跨学科实践（调查机械并制作机械模型）（举一反三讲义）物理苏科版2024九年级上册

跨学科实践（调查机械并制作机械模型） 目录 【思维导图】 1 【知识梳理】 1 知识点1：吊车与绞车 1 知识点2：塔式起重机 3 【巩固训练】 4 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：吊车与绞车 1．工作原理 左图中的机械为吊车，右图中的机械为绞车，结构上都结合了定滑轮与轮轴，故既可以通过定滑轮改变用力方向，又可以借助轮轴省力，从而达到省力、改变方向的目的 2．相关计算 轮轴中力的关系：F1R=F2r 机械效率的计算：W有用=Gh，W总=Fs，额外功包含绳重与摩擦 【典例1】中华文明源远流长，古人的智慧除四大发明以外，还有许多值得我们学习的机械。绞车是与辘轳相似的另一种机械，它从唐代起便被普遍应用，成为建筑、军事必备器械之一。如图是我国古人利用绞车提升巨石的情景，下列说法正确的是（　　） A．使用此装置可以省功 B．上方的滑轮可以改变力的方向 C．使用此装置可以省距离 D．绞车由动滑轮、定滑轮及轮轴组成 知识点2：塔式起重机 1．工作原理 图中的机械为塔式起重机，也被称为“塔吊”，结构上结合了滑轮组与杠杆，滑轮组的目的是省力且改变力的方向，杠杆的目的是省距离 2．相关计算 杠杆平衡条件：F1l1=F2l2 机械效率的计算：W有用=Gh，W总=Fs，额外功包含塔吊杠杆自重、滑轮组自重以及绳重与摩擦 （计算时需要看清楚求解的是整体还是部分的机械效率） 【典例2】如图是建筑工地上常见的一种塔式起重机。滑轮组离点越近，能吊起物体的质量越 ；某次起重机上的滑轮组在内将质量为的预制件匀速升到高的平台上，此次滑轮组的机械效率是60%，则作用在滑轮组绳端拉力的功率是 ；若增大起吊物体的质量，该滑轮组的机械效率将变 。（取） 【巩固训练】 1．如图是一种利用滚轴和绳子组装的特殊机械，借助这种装置可以将较重的物体搬运到高处，某人借助该装置提升重物G（不计摩擦和装置的自重），下列说法错误的是（　　） A．图中A可简化为定滑轮 B．图中B可简化为动滑轮 C．人将绳子向下拉1米时，重物G也上升1米 D．利用该装置不仅可以省力，也能改变力的方向 2．港珠澳大桥的成功建成离不开我国自行制造的世界上最大的吊装船“振华30”，如图是“振华30”正在吊装重达6000t沉管隧道最后的一段，吊装中使用了非常复杂的滑轮组，下列有关说法正确的是（　　） A．使用滑轮组是为了省功 B．滑轮组中定滑轮的作用是改变力的方向 C．图中钢丝绳股数很多，是为了提高滑轮组的机械效率 D．该滑轮组的机械效率可能大于 3．如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊300kg的物体时，上升10m，用时15s，此时滑轮组的机械效率是80%，拉力F的功率是 W。（g取10N/kg） 4．如图甲所示，塔式起重机在建设美好家园中大显身手，抽象出来的物理模型如图乙所示，AB是竖直支架，CD是水平臂，OC段为平衡臂，C端装有配重体，OD段为吊臂。E处装有滑轮，其钢丝绳穿绳简化示意图如图丙所示。 （1）某待起吊货物的重为，货物与水平地面的接触面积为，则货物静止在水平地面上时对地面的压强是多少？ （2）已知配重体的重为，，，若不计水平臂和滑轮重及部件间的摩擦，在E处可起吊货物的最大重是多少？ （3）某次将重为8000N的货物竖直匀速提升5m，作用在连接起升电动机上的钢丝绳的拉力为5000N。则图丙中滑轮组的机械效率是多少？ 5．早在3000年前我们祖先就用辘轳从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。若某次取水时井绳拉着质量为15kg的水缓慢上升了5m，水桶的质量为3kg，在这一过程中，人做的总功为1000J。g取：。求此次取水的过程中： (1)人做的有用功为多少？ (2)辘轳的机械效率多大？ (3)人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？ 6．早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从井中提水。如图所示，辘轳由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成，某次取水时井绳拉着质量为10kg的水匀速上升4m，用时1min，水桶重为10N，该过程中，人克服井绳重力与摩擦阻力做的功为60J（取）。求此次取水的过程中： （1）人做的有用功； （2）辘轳的机械效率； （3）人做功的功率。 7．如图所示为一种塔式起重机上的滑轮组.