滑輪組的機械效率

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滑輪組的機械效率范文第1篇

問題一:不能正確理解有用功和額外功。

例題:如圖1所示,用滑輪組把重為200N的物體沿水平方向勻速拉動,物體與地面間的摩擦力為40N,若此滑輪組機械效率為80%,物體在水平拉力作用下勻速前進2m。求拉力的大小。

分析:求拉力大小根據W=FS可知,需要求出W總和拉力移動距離S。求W總根據?濁=■×100%,則要求出W有,根據有用功的概念可知,克服物體與地面間的摩擦力做的功為有用功,即W有=fSA; 拉力移動距離S=nSA。

解法:因為 W有=fSA=40N×2m=80J 則

W總=■=■=100J

又因為 S=nSA=2×2m=4m(由圖可知n=2)

所以 F=■ =■=25N

■

圖1

評注:利用滑輪組水平拉物體時,克服物體與地面間的摩擦力做的功為有用功,而克服動滑輪自身重量、繩重及輪與繩之間的摩擦所做的功為額外功。

問題二:同一滑輪組的機械效率不一定不變。

例題:現用如圖2所示的滑輪組提升重物(不計摩擦和繩重)

(1)用200N的拉力將重為500N的物體勻速提升時,此滑輪組的機械效率是多少?

(2)若用此滑輪組將重為900N的物體勻速提升2m,那么此時的滑輪組機械效率是多少?

分析:(1)根據題意有:W有=G物h,W總=FS=Fnh,再根據機械效率定義式?濁=■×100%=■×100%=■×100%,即可求出?濁。

(2)當G物增大為900N時,G動不變。根據(1)中的F、G物、G動、n的關系式F=■(G物+G動),可算出G動,再根據公式η=■×100%,可算出此時的機械效率。

解法:(1)?濁=■×100%=■×100%=■×100%=■≈83.3%

(2)動滑輪的重力G動=nF-G物=3×200-500=100N

η1=■×100%=■×100%=90%

評注:此問題學生易犯定勢思維錯誤,他們大多認為:不同滑輪組的機械效率不同,同一滑輪組的機械效率一定相同。根據公式η=■×100%可知, 對同一滑輪組而言,η隨G物的變化而變化。

■

問題三:使用滑輪組不一定能省力

例題:如圖3所示,當用滑輪組提起重200 N的物體時,機械效率為50%,若要使這個滑輪組省力,則提起的重物應該超過多重?(不計摩擦和繩重)

分析:使用滑輪組提升重物時,要使滑輪組省力,必須滿足F

解法:由η=■×100%,有G動=■=■=200 N.

不計摩擦和繩重時,F=■(G物+G動)=■(G物+200N)

又F

因此,只有當被提升物體重力超過66.7 N時,滑輪組才能省力,否則就不省力。

評注:當拉力大于或等于物體重力時,使用滑輪組不再省力。因此使用滑輪組不一定都省力。

問題四:滑輪組越省力,其機械效率不一定越高

例題:如圖4所示,兩個滑輪組中物重為120N,每個動滑輪的重為20N,當用力F提拉重物時,哪個的機械效率高?

■

分析:當用不同滑輪組(即G動不相等時)提升相同的

物重時,繩子股數越多時,G動越大,又因為G物不變,

由公式η=■×100%,可知,滑輪組的機械效率會降低。

解法:根據公式η=■×100%,有

η甲=■×100%=■×100%=■×100%=85.7%

η乙=■×100%=■×100%=■×100%=75%

滑輪組的機械效率范文第2篇

一、實驗裝置的考查

測滑輪組的實驗需要的實驗器材有滑輪組、鐵架臺、彈簧測力計、刻度尺。在滑輪組的實驗裝置中一般會給出一定數量的動滑輪和定滑輪，并提出改變拉力方向（圖1甲）、最省力的繞線（圖1乙）、拉力向某個方向的要求，要求畫出繩子的繞法。

二、實驗步驟及操作的考查

按組裝圖把實驗器材裝配好后；用彈簧測力計測量出重物的重力G；在動滑輪下面掛上重物，并分別記下重物和彈簧測力計的位置；勻速豎直向上或向下拉彈簧測力計，使重物上升一段距離，讀出彈簧測力計的讀數F；用刻度尺分別量出重物上升的距離h和繩的自由端移動的距離s；由測得的數據，根據η==計算出滑輪組的機械效率。實驗過程中關鍵要勻速向上或向下拉彈簧測力計，使讀數更加穩定；讀數時還要關注彈簧測力計的朝向不同時的讀法，如圖2甲圖彈簧測力計的讀數是2.4N，圖2乙圖彈簧測力計的讀數是2.8N。

