八年级物理滑轮分析与讲解

/八年级物理滑轮分析与讲解教科版[本讲教育信息]一.教学内容：关于滑轮,可以考查的知识点有拉力〔F、机械效率〔η、速度〔v、功率〔P等,综合性较强。〔一基本方法对于滑轮或滑轮组的拉力〔F或机械效率〔,一般分为三种状态：a.理想状态：即不计滑轮的重〔、绳重〔、摩擦力〔,此时,拉力,机械效率。b.半理想状态：只计,不计,此时拉力,机械效率。c.实际状态：只计G动、G绳、Gf,,此时拉力,机械效率。〔二滑轮组打捞问题利用滑轮组打捞物体是生活中常见的现象,与其相关的问题解答也频频地出现在近年的中考题中。由于它涉及浮力、二力平衡、机械效率、功、功率等多方面的知识,可谓点多面广,同时,题目的难度较大,逻辑性强,又常常以压轴题的方式出现,因此,对学生学习提出更高要求。下面举例说明这类问题的处理技巧和启示。1.明确几点如图所示,设动滑轮对重物的拉力为T,绳子自由端的拉力为F,〔半理想则〔1物体在水中,有〔2出水前有〔n为动滑轮上绳子的股数出水后,有〔3物体在水中拉力做的有用功〔4机械效率：〔其中是绳自由端移动的距离,h为物体上升的高度〔三"倒下"的滑轮滑轮的使用常有竖直放置和水平放置两种形式。同学们接触较多的是竖直放置形式,而对水平放置的滑轮感到陌生,其实,它们的本质是相同的。1.使用动滑轮,要搞清谁是动力,谁是阻力。当使用动滑轮拉物体在水平面上做匀速直线运动时,设物体与地面间的摩擦力为f,若拉力作用在绳的自由端,有,则可省力一半,如图〔a所示；若拉力作用动滑轮轴上,有,如图〔b,这时反而费力。可见,对水平使用动滑轮是否省力,一定要注意动力作用在何处。2.绳子的自由端和动滑轮移动的距离关系和速度关系为：,其中分别指绳的自由端移动的距离、速度,分别指动滑轮或物体移动的距离、速度,是指动滑轮上绳子的股数。3.当滑轮沿水平方向拉物体时,可忽略动滑轮重。4.求机械效率时,有用功一般指克服摩擦阻力做的功,即。5．在使用滑轮组的整个过程中拉力做功的功率是平均功率。〔四根据要求设计滑轮组〔1根据要求确定动滑轮上绳的段数。〔2根据绳的段数,确定动滑轮的个数：一个动滑轮可拉2段绳,还能改变用力方向；但也可以拉三段绳,但就不能改变用力方向了。设想如果需要n段绳〔n为偶数那么就需要个动滑轮和个定滑轮。穿绳组装时,绳的固定端要固定在滑轮下的挂钩上〔这叫做"偶定",若不改变力的方向,还可少用一个定滑轮,即个定滑轮。如果n为奇数,则需要个动滑轮和同样数目的定滑轮,穿绳时,绳的固定端要拴在动滑轮上方的挂钩上〔这叫做"奇动",这不能改变用力方向,如果还想改变用力方向,就应再加一个定滑轮,即个定滑轮。上述方法叫"奇动偶定"。[典型例题]例1.如图1所示,若,当,求此时拉力,拉力功率,机械效率。图1分析：根据题意,,可知,其属于半理想状态。此时,求是关键,依,有,所以当时,例2.用一只重为的滑轮按图2中甲、乙、丙三种方式分别匀速提升重为G的物体〔,不计摩擦,所用拉力分别为F1、F2、F3装置的机械效率分别为,则拉力从大到小的顺序是_________,机械效率从高到低的顺序是_________。图2分析：根据题意可知,三只滑轮中,甲处于理想状态〔为一定滑轮,乙、丙处于半理想状态,则有：故例3.如图3所示,在水平动力F的作用下,使物体m沿水平地面匀速直线运动,若滑轮与绳子质量及摩擦不计,已知物体m与地面间的摩擦力为10N,物体m运动的速度为2m/s。那么关于拉力F的大小和拉力的功率P的大小,下列说法中正确的是〔图3A.