关系中正确的是(B)
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A.F1<F2 B.F1>F2 C.F2<G D.F1=G
7. (2018·乌鲁木齐)如图所示,每个滑轮的重力相等,不计绳重和摩擦力,G1=60 N,G2=38 N,甲、乙两种情况下绳子在相等拉力F作用下静止.则每个动滑轮的重力为(B)
A.3 N B.6 N C.11 N D.22 N
8.(2017·聊城)如图所示,在“探究杠杆的平衡条件”实验中,已知杠杆上每个小格长度为2 cm,当弹簧测力计在A点斜向上拉(与水平方向成30°角)杠杆,使杠杆在水平位置平衡时.下列说法正确的是(D)
A.动力臂为0.08 m
B.此时为省力杠杆
C.弹簧测力计的示数为4 N
D.钩码总重为2 N
9.在生活和生产实践中,很多地方用到了简单机械,比如汽车方向盘实际上是一个__轮轴__,盘山公路实际上是一个__斜面__.(填“杠杆”“滑轮”“轮轴”或“斜面”)
10.(2018·天津)利用图甲中的撬棒撬石块时,撬棒相当于__省力__(填“省力”或“费力”)杠杆:利用图乙中的滑轮组匀速提升900 N的重物时,若忽略滑轮自重、绳重及摩擦,人对绳的最小拉力为__300__N.
11.(2018·河南)高速铁路的输电线,无论冬、夏都绷得直直的,以保障列车电极与输电线的良好接触.如图为输电线的牵引装置.钢绳通过滑轮组悬挂20个相同的坠砣,每个坠砣质量为25 kg,不计滑轮和钢绳自重和摩擦,输电线A端受到的拉力大小为__10__000__N.若某段时间内坠砣串下降了30 cm,则输电线A端向左移动了__15__cm.(g取10 N/kg,不考虑钢绳的热胀冷缩)
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12.(2017·曲靖)如图所示,小轿车的方向盘相当于一个轮轴,若F1=20 N,盘的半径为20 cm,轴的直径为4 cm,不计摩擦阻力,则F2=__200__N.门锁的把手相当于一个__省力__(填“省力”或“费力”)轮轴.
13. (2018·广安)如图,AB是能绕B点转动的轻质杠杆,在中点C处用绳子悬挂重为100 N的物体(不计绳重)在A端施加竖直向上的拉力使杠杆在水平位置平衡,则拉力F=__50__N.若保持拉力方向始终垂直于杠杆,将A端缓慢向上提升一小段距离,在提升的过程中,拉力F将__减小__(填“增大”“减小”或“不变”).
14.(2018·唐山古冶区模拟)在探究杠杆平衡条件的实验中:
(1)小明把杠杆支在支架上,若杠杆左端下沉,可调节左端的平衡螺母向__右__端移动,使杠杆在水平位置平衡.
(2)如图甲所示,在杠杆右侧B处挂两个相同的钩码,要使杠杆仍在水平位置平衡,应在杠杆左侧A处挂__3__个相同的钩码.
(3)如图乙所示,用弹簧测力计在C处竖直向上拉,当弹簧测力计逐渐向右倾斜时,杠杆仍然在水平位置平衡,弹簧测力计的示数__变大__(填“变大”“不变”或“变小”),原因是__弹簧测力计拉力的力臂变小__.
(4)探究过程中,如图丙在杠杆左端某一固定位置挂一个重力G=2.5 N的物体,在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下的力F,保证杠杆处于平衡状态.根据多次测量的F、L数据,画出F和的图线如图丁,由图丁可得出杠杆平衡的条件是F与L成__反比__,根据杠杆平衡条件,可求出重力G的力臂是__0.2__m.
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15.(2018·荆州)如图所示,一根足够长的轻质杠杆水平支在支架上,OA=20 cm,G1是边长为5 cm的正方体,G2重为20 N.当OB=10 cm时,绳子的拉力为__10__N,此时G1对地面的压强为2×104 Pa.现用一水平拉力使G2以5 cm/s的速度向右匀速直线运动,经过__10__s后,可使G1对地面的压力恰好为零.
