中考——探究化学装置的作用 27页

‎ 个性化教学辅导教案 教师姓名 学生姓名 上课时间 学科 年级 教材版本 课称名称 ‎ 1探究化学装置的作用 2滑轮 教学目标 了解滑轮组的组成和作用 教学重点 滑轮组绳子的穿绕方式及拉力计算 教学难点 滑轮组绳子的穿绕方式及拉力计算 课 堂 教 学 过 程 ‎1．[2013·绍兴]用如图Z10－1所示装置(图中夹持仪器已略去)测定某牙膏样品中碳酸钙的质量分数。实验中，通过测定丙装置质量的改变值，就能达到目的(样品中其他成分遇盐酸不产生气体)。下列措施能提高测定准确度的是 (　D　)‎ 图Z10－1‎ A．省去装置甲和丁 B．将丙中的NaOH溶液换成Ca(OH)2溶液 C．装置乙不再产生气泡时，立即停止抽气 D．滴加稀盐酸之前，先抽气一段时间，除去装置内原有的CO2‎ ‎【解析】 装置内空气中的二氧化碳会对实验结果产生干扰。‎ ‎2．[2013·宁波]小科发现暖水瓶中有一层淡黄色的水垢。据悉，该地区的水垢中除碳酸钙外，无其他盐类。他想探究还有没有其他物质，于是他收集水垢后经低温烘干进行下列实验：‎ 图Z10－2‎ ‎(1)取2.5 g水垢按图甲中的A装置高温加热充分反应(已知CaCO3CaO＋CO2↑)，产生的气体依次通过B、C装置，实验后发现C装置中氢氧化钠溶液增加了0.88 g。‎ ‎①写出C装置中发生的化学反应方程式__2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O__。‎ ‎②B装置中的浓硫酸是用来吸收反应中产生的水蒸气，这是利用了浓硫酸的__吸水__性。‎ ‎③该水垢所含碳酸钙的质量分数为__80%__。‎ ‎(2)按图乙所示的方法来实验，结果发现澄清石灰水没有变浑浊，原因是__浓盐酸中挥发出的氯化氢气体反应了澄清石灰水中的氢氧化钙__。‎ ‎3．[2013·上海]气体制取是重要的化学实验活动。‎ ‎(1)实验室用双氧水与二氧化锰制取氧气，该方法制取氧气的化学方程式是__2H2O22H2O＋O2↑__。能收集氧气的装置是__d__(填编号)‎ 图Z10－3‎ 要得到干燥的氧气，可将制得的气体通过填充一种氧化物的干燥装置，该氧化物是__氧化钙__。‎ ‎(2)实验室制备二氧化碳时，要求能随时控制反应进行或停止，以下符合该条件的发生装置是__ad__(填编号)‎ 图Z10－4‎ 用所选装置制备二氧化碳，能用于添加液体的仪器名称是__长颈漏斗__，能使反应暂时停止的实验操作是__关闭弹簧夹__。实验不适宜用排水集气法收集二氧化碳的理由是__二氧化碳微溶于水__。‎ ‎4．利用如图Z10－5所示装置可做CO还原Fe2O3的实验，并检验该反应生成的气体产物。已知由A装置制取的CO气体中混有少量的CO2。‎ 图Z10－5‎ ‎(1)CO与Fe2O3反应的化学方程式为__Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2__。‎ ‎(2)气体通过装置的顺序是A→__C→D→B__(装置不能重复使用)。‎ ‎(3)从环保角度考虑，对以上装置的改进措施是__将尾气点燃或进行收集等__。‎ ‎5．[2012·达州]达州盛产天然气，有“中国气都”之称的美誉。天然气的主要成分是甲烷(CH4)，我校化学兴趣小组的同学对甲烷燃烧的产物产生了兴趣，请你参与：‎ ‎【提出问题】甲烷燃烧后生成哪些物质？‎ ‎【查阅资料】含碳元素的物质完全燃烧生成CO2，不完全燃烧生成CO；无水CuSO4遇水变蓝。‎ ‎【猜想与假设】 甲：CO2，H2O；乙：CO，H2O；‎ 丙：NH3，CO2，H2O；丁：CO2，CO，H2O。‎ 你认为__丙__同学的猜想是错误的，理由是__质量守恒定律或化学反应前后元素的种类不变或反应前不含氮元素__。‎ ‎【实验探究】为了验证上述猜想与假设，将甲烷在一定量的O2中燃烧的产物依次通过下列装置：‎ 图Z10－6‎ ‎(1)A、B装置的顺序能否颠倒？(填“能”或“否”)__否__。‎ ‎(2)实验中用纯净O2而不用空气的原因是__空气中含有CO2和H2O(干扰对产物的鉴别)__。‎ ‎(3)实验中观察到A中无水CuSO4变蓝，B、D中澄清石灰水变浑浊，C中红色粉末变成黑色，由此推断__丁__同学猜想成立。‎ ‎(4)请写出B中澄清石灰水变浑浊、C中红色粉末变成黑色的化学方程式：‎ ‎__CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O__、__Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2__。‎ ‎【反思与交流】：为避免有毒的CO污染环境，所以含碳元素的物质燃烧必须满足的条件是__氧气充足__。‎ ‎6．[2013·泰安]小亮同学想通过实验探究某企业采用氨碱法制的纯碱样品的成分及含量。‎ ‎【提出问题】该纯碱样品中含有哪些物质？‎ ‎【猜想与假设】通过分析，小亮做出如下假设：‎ ‎(1)只含有Na2CO3；‎ ‎(2)含有Na2CO3和NaHCO3‎ ‎【查阅资料】‎ NaHCO3‎ Na2CO3‎ 加入稀盐酸 现象Ⅰ 产生气泡 加入饱和石灰水 溶液变浑浊 现象Ⅱ 加入CaCl2溶液 ‎ 无明显现象 溶液变浑浊 加热溶液至沸腾，将气体通入澄清石灰水 澄清石灰水变浑浊 澄清石灰水无明显变化 ‎(1)表中的现象Ⅰ为__产生气泡__；‎ ‎(2)现象Ⅱ对应的化学方程式为__Na2CO3＋Ca(OH)2===2NaOH＋CaCO3↓__。