曹健勇老师简介:实验学校骨干班主任,中级班主任,2009年获石家庄数学学科带头人称号,2014年出席了银川高考命题工作。常年兼任实验学校结业班数学教学工作,教学成绩突出。
有关滑车架机械效率的考纲要求是:
1.晓得定滑轮、动滑轮、滑车架的特性和作用。
2.晓得滑车架在生活、生产中的应用。
3.晓得有用功、额外功和总功的含意及两者的关系。
4.理解机械效率的概念滑轮组的机械效率的公式,并能估算简单机械的效率。
去年石家庄高考数学一模考试题,第22题涉及了此考点。试题曝露出我们在教与学过程中出现的不足,给我们留下许多思索。预计2016年高考中有关滑车架的实验探究或估算依然会出现,难度程度偏难。
面对2016年数学高考中的滑车架机械效率问题,我是这样给中学生支招的。
一.捉住三条主线
1.每段绳子的拉力,大小相同;
2.以动滑轮为研究对象,进行受力剖析;
3.用机械效率公式,构建能量转化;
二.明白四个方法
1.省力机械:费距离,费速率;
2.做有用功和总功,具有同时性;
3.按照功的原理,有用功大于总功;
4.有用功是拉物体的力F拉对物体做的功,即W有用=F拉S物;
竖直放置滑车架:物体在空气中:F拉=G物,
物体浸在水底:F拉=G物-F浮
水平放置滑车架:F拉=Ff(物体做匀速直线运动)
三.记牢近几年常用但易忘的相关公式:
机械效率η
四.试题解析:
1.如图所示,用滑车架带动重为70N的物体A,使物体A在水平方向上联通5m,所用拉力F为20N,地对物体A的磨擦力为30N。则拉力F做的功为J,滑车架的机械效率为。
【答案】20075%
2.在“测量滑车架的机械效率”的实验中,用同一滑车架进行了三次实验(如图所示),实验数据记录如下表。
次数
钩码重/N
钩码上升
距离/cm
弹簧测力
计示数/N
弹簧测力计上
升距离/cm
机械效率
10
0.8
30
83.3%
10
1.5
30
10
30
90.9%
(1)在第2次实验中滑车架的机械效率为(结果保留一位小数)
(2)第3次实验中弹簧测力计的示数未填,由图可知,弹簧测力计的示数为N。
(3)剖析数据可得推论,是由同一滑车架,提高的物体越重,滑车架的机械效率(选填“高”或“低”)。
(4)按照实验推论推断,使用该滑车架再度将重8N的物体匀速提高10cm,此时滑车架的机械效率可能为(只填序号)
A.71.6%B.82.6%C.92.4%
【答案】(1)88.9%(2)2.4N
(3)高(4)C
3.(2015湖南常德)我国明朝远洋工贸船“南海一号”于2007年成功打捞出水.为复原我国海上丝绸之路历史提供了十分珍稀的实物资料,采用围堰包裹沉没的整体打捞形式,在世界水下考古也是一大创新。某同事为了体验“南海一号”的打捞过程,特借助滑车架从水下打捞一重物。
如图所示,用一个底面积S=0.05m2、高h=0.2m的长方体形状的重物模拟“南海一号”,该朋友站在河边带动绳子自由端,使重物从水中开始向下运动,假设重物仍然做竖直向下的匀速直线运动,并经历三个运动阶段:第一阶段,从重物在水底开始运动到重物的上表面面刚漏出海面,绳对重物的拉力F1=140N,用时t1=40s,第二阶段,从重物上表面刚漏出海面到其下表面刚离开海面,用时t2=4s,第三阶段,从重物下表面离开海面后在空中上升,已知动滑轮所受重力G0=60N,ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/g,不计绳重、轮与轴之间的磨擦及水的阻力滑轮组的机械效率的公式,不考虑重物出水前后质量的变化。求:
①在第一阶段运动中,水对重物的压强F浮为多大?
②在第一阶段运动中,绳对重物做功W1为多大?
③滑车架在第一阶段运动中的机械效率η1和第三阶段运动中的机械效率η3分別为多大?
解:(1)金属块排沸水的容积与金属块的容积相等,
即V排=V金=Sh=0.05m2×0.2m=0.01m3,
则F浮=ρ水V排g=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.01m3
=100N;
(2)因为第二阶段,从重物上表面刚漏出海面到其下表面刚离开海面,
用时t2=4s;上升高度为物体的高h,
则上升速率v=ht2=0.2m4s=0.05m/s;
所由v=st得:
第一阶段上升高度s=vt1=0.05m/s×40s=2m,
绳对重物做的功W=F1s=140N×2m=280J.
(3)因为不计绳重、轮与轴之间的磨擦及水的阻力,
则绳子的拉力F=1/n(G+G动),s=nh
则η=W有用/W总=Gh/Fs=Gh/1/n(G+G动)nh=G/G+G动,
所以,第一阶段运动中的机械效率
η1=F1/(F1+G动)×100%=140N/(140N+60N)×100%≈70%;
因为第一阶段重物对滑车架的拉力
F1=G-F浮,则G=F1+F浮=140N+100N=240N,
所以第三阶段运动中的机械效率
η2=G/(G+G动)×100%
=240N/(240N+60N)×100%≈80%.