16. (2018·威海)如图为吊装工具示意图,物体M为重5 000 N的配重,杠杆AB的支点为O,OA∶OB=1∶2,每个滑轮重100 N.当重为700 N的工人用300 N的力竖直向下匀速拉动绳子时,工人对地面的压力为__400__N,物体M对地面的压力为__4__500__N.(杠杆与绳的自重、滑轮组摩擦均不计)
17.(RJ教材8下P80T2变式)(2018·宜昌)如图甲所示,钢丝钳可以看成是两个杠杆的组合,图乙是其中的一个杠杆.用钢丝钳剪铁丝时,将铁丝放在A处还是B处更省力呢?请在图乙中你认为更省力的位置处画出阻力F2的示意图和动力F1的力臂.
解:
18.(RJ教材8下P84T4变式)如图所示,滑轮组用80 N的力提起了重300 N的物体(不计摩擦),请你画出该滑轮组的绕绳方法.
解:
第2课时 机械效率
命题点1 影响滑轮组机械效率的因素(8年1考)
1.(2015·河北)用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,在绳自由端用大小分别为F1和F2的拉力,将相同的物体匀速提升相同的高度.若不计绳重及摩擦,下列说法正确的是(ABD)
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A.F1大于F2
B.F1和F2做的功一定相等
C.甲、乙的机械效率不相等
D.绳子自由端移动的距离不相等,物体运动的时间可能相等
命题点2 测量滑轮组的机械效率(8年1考)
2.(2011·河北)下表是小明测一滑轮组机械效率时收集的有关数据.
动滑轮重
G动/N
物重
G/N
钩码上升
高度h/m
动力
F/N
动力作用点
移动距离s/m
滑轮组的
机械效率η
1
0.5
1
0.1
0.7
0.3
47.6%
2
0.5
2
0.1
1.1
0.3
60.6%
3
0.5
4
0.1
2
0.3
66.6%
(1)请在图中画出实验中滑轮组的绕绳方法.
解:
(2)将表格中的数据补充完整.
(3)用同一滑轮组提升不同重物至同一高度,提升的物重增加时,除克服动滑轮重所做的额外功外,其他额外功将__变大__(填“变大”“变小”或“不变”).进一步分析可知,在动滑轮和绳重一定的情况下,该滑轮组的机械效率与__物重__和__摩擦力__有关.
(4)若第一次实验中,钩码上升0.1 m所用的时间为1.5 s,则动力的功率为__0.14__W.
命题点3 机械效率相关计算(8年5考)
3.(多选)(2017·河北)用五个相同质量的滑轮和绳子组成如图所示的甲、乙两个滑轮组,在绳子自由端分别用力将重力为G的物体匀速提升,乙滑轮组的效率为η乙,不计摩擦、绳和木板的重,下列说法正确的是(BCD)
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A.两个滑轮组的机械效率可能相等
B.F1一定大于F2
C.每个滑轮重为
D.甲、乙将重物提升相同的高度,F1与F2的功率可能相等
4.(2018·河北)一台起重机在10 s内将重为3 600 N的货物匀速提高了4 m,起重机做的有用功是__1.44×104__J__.若起重机做的额外功是9 600 J,则机械效率是__60%__,起重机的总功率是__2__400__W.
5.(2016·河北)如图所示是某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置,将重为1 600 N的建材从斜面底端匀速拉到顶端.已知斜面倾角为30°,斜面高为4.5 m,建材移动的速度为0.4 m/s,电动机的输出功率为400 W,斜面的效率与整个装置的效率之比η1∶η2=10∶9.(忽略定滑轮处摩擦及绳重)求:
(1)对建材做的有用功.
(2)斜面的效率.
(3)电动机消耗的电能.
解:(1)W有用=Gh=1 600 N×4.5 m=7 200 J
(2)∵P= W=Fs v=
∴拉力:F===1 000 N
斜面的机械效率:
η1====80%
(3)装置的效率:η2=η1=×80%=72%
电动机消耗的电能:W===1×104 J
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6.(2013·河北)如图所示,重为1 140 N的物体,它与水平地面的接触面积为1.5×103 cm2.工人师傅用600 N的力匀速提升物体,物体的速度为0.2 m/s.(不计摩擦及绳重)求:
(1)工人师傅拉绳的功率.
(2)滑轮组的机械效率.
(3)体重为450 N 的小明用此滑轮组提升物体,但物体没有被拉动,物体对地面的最小压强为多大.
