八年級(jí)物理滑輪分析與講解

/八年級(jí)物理滑輪分析與講解教科版[本講教育信息]一.教學(xué)內(nèi)容：關(guān)于滑輪,可以考查的知識(shí)點(diǎn)有拉力〔F、機(jī)械效率〔η、速度〔v、功率〔P等,綜合性較強(qiáng)?！惨换痉椒▽?duì)于滑輪或滑輪組的拉力〔F或機(jī)械效率〔,一般分為三種狀態(tài)：a.理想狀態(tài)：即不計(jì)滑輪的重〔、繩重〔、摩擦力〔,此時(shí),拉力,機(jī)械效率。b.半理想狀態(tài)：只計(jì),不計(jì),此時(shí)拉力,機(jī)械效率。c.實(shí)際狀態(tài)：只計(jì)G動(dòng)、G繩、Gf,,此時(shí)拉力,機(jī)械效率?！捕喗M打撈問題利用滑輪組打撈物體是生活中常見的現(xiàn)象,與其相關(guān)的問題解答也頻頻地出現(xiàn)在近年的中考題中。由于它涉及浮力、二力平衡、機(jī)械效率、功、功率等多方面的知識(shí),可謂點(diǎn)多面廣,同時(shí),題目的難度較大,邏輯性強(qiáng),又常常以壓軸題的方式出現(xiàn),因此,對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)提出更高要求。下面舉例說明這類問題的處理技巧和啟示。1.明確幾點(diǎn)如圖所示,設(shè)動(dòng)滑輪對(duì)重物的拉力為T,繩子自由端的拉力為F,〔半理想則〔1物體在水中,有〔2出水前有〔n為動(dòng)滑輪上繩子的股數(shù)出水后,有〔3物體在水中拉力做的有用功〔4機(jī)械效率：〔其中是繩自由端移動(dòng)的距離,h為物體上升的高度〔三"倒下"的滑輪滑輪的使用常有豎直放置和水平放置兩種形式。同學(xué)們接觸較多的是豎直放置形式,而對(duì)水平放置的滑輪感到陌生,其實(shí),它們的本質(zhì)是相同的。1.使用動(dòng)滑輪,要搞清誰是動(dòng)力,誰是阻力。當(dāng)使用動(dòng)滑輪拉物體在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)物體與地面間的摩擦力為f,若拉力作用在繩的自由端,有,則可省力一半,如圖〔a所示；若拉力作用動(dòng)滑輪軸上,有,如圖〔b,這時(shí)反而費(fèi)力?？梢?對(duì)水平使用動(dòng)滑輪是否省力,一定要注意動(dòng)力作用在何處。2.繩子的自由端和動(dòng)滑輪移動(dòng)的距離關(guān)系和速度關(guān)系為：,其中分別指繩的自由端移動(dòng)的距離、速度,分別指動(dòng)滑輪或物體移動(dòng)的距離、速度,是指動(dòng)滑輪上繩子的股數(shù)。3.當(dāng)滑輪沿水平方向拉物體時(shí),可忽略動(dòng)滑輪重。4.求機(jī)械效率時(shí),有用功一般指克服摩擦阻力做的功,即。5．在使用滑輪組的整個(gè)過程中拉力做功的功率是平均功率?！菜母鶕?jù)要求設(shè)計(jì)滑輪組〔1根據(jù)要求確定動(dòng)滑輪上繩的段數(shù)?！?根據(jù)繩的段數(shù),確定動(dòng)滑輪的個(gè)數(shù)：一個(gè)動(dòng)滑輪可拉2段繩,還能改變用力方向；但也可以拉三段繩,但就不能改變用力方向了。設(shè)想如果需要n段繩〔n為偶數(shù)那么就需要個(gè)動(dòng)滑輪和個(gè)定滑輪。穿繩組裝時(shí),繩的固定端要固定在滑輪下的掛鉤上〔這叫做"偶定",若不改變力的方向,還可少用一個(gè)定滑輪,即個(gè)定滑輪。如果n為奇數(shù),則需要個(gè)動(dòng)滑輪和同樣數(shù)目的定滑輪,穿繩時(shí),繩的固定端要拴在動(dòng)滑輪上方的掛鉤上〔這叫做"奇動(dòng)",這不能改變用力方向,如果還想改變用力方向,就應(yīng)再加一個(gè)定滑輪,即個(gè)定滑輪。上述方法叫"奇動(dòng)偶定"。[典型例題]例1.如圖1所示,若,當(dāng),求此時(shí)拉力,拉力功率,機(jī)械效率。圖1分析：根據(jù)題意,,可知,其屬于半理想狀態(tài)。此時(shí),求是關(guān)鍵,依,有,所以當(dāng)時(shí),例2.用一只重為的滑輪按圖2中甲、乙、丙三種方式分別勻速提升重為G的物體〔,不計(jì)摩擦,所用拉力分別為F1、F2、F3裝置的機(jī)械效率分別為,則拉力從大到小的順序是_________,機(jī)械效率從高到低的順序是_________。圖2分析：根據(jù)題意可知,三只滑輪中,甲處于理想狀態(tài)〔為一定滑輪,乙、丙處于半理想狀態(tài),則有：故例3.