‎ ‎【实验探究】为了确定纯碱样品的成分，小亮设计如下实验方案，请你一起完成下列实验报告。‎ 实验步骤 ‎ 实验现象 反应结论 ‎①取少量样品溶于水，加入过量的CaCl2溶液。‎ ‎__有白色沉淀生成__；‎ 反应的方程式：__Na2CO3＋CaCl2===2NaCl＋CaCO3↓__。‎ ‎②将上述反应后的混合液过滤，取滤液__滴加稀盐酸(或加入澄清石灰水；或加热至沸腾，将气体通入澄清石灰水)__。‎ ‎__有气泡产生(或溶液变浑浊)__；‎ 证明猜想②成立。‎ ‎【实验反思】‎ 实验步骤①中，氯化钙溶液过量的目的是__除尽样品溶液中的Na2CO3(或避免干扰NaHCu的检验)__。‎ ‎【提出问题2】如何测量该纯碱样品中各物质的含量？‎ ‎(1)为测量该纯碱样品各成分的含量，小亮设计了如图Z10－7所示装置，通过称量B装置质量变化来确定样品中各成分的含量。该装置气密性良好，稀硫酸与样品、进入装置B的CO2与NaOH均完全反应，操作无误，但多次实验发现，测定结果有偏差。造成偏差的原因有 图Z10－7‎ ‎①__空气中的二氧化碳进入装置B被氢氧化钠吸收__；‎ ‎②__装置A中残留的二氧化碳未被装置B中的氢氧化钠吸收__。‎ ‎ (2)小亮在老师的指导下重新设计了如下图Z10－8的实验装置。该实验有以下操作步骤：‎ 图Z10－8‎ ‎①检查装置气密性，将w g干燥的样品放入锥形瓶中；‎ ‎②称量盛有氢氧化钠浓溶液的B瓶质量；‎ ‎③打开活塞b，从导管a处缓缓鼓入一定量的空气；‎ ‎④向锥形瓶中逐滴加入稀硫酸至不再产生气泡；‎ ‎⑤再次称量盛有氢氧化钠浓溶液的B瓶质量；‎ ‎⑥打开活塞b，从导管a处缓缓鼓入一定量的空气；‎ ‎⑦根据B瓶增加的质量，计算样品中各成分的含量。‎ 该实验的正确步骤是__①③②④⑥⑤⑦__。‎ ‎ 动滑轮 ‎ 滑轮、滑轮组 定滑轮：‎ ‎①定义：中间的轴固定不动的滑轮。②实质：定滑轮的实质是：等臂杠杆 F1‎ l1‎ F2‎ l2‎ ‎③特点：使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。‎ ‎④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦）F=G 绳子自由端移动距离SF(或速度vF) = 重物移动的距离SG(或速度vG)‎ 动滑轮：‎ ‎①定义：和重物一起移动的滑轮。（可上下移动，也可左右移动）‎ ‎②实质：动滑轮的实质是：动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。‎ ‎③特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。‎ ‎④理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F= 1 2G只忽略轮轴间的摩擦则 拉力F= 1 2(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)‎ 滑轮组：‎ ‎①定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。‎ ‎②特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向 ‎③理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F= 1 n G 。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力F= 1 n (G物+G动) 绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)‎ ‎④组装滑轮组方法：首先根据公式n=(G物+G动) / F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。‎ F1‎ l1‎ F2‎ l2‎ ‎2、滑轮 1、 定滑轮：‎ ‎①定义：中间的轴固定不动的滑轮。‎ ‎②实质：定滑轮的实质是：等臂杠杆 ‎③特点：使用定滑轮不能省力但是能改变动力的方向。‎ ‎④对理想的定滑轮(不计轮轴间摩擦）F=G 绳子自由端移动距离SF(或速度vF) = 重物移动的距离SG(或速度vG)‎ 1、 动滑轮：‎ ‎①定义：和重物一起移动的滑轮。（可上下移动，也可左右移动）‎ ‎②实质：动滑轮的实质是：动力臂为阻力臂2倍的省力杠杆。‎ ‎③特点：使用动滑轮能省一半的力，但不能改变动力的方向。‎ ‎④理想的动滑轮（不计轴间摩擦和动滑轮重力）则：F= 1 2G只忽略轮轴间的摩擦则拉力F= 1 2(G物+G动)绳子自由端移动距离SF(或vF)=2倍的重物移动的距离SG(或vG)‎ 2、 滑轮组 ‎①定义：定滑轮、动滑轮组合成滑轮组。