資源簡(jiǎn)介

第2節(jié) 滑輪、滑輪組、斜面 機(jī)械效率
【知識(shí)清單】
考點(diǎn)1滑輪
1.定滑輪、動(dòng)滑輪和滑輪組(不計(jì)滑輪重、繩重和摩擦)
種類 定滑輪 動(dòng)滑輪 滑輪組
示意圖
定義使用過程中,軸①　　　　　　的滑輪使用過程中,軸④　　　　　　的滑輪定滑輪和動(dòng)滑輪的組合
實(shí)質(zhì)等臂杠桿動(dòng)力臂為阻力臂⑤　　　　　　倍的省力杠桿\
特點(diǎn)②　　　　　　省力,但③　　　　　　改變力的方向省力,但不能改變力的方向既能省力又能改變力的方向
F與G的關(guān)系F1=GF2=GF3=G
s與h的關(guān)系s=hs=2hs=nh
考點(diǎn)2機(jī)械效率
1.有用功、額外功和總功
(1)有用功:無論是否使用機(jī)械,⑥　　　　　　的功叫作有用功,用W有表示。
(2)額外功:不是我們需要但⑦　　　　　　的功叫作額外功,用W額表示。
(3)總功:⑧　　　　　　和⑨　　　　　　之和叫作總功,用W總表示。W總=W有+W額。
2.機(jī)械效率
(1)定義:物理學(xué)中,將⑩　　　　　　跟　　　　　　的比值叫作機(jī)械效率,用符號(hào)η表示。
(2)公式:η=×100%。
(3)理解:任何機(jī)械都不能省功,由于　　　　　　不可避免,有用功總是　　　　　　總功,所以機(jī)械效率總　　　　　　1。
3.提高機(jī)械效率的方法
(1)滑輪組:增加物重、使用輕質(zhì)滑輪、減小摩擦。
(2)斜面:增大斜面傾角、減小摩擦。
如圖所示,用相同的滑輪安裝成甲、乙兩種裝置,分別用FA、FB勻速提升重力為GA、GB的A、B兩個(gè)物體。物體提升相同高度,不計(jì)繩重和摩擦,下列說法一定正確的是(　　)
A.若GA=GB,則η甲<η乙
B.若FA>FB,則GAC.若FAD.若FA=FB,則η甲>η乙
不計(jì)繩重和摩擦,甲、乙兩種裝置滑輪組的裝配方式不同,比較出有用功和總功,根據(jù)機(jī)械效率的定義式進(jìn)行比較。
【核心突破】
核心突破點(diǎn):機(jī)械效率的計(jì)算
解題思維模型
工人用如圖所示的滑輪組來提升貨物,貨物重400 N,每個(gè)滑輪重50 N,若物體在10 s內(nèi)被提升了6 m,不計(jì)繩重和摩擦,則拉力F的大小是　　　N,繩自由端移動(dòng)的距離是　　　m,物體上升的速度大小是　　　　　　m/s,滑輪組的機(jī)械效率是　　　　　　。(結(jié)果保留至1%)
從圖中可知,n=2,不計(jì)繩重和摩擦,根據(jù)F=(G+G動(dòng))可知拉力F,根據(jù)s=nh可知繩自由端移動(dòng)的距離,根據(jù)v=得出物體上升的速度,根據(jù)η====得出滑輪組的機(jī)械效率。
三維變式練
(斜面)如圖所示,在斜面上將一個(gè)重為5 N的物體勻速拉到高處,沿斜面向上的拉力大小為2 N,斜面長為1.6 m,斜面高為0.4 m。在這一過程中,將重物提升h所做的有用功為　　　　　　J;克服摩擦所做的額外功為　　　　　　J;這個(gè)斜面的機(jī)械效率為　　　　　　。
(水平滑輪)如圖所示的滑輪組,在拉力F的作用下,物體A以0.1 m/s的速度勻速直線運(yùn)動(dòng)了10 s。物體A受到的摩擦力大小為4.2 N,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為2 N(不計(jì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)和滑輪重)。則拉力F的功率為　　　　　　W,滑輪組的機(jī)械效率為　　　　　　。
實(shí)驗(yàn)探究 —— 學(xué)科核心素養(yǎng)提升
【圍繞課標(biāo)】
知識(shí)線：實(shí)驗(yàn)導(dǎo)航
【實(shí)驗(yàn)裝置】如圖所示:
【實(shí)驗(yàn)步驟】
(1)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量鉤碼所受的重力G。
(2)緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì),使鉤碼升高,讀出拉力F的值,用刻度尺測(cè)出鉤碼上升的高度h和彈簧測(cè)力計(jì)移動(dòng)的距離s。
(3)計(jì)算出有用功W有、總功W總和滑輪組的機(jī)械效率。
(4)改變鉤碼的個(gè)數(shù),重復(fù)上面的步驟。
知識(shí)線：實(shí)驗(yàn)?zāi)割}