三、數據分析的考查

圖2中D為鋁制滑輪，E為鐵制滑輪，其他滑輪都是塑料制造的。根據圖2所示裝置做了8次實驗，數據記錄如下表：分析第1和2次的實驗數據可知滑輪組的機械效率與鉤碼上升的高度無關。分析1、3、4三次的實驗數據可以得出同一滑輪組的機械效率與物重有關或成正比；根據η==，用同一滑輪組對不同的物體做功時，其額外功不變，重物越重時做的有用功越多，機械效率越高。根據以上分析也能說明“同一個機械，它的機械效率是一個定值”是錯誤的。分析1、5、6或1、7可知滑輪組的機械效率與動滑輪自身的重力有關；或提升同一物體，動滑輪越重（1、5、6都是一個動滑輪，但由于材料不同，導致重力不同；1和7是同種材料的動滑輪，F的動滑輪個數比A多），滑輪組做的額外功越多，機械效率越低。對比第1和8兩次實驗數據，可知同一滑輪組機械效率與繩子繞法無關，因為η==，對同一個物體做功時，所做的有用功是相同的，做的額外功也是相同的，所以同一滑輪組在不同繞線時的機械效率也是相同的，但此時它們的拉力不相同。進一步分析可知，在動滑輪和繩重一定的情況下，該滑輪組的機械效率與物重和摩擦有關。

四、提高機械效率的考查

提高機械效率主要采用增大有用功和減小額外功的辦法，增大有用功采用增大物體重力的方法。減小額外功采用減輕動滑輪和繩的自重、減小輪和軸間的摩擦。

五、機械效率計算的考查

機械效率的計算是每年的必考項目，在選擇題、填空題、實驗題和計算題都會出現。實驗的考查主要在分析數據和填空中出現，關鍵要分析清楚誰在做有用功、額外功和總功，例如計算上表第7次實驗的機械效率并填入表格中，η====66.67%。

滑輪組的機械效率范文第3篇

一、豎直方向使用滑輪組

例1　在小型建筑工地，常用簡易的起重設備豎直吊運建筑材料，其工作原理相當于如圖1所示的滑輪組.某次將總重G為4000N的磚塊勻速吊運到高為10m的樓上，用時40s，卷揚機提供的拉力F為2500N.求在此過程中：

（1）有用功；

（2）拉力F的功和功率；

（3）滑輪組的機械效率.

分析　（1）功的大小等于作用在物體上的力和物體在力的方向上通過距離的乘積.由圖1可知，有用功就是作用在物體上的拉力所做的功.如圖2所示，由于物體在豎直方向上做勻速直線運動，所以F拉=G，即W有=F拉h=Gh.

（2）由于拉力是通過機械直接作用在繩子的自由端的，所以拉力F做的功就是總功.所以拉力F的功率可以用P總=■，或者，P總=F■=Fv；

（3）機械效率即為有用功與總功的比值．

解　（1）W有=Gh=4000N×10m=4×104J．

（2）W總=Fs=F×2h=2500N×2×10m=5×104J

P=■=■=1.25×103W．

或P=F■=F■=2500N×■

=1.25×103W．

（3）η=■×100％=■×100％=80％．

答　（1）有用功為4×104J；（2）拉力F做的功為5×104J，功率為1.25×103W；（3）滑輪組的機械效率為80％.

例2　如圖3，用滑輪組勻速提升重為2000N的物體，作用在繩子自由端的拉力大小為625N，拉力1s內做了1250J的功，滑輪組的機械效率為80%，不計摩擦和繩重.

求：（1）這個滑輪組中吊起滑輪的繩子的股數（并畫出滑輪示意圖）；

（2）這個滑輪組中動滑輪的重；

（3）如果用此滑輪組勻速提升300N的重物，拉力應為多大？

分析　（1）有用功是直接作用在物體上的力F拉所做的功.對物體進行受力分析之后，得到W有=Gh.總功是直接作用在機械上的力F所做的功，這里是指作用在繩子的自由端的動力F所做的功，因此W總=Fs

=Fnh.題中還告知了機械效率的值，是有用功和總功的比值，即可求得n.n是承擔物重的繩子段數，也就是提升動滑輪繩子的段數.