如圖3所示,在水平動(dòng)力F的作用下,使物體m沿水平地面勻速直線運(yùn)動(dòng),若滑輪與繩子質(zhì)量及摩擦不計(jì),已知物體m與地面間的摩擦力為10N,物體m運(yùn)動(dòng)的速度為2m/s。那么關(guān)于拉力F的大小和拉力的功率P的大小,下列說法中正確的是〔圖3A.拉力F的大小為20N B.拉力F的大小為5NC.拉力的功率P的大小為20W D.拉力的功率P的大小為10W分析：用隔離法將物體與動(dòng)滑輪分開,物體m在水平方向上受力情況如圖4所示,由于物體m做勻速直線運(yùn)動(dòng),則,再對(duì)動(dòng)滑輪受力分析,如圖5所示,此時(shí),有,所以。圖4圖5因動(dòng)滑輪上有2股繩子,繩子自由端移動(dòng)的速度拉力的功率選B、C。例4.圖6分析：口訣是"奇動(dòng)偶定",意思是說拉力是總重的奇數(shù)分之一,穿繩時(shí)繩的固定端應(yīng)拴在動(dòng)滑輪上方的鉤子上,向上先繞過定滑輪,如果拉力是總重的偶數(shù)分之一,繩的固定端應(yīng)拴在定滑輪下方的鉤子上,向下先繞過動(dòng)滑輪。繞繩裝配圖如圖7所示。圖7例5.如圖8所示,某打撈隊(duì)的工人用滑輪組把底面積為、高為2m的實(shí)心圓柱體從水下提起,已知圓柱體的密度為,水的密度為,滑輪組的機(jī)械效率是70%?！瞘取10N/kg,滑輪和繩子的重力忽略不計(jì)求：〔1圓柱體在水中所受的浮力。〔2若圓柱體從H＝16m深處被緩慢地勻速提起,到剛露出水面時(shí),繩子自由端拉力F所做的功?！?如果繞在滑輪組上的繩子能承受的最大拉力為400N,則物體被提到露出水面多高時(shí),繩子恰好被拉斷？圖8 圖9分析與解：〔1圓柱體浸沒在水中時(shí)所以〔2物體重力為圓柱體在水里被勻速提起時(shí),動(dòng)滑輪拉物體的力為T,圓柱體的受力情況如圖9,由力的平衡條件得：所以因?yàn)樗岳所做的功〔3設(shè)繩剛被拉斷時(shí),物體受到的拉力為,此時(shí)繩子的拉力,由得：繩斷時(shí),物體浸入水中深度為h',受到的浮力為,由力的平衡條件得：所以所以物體露出水面的高度為△h[模擬試題]〔答題時(shí)間：25分鐘1.如圖1所示的兩個(gè)滑輪中：圖1A是_________滑輪,B是__________滑輪,它們組合在一起構(gòu)成一個(gè)__________,使用它可以_________,還可以__________________________。若圖中的每個(gè)滑輪重均為2N,在繩的自由端用20N的力F可以將重_________N的物體勻速提起〔不計(jì)摩擦2.如圖2〔甲所示的滑輪中的__________相當(dāng)于杠桿的動(dòng)力臂,若F＝25N,不計(jì)動(dòng)滑輪重及摩擦,G＝________N。如圖〔乙所示的滑輪中的_________相當(dāng)于杠桿的動(dòng)力臂；若物體重力G＝25N,則F＝_________N〔不計(jì)摩擦圖23.是非題：〔1使用由一個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪組成的滑輪組只能省一半力?！病?使用由兩個(gè)定滑輪和兩個(gè)動(dòng)滑輪組成的滑輪組,若豎直向下用力提起重物,則所用的拉力只能是物體和動(dòng)滑輪總重的四分之一?！膊挥?jì)摩擦〔4.如圖3所示的滑輪是________滑輪,若彈簧秤示數(shù)為150N,滑輪重30N,則物體重_________N。圖35.用如圖4所示的滑輪組提起重物,若不計(jì)摩擦和滑輪重,所用的拉力是物重的_________。如果把重物提高1m,繩子的自由端向上移動(dòng)的距離是_________。圖46.用圖5中所示的滑輪組拉動(dòng)物體A時(shí),怎樣繞線最省力？畫出繞線圖。圖57.如圖6所示,重50N的物體A在拉力F作用下,沿水平向右方向做勻速直線運(yùn)動(dòng),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為5N,試求拉力F的大小及物體A受到的摩擦力的大小。圖68.一個(gè)工人用動(dòng)滑輪提起貨物,它對(duì)繩端的力是120牛,如果物體升高5米,這個(gè)工人做功是多少？9.用彈簧測(cè)力計(jì)沿斜面拉著重為20牛的物體勻速向上移動(dòng)3米,上升的高度是1米,測(cè)力計(jì)的示數(shù)是10牛,求：〔1有用功、總功、額外功各是多少？〔2斜面的機(jī)械效率是多少