‎ ‎②特点：使用滑轮组既能省力又能改变动力的方向 ‎③理想的滑轮组（不计轮轴间的摩擦和动滑轮的重力）拉力F= 1 n G 。只忽略轮轴间的摩擦，则拉力F= 1 n (G物+G动) 绳子自由端移动距离SF(或vF)=n倍的重物移动的距离SG(或vG)‎ ‎④组装滑轮组方法：首先根据公式n=(G物+G动) / F求出绳子的股数。然后根据“奇动偶定”的原则。结合题目的具体要求组装滑轮。‎ ‎　三、机械效率 ‎　　1．有用功：定义：对人们有用的功。‎ ‎　　公式：W有用＝Gh（提升重物）=W总－W额=ηW总 ‎　　斜面：W有用=Gh ‎　　2．额外功：定义：并非我们需要但又不得不做的功。‎ ‎　　公式：W额=W总－W有用=G动h（忽略轮轴摩擦的动滑轮、滑轮组）‎ ‎　　斜面：W额=fL ‎　　3．总功：定义：有用功加额外功或动力所做的功 ‎　　公式：W总=W有用＋W额=FS= W有用／η ‎　　斜面：W总= fL+Gh=FL ‎　　4．机械效率：①定义：有用功跟总功的比值。‎ ‎ ‎ ‎　　②公式： ‎ ‎　 斜 面： ‎ ‎　　定滑轮：‎ ‎　　动滑轮：‎ ‎　　滑轮组：‎ ‎　　③有用功总小于总功，所以机械效率总小于1。通常用百分数表示。某滑轮机械效率为60%表示有用功占总功的60%。‎ ‎ ‎ ‎　　④提高机械效率的方法：减小机械自重、减小机件间的摩擦。‎ ‎　　5．机械效率的测量：‎ ‎ ‎ ‎　　①原理：‎ ‎　　②应测物理量：钩码重力G、钩码提升的高度h、拉力F、绳的自由端移动的距离S。‎ ‎　　③器材：除钩码、铁架台、滑轮、细线外还需刻度尺、弹簧测力计。‎ ‎　　④步骤：必须匀速拉动弹簧测力计使钩码升高，目的：保证测力计示数大小不变。‎ ‎　　⑤结论：影响滑轮组机械效率高低的主要因素有：‎ ‎　　A、动滑轮越重，个数越多则额外功相对就多。‎ ‎　　B、提升重物越重，做的有用功相对就多。‎ ‎　　C、摩擦，若各种摩擦越大做的额外功就多。‎ ‎　　绕线方法和重物提升高度不影响滑轮机械效率。‎ ‎　　5．机械效率和功率的区别：‎ ‎　　功率和机械效率是两个不同的概念。功率表示做功的快慢，即单位时间内完成的功；机械效率表示机械做功的效率，即所做的总功中有多大比例的有用功。‎ 有关机械效率的计算是力学中的难点之一，针对有的同学对机械效率公式中各量意义理解有困难，现将有关机械效率计算的五种不同情况总结如下，以帮助同学们区别和掌握．‎ 一、斜面的机械效率 二、滑轮（组）的机械效率 ‎（一）提升重物问题根据拉力F作用位置不同分为两种情况 ‎（二）水平拉动问题，也根据拉力F作用位置不同分为两种情况 一、初步认识滑轮 ‎2．介绍滑轮的结构：主要部分是能绕轴转动的轮子。‎ 观察使用时的情景：a.使用时滑轮轴的位置固定不动；这种滑轮称为定滑轮；‎ b.使用时轴的位置随被拉物体一起运动，这种滑轮称为动滑轮。 ‎ ‎4.滑轮是一种简单机械。‎ 定滑轮和动滑轮的实质 ‎1．回忆杠杆的五个要素，找出定滑轮支点，确定其动力臂和阻力臂的大小关系。‎ ‎2．请学生根据以上分析，解释为什么斜着拉动重物时，拉力的大小不变。‎ ‎3．得出结论：定滑轮实质是一个等臂的杠杆。‎ ‎4．找出动滑轮的支点，强调这是一个瞬时支点，拉力的方向一定要竖直向上，确定其动力臂和阻力臂，并比较其的大小关系。‎ ‎（动力臂是阻力臂的2倍）‎ ‎5．请学生进一步分析，解释为什么斜着拉动重物时，拉力的大小会变大（动力臂变小）。‎ ‎6．得出结论：动滑轮实质是一种能省力的杠杆。‎ 三、滑轮组 ‎1．定义：将定滑轮和动滑轮组合在一起的组合装置称为滑轮组。‎ ‎2．特点：既能省力又能改变力的方向 重物和动滑轮的重力由几段绳子承担，提起重物所用的力就是物重的几分之一。‎ 学生姓名 [] 学科 [物理] 教师姓名 [程小可] 课时 [第次课] 授课日期 [2012.03.]‎ 知识框架：动滑轮：和重物一起移动的滑轮 定滑轮：中间的轴固定不动的滑轮 滑轮的实质是杠杆的变形。定滑轮实质上是等臂杠杆；动滑轮实质上是动力臂为阻力臂2倍的杠杆。‎ 滑轮组：动滑轮和定滑轮的综合运用，它既能省力，在需要的时候还可以改变用力的方 思路汇总：‎ 题型体系:‎ 题型一、正确判断滑轮组的省力情况 ‎［例1］如图所示表示三种不同的滑轮组，用它们提起重为G的相同重物，在A端所用的拉力分别为F1=     ；F2=       ；F3=      。不计滑轮本身的重和摩擦．‎ 判断使用滑轮组时所用的力F的大小，关键是看几段绳子通过滑轮组拉着物体，即有几段绳子承担物体的重，不能根据动滑轮的个数来判断省力的大小，也不能根据滑轮的总数来判断省力的大小．‎ ‎ ，，‎ 题型二、水平面上的滑轮组问题 ‎［例1］如图所示，用滑轮组拉着重物在水平地面上匀速前进，在绳的端点A的作用力 F=300N，重物与地面间的摩擦力f为多大？将重物移动的距离为 S=1m，绳端A移动的距离为多少？不计滑轮本身的质量以及轴与轮间的摩擦？‎ 由图中可见对于滑轮组，右侧为定滑轮，左侧直接拉物体的是动滑轮，与此动滑轮连接的绳子段数有三段，每段绳子的拉力是F，所以动滑轮拉物体力F1=3F．对被拉物体再进行受力分析可知，重物在水平方向上受到滑轮组对它的拉力和地面的摩擦力，又由于重物沿水平面匀速运动，因此摩擦力与拉力大小相等．