（2）因為不計摩擦和繩重，所以在提升重物的過程中，克服動滑輪的重力所做的功就是額外功.根據W額=G動h即可求得G動.

（3）對同一滑輪組而言，當提升物體的重力發生變化時，機械效率是變化的.所以要計算新的拉力，不能使用原來的機械效率.這時，由于不計繩重和摩擦阻力，需要利用G動不變，即額外功不變，使用F=■（G動

+G物）求新的拉力.

解　（1）因為W有=Gh，W總=Fs=Fnh，

所以η=■×100％=■×100％=80%

即■×100％=80%，求得n=4（裝配圖如圖4所示）．

（2）W有用=W總×η=1250J×80%=1000J

W額=W總-W有=1250J-1000J=250J

W額=G動h

所以G動=■=■=500N．

（3）根據F=■（G動+G物）得，

當物重為300N時

F′=■（G動+G物）=■（300N+500N）=200N．

答　（1）這個滑輪組中吊起動滑輪繩子的股數為4股，滑輪示意圖如圖4所示；

（2）這個滑輪組中動滑輪的重為500N；

（3）如果用此滑輪組勻速提升300N的重物，拉力應為200N.

小結　豎直方向使用滑輪組，機械效率計算題的解題技巧．

（1）有用功：直接作用在物體上的力F拉所做的功.由于一般情況下，物體做勻速直線運動，因此W有=Gh.

（2）總功：直接作用在機械上的力F所做的功，這里是指作用在繩子自由端的動力F所做的功，因此W總=Fs=Fnh.

（3）有用功率和總功率：這里的關鍵是區別有用功和總功.P有=■=G物v物，P總

=■=Fv=Fnv物 .這里的n是承擔物重繩子的段數，也就是從動滑輪出來的繩子的段數.

（4）機械效率是有用功和總功的比值.

（5）機械效率的變化：在使用同一個滑輪組時，若所提升的重物發生改變時，機械效率將會發生改變，此時，通過F=■（G動

+G物）求所需要的量即可.（摩擦和繩重不計）

二、杠桿

例3　用一個杠桿來提升重物．已知動力臂是阻力臂的3倍，物體重600N，手向上拉杠桿的動力是210N，物體被提升20cm．求：

（1）手拉杠桿上升的高度；

（2）人做了多少總功；

（3）人做了多少額外功；

（4）杠桿的機械效率是多大.

分析　（1）如圖5所示，由于動力臂是阻力臂的3倍，根據相似三角形可知■=■，由此可以求得手拉杠桿上升的高度．

（2）人做的總功是作用在機械上動力所做的功.因此用相關公式可以求得總功.

（3）額外功等于總功減去有用功，這里只要求得有用功即可.

（4）杠桿機械效率等于有用功與總功的比值.

解　（1）物體上升高度h=20cm=0.2m．

動力移動距離s=3h=3×0.2m=0.6m．

（2）人做的總功

W總=Fs=210N×0.6m=126J．

（3）W有=Gh=600N×0.2m=120J，

W額=W總-W額=126J-120J=6J．

（4）η=■×100％=■×100％=95.2%．

答　（l）手拉杠桿上升的高度為0.6m；

（2）人做了總功126J；

（3）人做了額外功6J；

（4）杠桿的機械效率是95.2%．

小結　杠桿機械效率計算題的解題技巧：

（1）有用功：用杠桿提升重物時克服物體的重力做的功，所以利用公式W有=Gh直接求得即可.

（2）總功：直接作用在杠桿上的動力F所做的功，因此W總=Fs.

（3）有用功率和總功率：

P有=■，P總=■.

滑輪組的機械效率范文第4篇

一、豎直使用的滑輪組

例題2.建筑工地上有一批重2540N的鋼材，如圖2所示，用一個滑輪組把它們提升到1.7m的高處。如果不考慮摩擦，也不考慮滑輪和繩子的重物，請解答下列問題：

（1）繩端拉力F是多少牛？

（2）繩端移動的距離是多少米？

（3）若考慮摩擦，滑輪和繩子的重、須在繩端施力800N，問滑輪組的機械效率是多少？

解析：使用滑輪組時，重物G由n段繩子承擔，提起重物G所用的力F就是重物G的■；由于重物G是由n段繩子承擔，當重物升高hm 時，繩末端移動的距離s=nhm；若考慮摩擦、滑輪和繩子的重，滑輪組的機械效率等于有用功和總功德比值。