小明在“測(cè)量滑輪組的機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
甲　　　　 乙　 　　　丙　 　　丁
問題
(1)該實(shí)驗(yàn)的原理是　　　　　　×100%。
(2)需要的測(cè)量工具有:　　　　　　、　　　　　　、細(xì)繩、動(dòng)滑輪、定滑輪、鉤碼若干。
證據(jù)
(3)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)沿豎直方向　　　　　　緩慢拉動(dòng)彈簧測(cè)力計(jì)。某同學(xué)認(rèn)為可以當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)靜止的時(shí)候讀數(shù),該想法是　　　　　　(選填“正確”或“錯(cuò)誤”)的。
(4)實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)如下,請(qǐng)將表中的兩個(gè)數(shù)據(jù)填寫完整。
實(shí)驗(yàn)次數(shù) 鉤碼重G/N 鉤碼上升高度h/m 繩端拉力F/N 繩端移動(dòng)距離s/m 機(jī)械效率η
1 4 0.1 2.7 0.2 74%
2 4 0.1 1.8 0.3 74%
3 8 0.1 3.1 0.3 86%
4 8 0.1 2.5 　　　　　　 　　　　　　
解釋
(5)通過比較　　　　　　(填實(shí)驗(yàn)次數(shù)的序號(hào))兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論:使用同一滑輪組提升同一重物時(shí),滑輪組的機(jī)械效率與繩子的段數(shù)無關(guān)。
(6)通過比較　　　　　　(填實(shí)驗(yàn)次數(shù)的序號(hào))兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論:同一滑輪組提升重物時(shí),物重越重,滑輪組的機(jī)械效率越高。
(7)通過比較3、4兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論:　　　　　　。
交流
(8)在測(cè)拉力時(shí)某同學(xué)使彈簧測(cè)力計(jì)做加速直線運(yùn)動(dòng),該同學(xué)測(cè)得的機(jī)械效率與正確操作相比　　　　　　(選填“偏大”“偏小”或“不變”)。
(9)有同學(xué)認(rèn)為,在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中去掉一個(gè)測(cè)量工具反而能夠減小實(shí)驗(yàn)誤差,你認(rèn)為可以去掉　　　　　　,去掉該測(cè)量工具后,機(jī)械效率可寫為　　　　　　。
真題精粹——河南6年真題精選及真題百變
考向1滑輪及滑輪組的特點(diǎn)　(6年2考)
1.(2022·河南)為了將一物塊送到高處,小杰用木板和滑輪搭建了如圖所示的裝置。用力F拉動(dòng)繩端,物塊沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是 (　　)
A.該裝置使用滑輪是為了更加省力
B.此過程中物塊的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能
C.物塊所受摩擦力的方向沿斜面向下
D.若繩子突然斷開,物塊將立即下滑
考向2機(jī)械效率的計(jì)算　(6年2考)
2.(2024·河南)如圖,甲、乙兩人用不同的裝置,在相同時(shí)間內(nèi)把質(zhì)量相等的貨物勻速提升到同一平臺(tái),不計(jì)繩重及滑輪的摩擦。下列說法正確的是 (　　)
A.甲做的有用功多
B.乙做的總功多
C.甲做總功的功率大
D.乙所用裝置的機(jī)械效率小
3.(2023·河南)如圖所示,在200 N的拉力F作用下,用滑輪組將重為300 N的貨物勻速提升,在20 s內(nèi)貨物豎直上升了2 m。不計(jì)繩重及滑輪上的摩擦。下列說法正確的是 (　　)
A.滑輪組做的有用功為400 J
B.拉力F做功的功率為30 W
C.滑輪組的機(jī)械效率為75%
D.此滑輪組提升的貨物越輕、機(jī)械效率越大
4.(2019·河南)(雙選)工人用如圖所示的滑輪組,在時(shí)間t內(nèi),將重為G的貨物勻速提升了h,人對(duì)繩子豎直向下的拉力恒為F。下列說法正確的是 (　　)
A.拉力F的功率為
B.額外功為(2F-G)h
