河北专版2020中考物理复习方案第四单元力学第16课时滑轮斜面及其机械效率课件 43页

第 16 课时　 滑轮、斜面及其机械效率 第四单元　力学 考点一　滑轮、滑轮组 项目 定滑轮 动滑轮 滑轮组 示意图 实质 : 　　　 　 ;  特点 : 　 　　   　　 　　 　 　   实质 : 　　　 　 ;  特点 : 　　 　   　 　 　   等臂杠杆 可改变力的方 向 , 不能省力 省力杠杆 费距离 , 不可改 改变力的方向 , 但可省力 项目 定滑轮 动滑轮 滑轮组 力、速度、 距离 的关系 F 1 =G ; v 1 =v 2 ; s=h F 1 = 　 　　 ;  v 1 = 　　 　 ;  s= 　　 　   F 1 = 　 　　 ;  v 1 = 　　 　 ;  s= 　 　   ( 注 : 不计摩擦及绳重 , 动滑轮重为 G 动 ) ( 续表 ) 2 v 2 2 h 3 v 2 3 h 考点二　其他简单机械 省力 考点三　机械效率 1 . 三种功 三种功 概念 计算方法 有用功 　 无论是否使用机械 , 必须要做的功 　 W 有 =G 物 h , 　 W 有 =fs 物 额外功 　 使用机械时 , 我们不需要但又不得不做的功 　 W 额 =G 动 h ( 忽略摩擦和绳重 ), 　 W 额 =W 总 - W 有 总功 　 有用功和额外功 　　　   　 W 总 = 　　 　　 ;  　 W 总 =Fs , W 总 =Pt 之和 W 有 +W 额 2. 认识“机械效率” 定义 　 有用功跟总功的 　　　　 , 用符号 　　　 表示   公式 　 　　　　　　   说明 　 机械效率是一个比值 , 通常用百分数表示 , 有用功总 　 　 总功 , 机械效率总 　　　   意义 　 衡量机械做功性能好坏的物理量 , 机械效率的高低与使用机械是省力还是费力无关 比值 η 小于 小于 1 探究一　滑轮、滑轮组及其机械效率 1 . [2019· 黑龙江 ] 如图 16-1 所示 , 小聪用滑轮组拉动水平地面上重为 500 N 的物体 A , 使它匀速前进 2 m, 地面对它的摩擦力为 150 N, 小聪施加的拉力 F= 100 N( 忽略绳重和滑轮重 ), 则滑轮组做的有用功为 　　　 J, 滑轮组的机械效率为 　　　　 。   图 16-1 300 75% 2 . ( 多选 ) [2019· 邢台三模 ] 如图 16-2 所示的甲、乙两个滑轮组中 , 各个滑轮都相同。在拉力 F 1 、 F 2 的作用下 , 从相同位置开始 , 分别匀速竖直提升相同的重物至相同高度处 , 提升过程中 , 两绳端移动的速度相同。不计绳重及摩擦 , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 拉力 F 1 和 F 2 大小相等 B . 拉力 F 1 和 F 2 所做的额外功相同 C . 拉力 F 1 和 F 2 做功的功率之比为 3 ∶ 2 D . 甲、乙两个滑轮组的机械效率相等 图 16-2 BCD 3 . ( 多选 ) [2018· 邯郸二模 ] 小明分别用如图 16-3 所示的两个装置提升物体。已知两个物体所受的重力均为 G , 单个滑轮所受的重力均为 G 1 , 且小明用甲、乙两装置都将物体在相同的时间内匀速提升了相同的高度。忽略绳重、空气阻力及摩擦 , 则在小明提升物体的过程中 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 甲装置的机械效率大于乙装置的机械效率 B . 甲装置中绳端移动的距离大于乙装置中绳端移动的距离 C .F 甲 做功的功率大于 F 乙 做功的功率 D . 小明用甲、乙两装置提升物体时 , 做的有用功相同 图 16-3 [ 答案 ] AD 4 . [2019· 齐齐哈尔 ] 图 16-4 甲是某起重船的示意图 , A 处为卷扬机 , 吊臂前端滑轮组如图乙所示。在一次吊装施工中 , 当起重船从运输船上吊起重物时 , 起重船浸入海水中的体积增加了 18 m 3 , 重物在空中匀速竖直上升了 3 m, 所用时间为 30 s 。已知动滑轮总重为 2×10 4 N, 不计钢丝绳重及摩擦 , ρ 海水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg 。