二、水平使用的滑輪組

例題3.時代倉庫管理是個愛動腦筋的人，他用如圖3所示的滑輪組拉著貨物在水平地面上勻速前進，如果在繩的端點A的作用力F=300N，重物與地面間的摩擦力f為多大？如果將重物移動的距離為s=1m，繩端A移動的距離為多少？（不計滑輪本身的質量以及軸與輪間的摩擦）

解析：本題中的滑輪組，右側為定滑輪，左側直接拉物體是動滑輪，與此動滑輪連接的繩子段數有3段，沒段繩子的拉力是F，所以動滑輪拉物體的力F'=3F。對被拉物體再進行受力分析可知，重物在水平桌面上受到滑輪組對它的拉力和地面的摩擦力，又由于重物沿水平勻速運動，因此摩擦力與拉力大小相等。所以，滑輪對重物的作用力大小等于重物所受地面對它的摩擦力。f=F'=3F，將重物移動1m，與動滑輪連接的三段繩子的端點都應當移動1m，所以繩端A移動的距離應為3m。

我們已知的條件有：f=300m，s=1m

我們要計算的物理量是：f和s'

動滑輪拉物體的力F'=3F，由二力平衡條件可知；f=F'=3F=3×300N=900N

s'=3m=3×1m=3m

滑輪組的機械效率范文第5篇

一、省力與費力

杠桿判斷 給出生活中常見的用杠桿原理工作的實物，讓我們判斷是省力杠桿還是費力杠桿.解這類題的方法是：第一步找支點，也就是杠桿繞著轉動的固定點；第二步分清動力、阻力，一般把人、機械主動給出的力看做是動力，把物體對杠桿的作用力看做是阻力；第三步比較動力臂和阻力臂的大小.

例1 筷子是我國傳統的用餐工具，它應用了杠桿的原理，如圖1（a）所示.請你判斷它是省力杠桿，還是費力杠桿.

分析 首先把其中一根筷子抽象出來（上面的那根），找出支點，再分析動力的方向和阻力的方向，并作出動力臂和阻力臂.筷子的抽象杠桿如圖（b）所示，阻力方向如圖中F2所示，手指在B點用力以夾住食物，筷子以C點為軸轉動，所以C點是支點，B點是動力作用點，動力作用方向如圖中F1所示，從圖可以看出動力臂小于阻力臂，所以筷子是費力杠桿.

這類題通常以選擇題或作圖形式出現，屬于比較簡單的試題，常見的還有瓶蓋起子、核桃夾子、醫用鑷子等，在完成作圖題時一定要注意動力和阻力的作用點都要畫在杠桿上，而不是物體上.

例2 圖2所示為釣魚竿釣魚的示意圖，O為支點，F1表示手對釣魚竿的作用力，請在圖中畫出動力F1的力臂l1、魚線對釣魚竿阻力，并標出阻力符號.

分析 在此題中，很多同學會把阻力畫成魚的重力，雖然方向都是豎直向下的，但作用點不同，重力作用點在魚上，阻力作用點在杠桿上，這一點請同學們必須細心.

滑輪組的判斷 用滑輪組起吊重物時，不計摩擦和繩重，不計動滑輪重，則滑輪組用幾段（n段）繩子吊起重物，提起重物的拉力就是物重的幾（n）分之一，即F=■，而這幾（n）段繩子是動滑輪上繩子的段數.

例3 借助簡單機械將重物提升，若不計滑輪重及摩擦，以下裝置最省力的是（ ）.

分析 A圖中人直接提升重物，其用力大小就是物體的重力；B圖中，在不計滑輪重和摩擦時，動滑輪上有兩段繩子承擔物重，故人用力F=■；C圖中，人利用定滑輪提升重物，它不能省力，用力大小等于G；D圖中，滑輪組的動滑輪上有三段繩子承擔物重，故人用力F=■.D圖中人用力最小.

這類問題需注意：若考慮動滑輪重，計算時可以將動滑輪重加到物重中去，即F=■；滑輪組繩子段數的確定是指動滑輪上的段數，和定滑輪無關.