解:(1)拉力的功率:P拉===Fv绳=600 N×2×0.2 m/s=240 W
(2)滑轮组的机械效率:
η=====95%
(3)由于忽略摩擦及绳重,2F=G+G动
动滑轮重:G动=2F-G=2×600 N-1 140 N=60 N
绳端最大拉力等于人的重力,则物体对滑轮组的拉力:F拉′=2G人-G动…①滑轮组提升物体的拉力:F拉′=G-F支…②
则物体受到的支持力:F支=G+G动-2G人=1 140 N+60 N-2×450 N=300 N
所以物体对地面的最小压强:
p====2.0×103 Pa
7.(2012·河北)如图所示,重为16 N的物体A在拉力F的作用下,5 s内匀速运动了0.5 m.拉力F做的功随时间变化的图象如图乙所示.已知动滑轮重0.5 N,物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力f为物重G的0.25倍.求:
(1)拉力F的功率.
(2)拉力F大小.
(3)克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例.
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解:(1)由图乙可知,5 s内拉力F做的功为2.5 J
拉力的功率:P===0.5 W
(2)由图甲可知,绳子末端移动的距离为物体移动距离的2倍.
绳子末端的速度:v绳=2v物=2×=2×=0.2 m/s
由于物体匀速运动,则P=Fv
所以拉力:F===2.5 N
(3)克服绳重及摩擦所做的额外功:
W额外=W总-W有用-W动
由于物体A做匀速运动,拉力F′与其受到的摩擦力f大小相等,即F′=f=0.25G=0.25×16 N=4 N
则克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例:
====
重难点 有关机械效率的计算
(2018·咸宁)如图所示,用滑轮组在4 s内将重为160 N的物体匀速提升2 m,若动滑轮重20 N,不计滑轮与轴之间的摩擦及绳重.则在此过程中,下列说法正确的是(B)
A.绳子自由端向上移动了4 m B.拉力F的功率为90 W
C.拉力F为90 N D.滑轮组的机械效率为80%
【变式训练1】 (多选)(2018·滨州)如图所示,重400 N的物体在30 N的水平拉力F的作用下,以0.1 m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10 s,滑轮组的机械效率为80%,则在此过程中,下列说法正确的是(ACD)
A.绳子自由端移动的距离为3 m
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B.有用功为400 J
C.拉力F的功率为9 W
D.物体与地面间的滑动摩擦力为72 N
【变式训练2】 (2018·德阳)如图所示,沿斜面把一个质量为12 kg的物体匀速拉到最高处,沿斜面向上的拉力是F=100 N,斜面长2 m、高1 m,则其机械效率是__60__%,物体所受摩擦力是__40__N.(g取10 N/kg)
【变式训练3】 如图所示,在测定杠杆机械效率的实验中,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在杠杆OB下面的物块缓慢上升至虚线位置,测力计的示数F为__2.5__N,测力计上升的高度s为0.2 m.物块重G为1.5 N,物块上升的高度h为0.3 m,则杠杆的机械效率为__90__%.
实验突破 测量滑轮组的机械效率
某实验小组在测滑轮组机械效率的实验中得到的数据如表所示,实验装置如图所示.
甲 乙 丙 丁
实验次数
物理量
1
2
3
钩码重G/N
4
4
6
钩码上升高度h/m
0.1
0.1
0.1
绳端拉力F/N
1.8
1.6
2.4
绳端移动距离s/m
0.3
0.4
机械效率η
74.1%
62.5%
(1)实验中应沿竖直方向__匀速__拉动弹簧测力计,使钩码上升.
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(2)通过表中数据可分析出第2次实验是用__乙__(填“甲”或“乙”)图所示装置做的实验.
(3)通过第1次实验和第2次实验的数据分析可得出结论:使用不同的滑轮组提升相同的重物时,动滑轮的个数越多(动滑轮的质量越大),滑轮组的机械效率__越低__(填“越高”“不变”或“越低”).
(4)小组同学再用第1次实验中使用的装置做第3次实验,表中第3次实验中空缺的数据应为:绳端移动距离s=__0.3__m,机械效率η=__83.3%__.
(5)比较第1次实验和第3次实验可得出结论:使用同一滑轮组,__增大提升的物重,可以提高滑轮组的机械效率__.
(6)有的同学认为:机械越省力,它的机械效率越高.分析表中数据,你认为这句话是__错误__(填“正确”或“错误”)的.
(7)只要滑轮组结构一定,知道绕动滑轮的有n段细绳,测滑轮组机械效率的实验器材就可以不需要__刻度尺__(填一种测量工具名称),且机械效率的表达式通式为η=____(用本题中有关字母表示).
