微专题3 简单机械的相关计算(课件PPT)-【中考拐点】2024年中考物理讲义（南充专用）

微专题3　简单机械的 相关计算 2024南充物理 方法指导 几种简单机械的机械效率 机械类型 图示 机械效率公式 杠杆 （额外功：克服杠杆自重和支点处摩擦所做的功） 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (续表) 方法指导 机械类型 图示 机械效率公式 滑轮组 竖直匀速提升物体 （额外功：克服绳子重力、摩擦以及动滑轮重力所做的功；若不计绳重和摩擦，则W额＝G动h物） 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (续表) 方法指导 机械类型 图示 机械效率公式 滑轮组 水平匀速拉动物体 （额外功：克服滑轮转轴的摩擦所做的功） 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (续表) 方法指导 机械类型 图示 机械效率公式 斜面 （额外功：克服摩擦所做的功W额＝f物s斜） 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 杠杆的相关计算 类型 1 （2023·兰州）建筑工地上，工人利用杠杆提起重物。如图所示，杠杆AOB在竖直拉力的作用下恰好在水平位置平衡。已知OA∶OB＝3∶1，物体的重力为1 600 N，与地面的接触面积为400 cm2，此时物体对水平地面的压强为2.5×104 Pa。若工人的重力为700 N，则工人对地面的压力为           N，工人最多能拉起           N 的重物（杠杆与绳的自重、转轴上的摩擦均不计）。 例 1 500 2 100 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 对应训练 1.如图所示，用大小不变的拉力F竖直向上匀速拉动较长的杠杆，若F为16 N，拉力移动的距离为25 cm，使重为36 N的物体缓慢升高10 cm，则杠杆的机械效率为           ；若将重物的悬挂点A向右移动到B点，将重物提升相同的高度，则杠杆的机械效率将           （选填“变大”“变小”或“不变”）。（不考虑摩擦） 90% 变大 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 滑轮组的相关计算 类型 2 （2023·济宁）两个滑轮按如图所示的方式组合，用5 N的拉力F拉动绳端，使物体在5 s内水平向左匀速滑动1 m，物体与地面间的摩擦力为9 N，则拉力F的功率为          W，滑轮组的机械效率为            。 例 2 2 90% 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 （2023·南充）某人始终双脚站在地上，用滑轮组从水池底匀速提起实心圆柱体A，如图甲所示，A从离开池底到刚要离开水面的过程 中，其底面受到水的压强与时间关系pA-­t如图乙所示。A从刚离开池底到拉出水面并继续向上运动的过程中，人对地面的压强与时间关系p人-­t如图丙所示。 例 3 乙 甲 丙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 A未露出水面之前装置的机械效率为η1，A离开水面后装置的机械效率为η2。已知人的质量为60 kg，人双脚站地时，与地面的接触面积为500 cm2，A的底面积为200 cm2，η1：η2＝15∶16，ρ水＝1.0×103 kg/m3。不计摩擦和绳重及水的阻力，g＝10 N/kg，A不吸且不溶于水，A底部与池底不密合，忽略 液面高度变化，图 甲中①②③④段绳 均竖直。 乙 甲 丙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (1)求池水深度和A的上升速度； 乙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (2)求A的高度和未露出水面受到的浮力； 解：由图丙可知，人对地面的压强与时间关系，第15 s时压强最大为0.4×104 Pa，物体A刚要离开水面； 第20 s时压强最小为0.2×104 Pa，物体A拉出水面； 物体A的高度：h＝vt′＝0.2 m/s×5 s＝1 m， 物体A的体积：V＝Sh＝200×10-4 m2×1 m＝2×10-2 m3， A未露出水面受到的浮力：F浮＝ρ水gV＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×2× 10-2 m3＝200 N； 丙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (3)求A未露出水面前人对绳的拉力和A全部露出水面后人对绳的拉力； 解：人的重力：G＝mg＝60 kg×10 N/kg＝600 N， 由图丙可知，第15 s时物体A刚要离开水面，此时人对地面压力： F＝pS′＝0.4×104 Pa×500×10-4 m2＝200 N； 第20 s时物体A刚完全离开水面，此时人对地面压力： F′＝p′S′＝0.2×104 Pa×500×10-4 m2＝100 N； 丙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 由二力平衡可知，人的重力等于绳对人的拉力加上地面对人的支持力（地面对人的支持力和人对地面的压力大小相等） 所以，A未露出水面前人对绳的拉力：F拉＝600 N－200 N＝400 N， A拉出水面后人对绳的拉力：F′拉＝600 N－100 N＝500 N； 丙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (4)求动滑轮的重力。 甲 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 甲 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 对应训练 2.如图所示，用40 N的拉力F沿水平方向拉绳子的一端，使重500 N的物体A以0.2 m/s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10 s。已知滑轮组的机械效率为80%，则此过程中，下列说法正确的是(  ) A.绳子自由端移动的距离为4 m B.物体A受到的摩擦力为90 N C.拉力F做的功为240 J D.拉力F的功率为19.2 W C 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 3.