所以，滑轮对重物的作用力大小等于重物所受地面对它的摩擦力f=F1=3F将重物移动1m，与动滑轮连接的三段绳子的端点都应当移动1 m，所以绳端A移动的距离应为3 m．‎ 动滑轮拉物体的力F1=3F，由二力平衡条件可知：f=F1=3F=900N绳端A移动的距离： S1=3S=3m F=900N、 S1=3m 题型三、能按要求组装滑轮组 ‎［例1］一条绳子最多能承受1000Ｎ的拉力.请设计一个滑轮组,用这条绳子吊起3300N的重物，画出滑轮组安装示意图．（动滑轮重及摩擦不计）‎ 在处理这类问题时，首先要计算出承担物重的绳子段数n，即．注意n取整数，若计算出n是小数，都采用“入”的办法．‎ 绳子的股数，则n应取4，不能按四舍五入去处理．然后，根据n的数值及所需的拉力方向去确定动滑轮与定滑轮个数及绕线方法．如果不要求改变用力方向，则只需要用一个定滑轮，绕线如图（甲）；如果要改变用力方向，则需要两个定滑轮，绕线如图乙）‎ 题型四、与压力有关的滑轮问题 ‎［例1］如图所示,滑轮重1N,悬挂在弹簧秤下端,作用在绳端的拉力F是2N,物体G重100N,则弹簧测力计的示数是_________N,水平地面受到物体G的压力是_________N．(不计摩擦)‎ 滑轮在竖直方向上受到竖直向下的重力G’＝1N,两股绳竖直向下的拉力,其中每股绳上的拉力F都是2N;滑轮受到弹簧测力计竖直向上的拉力F’,由于滑轮处于平衡状态,受到的是平衡力,如图12-52所示,所以: F’＝G’＋F＋F＝1N＋2N＋2N＝5N 即弹簧测力计的示数是5N 物体G放置在水平地面上,受到竖直向下的重力G＝100N,绳子竖直向上的拉力F＝2 N,还受到水平地面竖直向上的支持力N,由于物体静止不动,它受到的是平衡力.即:N＝G－F＝100N－2N＝98N.‎ 水平地面对物体的支持力是98N,由于物体对水平地面的压力和水平地面对物体支持力是大小相等,所以物体G对水平地面的压力就等于98N.‎ 题型五、滑轮组绕线问题（第一类：自由端绳子拉力方向已知类）‎ 对于自由端绳子拉力方向已知的滑轮组绕线问题，一般采用从自由端绳子处入手，逆着拉力方向由外向里的绕线方法。‎ ‎［例1］如图所示，要求滑轮自由端的绳拉力方向向上，请在图中用笔画线，设计出符合要求的滑轮组绕线。‎ 题中已明确要求滑轮自由端的绳拉力方向向上，则自由端的绳一定是从动滑轮处出来的。于是可以从自由端绳子处入手，逆着此拉力方向，按照图2中的①、②、③的顺序，由外向里绕线，最后将绳子固定在动滑轮的挂钩上，从而设计出符合要求的滑轮组绕线，如图2所示。‎ ‎［例2］住楼上的瑞瑞同学家最近正在装修房子，需要搬运装修材料，但有些材料由于楼道过窄不方便搬运，于是瑞瑞建议采用如图3所示的滑轮组，这样站在地上就可以把材料运上楼。请你帮瑞瑞画出滑轮组的绕线示意图。‎ 滑轮自由端的绳头一定是从定滑轮处出来，人站在地上向下拉绳。于是可以从自由端绳子处入手，逆着此拉力方向，按照图4中的①、②、③的顺序，由外向里绕线，最后将绳子固定在定滑轮的挂钩上，从而设计出图4所示的滑轮组绕线方式。‎ 题型六、滑轮组绕线问题（第二类：自由端绳子拉力方向未知类）‎ 对于自由端绳子拉力方向未知的问题，通常采用由里向外的绕线方法。此类问题又可细分为两小类：‎ ‎1、承担物重的绳子段数可确定类 已知被提起重物的重G及自由端的绳拉力F，或者已知自由端的绳移动距离S及重物被提升的高度h时，可先根据题目的具体条件，运用n=G/ F或n=S / h确定出承担物重的绳子段数n，然后依据“奇动偶定”（当绳子的段数为奇数时，绳子的固定端系在动滑轮的挂钩上；当绳子的段数为偶数时，绳子的固定端系在定滑轮的挂钩上）的规律确定出绳固定端的位置，然后从绳固定端开始，由里向外进行绕线。‎ ‎［例1］用图所示的两个滑轮组成一个滑轮组提升重物，要求拉力为物重的二分之一（忽略摩擦以及绳和滑轮的重力），请在图中画出绳子的绕法。‎ 由n=G/ F可知，所要求的滑轮组承担物重的绳子段数为2，依据“偶定奇动”规律，绳子的固定端应系在定滑轮的挂钩上。于是从定滑轮的挂钩处开始，按照图6中的①、②、③的顺序由里向外绕线，便得到符合要求的绳子绕法。‎ ‎［例2］用图所示的两个滑轮组成一个滑轮组提升重物，要求绳子的自由端拉过3 m时，重物升高1m，请在图中画出绳子的绕法。‎ 由n=S / h可知，所要求的滑轮组承担物重的绳子段数为3，依据“偶定奇动”规律，绳子的固定端应系在动滑轮的挂钩上。于是从动滑轮的挂钩处开始，按照图7中的①、②、③的顺序由里向外绕线，便得到符合要求的绳子绕法，如图所示。‎ ‎2.承担物重的绳子段数不可确定类 自由端绳子拉力方向未知，且根据题意不容易确定绳固定端位置时，由于绳的固定端不外乎在动滑轮的挂钩上或在定滑轮的挂钩上这两种情况，因此可以采取尝试的方法得到符合要求的绳子绕法。‎ ‎［例1］在图中画出使用滑轮组提起物体时最省力的绕绳方法。‎ 先用铅笔尝试画图。当绳固定端在定滑轮的挂钩上时，从定滑轮的挂钩处开始，由里向外绕线，得到绳子绕法如图6所示；当绳固定端在动滑轮的挂钩上时，从动滑轮的挂钩处开始，由里向外绕线，得到绳子绕法如图7所示。因为图6所示滑轮组承担物重的绳子段数为2，图7所示滑轮组承担物重的绳子段数为3，于是可将图6所示画法否定。