C.滑輪組的機(jī)械效率為
D.滑輪組的機(jī)械效率隨h的增大而增大
5.如圖所示,工人師傅用長木板搭個(gè)斜面,把重力為G的重物勻速沿斜面推上去。假如斜面長為s,高為h,工人用沿斜面方向大小的推力為F,則斜面的機(jī)械效率為　　　　　　,斜面對(duì)貨物的摩擦力的大小為　　　　　　。(用已有物理量的符號(hào)表示)
【參考答案】
回歸教材
知識(shí)清單
考點(diǎn)1:
①固定不動(dòng)　②不能　③可以　④隨物體一起移動(dòng)　⑤2
考點(diǎn)2:
⑥必須要做　⑦又不得不做　⑧有用功　⑨額外功　⑩有用功　總功　額外功　小于　小于
例題1　D
核心突破
例題　225　12　0.6　89%
變?cè)O(shè)問　2　1.2　62.5%
【解析】重物提升h所做的有用功為W有=Gh=5 N×0.4 m=2 J;總功為W總=Fs=2 N×1.6 m=3.2 J,克服摩擦所做的額外功為W額=W總-W有=3.2 J-2 J=1.2 J;機(jī)械效率為η=×100%=×100%=62.5%。
變?cè)O(shè)問　0.6　70%
【解析】從圖中可知n=3,繩子自由端的速度v=nv物=3×0.1 m/s=0.3 m/s;不計(jì)繩、彈簧測(cè)力計(jì)和滑輪重,彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為2 N,則拉力大小為2 N,根據(jù)P===Fv可知拉力F的功率P=Fv=2 N×0.3 m/s=0.6 W;滑輪組的機(jī)械效率η=====×100%=70%。
實(shí)驗(yàn)探究
圍繞課標(biāo)
考點(diǎn)線　實(shí)驗(yàn)?zāi)割}
(1)η=
(2)彈簧測(cè)力計(jì)　刻度尺
(3)勻速　錯(cuò)誤
(4)0.4　80%
(5)1、2
(6)2、3
(7)不同滑輪組提升相同重物時(shí),動(dòng)滑輪越輕,滑輪組的機(jī)械效率越高(或不同滑輪組提升相同重物時(shí),動(dòng)滑輪越重,滑輪組的機(jī)械效率越低)
(8)偏小
拓展設(shè)問　(9)刻度尺　η=×100%
真題精粹
1.C　【解析】由圖可知,該滑輪固定不動(dòng),是一個(gè)定滑輪,使用定滑輪不能省力,可以改變力的方向,故A錯(cuò)誤;物塊沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng),質(zhì)量不變,速度不變,動(dòng)能不變,高度變高,重力勢(shì)能變大,不是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能,故B錯(cuò)誤;物塊沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng),滑動(dòng)摩擦力會(huì)阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng),所以摩擦力的方向是沿斜面向下的,故C正確;若繩子突然斷開,物塊由于具有慣性,仍然會(huì)向上移動(dòng)一段距離,故D錯(cuò)誤。
2.C
3.C　【解析】拉力做的有用功為W有=Gh=300 N×2 m=600 J,故A錯(cuò)誤;由圖可知n=2,繩子自由端移動(dòng)的距離為s=nh=2×2 m=4 m,拉力做的總功為W總=Fs=200 N×4 m=800 J,拉力做功的功率為P===40 W,故B錯(cuò)誤;滑輪組的機(jī)械效率為η=×100%=×100%=75%,故C正確;當(dāng)不計(jì)繩重和摩擦?xí)r,η=====可知,動(dòng)滑輪的重力一定,提升的貨物越輕,即G越小,機(jī)械效率越小,故D錯(cuò)誤。
4.AB　【解析】由圖可知,連接動(dòng)滑輪繩子的股數(shù)n=2,繩端移動(dòng)的距離s=nh=2h,拉力F做的功為W總=Fs=2Fh,則拉力F的功率P==,故A正確;拉力做的有用功W有=Gh,則額外功W額=W總-W有=2Fh-Gh=(2F-G)h,故B正確;滑輪組的機(jī)械效率η===,故C錯(cuò)誤;根據(jù)η=可知,滑輪組的機(jī)械效率與提升的高度h無關(guān),故D錯(cuò)誤。
5.　
【解析】推力做的總功為W總=Fs,所做的有用功為W有用=Gh,則斜面的機(jī)械效率為η==;所做的額外功為W額=W總-W有用=Fs-Gh,由W額=fs可得,貨物受到的摩擦力為f==。

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