高中滑轮物理知识点包括:
定滑轮不省力也不费力,但可以改变作用力方向。
动滑轮省力一半的假设,只适用于忽略滑轮的重力和摩擦的情况。
滑轮组能够既省力又能改变力的方向。
理想情况下(不计滑轮摩擦和重力),重物G通过几段绳的拉力F(或绳的拉力为G/n),重物G就提升n倍的高度。
实际情况下,绳重、摩擦等因素会影响拉力的大小。
使用动滑轮能省一半力,但费距离;其动力臂是阻力臂的2倍;并且要克服滑轮重力做额外功。
使用定滑轮不能省力,但可以改变用力方向;其动力臂与阻力臂相等。
省力机械的实质是能够省力的杠杆或绳子的组合,多由杠杆和绳组成。
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题目:
在某实验中,有一个定滑轮和动滑轮组成的滑轮组,已知重物为G1,动滑轮为G2,绳子能承受的最大拉力为F。求:
1. 当重物上升h时,绳子自由端需要移动多少距离?
2. 当绳子能承受的最大拉力为F时,需要多少条绳子?
知识点:
1. 滑轮组的工作原理:使用滑轮组可以省力、改变力的方向。
2. 绳子股数与拉力大小的关系:当动滑轮和重物总重为G时,需要n(绳子股数)≥G/F。
解析:
1. 当重物上升h时,绳子自由端需要移动的距离为s = nh,其中n为绳子股数。根据滑轮组的工作原理,当重物上升h时,绳子自由端需要移动的距离为nh。
例如,当重物为G1=50N,动滑轮为G2=30N,绳子能承受的最大拉力为F=60N时,需要计算绳子自由端移动的距离。根据n≥G/F,可得绳子股数n≥(G1+G2)/F = (50+30)/60 = 1.5。因此,至少需要两条绳子来连接重物和定滑轮。所以,绳子自由端需要移动的距离s = nh = 2h = 2 × h = h。
2. 当绳子能承受的最大拉力为F时,需要多少条绳子取决于动滑轮和重物的总重G。根据滑轮组的工作原理和绳子股数与拉力大小的关系,当动滑轮和重物的总重为G时,至少需要n(绳子股数)≥G/F来连接重物和定滑轮。因此,当绳子能承受的最大拉力为F时,需要的绳子股数至少为(G1+G2)/F条。
例如,当重物为G1=50N,动滑轮为G2=30N,绳子能承受的最大拉力为F=60N时,动滑轮和重物的总重G = G1+G2 = 50+30 = 80N。根据n≥G/F,可得至少需要三条绳子来连接重物和定滑轮。所以,当绳子能承受的最大拉力为F时,绳子自由端需要移动的距离s = 3h。
答案:
1. 当重物上升h时,绳子自由端需要移动的距离s = nh = 2h = h。
2. 当绳子能承受的最大拉力为F时,至少需要三条绳子来连接重物和定滑轮。因此,当绳子自由端移动的距离s = 3h时,绳子的股数n = s/h = 3。