滑轮组和机械效率

一、滑轮和滑轮组
定滑轮特点：不省力，但能改变动力的方向。（实质是个等臂杠杆）
动滑轮特点：省一半力，但不改变动力方向，费距离.(实质是动力臂为阻力臂二倍的杠杆)
3、滑轮组
（1）承担物重的绳子的股数（n）：
（2）、拉力F，物重G
a、不计摩擦和滑轮重：F=G b、若考虑动滑轮重：F=(G物+G动滑轮)
（3）、拉力自由端移动距离s，物体上升高度h，则s=nh
练习题
1、工厂为了搬运一个笨重的机器进人车间， ( http: / / www.21cnjy.com )某工人设计了下图所示的四种方案（机器下方的小圆表示并排放置的圆型钢管的根截面），其中最省力的方案是( )
( http: / / www.21cnjy.com / )
2、如图1所示，表示用滑轮或滑轮组提起同一重物的几种方法其中最省力的是 (动滑轮重和摩擦忽略不计)：
3、下图中加在绳子末端的力F与滑轮所提重物的重力G间的关系是:(不计滑轮与绳子的重和摩擦).
(1) F =______G; (2) F =______G; (3) F =______G; (4) F =______G
4、如上右图，若物重12N(不计滑轮重及摩擦)，要使物体匀速上升，拉力F =____N,若绳子自由端拉高3m，则物体升高_____m。若实际拉力是5N（不计摩擦），则可知动滑轮重是______N。
5：请在图中画出用滑轮组提升水桶最省力的绕绳方法。
6、在图中用划线代表了绳子，将两个滑轮连成省力的滑轮组，要求人用力拉绳使重物升起。
7、图甲是滑轮组示意图，用铅笔画线代表绳子 ( http: / / www.21cnjy.com )，画出滑轮组上绳子最省力的绕法。
8、工人站在地面上利用滑轮组提升重物，请在图中画出最省力的绕绳方式。
( http: / / www.21cnjy.com / ) ( http: / / www.21cnjy.com / )
9．如图12-81所示，若 ( http: / / www.21cnjy.com )拉力F=900N，物体A重1500N，不计滑轮重和绳与滑轮间摩擦。当绳子自由端移动3m，则沿水平方向匀速拉动物体A前进时，物体A与地面间摩擦力是多大？物体A移动多少m？
10．如图所示，物体A的质量m =12 ( http: / / www.21cnjy.com )kg，在拉力F的作用下，物体A以0.1m/s的速度在水平面上做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为12N，忽略滑轮与绳子的摩擦力以及滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力，并且绳子足够长。求：
（1）物体A与水平面间摩擦力f的大小；
（2）拉力F的大小；
（3）拉力F经过10s移动的距离。
11、一人用如图所示的滑轮组把质量 ( http: / / www.21cnjy.com )为30kg的物体匀速提升 12cm，动滑轮重为40N，不计绳重和摩擦。
求：
（1）物体的重量。(g取10N/kg)（2分）
（2）人的拉力。（3分）
（3）绳端移动多长的距离？（3分）
12、质量为60kg的小明利用如图 ( http: / / www.21cnjy.com )所示滑轮组来提升重物.试思考并解答下列问题(g=10N/kg)
已知物重是800N,不考虑摩擦及绳重时,
(1)若实际拉力是500N, 动滑轮的重力多大
(2)小明利用此滑轮组至多能提起多重重物
二、机械效率
实验测量机械效率
小明在测量滑轮组机械效率的实验中，所用装置如图所示，实验中每个钩码重2N，测得的数据如下表：
物理量
实验次数 钩码总重G/N 钩码上升的高度h/m 测力计示数F/N 测力计移动距离s/ m 机械效率h
1 4 0.1 1.8 0.3
2 6 0.1 2.4 0.3 83%
3 4 0.1 1.4 0.5 57%
4 4 0.2 1.4 1.0 57%
（1）在实验中，测绳端拉力F 时，应尽量竖 ( http: / / www.21cnjy.com )直向上______拉动弹簧测力计且在拉动过程中读数。
（2）第1次实验测得的机械效率为______。（结果保留两位有效数字）