现用该滑轮组将质量为48t的钢材以0.5m/s的速度竖直向上匀速吊起15m的高度，若滑轮组的机械效率为85%，g取10N/kg。 (1)A处滑轮的作用是 ；组合而成的滑轮组是一种可以 （选填“省力”或“省功”）的简单机械； (2)计算起重机提升钢材所做的有用功； (3)计算绳子自由端的拉力及拉力的功率。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 跨学科实践（调查机械并制作机械模型） 目录 【思维导图】 1 【知识梳理】 1 知识点1：吊车与绞车 1 知识点2：塔式起重机 3 【巩固训练】 4 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：吊车与绞车 1．工作原理 左图中的机械为吊车，右图中的机械为绞车，结构上都结合了定滑轮与轮轴，故既可以通过定滑轮改变用力方向，又可以借助轮轴省力，从而达到省力、改变方向的目的 2．相关计算 轮轴中力的关系：F1R=F2r 机械效率的计算：W有用=Gh，W总=Fs，额外功包含绳重与摩擦 【典例1】中华文明源远流长，古人的智慧除四大发明以外，还有许多值得我们学习的机械。绞车是与辘轳相似的另一种机械，它从唐代起便被普遍应用，成为建筑、军事必备器械之一。如图是我国古人利用绞车提升巨石的情景，下列说法正确的是（　　） A．使用此装置可以省功 B．上方的滑轮可以改变力的方向 C．使用此装置可以省距离 D．绞车由动滑轮、定滑轮及轮轴组成 【答案】B 【解析】A．使用任何机械（如杠杆、滑轮、斜面）时，都需要克服阻力做额外功，所以使用任何机械都不能省功，故A错误； B．由图可知上方的滑轮是一个定滑轮，定滑轮的本质是等臂杠杆 ，不省力也不费力，但可以改变用力的方向，故B正确； C．由图可知此装置是由定滑轮和轮轴组成的，定滑轮的本质是等臂杠杆 ，使用时既不省力也不费力；轮轴的本质是省力杠杆，省力杠杆费距离，故C错误； D．由图可知此绞车由定滑轮和轮轴组成，并没有动滑轮，故D错误。 故选B。 知识点2：塔式起重机 1．工作原理 图中的机械为塔式起重机，也被称为“塔吊”，结构上结合了滑轮组与杠杆，滑轮组的目的是省力且改变力的方向，杠杆的目的是省距离 2．相关计算 杠杆平衡条件：F1l1=F2l2 机械效率的计算：W有用=Gh，W总=Fs，额外功包含塔吊杠杆自重、滑轮组自重以及绳重与摩擦 （计算时需要看清楚求解的是整体还是部分的机械效率） 【典例2】如图是建筑工地上常见的一种塔式起重机。滑轮组离点越近，能吊起物体的质量越 ；某次起重机上的滑轮组在内将质量为的预制件匀速升到高的平台上，此次滑轮组的机械效率是60%，则作用在滑轮组绳端拉力的功率是 ；若增大起吊物体的质量，该滑轮组的机械效率将变 。（取） 【答案】 大 10 大 【解析】[1]将起重机的吊臂看成杠杆，由图可知，配重重力G配和AO长一定，根据杠杆的平衡条件知G配×AO=FB×BO，滑轮组的离O点越近，即OB越短，FB越大，能吊起物体重力越大。 [2]滑轮组提升物体做的有用功W有=Gh=mgh=2000kg×10N/kg×6m=1.2×105J 绳端的拉力做的总功 作用在滑轮组绳端拉力的功率 [3]增加起吊物体的质量，起吊物体的重力变大，额外功不变，有用功变大，有用功在总功中所占的比例变大，则滑轮组的机械效率变大。 【巩固训练】 1．如图是一种利用滚轴和绳子组装的特殊机械，借助这种装置可以将较重的物体搬运到高处，某人借助该装置提升重物G（不计摩擦和装置的自重），下列说法错误的是（　　） A．图中A可简化为定滑轮 B．图中B可简化为动滑轮 C．人将绳子向下拉1米时，重物G也上升1米 D．利用该装置不仅可以省力，也能改变力的方向 【答案】C 【解析】A．提升物体时，A的轴的位置固定不动属于定滑轮，故A正确，不符合题意； B．图中B和物体一起移动，可看作是动滑轮，故B正确，不符合题意； C．由图知，A、B组成滑轮组，n=5，则拉力端移动距离s=5h，人将绳拉过1m时，物体上升的高度h=02m，故C错误，符合题意； D．不计摩擦和装置的自重，人对绳的拉力F=G，拉力方向向下，可见，利用该装置既能省力，又能改变力的方向，故D正确，不符合题意。 故选C。 2．港珠澳大桥的成功建成离不开我国自行制造的世界上最大的吊装船“振华30”，如图是“振华30”正在吊装重达6000t沉管隧道最后的一段，吊装中使用了非常复杂的滑轮组，下列有关说法正确的是（　　） A．使用滑轮组是为了省功 B．滑轮组中定滑轮的作用是改变力的方向 C．图中钢丝绳股数很多，是为了提高滑轮组的机械效率 D．该滑轮组的机械效率可能大于 【答案】B 【解析】A．