第12章 专题14 简单机械的相关计算-【绿卡初中创新题】2024-2025学年新教材八年级下册物理习题课件(人教版2024)河北专版

第十二章　简单机械 专题十七　简单机械的相关计算 1 类型1　滑轮组机械效率的计算　 考向1　用滑轮组竖直提升物体 1.（四川广元中考）假期间，小明随爸爸去建筑工地劳动体验。如图所示，用滑轮组来提升材料，当提升的材料重力为300 N时，滑轮组的机械效率为75%，则动滑轮的重力为________N；若绳子能承受的最大拉力为500 N，则该滑轮组能提起材料的最大质量为________kg。（空气阻力、摩擦力及绳重不计，g取10 N/kg） 100 90 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 2 2. 如图所示，小明用滑轮组在5 s内将重60 N的货物匀速提升1 m的过程中，所用拉力F=40 N，不计绳重及摩擦。 （1）求整个过程中拉力做功的功率。 （2）求整个过程中提升动滑轮所做的功。 （3）若用该滑轮组匀速提起80 N的货物，求滑轮组的机械效率。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 3 解：（1）由题图知n=2，绳子自由端移动的距离s=nh=2×1 m=2 m，拉力做的总功W总=Fs=40 N×2 m=80 J，拉力做功的功率P===16 W。 （2）有用功W有用=Gh=60 N×1 m=60 J，不计绳重及摩擦，提升动滑轮所做的功W额外=W总-W有用=80 J-60 J=20 J。 （3）由W额外=G动h可得，动滑轮的重力G动===20 N，若用该滑轮组匀速提起80 N的货物，则滑轮组的机械效率η====×100%=80%。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 4 考向2　用滑轮组水平拉动物体 3. 如图所示，大壮用滑轮组拉动货箱，已知货箱的质量为80 kg，在F=100 N的拉力作用下，货箱以0.3 m/s的速度做匀速直线运动，地面对货箱的滑动摩擦力f为货箱重的。（g取10 N/kg）求： （1）货箱的重力。 （2）拉力F的功率。 （3）货箱运动1 min，克服摩擦所做的功。 （4）此滑轮组的机械效率。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 5 解：（1）货箱所受重力G=mg=80 kg×10 N/kg=800 N。 （2）由题图知n=3，绳子自由端移动速度v绳=3v=3×0.3 m/s=0.9 m/s，拉力的功率P===Fv绳=100 N×0.9 m/s=90 W。 （3）滑动摩擦力f=G=×800 N=240 N，由v=得，货箱1 min移动距离s=vt=0.3 m/s×60 s=18 m，克服摩擦做功W有用=fs=240 N×18 m=4 320 J。 （4）1 min内绳子自由端移动距离s绳=3s=3×18 m=54 m，W总=Fs绳=100 N×54 m=5 400 J，η==×100%=80%。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 6 4.（沧州模拟）小明在课外实践活动中，用图甲所示的滑轮组匀速拉动水平地面上的不同物体，物体受到的摩擦力从100 N开始逐渐增加，每次物体被拉动的距离均为1 m。根据测量结果画出了该滑轮组机械效率与物体受到摩擦力大小变化的图像，如图乙所示。不计绳重和绳与滑轮间的摩擦。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 7 （1）当物体受到的摩擦力为100 N时，求动滑轮的重力。 （2）当滑轮组的机械效率为75%，物体以0.1 m/s的速度匀速运动时，求该滑轮组有用功的功率。 （3）当物体与地面的摩擦力为1 500 N时，重力为500 N的小明竖直向下拉绳，还能用此滑轮组拉动物体吗？通过计算说明。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 8 解：（1）由题图乙可知，当物体受到的摩擦力f1=100 N时，滑轮组机械效率η1=50%，通过滑轮组拉动水平地面上的物体，则有用功W有用1=f1s；不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，额外功W额外=G动s，则总功W总1=W有用1+W额外=f1s+G动s，所以，η1=====50%，解得动滑轮重G动=100 N。 （2）当η2=75%时，不计绳重及绳与滑轮间的摩擦，此时滑轮组的机械效率η2=====75%，解得摩擦力f2=300 N，则滑轮组有用功的 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 9 功率P有===f2 v=300 N×0.1 m/s=30 W。 （3）由题图甲可知，n=3，不计绳重和绳与滑轮间的摩擦，当f3=1 500 N时，拉动物体需要的拉力F3=（f3+G动）=×（1 500 N+100 N）≈533 N，小明的重力为500 N，因为力的作用是相互的，所以小明给绳子的最大拉力等于其重力为500 N，小于533 N，故不能用此滑轮组拉动物体。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 10 类型2　杠杆机械效率的计算　 5.（石家庄桥西期末）如图所示，杠杆MN可绕O点转动，A、B、C、D处系着四个供人娱乐的吊环，B处到O点的距离为D处到O点距离的一半，父子俩在吊环上做游戏，质量为40 kg的儿子吊在B处系着的吊环上，父亲站在地面上抓着D处系着的吊环。（g取10 N/kg） 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 11 （1）不计杠杆和吊环的重力以及转轴间的摩擦，为使杠杆在水平位置平衡，父亲要用多大的力拉吊环？ （2）父亲实际使用竖直向下的拉力为250 N，在4 s内将儿子匀速拉高0.4 m，父亲做的功为多少？ （3）父亲提升儿子的过程中，该器材的机械效率为多少？ 解：（1）设父亲用力为F1，已知OB=OD，根据杠杆平衡条件可得，F1×OD=mg×OB，则F1==200 N。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 12 （2）父亲拉力移动的距离s父亲=2s儿子=2×0.4 m=0.8 m，父亲做功W总=F1′s父亲=250 N×0.8 m=200 J。 （3）父亲用该器材提升儿子的过程中，所做的有用功W有用=Gh=mgh=40 kg×10 N/kg×0.4 m=160 J；该器材的机械效率η==×100%=80%。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 13 类型3　斜面机械效率的计算　 6.（新情境　生活实践）如图所示，为方便残疾人上下台阶，一些公共场所设计了专用通道（斜面），若小林和他的电动轮椅的总重为700 N，在5 s内沿8 m长的斜面上升到1.2 m高的平台，小林的电动轮椅的牵引力为150 N。求： （1）牵引力做的功及功率。 （2）此过程中斜面的机械效率。 （3）轮椅与斜面间的摩擦力。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 14 解：（1）牵引力做的功W总=Fl=150 N×8 m=1 200 J，牵引力做功的功率P===240 W。 （2）有用功W有用=Gh=700 N×1.2 m=840 J，机械效率η==×100%=70%。 （3）额外功W额外=W总-W有用=1 200 J-840 J=360 J，轮椅与斜面间的摩擦力f===45 N。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 15 7. 如图所示，建筑工人通过滑轮装置将质量为100 kg、底面积为0.1 m2的物体沿斜面由底端匀速拉到顶端，工人所用的拉力F始终与斜面 平行，斜面长10 m、高6 m，物体对斜面的压强为8 000 Pa， 动滑轮重200 N，不计绳重及滑轮与绳之间的摩擦，物体与 斜面之间的摩擦力始终为其重力的k倍，g取10 N/kg。求： （1）物体对斜面的压力F压。 （2）若工人所用拉力F的大小为410 N，求此时装置的机械效率及物体与斜面间的摩擦力。（机械效率保留至0.1%） （3）若某工人的拉力最大为515 N，求他能拉起物体的最大重力。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 16 解：（1）物体对斜面的压力F压=pS=8 000 Pa×0.1 m2=800 N。 （2）工人通过动滑轮沿斜面将物体从斜面底端拉至顶端，绳端移动的距离等于斜面长的2倍，即绳端移动的距离s=2l=2×10 m=20 m，工人做的总功W总=Fs=410 N×20 m=8 200 J，物体的重力G=mg=100 kg×10 N/kg=1 000 N，工人做的有用功W有用=Gh=1 000 N×6 m=6 000 J，整个装置的机械效率η==×100%≈73.2%；工人克服动滑轮重力做的功W动=G动h=200 N×6 m=1 200 J，工人克服物体与斜面间的摩擦力做的额外功W摩擦=W总-W有用-W动=8 200 J-6 000 J-1 200 J=1 000 J，物体与斜面间的摩擦力f===100 N。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 17 （3）由题意知f=kG，则k===0.1，当某工人的拉力最大为515 N时，由W总′=F′s、W有用=G′h、W摩擦′=f′l=0.1 G′l及W摩擦′=W总′-W有用′-W动可得，0.1G′l=2F′l-G′h-W动，代入数据有0.1×G′×10 m=2×515 N×10 m-G′×6 m-1 200 J，解得最大物重G′=1 300 N。 目 录 导 航 2 3 4 5 6 1 7 18 19 $$