‎ ‎［例2］欲利用图所示的3个滑轮组成滑轮组，请补画出该滑轮组完整的绕线。‎ 先用铅笔尝试画图。当绳固定端在动滑轮的挂钩上时，从绳固定端开始，由里向外绕线，会发现最下面的那个动滑轮用不上（同学们可自己画一画），不符合用3个滑轮组成滑轮组的要求。于是改为把绳子固定在定滑轮的挂钩上，从绳固定端开始，由里向外绕线。进而得到符合题目要求的绳子绕法如图9所示。‎ 题型七、浮力与滑轮 ‎［例1］小阳站在地面尚脚与地面的接触面积是，且保持不变，用图甲所示的滑轮组提起在水中的物体A，物体A重GA=735N，体积为VA=1.5×－2m3。当物体缓慢匀速竖直上升，在物体A未离开水面前，小阳对地面的压强是p1，使用滑轮组的机械效率是η1；在物体A完全离开水面后，小阳对地面的压强是p2，使用滑轮组的机械效率是η2。水对物体的阻力、滑轮组与轴的摩擦、绳重和绳的伸长都忽略不计时，P1:P2=5:4，η1: η2=84:85。小阳仍用该滑轮组加一个定滑轮匀速拉动放在水平地面的物体B，如图乙所示，他对地面的压强p3=2.94×103Pa，物体B在t=3s时间内移动s=0.6m。（g取9.8N/kg），求：（1）物体A的密度ρA及它在水中所受的浮力；（2）小阳的体重；（3）当小阳拉动物体B时，机械效率和总功率。‎ ‎［例2］如图所示，物体A重1000 N，其体积为4×10－2m3，B、C都是完全相同的动滑轮；杠杆DE可绕O点在竖直平面内转动，OE:OD=2:1。小成受到的重力为600N，当物体A完全浸没在水中时，他通过细绳在E点施加竖直向下的拉力F1，杠杆在水平位置平衡，小成对地面的压强为p1；当物体A有一半体积露出水面时，小成在E点施加竖直向下的拉力F2，杠杆仍在水平位置平衡，小成对地面的压强为p2，已知p1:p2=5:3，杠杆ED和细绳的质量，以及滑轮的轴摩擦均忽略不计。求：（1）物体A浸没在水中受到的浮力（2）动滑轮B受到的重力；‎ ‎（3）小成在E点施加竖直向下的拉力F2。‎ ‎［例3］用滑轮组将密度为 2.8×103kg/m3,质量为56kg金属块完全在水中匀速提升0.5m，加在绳子自由端的拉力是F,动滑轮中120N,如图所示。不计绳重及摩擦，g取10N/kg，则下列说法正确的是 A.金属块受到的重力与浮力是平衡力 B.拉力F的有用功是280J ‎ C.金属块受到的浮力是200N D.滑轮组的机械效率是75%‎ 因金属块完全浸没，所以排开液体的体积和本身的体积相等，根据V=mρ求出金属块的体积，利用F浮=ρgV排求出金属块受到的浮力；因金属块匀速上升再对金属块受力分析求出绳子对金属块的拉力，根据W=Fh求出拉力F的有用功；由滑轮组可知绳子的有效股数，根据F=1n（F拉+G动）求出滑轮组绳子的拉力，根据W=Fs求出总功，利用η=W有W总=求出滑轮组的机械效率．解答：解：金属块的体积为V=mρ=56kg2.8×103kg/m3=0.02m3，‎ ‎∵金属块完全浸没，‎ ‎∴金属块受到的浮力为F浮=ρgV排=ρgV=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m3=200N；‎ 对金属块受力分析可知：受到竖直向上的拉力F拉和浮力F浮、竖直向下的重力G，‎ ‎∵物体匀速上升，‎ ‎∴F拉=G-F浮=mg-F浮=56kg×10N/kg-200N=360N；‎ 拉力F的有用功为W有=F拉h=360N×0.5m=180J；‎ 由滑轮组可知绳子的有效股数n=2，‎ ‎∴滑轮组绳子的拉力F=1n（F拉+G动）=12（360N+120N）=240N，‎ 拉力做的总功为W总=Fs=Fnh=240N×2×0.5m=240J，‎ ‎∴滑轮组的机械效率η=W有W总=180J240J=75%．‎ 故选CD．‎ ‎［例4］科技小组的同学用长方体泡沫塑料A、三脚架和灯泡等制作了一个航标灯模型如图所示。模型总质量为mA，底面积为SA，A底部与浮子B 通过滑轮用细绳相连。水位上升时，浮子B 下降；水位下降时，浮子B 上升，保持航标灯静止时A 浸入水中的深度始终为h，浮子B 质量为mB，则浮子B的体积为 。（水的密度为ρ水，不计绳重和摩擦）‎ ‎［例5］小军利用滑轮组竖直向上匀速提升物体，如图所示，第一次提升时，滑轮组的机械效率为75%，地面对小军支持力为F1；第二次提升时，将物体完全浸没在某种液体中匀速提升，地面对小军支持力为F2， F1: F2=1:4，已知小军的质量为70kg，提升的物体质量为90 kg,假设在拉绳子的过程中，小军对绳子的拉力与地面的压力始终竖直向下，且在同一直线上,不计绳重和摩擦，g取10N/kg，则第二次浸没在液体中匀速提升时，液体对物体的浮力大小是 N。‎ ‎［例6］如图所示,m甲:m乙=1:4,ρ甲=2×103千克/米3,,乙对地面压力为F,若将甲没入水中,乙对地面压力为F，,求F:F，。（不计滑轮、绳子的质量和摩擦，g=10牛/千克）‎ A.1：3， B.1：6 C.2：3 D.3：1‎ 题型八、滑轮的机械效率 ‎［例1］如图所示是某种健身器械的示意图，轻质支架固定在轻质杠杆PQ两端，O为支点，。液压装置B可使支架获得与作用在踏板上的力大小相同、竖直向下的压力，配重A重GA=1500N悬挂在滑轮组下方，其下表面与支架接触，动滑轮重=100N。