（2021·南充）如图所示，图甲是某大型起吊装置，图乙是其机械起吊部分的简化示意图，已知物体A质量为500 kg，底面积为1.25 m2，不计绳重、机械部分摩擦和水的阻力，(g＝10 N/kg)请完成以下问题： 甲 乙 丙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (1)起吊前物体A静止在地面上，其对地面的压强； 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (2)如图乙所示，当绳子自由端的拉力为1 000 N时，地面对物体A的支持力为1 650 N，增加绳子自由端的拉力后物体A被成功匀速提升2 m，请计算此时整个机械的机械效率；（结果保留至0.1%） 乙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 乙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (3)工人师傅利用该装置将另一物体B以0.1 m/s的速度匀速放入水中的过程中，绳子拉力功率随时间变化关系如图丙所示，请计算物体B的密 度。（ρ水＝1.0×103 kg/m3） 丙 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 4.（2016·南充）某人站在水平高台上用如图所示的滑轮组提升重物，不计绳重和摩擦。第一次他匀速提升重物G1＝150 N时，人竖直向上拉绳的力为F1，人对高台的压强为p1；第二次他匀速提升另一重物G2＝270 N时，人竖直向上拉绳的力为F2，人对高台的压强为p2。两次物体匀速上升的速度均为0.5 m/s，人的重力G人＝500 N，且p1∶p2＝14∶15。求： (1)若人的双脚与高台的总接触面积为4×10-2 m2，当人站在高台 上没有拉绳时，人对高台的压强； 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (2)第一次提升重物时，克服物体重力做功的功率； 解:第一次提升重物时，克服物体重力做功的功率：P＝G1v＝150 N× 0.5 m/s＝75 W； 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 (3)第二次提升重物时，滑轮组的机械效率。 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 斜面的相关计算 类型 3 （2023·内江）如图所示，将重力为10 N的物体沿斜面向上从底端匀速拉到顶端。若斜面长L为1 m，斜面高h为0.3 m，拉力F为4 N，拉力的功率为2 W，则此过程中，斜面的机械效率是          %，物体从斜面底端运动到斜面顶端所用的时间是          s。 例 4 75 2 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 对应训练 5.（2023·泸州）小聪探究斜面的机械效率时，将粗糙程度均匀的长木板用支架支撑构成斜面，如图所示。用刻度尺量出斜面底端A点到斜面上B点的距离L为80 cm，B点距水平地面高度h为20 cm。沿斜面向上用0.8 N的拉力F将重为2 N的木块匀速拉到B点，用时2 s，则这段过程中拉力F做功的功率P＝           W，斜面的机械效率η＝           %，木块在该斜面上受到的滑动摩擦力f＝           N。 0.32 62.5 0.3 返回首页 微专题3　简单机械的相关计算 首页 类型1 类型2 类型3 总目录 本讲内容结束 η＝ η＝ η＝ η＝[＝sin θ] 解：由图乙可知，最大压强为4×104 Pa时池水深度最深，由p＝ρgh可得，池水深度：h池＝＝＝4 m； 由图乙可知，物体A从刚离开池底到拉出水面，底面受到水的压强不断减小，用时20 s， A的上升速度：v＝＝＝0.2 m/s； 解:由图甲可知，动滑轮上绳子的段数n＝2， 当A未露出水面前人对绳的拉力F拉＝400 N，此时G物＋G动－F浮＝2F拉＝2×400 N＝800 N， 机械效率：η1＝， 当A拉出水面后人对绳的拉力F′拉＝500 N， 此时：G物＋G动＝2F′拉＝2×500 N＝1 000 N， 机械效率：η2＝， 因为η1∶η2＝15∶16，即16η1＝15η2，16×＝15× 解得：G物＝800 N， 则动滑轮的重力：G动＝2F′拉－G物＝1 000 N－800 N＝200 N。 解：物体A的重力：GA＝mAg＝500 kg×10 N/kg＝5 000 N， 起吊前物体A静止在地面上，对地面的压强：p＝＝＝＝4 000 Pa； 解:物体A静止在地面上时，滑轮组对物体A的拉力： F拉＝GA－F支＝5 000 N－1 650 N＝3 350 N， 由图乙可知，滑轮组绳子的有效股数n＝4， 由F＝（G动＋F拉）可得，动滑轮的重力： G动＝nF－F拉＝4×1 000 N－3 350 N＝650 N， 提升重物过程中所做的有用功：W有＝GAh＝5 000 N×2 m＝1×104 J， 提升重物过程中所做的额外功：W额＝G动h＝650 N×2 m ＝1 300 J， 则此时整个机械的机械效率：η＝＝＝≈88.5%； 解:物体B以0.1 m/s的速度匀速运动， 则绳端移动的速度：v绳＝4×0.1 m/s＝0.4 m/s， 由图丙可知，物体B未接触水面前，绳端拉力功率： P＝335 W， 由P＝Fv可得，物体B未接触水面前绳端的拉力：F1＝＝＝837.5 N， 由F1＝（GB＋G动）可得，物体B的重力： GB＝nF1－G动＝4×837.5 N－650 N＝2 700 N， 物体B的质量：mB＝＝＝270 kg， 当物体B完全浸没在水中匀速下降时，绳子的拉力功率：P′＝235 W， 由P＝Fv可得，绳子的拉力：F2＝＝＝587.5 N， 由F2＝（GB＋G动－F浮）可得，物体B受到的浮力： F浮＝GB＋G动－nF2＝2 700 N＋650 N－4×587.5 N＝1 000 N， 由F浮＝ρ液gV排可得，物体B的体积：VB＝V排＝＝＝0.1 m3， 则物体B的密度：ρB＝＝＝2.7×103 kg/m3。 解：(1)当人站在高台上没有拉绳时，对高台的压力：F压＝G人＝500 N， 人对高台的压强：p人＝＝＝1.25×104 Pa； 解:由图可知，滑轮组绳子的有效段数n＝3，若不计绳重和摩擦，则绳子自由端的拉力：F＝（G＋G动）＝（G＋G动）， 人对高台的压力：F′压＝G人＋F＝G人＋（G＋G动）， 人对高台的压强：p＝＝＝， 由题意可得，两次人对高台的压强之比： ＝＝＝＝， 解得：G动＝30 N， 由η＝＝＝可得，第二次提升重物时滑轮组的机械效率：η＝＝＝90%。 $$