在高考备考阶段滑轮组的机械效率习题,很多朋友都觉得滑轮架机械效率这道题太难了,容易套错公式。 为什么会出现这样的问题? 如何解决? 在回答那些问题之前,老师带你复习一下2016年广州化学高考第29题——
(2016, 成都) 如图1所示,水平面上的物体通过滑轮架装置进行匀速驱动。 已知物体在水平面上所受的滑动摩擦力是重力的0.1倍,匀速行驶物体的距离为1m。 当物体质量为2kg时,滑轮架的机械效率为50%,与绳索重量及绳索与滑轮间的摩擦力无关。 求:
(1)物体质量为2kg时,在水平面上遇到的滑动摩擦力;
(2) 动滑轮的重力;
(3)质量为10kg的物体以0.1m/s的速度运动时,拉力的大小。
虽然这道题不难,而且在回答问题(2)的时候,很多朋友会出现乱写公式的情况,比如:
错解1:=50%,其中,=20N,解=38N;
错误解2:=50%,其中,=20N,解=20N。
使用以上两种错误解法的根本原因是朋友们不了解小车架机械效率中有用功的深刻含义,总是认为不对或死记硬背。 接下来,老师将分析有用功和总功的深刻含义,将原来的公式扩充和更新为通用公式,从而提高小车架机械效率的解题效率。
1. 了解机械效率
工作效率是指工作产出与投入的比率。 因此滑轮组的机械效率习题,对于恒速提重物的问题,如图2所示,当我们以恒速徒手提重物时,人提供的拉力全部用于提重物. 此时工作产出与投入之比等于1,即效率为100%。
分析可以看出,用手提重物的方法虽然可以达到100%的工作效率,但是并不能节省人工,改变人的努力方向。 因此,有必要使用动滑轮和定滑轮来实现这一概念,为工作带来方便。
如图3-1所示,在提升重物的过程中,通过使用滑轮架来实现省力和改变受力方向的目的。 整个装置如图3-2所示。 使用本装置吊重物时,人的拉力必须克服动滑轮的自重和挂在动滑轮上的绳索的拉力FT才能做功。 这是使用滑轮架工作时输入的总功,也就是总功。 分析可知,滑轮架整个装置工作时,只能克服挂在动滑轮上的绳索的张力FT做功(图3-3)。 绳索对滑轮的向上拉力FT做功,对应图3-4。 同时动滑轮升起,即做额外功。
二、案例分析
【实例1】如图4所示,中型拖拉机通过滑轮架以匀速打捞深井中的物体。 已知该物体重1.2×103N,密度为1.6×103kg/m3。 测得物体出水后拖拉机作用在绳索上的拉力为500N。 如果不考虑摩擦力、绳重和水阻力,g为10N/kg,问:
(1) 物体浸入水底时受到的压力是多少?
(2) 动滑轮上的重力是多少?
(3) 物体漏出海前滑车的机械效率是多少?
解法:(1)从和得到:
当物体浸入水底时,V排=V物体=0.075m3,由F浮=G排=得到:
F浮子==1×103kg/m3×10N/kg×0.075m3=750N
(2)物体出水后,n=3,然后,then=3×500N-1200N=300N
(3)若物体浸入水底,由n=3知,扣除摩擦力和绳索自重,得:=60%。
【点评】该方案采用上面提取的通用公式表达机械效率,然后分析受力,将FT和的大小代入多项式求解,避免了死记硬背的公式带来的估计误差。
【错题解析】在东海县新水晶市场施工现场,工人们使用图5所示的滑轮架,以0.2m/s的匀速带动重3000N的物体A沿水平方向运动。 若水平拉力为250N,滑轮架的机械效率为80%。
求:
(1)物体所受的摩擦力f;
(2)拉力F所做的功;
(3)机器在10s内完成的有用功。
解: (1) 水平匀速驱动,则f=FT,由n=3可知:3F=FT=f,则f=3×250N=750N
(2) 由题中n=3,则,
然后从,得到:
(3), 其中,
代入得到:
您的解决方案是否与上述相同? 如果相同,那你就错了。
错误是在问题(1)的摩擦力f的求解中,力的关系3F=FT=f不成立,导致f的求解有误。 由于本题分析过程中不能忽略绳重、滑轮重量和摩擦力的影响,所以滑轮架的效率为80%,而不是题干的100%。 如果3F=FT=f的关系成立,则效率=100%,这是错误的。 正确的解决方法如下:
解: (1) 从n=3,知道: ,则=80%
解法为: ,则,水平匀速驱动,则f=FT=600N
(2) 从题中,n=3,则
从和到:
(3), 其中
代入得到:
【注】在用滑轮架水平匀速驱动重物的问题中,求解机械效率的准确性也影响力的求解。
朋友们,你现在能不能用广义公式,分析一下直接拉动重物的绳索的张力,正确解出物体匀速运动在以下三种情况下的机械效率(如图6)? ? 试一试 -
听了这篇文章,你了解小车架的机械效率了吗? 所以赶快用所学的知识解决文章开头的高考问题吧}!