拉力F的大小为20N B.拉力F的大小为5NC.拉力的功率P的大小为20W D.拉力的功率P的大小为10W分析：用隔离法将物体与动滑轮分开,物体m在水平方向上受力情况如图4所示,由于物体m做匀速直线运动,则,再对动滑轮受力分析,如图5所示,此时,有,所以。图4图5因动滑轮上有2股绳子,绳子自由端移动的速度拉力的功率选B、C。例4.图6分析：口诀是"奇动偶定",意思是说拉力是总重的奇数分之一,穿绳时绳的固定端应拴在动滑轮上方的钩子上,向上先绕过定滑轮,如果拉力是总重的偶数分之一,绳的固定端应拴在定滑轮下方的钩子上,向下先绕过动滑轮。绕绳装配图如图7所示。图7例5.如图8所示,某打捞队的工人用滑轮组把底面积为、高为2m的实心圆柱体从水下提起,已知圆柱体的密度为,水的密度为,滑轮组的机械效率是70%。〔g取10N/kg,滑轮和绳子的重力忽略不计求：〔1圆柱体在水中所受的浮力。〔2若圆柱体从H＝16m深处被缓慢地匀速提起,到刚露出水面时,绳子自由端拉力F所做的功。〔3如果绕在滑轮组上的绳子能承受的最大拉力为400N,则物体被提到露出水面多高时,绳子恰好被拉断？图8 图9分析与解：〔1圆柱体浸没在水中时所以〔2物体重力为圆柱体在水里被匀速提起时,动滑轮拉物体的力为T,圆柱体的受力情况如图9,由力的平衡条件得：所以因为所以拉力F所做的功〔3设绳刚被拉断时,物体受到的拉力为,此时绳子的拉力,由得：绳断时,物体浸入水中深度为h',受到的浮力为,由力的平衡条件得：所以所以物体露出水面的高度为△h[模拟试题]〔答题时间：25分钟1.如图1所示的两个滑轮中：图1A是_________滑轮,B是__________滑轮,它们组合在一起构成一个__________,使用它可以_________,还可以__________________________。若图中的每个滑轮重均为2N,在绳的自由端用20N的力F可以将重_________N的物体匀速提起〔不计摩擦2.如图2〔甲所示的滑轮中的__________相当于杠杆的动力臂,若F＝25N,不计动滑轮重及摩擦,G＝________N。如图〔乙所示的滑轮中的_________相当于杠杆的动力臂；若物体重力G＝25N,则F＝_________N〔不计摩擦图23.是非题：〔1使用由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组只能省一半力。〔〔2使用由两个定滑轮和两个动滑轮组成的滑轮组,若竖直向下用力提起重物,则所用的拉力只能是物体和动滑轮总重的四分之一。〔不计摩擦〔4.如图3所示的滑轮是________滑轮,若弹簧秤示数为150N,滑轮重30N,则物体重_________N。图35.用如图4所示的滑轮组提起重物,若不计摩擦和滑轮重,所用的拉力是物重的_________。如果把重物提高1m,绳子的自由端向上移动的距离是_________。图46.用图5中所示的滑轮组拉动物体A时,怎样绕线最省力？画出绕线图。图57.如图6所示,重50N的物体A在拉力F作用下,沿水平向右方向做匀速直线运动,弹簧测力计的示数为5N,试求拉力F的大小及物体A受到的摩擦力的大小。图68.一个工人用动滑轮提起货物,它对绳端的力是120牛,如果物体升高5米,这个工人做功是多少？9.用弹簧测力计沿斜面拉着重为20牛的物体匀速向上移动3米,上升的高度是1米,测力计的示数是10牛,求：〔1有用功、总功、额外功各是多少？〔2斜面的机械效率是多少