问 : (1) 该重物的重力是多少 ? (2) 钢丝绳拉力 F 做功的功率是多少 ? (3) 该重物在空中匀速上升过程中滑轮组的机械 效率是多少 ? 图 16-4 解 :(1) 由题知 , 起重船始终漂浮在水面上 , 则起重船增加的浮力即为重物的重力 , 起重船增大的浮力 Δ F 浮 =ρ 海水 g Δ V 排 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 ×10 N/kg×18 m 3 = 1 . 8×10 5 N, 则重物的重力 G= Δ F 浮 = 1 . 8×10 5 N 。 4 . [2019· 齐齐哈尔 ] 图 16-4 甲是某起重船的示意图 , A 处为卷扬机 , 吊臂前端滑轮组如图乙所示。在一次吊装施工中 , 当起重船从运输船上吊起重物时 , 起重船浸入海水中的体积增加了 18 m 3 , 重物在空中匀速竖直上升了 3 m, 所用时间为 30 s 。已知动滑轮总重为 2×10 4 N, 不计钢丝绳重及摩擦 , ρ 海水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg 。问 : (2) 钢丝绳拉力 F 做功的功率是多少 ? 图 16-4 4 . [2019· 齐齐哈尔 ] 图 16-4 甲是某起重船的示意图 , A 处为卷扬机 , 吊臂前端滑轮组如图乙所示。在一次吊装施工中 , 当起重船从运输船上吊起重物时 , 起重船浸入海水中的体积增加了 18 m 3 , 重物在空中匀速竖直上升了 3 m, 所用时间为 30 s 。已知动滑轮总重为 2×10 4 N, 不计钢丝绳重及摩擦 , ρ 海水 = 1 . 0×10 3 kg/m 3 , g 取 10 N/kg 。问 : (3) 该重物在空中匀速上升过程中滑轮组的机械 效率是多少 ? 图 16-4 探究二　斜面及其机械效率 5. [2019· 绵阳 ] 如图 16-5 所示 , 斜面长 20 m 、高 10 m, 固定在水平地面上。一位同学用平行于斜面向上 40 N 的拉力 , 在 20 s 内把重 60 N 的物体沿斜面向上匀速拉动了 10 m 。在此过程中 ( 　　 ) A . 斜面的机械效率是 66 . 7% B . 斜面的机械效率是 75% C . 该同学对物体做功的功率是 10 W D . 该同学对物体做功的功率是 30 W 图 16-5 [ 答案 ] B 6 . 在荆州火车站附近的荆州中学新校区的建设工地上 , 工人把重 1200 N 的物体沿着长 L= 5 m 、高 h= 1 m 的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端 ( 如图 16-6 所示 ), 沿斜面所用的拉力为 300 N 。 ( 不计空气阻力 ) (1) 将物体从斜面底部匀速拉到斜面顶端的过程中 , 拉力做了多少功 ? (2) 工人使用斜面做功的机械效率是多少 ? (3) 物体和斜面之间的摩擦力是多大 ? 图 16-6 解 :(1) 拉力做的功 W 总 =FL =300 N×5 m=1500 J 。 6 . 在荆州火车站附近的荆州中学新校区的建设工地上 , 工人把重 1200 N 的物体沿着长 L= 5 m 、高 h= 1 m 的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端 ( 如图 16-6 所示 ), 沿斜面所用的拉力为 300 N 。 ( 不计空气阻力 ) (2) 工人使用斜面做功的机械效率是多少 ? 图 16-6 6 . 在荆州火车站附近的荆州中学新校区的建设工地上 , 工人把重 1200 N 的物体沿着长 L= 5 m 、高 h= 1 m 的斜面从底部匀速拉上斜面的顶端 ( 如图 16-6 所示 ), 沿斜面所用的拉力为 300 N 。 ( 不计空气阻力 ) (3) 物体和斜面之间的摩擦力是多大 ? 图 16-6 突破　测量滑轮组的机械效率 【 实验原理 】 η 。 【 设计和进行实验 】 1 . 实验器材 : 滑轮组、铁架台、细绳、 弹簧测力计 、 刻度尺 、钩码。 