(8)如采用图丙装置,改变动滑轮重G动,提升同一物体进行多次实验,获得数据并绘制出如图丁的图象,分析图象中的A点可知,被提升物体所受的重力为__3__N.(忽略绳重和摩擦)
(9)关于影响滑轮组机械效率的因素,该小组同学讨论后得到以下认识,你认为正确的有__AE__(填序号,可能不止一项正确).
A.在相同情况下,摩擦越大,机械效率越小
B.在相同情况下,摩擦越大,机械效率越大
C.忽略摩擦,定滑轮质量相同,则机械效率相同
D.忽略摩擦,动滑轮质量相同,则机械效率相同
E.忽略摩擦,动滑轮质量相同,所吊重物质量越大,则机械效率越大
F.忽略摩擦,动滑轮质量相同,所吊重物质量越大,则机械效率越小
1.(2018·东营)对物理概念的理解是学好物理的关键.关于功、功率和机械效率,下列说法正确的是(C)
A.通过改进机械的性能可以使机械效率达到100%
B.做功多的机械,功率一定大
C.功率大的机械,做功一定快
D.做功快的机械,机械效率一定高
2.(2017·东营)如图所示,物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体,不计绳重及摩擦.若每个滑轮质量相同,对比两个滑轮组,下列说法正确的是(B)
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甲 乙
A.甲更省力,甲机械效率大
B.乙更省力,机械效率一样大
C.乙更省力,乙机械效率大
D.甲更省力,机械效率一样大
3.(2018·重庆)部分农户在新建住房时,常利用如图所示的简易滑轮提升建材.在一次提升建材的过程中,建筑工人用400 N的拉力,将重600 N的建材在10 s内匀速提高3 m.则下列判断正确的是(C)
A.滑轮所做的有用功为1 200 J
B.滑轮受到的重力为100 N
C.该滑轮的机械效率η=75%
D.绳子自由端移动的速度大小为0.3 m/s
4.(2018·乐山)图甲中用力F1水平拉着重为G的物体在水平路面上匀速移动s的距离.图乙中用动滑轮拉着它也在同一路面上匀速移动s的距离,水平拉力为F2.使用动滑轮的过程中(D)
A.总功为W总=F2s
B.有用功为W有=Gs
C.机械效率为η=
D.额外功为W额=2F2 s-F1s
5.(2017·随州)同一物体(质量为m)先用滑轮组(如图甲)匀速提升,后沿斜面(如图乙)匀速提升,两次提升高度均为h,两次拉力大小均为mg,斜面长AB=2h,则这两次提升物体的机械效率比较(C)
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甲 乙
A.η甲>η乙 B.η甲<η乙
C.η甲=η乙 D.条件不足无法比较
6.(2017·重庆B卷)工人师傅利用如图所示的两种方式,将重均为300 N的货物从图示位置向上缓慢提升一段距离.F1、F2始终沿竖直方向;图甲中OB=2OA,图乙中动滑轮重为60 N,重物上升速度为0.01 m/s.不计杠杆重、绳重和摩擦,则下列说法正确的是(C)
A.甲、乙两种方式都省一半的力
B.甲方式F1由150 N逐渐变大
C.乙方式机械效率约为83.3%
D.乙方式F2的功率为3 W
7.(2017·达州)用如图所示滑轮组拉着重为30 N的物体A匀速前进0.2 m,则绳子自由端移动的距离为__0.6__m;若物体A与地面的摩擦力为9 N,则拉力所做的有用功是__1.8__J;若实际拉力F=4 N,则该滑轮组的机械效率为__75%__.
8.如图所示,小明在3 s内将一个重100 N的物体从斜面底部向上匀速拉到斜面的顶端,沿斜面的拉力F为75 N,物体沿斜面移动的距离s为5 m,上升的高度h为3 m,则人对物体做的有用功是__300__J__,拉力做功的功率是__125__W__;斜面的机械效率为__80%__.
9.(2018·临沂)小明用如图所示的动滑轮提起140 N的水桶,动滑轮重20 N(不计绳重和摩擦),小明拉绳子的动力为__80__N;如果向水桶内再加入40 N的水,提起时动滑轮的机械效率__变大__(填“变大”“变小”或“不变”).
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10.小代用如图所示的滑轮组将重为640 N的物体匀速提升了2 m,用时40 s,此过程中滑轮组机械效率为80%,不考虑绳重及摩擦,则绳端的拉力是__400__N,拉力的功率是__40__W.
11.(2018·石家庄路北区三模)在“测量滑轮组的机械效率”的实验中,用同一滑轮组进行了三次实验(如图所示),实验数据记录如下表.