人对滑轮轴处手柄施水平向右的拉力F=200N时，杠杆恰在水平位置平衡。为加大训练强度，将支点移至处，，人对手柄施水平向右的拉力F1，同时对踏板施压力N1，配重A以v=0.2 m/s的速度竖直向上略微提升，杠杆P端匀速略微竖直向上抬起，这时滑轮组的机械效率为η1。继续加大训练强度，增加的配重为，同时移动支点至处，，人对手柄施水平向右的拉力F2，此时对踏板施压力N2，配重被竖直向上匀速的略微提升，杠杆P端被匀速略微竖直向上抬起，这时滑轮组的机械效率为η2。滑轮组的绳重、绳的伸长和轮轴间摩擦可以忽略，F:F1:F2= 1:2:3，N1:N2=3:11。求：（1）拉力F1的功率P；（2）增加的配重；（3）η1:η2。‎ ‎［例2］图是某科研小组设计的高空作业装置示意图，该装置固定于六层楼的顶部，从地面到楼顶高为18m，该装置由悬挂机构和提升装置两部分组成。悬挂机构由支架AD和杠杆BC构成，CO:OB=2:3。配重E通过绳子竖直拉着杠杆B端，其质量mE=100kg，底面积S=200cm2。安装在杠杆C端的提升装置由定滑轮M、动滑轮K、吊篮及与之固定在一起的电动机Q构成。电动机Q和吊篮的总质量m0=10kg，定滑轮M和动滑轮K的质量均为mK。可利用遥控电动机拉动绳子H端，通过滑轮组使吊篮升降，电动机Q提供的功率恒为P。当提升装置空载悬空静止时，配重E对楼顶的压强p0=4×104Pa，此时杠杆C端受到向下的拉力为FC。科研人员将质量为m1的物体装入吊篮，启动电动机，当吊篮平台匀速上升时，绳子H端的拉力为F1，配重E对楼顶的压强为p1，滑轮组提升物体m1的机械效率为η。物体被运送到楼顶卸下后，科研人员又将质量为m2的物体装到吊篮里运回地面 ‎。吊篮匀速下降时，绳子H端的拉力为F2，配重E对楼顶的压强为p2，吊篮经过30s从楼顶到达地面。已知p1:p2=1:2，F1:F2=11:8，不计杠杆重、绳重及摩擦，g取10N/kg。求：（1）拉力FC；（2）机械效率η；（3）功率P。‎ ‎［例3］建筑工人使用如图所示装置，将质量分布均匀的长方体水泥板M吊起后放入水中。工人通过控制电动机A、电动机B，始终保持水泥板M所受拉力竖直向上。当电动机A对绳的拉力为零时，电动机A对地面的压强为p0；当水泥板M一端被竖直滑轮组拉起，另一端仍停在地面上，且水泥板M与水平地面成某角度时，电动机A对地面的压强为p1；当水泥板M被竖直滑轮组拉离地面时，电动机A对地面的压强为p2；当将水泥板M被悬挂着浸没在水中时，电动机A对地面的压强为p3。已知：水泥板M的体积VM为0.1m3， ，，，不计绳重和轴摩擦。（g取10N/kg）求：‎ ‎（1）竖直滑轮组中动滑轮的总重力；（2）水泥板M所受重力GM；‎ ‎（3）竖直滑轮组提拉水泥板M将其立起的过程中机械效率η。（结果保留两位有效数字）‎ ‎［例4］一个质量为70 kg的工人，用图所示的装置（包括滑轮组及装石板的托板）提升石板。已知托板重200N，每块石板重100N，滑轮的摩擦和绳重均可忽略不计，当工人在4s内匀速提升10块石板升高2m时，此装置的机械效率为80%。那么，该工人站在地面上用此装置提升石板的过程中，下列有关说法错误的是（取g =10N/kg）‎ A．该工人提升10块石板升高2m做的额外功一定是500J ‎ B．该工人在4s内提升10块石板升高2m的有用功率一定是500W C．此装置动滑轮的质量是5 kg ‎ D．此装置的机械效率最高可达到82.1%（结果保留1位小数）‎ ‎［例5］一个质量为70kg的工人，用图所示的装置提升一堆相同的金属块。若动滑轮重50N，装金属块的托板重100N，每块金属块重100N。不计摩擦和绳重，当工人匀速提升金属块时，此装置的机械效率最高可达到__________%。（g取10N/kg，结果保留整数）‎ ‎［例6］如图所示，甲、乙两个滑轮组匀速提起体积相同的重物A、B。已知A和B的密度之比为1：3，甲滑轮组中动滑轮总重为G甲，且G甲：GA＝1：3；乙滑轮组中动滑轮重为G乙，且G乙：GB＝1：2。若使用甲、乙滑轮组在相同时间内把物体A、B匀速提升高度为hA、hB，且hA＝2hB。(若不计绳重和摩擦)则甲、乙两滑轮组的机械效率之比和两滑轮组的总功率之比分别为：‎ A.η甲：η乙＝3：4 B.η甲：η乙＝9：8 C.P甲：P乙＝4：3 D.P甲：P乙＝16：27 ‎ ‎［例7］‎ 题型九、功率与速度问题 ‎［例1］图是液压汽车起重机。A是动滑轮，B是定滑轮，钢丝绳C端和卷扬机相连，卷扬机转动使钢丝绳带动动滑轮上升提取重物。此液压起重机在某次执行从水中打捞重物的作业中，测得被打捞的重物体积为1m3。假设重物出水前后分别做的是匀速直线运动，且卷扬机的输出功率相同。重物出水前后，起重机对地面增加的压强之比为3:4，滑轮组的机械效率之比为63:64；重物出水后，重物上升的速度为0.32m/s。不计钢丝绳重及轮与轴的摩擦。（g取10N/kg）求：（1）被打捞物体的重力；（2）卷扬机的输出功率；（3）重物出水前的速度。‎ ‎［例2］如图所示装置，物体B所受重力为GB，物体A在物体B的作用下在水平桌面上向右匀速运动。小明用一个水平向左的力拉物体A，使物体B以速度v匀速上升，此时滑轮组的机械效率为80%；若将物体B换成物体C后，小明用另一个水平向左的力拉物体A，使物体C以4v的速度匀速上升，此时滑轮组的机械效率为60%。