2 . 滑轮组绕线 : 由 n= 确定承担对动滑轮及物体拉力的绳子段数 , 用奇动偶定法确定绕线方式。 3 . 实验中注意绳子的自由端若最终与动滑轮相绕 , 则需要 匀速、竖直 向上拉动物体。 【 数据处理和分析 】 4 . 设计实验数据记录表格 ( 如下表所示 ), 分析表格数据 , 可计算出有用功、额外功、总功 , 及滑轮组机械效率 。 实验 次数 钩 码所 受 的 重力 G/ N 提升高度 h/ m 有用 功 W 有 / J 拉力 F/ N 绳 端移动 的 距离 s/ m 总功 W 总 / J 机械效率 η 1 2 3 5 . 实验结论 : 同一滑轮组 , 提升 物体越重 , 机械效率 越高 ; 不同滑轮组提升 同一重物 , 动滑轮 越轻 ( 个数少或质量小 ), 机械效率 越高 。滑轮组的机械效率与提升物体的高度和速度 , 绳子的段数 , 省、费力情况均无关。 【 交流、反思与评估 】 6 . 影响滑轮组机械效率的因素 : ①提升物体的重力 ; ②动滑轮的重力 ; ③绳重、摩擦 。 7 . 提高滑轮组机械效率的方法 : ① 增加提升物体的重力 ; ② 减小动滑轮的重力 ; ③ 减小绳重和摩擦等。 例 在 “ 测量滑轮组的机械效率 ” 的实验中 , 某组同学用相同的滑轮安装了如图 16-7 甲、乙所示的滑轮组 , 实验测得的数据如下表所示 , 回答下列问题 : 图 16-7 实验 次数 动滑轮的 重力 G 动 / N 物体的 重力 G 物 / N 物体 升高 的高 度 h/ m 弹簧 测力计 示 数 F/ N 绳端 移动 的距 离 s/ m 机械效率 η 1 0 . 5 1 0 . 1 0 . 6 0 . 3 55 . 6% 2 0 . 5 2 0 . 1 1 . 0 0 . 3 66 . 7% 3 0 . 5 4 0 . 1 1 . 8 0 . 3 (1) 该组同学准备了下列器材 : 钩码、天平、滑轮组、细绳、弹簧测力计和刻度尺 , 其中多余的器材是 　　　　 。   (2) 上表中实验数据是用图 　　　　 所示的滑轮组测得的。实验中应沿竖直方向 　　 　　 拉动弹簧测力计 , 使物体缓缓上升。小组同学提出实验过程中边拉动边读数 , 弹簧测力计的示数不稳定 , 应该静止读数 , 你认为他的想法 　　　 ( 选填 “ 正确 ” 或 “ 不正确 ”), 因为他没考虑到 　　　　 对滑轮组机械效率的影响。第 3 次实验中应补充的数据是 　　　　 。根据第 1 次实验中的数据 , 若不计绳重和摩擦 , 要使滑轮组达到省力的效果 , 则提升物体的重力不得小于 　　　　 N 。   天平 甲 缓慢 ( 或匀速 ) 不正确 摩擦力 74 . 1% 0 . 25 (3) 分析表中的数据可知 : 随着物重的增加 , 额外功 　　　 ( 选填 “ 变大 ”“ 变小 ” 或 “ 不变 ”), 原因是 　 。   (4) 根据以上实验数据可以得出如下结论 : 同一滑轮组的机械效率主要与 　　　 有关。通过分析表格中的数据 , 小组同学得到了提升滑轮组机械效率的方法。汽车作为一种 “ 机械 ”, 提升效率对节能减排有重要意义。请你指出以下三种提高效率的方法中 , 方法 　　　　 的原理与本实验结论是相同的。   方法一 : 鼓励人们 “ 拼车 ” 出行 , 使汽车尽量装满人员 ; 方法二 : 汽车制造厂用新材料减轻汽车重量 ; 方法三 : 经常给汽车做保养 , 保持良好润滑。 变大 物重增加 , 绳和滑轮间的压力变大 , 摩擦力就变大 物重 一 (5) 小明发现绳端移动的距离始终与钩码提升高度成倍数关系 , 于是他认为 : 钩码数量一定时 , 无论将钩码提升多高 , 都不影响该滑轮组的机械效率。小芳则认为 : 钩码提升的高度不同 , 有用功就不同 , 机械效率就变化了 , 你认为 　　　　 的看法是正确的。   (6) 若将此滑轮组换一种绕绳方法 , 不计摩擦及绳重 , 提升相同的物体时 , 滑轮组的机械效率 　 ;  若在图甲装置的基础上 , 增加一个动滑轮 , 改为如图丙所示的装置 , 提升同一物体 , 则滑轮组的机械效率 　　　　 。 ( 均选填 “ 变大 ”“ 变小 ” 或 “ 不变 ”)  小明 不变 变小 考点一　滑轮、滑轮组及其机械效率 1 . ( 多选 ) [2015· 河北 21 题 3 分 ] 用四只完全相同的滑轮和两根相同的绳子组成如图 16-8 所示的甲、乙两个滑轮组 , 在绳的自由端用大小分别为 F 1 和 F 2 的拉力将相同的物体匀速提升相同的高度。若不计绳重和摩擦 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A .F 1 大于 F 2 B .F 1 和 F 2 做的功一定相等 C . 甲、乙的机械效率不相等 D . 绳子自由端移动的距离不相等 , 物体运动时间可能相等 图 16-8 [ 答案 ] ABD 图 16-9 [ 答案 ] BCD 图 16-10 [ 答案 ] BC 4 . [2013· 河北 37 题 6 分 ] 如图 16-11 所示 , 重为 1140 N 的物体与水平地面的接触面积为 1.5×10 3 cm 2 , 工人师傅用 600 N 的力匀速提升物体 , 物体上升的速度为 0.2 m/s 。 ( 不计摩擦及绳重 ) (1) 求工人师傅拉绳的功率。 (2) 求滑轮组的机械效率。 (3) 体重为 450 N 的小明用此滑轮组提升物体 , 但物体没有被 拉动 , 则物体对地面的最小压强为多大 ? 图 16-11 4 . [2013· 河北 37 题 6 分 ] 如图 16-11 所示 , 重为 1140 N 的物体与水平地面的接触面积为 1.5×10 3 cm 2 , 工人师傅用 600 N 的力匀速提升物体 , 物体上升的速度为 0.2 m/s 。 ( 不计摩擦及绳重 ) (2) 求滑轮组的机械效率。 图 16-11 4 . [2013· 河北 37 题 6 分 ] 如图 16-11 所示 , 重为 1140 N 的物体与水平地面的接触面积为 1.5×10 3 cm 2 , 工人师傅用 600 N 的力匀速提升物体 , 物体上升的速度为 0.2 m/s 。 ( 不计摩擦及绳重 ) (3) 体重为 450 N 的小明用此滑轮组提升物体 , 但物体没有被拉动 , 则物体对地面的最小压强为多大 ? 图 16-11 考点二　斜面及其机械效率 5 . [2016· 河北 37 题 6 分 ] 如图 16-12 所示为某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置 , 将重为 1600 N 的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 30°, 斜面高为 4 . 5 m, 建材移动的速度为 0 . 4 m/s, 电动机的输出功率为 400 W, 斜面的机械效率与整个装置的机械效率之比 η 1 ∶ η 2 = 10 ∶ 9 。求 :( 忽略定滑轮处摩擦及绳重 ) (1) 对建材做的有用功。 (2) 斜面的机械效率。 (3) 电动机消耗的电能。 图 16-12 解 :(1) 对建材做的有用功 W 有 =Gh= 1600 N×4 . 5 m = 7200 J 。 5 . [2016· 河北 37 题 6 分 ] 如图 16-12 所示为某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置 , 将重为 1600 N 的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 30°, 斜面高为 4 . 5 m, 建材移动的速度为 0 . 4 m/s, 电动机的输出功率为 400 W, 斜面的机械效率与整个装置的机械效率之比 η 1 ∶ η 2 = 10 ∶ 9 。求 :( 忽略定滑轮处摩擦及绳重 ) (2) 斜面的机械效率。 图 16-12 5 . [2016· 河北 37 题 6 分 ] 如图 16-12 所示为某建筑工地用电动机、定滑轮和斜面组成的装置 , 将重为 1600 N 的建材由斜面底端匀速拉到顶端。已知斜面倾角为 30°, 斜面高为 4 . 5 m, 建材移动的速度为 0 . 4 m/s, 电动机的输出功率为 400 W, 斜面的机械效率与整个装置的机械效率之比 η 1 ∶ η 2 = 10 ∶ 9 。求 :( 忽略定滑轮处摩擦及绳重 ) (3) 电动机消耗的电能。 图 16-12