内容正文:
第十二讲 简单机械
第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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新课标·考点通
本节主要考点 课标要求 安徽考情分析
1.滑轮(组)机械效率的相关计算
2.斜面机械效率的相关计算 1.知道机械效率。了解提高机械效率的意义和途径
2.能说出人类使用的一些机械。了解机械的使用对社会发展的作用 ◆2025:滑轮机械效率的相关计算,2分
◆2023年:斜面机械效率的相关计算,4分
◆2022年:滑轮组机械效率的相关计算,2分
◆2021年:滑轮组机械效率的相关计算,2分
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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定义 轴固定不动的滑轮
图示
特点 (1)F= (不计摩擦、绳重)
(2)物体上升高度和绳自由端移动的距离相等,s=h
(3)可以改变力的方向,但不省力也不省距离
G物
1.定滑轮
滑轮
考点1
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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定义 轴可以移动的滑轮
图示
特点 (1)F=_____(不计摩擦、绳重和动滑轮重)
(2)F= (不计摩擦、绳重)
(3)s= h
(4)可以省力,但费距离,且不可以改变力的方向
2
2.动滑轮
G物
(G物+G动)
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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定义 图示 特点
定滑
轮和
动滑
轮的
组合 (1)F=_____(不计摩擦、绳重和动滑轮重)
(2)F= (不计摩擦、绳重)
(3)s= h
(4)既省力又能改变力的方向,但费距离
3.滑轮组
易错警示 有n段绳子与动滑轮直接相连,承担物重的绳子段数就是n。
G物
(G物+G动)
3
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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易错判断
1.使用动滑轮一定可以省一半的力。( )
2.使用滑轮组,一定既可以省力又可以改变力的方向。( )
×
×
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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基础小练
1.[2025·成都]在“使用动滑轮”的实验中,竖直向上拉弹簧测力计,如图所示。弹簧测力计静止时的示数是F1、F2,则F1、F2的大小关系是 ;若钩码匀速上升0.1 m,则绳子自由端移动的距离是 m。
0.2
F1=F2
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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A.是定滑轮,可以省力
B.是动滑轮,可以省力
C.是定滑轮,可以改变力的方向
D.是动滑轮,可以改变力的方向
2.[2025·山东烟台]为了响应国家体重管理年的号召,小明为家人制作了如图所示的简易拉力器,关于图中的滑轮分析正确的是( )
C
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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1.机械效率
(1)定义:物理学中,将 跟 的比值叫做机械效率,用 表示。
(2)表达式:η= ×100%。
(3)提高机械效率的方法:①减小机械的摩擦和自重等来减小额外功;②增大物重来增大有用功的占比。
η
总功
机械效率 (5年4考)
有用功
考点2
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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易错判断
1.有用功在总功中所占的比例越大,机械效率一定越高。( )
2.机械效率高的机器功率一定大。( )
3.任何情况下机械效率都小于1。( )
√
×
√
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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装置 竖直方向的滑轮组 水平方向的滑轮组 斜面
图示
有用功 W有=Gh W有=fs W有=Gh
总功 W总=Fs W总=FL W总=Fs
额外功 W额=Fs-Gh W额=FL-fs W额=Fs-Gh(或W额=fs)
机械效率 η=×100%=×100% η=×100%=×100% η=×100%
2.机械效率的相关计算
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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例1 利用如图所示的滑轮组提起一个重为2400 N的物体,每个滑轮重50 N,不计绳重和摩擦,绳子的拉力F= N;若使这个滑轮组达到更加省力的效果,就要改变绳子的绕线方法,则此时绳子的拉力F'= N。
500
滑轮的特点
625
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考点1
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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A.F1>F2>F3 B.F1<F2<F3
C.F2>F1>F3 D.F2<F1<F3
变式训练 如图所示,三个滑轮(忽略自重与摩擦)拉同一物体在同一水平面做匀速直线运动,所用拉力分别为F1、F2、F3,那么这三个力的关系是( )
D
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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例2 [2025·四川达州改编]“奇思妙想”小组的同学在劳动实践基地,用如图所示的滑轮组将400 N物体匀速提升12 m,用时1 min。已知G动=100 N,空气阻力、摩擦力及绳重不计。求:
(1)人拉力的功率;
(2)该滑轮组的机械效率。
考点2
滑轮机械效率的相关计算
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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解:(1)由题图可知,此时绳子的有效股数n=2,空气阻力、摩擦力及绳重不计,则绳子自由端的拉力F=(G物+G动)=×(400 N+100 N)=250 N
绳子自由端移动的距离s=nh=2×12 m=24 m
人拉力做的功W总=Fs=250 N×24 m=6000 J
人拉力的功率P==100 W
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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(2)滑轮组提升物体时做的有用功W有=G物h=400 N×12 m=4800 J
该滑轮组的机械效率η=×100%=×100%=80%
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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变式训练 用图甲所示的滑轮组提升物体A。已知被提升物体A的重力为900 N,卷扬机施加在绳子自由端的拉力F将物体A以0.5 m/s的速度匀速提高了5 m。拉力F做的功随时间的变化图像如图乙所示(不计绳重和滑轮与轴的摩擦)。此过程中滑轮组提升重物的机械效率为 ,动滑轮的重力为 N。
100
90%
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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例3 [2025·合肥包河区一模]一辆汽车不慎陷入湿滑水平路面,司机利用滑轮组成功地将汽车拖了出来,其拖动过程可以简化成如图所示的模型。在水平拉力F=1000 N的作用下,20 s内汽车沿水平方向匀速移动了4 m,已知该过程中整个装置的机械效率为80%(不计滑轮组及绳子的质量且绳子拉车的力也总是沿着水平方向)。求:
(1)作用在绳子自由端的水平拉力F做功的功率;
(2)汽车所受阻力f的大小。
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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解:(1)由题图可知,n=3,绳子自由端移动的距离s=ns车=3×4 m=12 m
拉力做的总功W总=Fs=1000 N×12 m=1.2×104 J
拉力做功的功率P==600 W
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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(2)因为η=×100%,所以拉力做的有用功
W有=W总η=1.2×104 J×80%=9.6×103 J
滑轮组对汽车的拉力F'==2400 N
因为汽车做匀速直线运动,所以汽车受到的拉力和阻力是一对平衡力,大小相等,所以汽车受到的阻力f=F'=2400 N
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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变式训练 [2025·四川南充改编]如图所示,重为100 N的物体在水平拉力F的作用下,沿水平面向左做匀速直线运动,物体受到水平地面的摩擦力是其重力的0.12,若物体在10 s内向左移动了10 m,则克服地面对物体的摩擦力做的功为 J,滑轮组的机械效率为80%,则水平拉力F为 N。
5
120
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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例4 [2025·合肥高新区三模]如图所示,斜面的倾角为30°。某同学用500 N的推力沿斜面向上将重力为800 N的物体匀速推到了斜面顶端,则该过程中斜面的机械效率为 。
斜面机械效率的相关计算
80%
考点3
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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【解析】斜面的倾角为30°,则s=2h,故η=×100%=×100%=×100%=×100%=80%。
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第2节 滑轮、斜面及其机械效率
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变式训练 有一辆质量为2500 kg的小汽车沿着盘山公路以5 m/s的速度匀速行驶,当它从山脚行驶到高为0.6 km的山顶时,耗时30 min,汽车发动机牵引力的功率恒为25 kW,则此时盘山公路的机械效率为 。(g取10 N/kg,结果精确到0.1%)
33.3%
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