不计绳重及绳与滑轮之间的摩擦，则第二次水平向左拉物体A时，拉力的功率是 。‎ ‎［例3］图中定滑轮重2N，动滑轮重1N。物体A在拉力F＝4N的作用下，1s内沿竖直方向匀速升高了0.2m。不计绳重和轴摩擦，则以下计算结果正确的是 A．绳子自由端移动速度为0.4m/s B．滑轮组的机械效率为87.5%‎ C．天花板对滑轮组的拉力为10N D．滑轮组对物体A做功的功率为1.6w 题型十、求拉力 ‎［例1］如图所示，小民利用滑轮组先后竖直向上匀速提升物体A和物体B。当提升物体A时，滑轮组的机械效率为75％，小民对地面的压力为Fl；当提升物体B时，小民对地面的压力为F2，已知小民的质量为65kg，物体A的质量为90kg，物体B的质量为50kg。假设在拉绳子的过程中，小民对绳子的拉力与对地面的压力始终竖直向下且在同一直线上，不计绳重和摩擦，则F2：F1= 。‎ 题型十一、滑轮与压强、密度 ‎［例1］如图所示，轻质滑轮组恰处于静止状态。甲、乙的密度分别为r甲、r乙 ，质量比是4∶5。下列说法错误的是:‎ A．装置静止时，甲、乙受到的合力都为零 B．乙对水平地面压力与乙的重力之比为3∶5‎ C．乙如图放置与甲叠放在乙上放在水平地面时相比，对地面的压强之比为1∶3‎ D．甲如图放置和甲浸没在水中时，甲受到的拉力之比为r甲/2（r甲—r水）‎ ‎［例2］图中的物体A的质量是400g，物体B的体积是8cm3。用细绳将两物体通过定滑轮连接，放手后，A恰能沿着水平桌面向右做匀速直线运动。若将B始终浸没在水中，并使A沿着水平桌面向左做匀速直线运动时，需要施加1.12N水平向左的拉力。则物体B的密度为_______ g/cm3。（g取10N/kg）‎ 题型十一、滑轮组打捞问题 ‎1.在使用滑轮组的整个过程中拉力做功的功率是平均功率 ‎［例1］利用如图所示的装置，把体积为1000cm3，密度为3×103kg/m3的薄石块从水面下2m处拉出水面后，再提升了5m，共用时间10s，动滑轮重为20N（不计绳子与滑轮间的摩擦，设石块的两个上升过程都是匀速）。求：（1）在整个过程中拉力F的功率（注：在计算时可认为薄石块在离开水面前浮力的大小保持不变）。‎ ‎（2）石块离开水面后提升5m过程中，这个装置的机械效率是多少？‎ 分析与解：（1）对石块受力分析（如图3），由于物体在水中匀速上升，T为动滑轮下端所受的拉力，则：‎ 在离开水面前，石块受到的浮力 重物挂在滑轮组下面，采用“分割法”将其从拴绳处“隔离”开来，单独进行受力分析。（后面两例也采用这种方法），得出石块所受的各力及其关系，求得动滑轮对石块的拉力T，为解决难点问题（拉力对石块出水前做功）做好准备。同时，还应该清楚，拉力F对物体做功由两部分组成，即出水前和出水后做功，因此，10s内拉力做功的功率应是平均功率 ‎2. 假定物体出水后机械不变，判断物体露出水面的高度 ‎［例1］如图所示，某打捞队的工人用滑轮组把底面积为0.02m2、高为2m的实心圆柱体从水下提起，已知圆柱体的密度为2×103kg/m3，水的密度为1×103kg/m3，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？‎ 分析与解：（1）圆柱体浸没在水中时 ‎（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5，由力的平衡条件得：T+F浮=G物 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 用滑轮组打捞物体时，动滑轮对物体做的有用功应变为W有用=T·h（G物-G浮）h 应用W有用=（G物-G浮）h时，物体在出水前、后相关物理量的变化。在计算第（3）问题时，为了有利于问题的解答，假定滑轮组的机械效率不变，实际上物体出水前后滑轮组机械效率是变化的。‎ ‎3. 使用同一滑轮组，物体出水前的机械效率比出水后的机械效率小 ‎［例1］如图所示，小型牵引车通过滑轮组匀速打捞起深井中的物体，已知物体重1.2×103N，密度为1.6×103kg/m3‎ ‎，测得物体在出水面前、后牵引车作用在绳子上的拉力之比为1：2，若不计摩擦、绳重及水的阻力，g取10N/kg。问：（1）物体出水面前，滑轮组的机械效率是多少？（2）物体出水面后上升的速度是1m/s，牵引车拉力的功率多大？‎ 分析与解：（1）物体的体积 物体在水中受到的浮力 设物体在水中受到的拉力为T，由于物体在拉力作用下匀速上升，则T+F浮=G物 T =G物-F浮=1200-750=450‎ 设出水面前、后牵引车作用在绳自由端的拉力为F1、F2，动滑轮重为G动，则 物体出水面前有：‎ 物体出水面后有：‎ 由<1>÷<2>式得：解得： G动=300 根据<1>式得：‎ 物体出水前的机械效率为：‎ ‎（2）出水面后，绳端受到的拉力为：‎ 绳自由端移动的速度为：V1=3V=3 拉力的功率为：P1=F2V1=500*5=1500‎ 引申问题1：物体出水后的机械效率为多少？解：‎ ‎（1）同一滑轮组，重物对滑轮组的拉力越大，机械效率也越大。（2）同一滑轮组，机械效率随着对滑轮的拉力增大而增大。启示：利用正确的关系式求出动滑轮重力是解答本题的关键所在。