在日常生活中,人们常常为了省力或省距离而使用滑轮架。 为了充分发挥小车架的作用,需要考虑效率问题。 高效的台车架将使工作更加方便。 很多中学生在学习了滑轮架的机械效率后,在解题时经常会出错。 本文通过实例分析中学生容易出错的问题,与大家一起阐述。
问题一:无法正确理解有用功和额外功。
例:如图1所示,重200N的物体由滑轮架以恒定速度水平驱动,物体与地面的摩擦力为40N。 如果滑轮架的机械效率为80%,物体将以匀速向前移动2m。 找出拉力的大小。
分析:根据W=FS可知拉力大小滑轮组机械效率解题技巧,必须求出W与拉力连接距离S之和。 找到 W 的总基? 浊度=×100%滑轮组机械效率解题技巧,则要求求得W。根据有用功的概念,可知克服物体与地面摩擦力所做的功为有用功,即W有= fSA; 拉力连接距离S=nSA。
解:由于W有=fSA=40N×2m=80J那么
W总计=■=■=100J
又因为S=nSA=2×2m=4m(从图中可以看出n=2)
所以 F=■=■=25N
■
图1
注释:用滑轮架水平拉动物体时,克服物体与地面摩擦力所做的功为有用功,克服动滑轮自重、绳索自重所做的功为有用功, 轮子与绳索之间的摩擦称为额外功。
问题二:同一个滑轮架的机械效率不一定恒定。
例:现用图2所示的滑轮架吊起一个重物(忽略摩擦力和绳索重量)
(1)当一个重500N的物体以200N的拉力匀速上升时,滑轮架的机械效率是多少?
(2) 如果用这个木块将一个重900N的物体匀速上升2m,此时木块的机械效率是多少?
解析:(1)根据题意:W有=G物h,W总=FS=Fnh,再根据机械效率定义公式? 浊度=■×100%=■×100%=■×100% 找出来? 浊度。
(2) 当 G 质量减小到 900N 时,G 运动保持不变。 根据式(1)中F、G物体、G运动和n的关系式F=■(G物体+G运动),可以计算出G运动,再根据公式η=■×100%,得到机器此时可以计算出效率。
解决方案:(1)? 浊度=■×100%=■×100%=■×100%=■≈83.3%
(2)动滑轮重力G=nF-G物=3×200-500=100N
η1=×100%=×100%=90%
译注:这道题,中学生容易犯固定思维的错误。 他们大多认为不同滑轮架的机械效率不同,同一个滑轮架的机械效率一定是一样的。 根据公式η=×100%可知,对于同一滑轮架,η随着G对象的变化而变化。
■
问题三:使用滑轮架不一定省力
例:如图3所示,滑轮架用于提升200N的物体时,机械效率为50%。 如果滑轮架是为了省力,那么重物应该吊多少呢? (不包括摩擦力和绳索重量)
分析:使用滑轮架吊重物时,要使滑轮架省力,必须满足F
解:由η=■×100%,G =■=■=200N。
忽略摩擦力和绳索重量时,F=■(G物体+G运动)=■(G物体+200N)
和女
因此,只有当被吊物的重力超过66.7N时,滑轮架才能省力,否则不省力。
译注:当拉力小于或等于物体重量时,使用滑轮架已经不省力了。 因此,使用滑车架不一定省力。
问题四:滑轮架越省力,其机械效率不一定越高
例:如图4所示,两个滑轮架中物体的重量为120N,每个动滑轮的重量为20N。 当用力 F 举起重物时,哪一个的机械效率最高?
■
分析:当使用不同的block时(即G 不相等的时候)提升一样
当物体很重时,绳股数越多,G的运动量越大,由于G的物体不变,
从公式η=■×100%可以看出,滑轮架的机械效率会下降。
解:根据公式η=×100%,有
ηA=■×100%=■×100%=■×100%=85.7%
ηB=■×100%=■×100%=■×100%=75%
注解:在图4中,A、B两个滑轮架中的动滑轮数量不同,因此提升相同物体重量时,即使有用功相同,由于W的大小不同,机械效率也不同. 因此,要根据实际需要选择合适的滑车架,而不是一味追求省力。