次数
钩码
重/N
钩码上升
距离/cm
弹簧测力计
示数/N
弹簧测力计
上升距离/cm
机械
效率
1
2
10
0.8
30
83.3%
2
4
10
1.5
30
3
6
10
30
90.9%
(1)第2次实验中滑轮组的机械效率为__88.9%__(结果保留一位小数).
(2)第3次实验中,弹簧测力计的示数漏填,由图丙可知弹簧测力计示数为__2.4__N.
(3)分析数据可得结论:同一滑轮组,提升的物体越重,滑轮组的机械效率越__高__(填“高”或“低”).
(4)根据实验结论推测,使用该滑轮组再次将重8 N的物体匀速提升10 cm,此时滑轮组的机械效率可能为__C__(只填字母).
A.71.6% B. 82.4% C.92.1%
(5)根据表中的数据分析可知,随着物重的增大,额外功__变大__(填“变大”“变小”或“不变”).原因是__克服摩擦做功更多__.
12.(2018·呼和浩特)如图所示,用甲、乙两种滑轮组,分别匀速竖直向上提升同一重物,从相同位置开始提升至同一高度处,求:
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(1)若不计绳重、滑轮重及摩擦,两次拉力F1和F2之比;
(2)若不计绳重及摩擦,重物质量为400 g,动滑轮质量为100 g,匀速拉动过程中甲、乙两装置的机械效率.
解:(1)由图知,甲图中,n1=2;乙图中,n2=3,
若不计绳重、滑轮重及摩擦,则拉力F=G,
两次拉力F1和F2之比:===
(2)重物的重力:G=mg=0.4 kg×10 N/kg=4 N
动滑轮的重力:G轮=m轮g=0.1 kg×10 N/kg=1 N
不计绳重及摩擦时,滑轮组的机械效率
η===
由于两装置中物重和动滑轮重均相同,所以甲、乙两装置的机械效率相等:η=====80%
13.如图所示,用一个重为18 N的动滑轮来提升物体,在实际工作中匀速竖直向上的拉力为30 N,则动滑轮的机械效率(D)
A.一定等于30%
B.一定等于70%
C.可能大于70%
D.一定小于70%
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14.(2018·枣庄)如图所示,用相同的滑轮安装成甲、乙两种装置,分别用FA、FB匀速提升重力为GA、GB的A、B两物体,不计绳重和摩擦.若GA>GB,则η甲__>__η乙;若FA=FB,则GA__<__GB.(填“>”“<”或“=”)
15.(2018·石家庄裕华区二模)如图所示,救援车辆A通过滑轮组对坠入深沟的汽车B进行救援,已知A车在向右匀速行驶过程中,发动机功率为33 kW,受到地面阻力为A车重的0.1倍.已知A车质量为2 t,B车质量为2.6 t,提升过程中,B车匀速上升速度为1 m/s,忽略滑轮组的绳重和摩擦.求:
(1)救援车A在行驶中的发动机牵引力多大?
(2)在匀速提升B车时,滑轮组的机械效率多大?(结果保留一位小数)
(3)当A车牵引力为6×103 N时,B车对地面的压强多大?(已知B车4个车轮,每个车轮与地面的接触面积为250 cm2).
解:(1)A车速度:vA=3v=3×1 m/s=3 m/s
由P= ==Fv得,
F牵===1.1×104 N
(2)A车对绳的拉力:F拉=F牵-f=1.1×104 N-0.1×2×104 N=9×103 N
η===96.3%
(3)因为F拉=(GB+G动)/3,故G动=3F拉-GB=3×9×103 N-2.6×104 N=1×103 N
当A车牵引力为6×103 N时,绳端拉力为F=F′牵-f=6×103 N-0.1×2×104 N=4×103 N
提升汽车B的力为:F提=3F-G动=3×4×103 N-1×103 N=1.1×104 N
汽车B对地面的压力为:F压=F支=GB-F提=2.6×104 N-1.1×104 N=1.5×104 N
故汽车B对地面的压强为:p===1.5×105 Pa
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16.(RJ教材8下P88T3变式)(2018·广安)如图所示,斜面长3 m,高0.6 m,建筑工人用绳子在6 s内将重500 N的物体从其底端沿斜面向上匀速拉到顶端,拉力是150 N(忽略绳子的重力).则下列说法正确的是(A)
A.斜面上的摩擦力是50 N
B.拉力的功率是50 W
C.拉力所做的功是300 J
D.斜面的机械效率是80%
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