由于滑轮组中动滑轮重不变，由两次的拉力之比，建立等式，求出动滑轮重。从而得出物体出水前的拉力F1，为最后解答机械效率创设了有利条件。同时，适当加以引申，可以看出影响机械效率变化的因素，拓展了知识面，深化了主题。‎ 题型十二、关于滑轮组机械效率：区分滑轮组是水平方向拉物体还是竖直方向拉物体 ‎1.使用滑轮组水平方向拉物体时的机械效率 ‎（1）总功W总=F×S绳（2）有用功W有用=F拉×S物。（F拉=f）‎ ‎［例1］如图所示，用一滑轮组拉着重为8×104 N的汽车沿水平方向匀速移动，汽车所受的阻力为车重的0．03倍，此时要在绳端加以F=1000 N的水平拉力，试求：①滑轮组的机械效率为多少?②若汽车移动的速度为0.2 m／s，1 min内拉力F做了多少J的功?(滑轮和绳的自重不计，绳足够长)．‎ ‎ 汽车受力如图1所示，由于汽车匀速移动，故物体受平衡力作用，因此动滑轮对汽车的拉力 ‎ F拉=O．03×G物 =0．03×8×104 N=2400 N．‎ ‎ 设汽车运动时间为t，则车运动距离L=vt，因为拉车的绳子股绳，t=3，所以绳子自由端移动的距离为：s=nL=3vt．‎ ‎①动力对滑轮组做的总功为 W总=Fs 滑轮组对物体做的有用功为：W有=F拉L=fL．滑轮组的机械效率为 ‎②1分钟内拉力做功为W总=Fs=3Fvt=3．6×104 J．‎ ‎2.使用滑轮组竖直方向拉物体时的机械效率 ‎（1）考虑滑轮组克服自身的重力、摩擦力及绳子重等所做的额外功使用滑轮组做的功W总=FS绳；‎ 有用功W有用=Gh；W额=W总-W有用 故滑轮组的机械效率为：η=W有用/W总=Gh/FS绳=Ｇ／ｎＦ(由于Ｓ绳＝ｎｈ)‎ ‎［例1］用图所示的滑轮组将重为1000 N的重物匀速提升0．5 m，人对绳的拉力是400 N，求①绳的自由端被拉下几米?②这个滑轮组的机械效率是多少?‎ ‎ ①分担重力的绳子段数n=3，所以绳自由端被拉下的距离s=nh=3×0.5 m=1.5 m．‎ ‎ ②滑轮组的机械效率：‎ ‎(2)考虑动滑轮自重，但不计轮轴间摩擦阻力及绳重等额外功的情形．此时由于物体沿竖直方向被匀速提起，物体受平衡力作用，即：F拉=G物，因此滑轮组做的有用功为W有=G物h，总功为W总=‎ ‎［例2］用图所示的滑轮组(不计摩擦)提升某一重物，所用拉力F为200 N，若滑轮组的机械效率为80％，求：①被提升物重；②动滑轮重．‎ 搞清额外功产生的原因是解决问题的关键，本题因不计摩擦，故额外功是因为动滑轮而引起的．‎ ‎(3)不计动滑轮自重，轮轴间摩擦阻力及绳重所做的额外功的情形，‎ ‎ 这时滑轮组做的有用功是W有=G物h， W额=0，W总=Fs=nFh，故有 W总=W有，NF=G物，F=G物／n．滑轮组的机械效率为100％．‎ ‎（２）考虑滑轮组克服自身的重力做功，但不计滑轮组克服轮与轴间摩擦阻力及绳重等所做的额外功。‎ 此时由于滑轮组做的有用功为Ｗ有用＝Ｇ物ｈ 额外功：W额=Ｇ动ｈ总功：Ｗ总＝ＦS绳 W总=W额+W有用=G物h+G动h；S绳=nh 所以：F nh= G物h+ G动h，F n= G物+ G动，Ｆ＝（Ｇ物＋Ｇ动）／ｎ 滑轮组的机械效率为：η= W有用/ W总= G物h/ FS绳= G物h/S（G物+ G动）/n= G物/（G物+ G动）‎ ‎３.不计动滑轮重力、滑轮与轴之间摩擦阻力及绳重等所做的额外功 滑轮组做的有用功为Ｗ有用＝Ｇ物ｈ；W额=0；Ｗ总＝ＦＳ绳；  S绳= nh ‎ ‎4、讨论不同滑轮组提升相同物重时机械效率的差异和同一滑轮组提升不同重物时机械效率的变化 当只考虑动滑轮自重，而不计轮轴间摩擦阻力及绳重的情形下，滑轮组的机械效率为 ‎ (1)当不同滑轮组(即G动不相等时)提升相同的物重时，由于绳子股数越多时，G动越大，将使滑轮组的机械效率降低．所以要根据实际需要选用合适的滑轮组，而不是一味的追求省力．‎ ‎(2)用同一滑轮组(即G动一定时)提升不同的物重时，由于额外功一定，当所提升的物重越大时，滑轮组所做的有用功越多，机械效率越高．‎ ‎［例1］某同学做滑轮组机械效率的实验中，用图4所示的甲、乙两滑轮组提升同一重物。若物重为120 N，每个动滑轮重20 N，(摩擦不计)，求：①通过计算比较甲、乙滑轮组的机械效率．②若甲挂的重物为180 N，它的机械效率为多少?‎ ‎①图中甲、乙两个滑轮组中动滑轮的个数不同，因此提升相同的物重时虽然做的有用功相同，但由于W额不等，故机械效率不同．‎ ‎ 说明：甲滑轮组的机械效率较高．‎ ‎ ②当用甲滑轮组提升物重为180 N时，由于额外功一定，有用功增加，滑轮组的机械效率要提高．‎ 课堂练习 课后作业 课 后 评 价 本节课教学计划完成情况：照常完成□ 提前完成□ 延后完成□ _____________________________‎ 学生的接受程度：完全能接受□ 部分能接受□ 不能接受□ ________________________________‎ 学生的课堂表现：很积极□ 比较积极□ 一般□ 不积极□ ________________________________‎ 学生上次作业完成情况：数量____% 完成质量____分 存在问题 ______________________________‎ 评价 教务主任审批 学管审批