二、做功與不做功

功由兩個因素決定：一個是作用在物體上的力，另一個是物體在力的方向上通過的距離，兩者缺一不可.若物體沒有受到力的作用，由于慣性移動了一段距離，則不做功，例如在光滑的水平地面上滑動的小物塊，是由于慣性而運動，雖然在水平方向上通過了距離，但并沒有水平方向的力作用于它，所以沒有力做功；若物體雖受到力的作用，但沒有運動，則不做功，例如推一輛陷在泥濘中的轎車卻沒有推動，所以力不做功；若物體受到力的作用，也通過了距離，但物體受到力的方向跟它運動的方向垂直，則也不做功.例如人手提水桶在水平路上行走，水桶沿水平方向向前運動，這時人對水桶的力是豎直向上的，而水桶移動的距離是水平的，并沒有向上移動，也是“勞而無功”.判斷力對物體是否做功，就是以上面三種條件為依據的.

例4 在粗糙的水平面上，用100N的水平推力使一個重為500N的物體水平前進了10m，在此過程中（ ）.

A.推力做了1000W的功

B.推力做了1000J的功

C.重力做了5000J的功

D.重力做了5000W的功

分析 物體沿水平方向移動距離10m，推力是沿水平方向的，所以推力做功，其大小計算W=Fs=100N×10m=1000J；而重力方向豎直向下，與運動方向垂直，所以重力不做功.故正確答案為B.同學們的常見錯誤之一是：不分析某力是否做功，只要看到力和距離，就直接相乘，會錯選C答案，也有些粗心的同學，把功的單位與功率的單位混淆，錯選A.如其他條件不變，只把“在粗糙的水平面上”這一條件改成“在光滑水平面上”，B選項還是正確答案嗎？其實，只要同學們抓住做功的兩個必要因素，即能得出正確結論：重力是否做功，看物體在重力方向上有沒有移動距離，若有，重力功就等于重力大小與在重力方向距離的乘積，和阻力無關；推力是否做功，看物體在推力方向上有沒有移動距離，也與阻力無關.所以正確選項還是B.

三、功率與效率

功率是表示物體做功快慢程度的物理量，大小等于單位時間內做的功，計算公式是P=■，它與做功的多少和時間有關，做功多不一定功率大，功率越大的機器做功越快，但不一定做功越多；在相同的時間內做功多的功率就大；做功相同時，做功時間少的功率就大.

機械效率是有用功與總功的比值，計算公式是η=■×100%，有用功占總功比值越大，機械效率越高.機械效率和功率沒有必然關系，也就是說，機械效率高的，功率不一定大，功率大的，機械效率也不一定高.

例5 關于功率和機械效率，下列說法正確的是（ ）.

A.功率大的機械，有用功和總功的比值可能小

B.做功多的機械，機械效率一定高

C.省力的機械，機械效率一定高

D.兩種機械所做的有用功相等時，它們的機械效率一定相等

分析 A選項中“有用功和總功的比值”就是機械效率，根據我們前面的分析：功率大的機械，效率不一定高，也可能小，所以A正確；B選項中“做功多”應該是機械的總功多，但有用功在總功中占的比例不一定大，所以B錯；C選項中的“省力機械”只能說明使用機械用力比不用機械要少，但機械省力不省功，所以不能說明其機械效率高，C錯；D選項中的“兩種機械所做的有用功相等”，不能說明總功也相等，根據機械效率的定義式η=■×100%，機械效率不一定相等，故D也錯.

理解總功、有用功和額外功三個概念，是解決機械效率問題的關鍵.做相同的有用功，額外功越少，機械效率越高，即額外功會影響到機械效率.

例6 某實驗小組測一滑輪組機械效率的數據如下表：

根據數據發現：用同一滑輪組提升不同重物至同一高度，克服動滑輪的重所做的額外功 （相同/不同）；提升的物重增加時，克服摩擦和繩重所做的額外功 （變大/變小/不變）.

分析 對克服動滑輪重所做的額外功而言，題中“同一滑輪組”說明動滑輪重相同，“提升不同重物至同一高度”這句話的關鍵詞是“同一高度”，克服動滑輪所做的額外功可以根據公式W動=G動h計算，且與物重沒有關系，大小都等于0.053J，所以第一空填“相同”；而“克服摩擦和繩重所做的額外功”本題中無法用W=Fs計算得出，需要從表格中數據去分析：每一次克服摩擦和繩重所做的額外功W額外=W總-W有

-W動，所以第一次做的額外功W額外1=0.21J