根据功的原理，使用任何机械都不省功，使用滑轮组可以省力或改变力的方向，但不能省功，故A错误； B．定滑轮的特点是不省力，但可以改变力的方向，在滑轮组中定滑轮的作用就是改变力的方向，故B正确； C．使用滑轮组过程中，克服钢丝绳重和摩擦做的功是额外功，在有用功一定时，钢丝绳股数越多，额外功越多，机械效率越低；图中钢丝绳股数很多，是为了省力，故C错误； D．机械效率是有用功跟总功的比值，由于使用机械时不可避免地要做额外功，总功一定大于有用功，所以机械效率总是小于100%，不可能大于100%，故D错误。 故选B。 3．如图所示，是安装在某种塔式起重机吊臂一侧的滑轮组，某次匀速起吊300kg的物体时，上升10m，用时15s，此时滑轮组的机械效率是80%，拉力F的功率是 W。（g取10N/kg） 【答案】2.5×103 【解析】有用功 滑轮组的机械效率是80%，根据可知，总功 拉力F的功率 4．如图甲所示，塔式起重机在建设美好家园中大显身手，抽象出来的物理模型如图乙所示，AB是竖直支架，CD是水平臂，OC段为平衡臂，C端装有配重体，OD段为吊臂。E处装有滑轮，其钢丝绳穿绳简化示意图如图丙所示。 （1）某待起吊货物的重为，货物与水平地面的接触面积为，则货物静止在水平地面上时对地面的压强是多少？ （2）已知配重体的重为，，，若不计水平臂和滑轮重及部件间的摩擦，在E处可起吊货物的最大重是多少？ （3）某次将重为8000N的货物竖直匀速提升5m，作用在连接起升电动机上的钢丝绳的拉力为5000N。则图丙中滑轮组的机械效率是多少？ 【答案】（1）3×105Pa；（2）3×104N；（3）80% 【解析】解：（1）货物静止时对地面的压力大小等于货物的重力，则货物对地面的压强为 （2）根据杠杆的平衡条件，在E处可起吊的货物的最大重 （3）丙图中连在动滑轮上绳子的段数为2，则滑轮组的机械效率为 答：（1）货物静止在水平地面上时对地面的压强是3×105Pa； （2）在E处可起吊货物的最大重是3×104N； （3）图丙中滑轮组的机械效率是80%。 5．早在3000年前我们祖先就用辘轳从井中提水。如图所示是古代民间的提水设施辘轳，由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成。若某次取水时井绳拉着质量为15kg的水缓慢上升了5m，水桶的质量为3kg，在这一过程中，人做的总功为1000J。g取：。求此次取水的过程中： (1)人做的有用功为多少？ (2)辘轳的机械效率多大？ (3)人克服井绳重力与摩擦阻力做的功是多少？ 【答案】(1)750J (2)75% (3)100J 【解析】（1）提升水所做的功为有用功，大小为 W=Gh=mgh=15kg×10N×5m=750J （2）辘轳的机械效率为 （3）克服水桶所做的额外功为 W额1=G桶gh=3kg×10N/kg×5m=150J 人克服井绳重力与摩擦阻力做的额外功为 W额2=W总-W有-W额1=1000J-750J-150J=100J 6．早在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳，通常用于从井中提水。如图所示，辘轳由辘轳头、支架、井绳、水桶等部分构成，某次取水时井绳拉着质量为10kg的水匀速上升4m，用时1min，水桶重为10N，该过程中，人克服井绳重力与摩擦阻力做的功为60J（取）。求此次取水的过程中： （1）人做的有用功； （2）辘轳的机械效率； （3）人做功的功率。 【答案】（1）400J；（2）80%；（3）8.3W 【解析】解：（1）人做的有用功为 （2）克服水桶的重力做得额外功 额外功 人做的总功 机械效率 （3）人做功的功率 答：（1）人做的有用功为400J； （2）辘轳的机械效率为80%； （3）人做功的功率为8.3W。 7．如图所示为一种塔式起重机上的滑轮组.现用该滑轮组将质量为48t的钢材以0.5m/s的速度竖直向上匀速吊起15m的高度，若滑轮组的机械效率为85%，g取10N/kg。 (1)A处滑轮的作用是 ；组合而成的滑轮组是一种可以 （选填“省力”或“省功”）的简单机械； (2)计算起重机提升钢材所做的有用功； (3)计算绳子自由端的拉力及拉力的功率。 【答案】(1) 改变拉力的方向 省力 (2) (3) 【解析】（1）由图知道，A处滑轮的作用是改变拉力的方向，组合而成的滑轮组有3段承重的绳索，所以，是省力的简单机械，使用任何机械都不省功。 （2）起重机提升钢材所做的有用功 （3）由知道，拉力做的总功 由图知n=3，则拉力端移动距离 绳子自由端的拉力 拉力端移动 绳子自由端的拉力的功率 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$