（3）分析表中数据可知：第2次实验是用______图做的；第4次实验是用______图做的。（选填“a”、“b”或“c”)
（4）分析第1、2次实验数据可知：使用同一滑轮组，__________________可以提高滑轮组的机械效率；分析第1、3次实验数据可知：使用不同的滑轮组，提升相同的重物，动滑轮个数越多（即动滑轮总重越重），滑轮组的机械效率____________。
（5）分析第3、4次实验数据可知，滑轮组的机械效率与物体被提升的高度__________。
一、利用滑轮组提升物体
利用滑轮组提升物体，分三种情况：
1．理想情况：不计动滑轮重力、不计绳重和绳与轮之间的摩擦即W额＝0，F＝G物/n，η＝1，Gh＝Fs。
2．半理想情况：考虑动滑轮的重力，不计绳重和绳与轮之间的摩擦即W额＝G动h，F＝(G物＋G动)/n，η＝G物/(G物＋G动)。
3．实际情况：考虑动滑轮的重力、绳重和绳与轮之间的摩擦(题目没有说明，表明要考虑)。
η＝G物/Fn，F＝G物/nη。
【例1】(2012，盐城)小明家新买的房子准备装修，为了将水泥从地面送上楼，他在楼上安装了一个滑轮组，所用的滑轮每只2 kg，每次将一袋50 kg的水泥提升5 m。(不计绳重和摩擦，g取10 N/kg)求：
(1)每袋水泥受到的重力大小。
(2)每次做的有用功。
(3)滑轮组的机械效率。
【对应练习】
1．(2013，佛山)如图所示，A物体在大小为10 N的拉力F作用下，以0.3 m/s的速度向右匀速运动(不计滑轮与细绳的摩擦及重力)，若A物体与桌面间的摩擦力为1 N，下列说法错误的是(　　)
A．拉力F做功的功率是3 W
B．B物体的质量是2.7 kg
C．B物体上升的速度是0.1 m/s
D．A物体运动1 s则B物体克服重力做3 J功
2．(2013，襄阳)用如图所示的滑轮组提升货物，已知动滑轮重30 N，货物重360 N、上升速度是0.3 m/s，拉力F的功率是180 W(不计绳重)。求：
(1)滑轮组的机械效率η。
(2)货物上升3 m过程中，克服摩擦力做的功。
3．在物理学中常常遇到很多复杂的问题，为了使问题便于解决，我们常常会忽略某些较小的影响因素。例如：
(1)在滑轮组的机械效率测量与计算中，可以忽略摩擦力和绳重。设物体的重力为G，动滑轮的总重力为G动，物体上升的高度为h，绳子自由端移动的距离为s，绳子的段数为n，则滑轮组的机械效率就可以写成η＝×100%。请用所学的知识加以推证。 (2)在如图所示的滑轮组 ( http: / / www.21cnjy.com )中，物体的重力为40 N，每个滑轮的重为5 N，该滑轮组的机械效率是多少？(忽略绳重与摩擦力)
二、利用滑轮组水平拉物体
利用滑轮组水平拉物体，此时克服物体受到的摩擦力做的功为有用功，与物重、轮重无关；将上述公式中的G物换成f就行了。
理想情况：W有＝fh，F＝f/n；
实际情况：η＝f/Fn，F＝f/nη。
【例2】某人站在岸上，利用滑轮组通过拉绳使停泊在水中的船匀速靠岸。已知滑轮组是由两个定滑轮和两个动滑轮组成(滑轮组的自重忽略不计)，船重1.02×105 N，船移动时受到水的阻力是船重的0.01倍。船受到滑轮组的拉力始终沿水平方向。此人水平拉绳的力为240 N，船靠岸的速度是0.72 km/h。求：
(1)滑轮组的机械效率。
(2)人拉绳的功率及人对船做的有用功率。
【对应练习】
4．如图所示，在研究滑轮 ( http: / / www.21cnjy.com )组时，测得A物体重3 N，当拉动甲测力计，使A以0.1 m/s的速度匀速向右移动时，甲、乙测力计的示数分别为0.5 N和1.2 N。则拉动甲测力计的功率大约是________W，在匀速拉动4 s时间内所做的额外功约为________J。
5．(2012，河北)如图甲所示，重为16 N的物体A在拉力F的作用下，5 s内匀速运动了0.5 m。拉力F做的功随时间变化的图象如图乙所示。己知动滑轮重0.5 N，物体A在水平桌面上运动时受到的摩擦阻力f为物重G的0.25倍。求：
(1)拉力F的功率。
(2)拉力F大小。
(3)克服绳重及摩擦所做的额外功占总功的比例。
F
F
F
F
G
图12-81