1、第十讲 简单机械课时 2 滑轮 机械效率 命题点 1 机 械 效 率 的 理 解 及 计 算1. (2014 长沙 24 题 3 分)甲、乙两个滑轮组如图所示，其中的每一个滑轮的重量都相同，用它们分别将重物 G1、 G2提高相同的高度，不计绳重和摩擦，下列说法中正确的是 ( )第 1 题图A. 若 G1 G2，则拉力做的总功相同B. 若 G1 G2，则甲的机械效率大于乙的机械效率C. 若 G1 G2，则拉力做的有用功相同D. 用甲、乙中的任何一个滑轮组提起不同的重物，机械效率不变2. (2013 长沙 32 题 6 分)用图甲所示的滑轮组运送货物上楼，每件货物重 100 N，每次运送的量不定，
2、图乙记录了在整个过程中滑轮组的机械效率随货物重力增加而变化的图像，由图可知动滑轮重为_N，当某次运送 4 件货物时，绳子的拉力 F 是_N，滑轮组的机械效率为_(不考虑绳重和摩擦)第 2 题图3. (2017 长沙 38 题 6 分)如图是建筑工人用滑轮组提升建筑材料的场景，在 10 s 的时间内，工人师傅用竖直向上的拉力将建筑材料匀速提升了 1 m，已知拉力 F 为 400 N，建筑材料的重力 G 为 900 N，求这个过程中：第 3 题图(1)绳子自由端移动的距离；(2)此滑轮组的机械效率；(3)拉力 F 的功率4. 2010 长沙 39(3)(4)题 4 分2010 年 5 月 18 日
3、国际博物馆日，广东南澳海域的“南澳号”水下考古发掘现场，成为了本年度由国家文物局主办的“文化遗产博览月”开幕地点如图为打捞沉船里一货箱的模拟图片问：(3)已知动滑轮及附属部件的总重为 3 000 N，将一重为 4 000 N 的货箱匀速打捞出水面时，每根钢绳的拉力 F 为多大？(4)若每只货箱重力相同且不可分割，钢绳的最大拉力为 5 000 N，则在货箱离开水面被匀速拉起的过程中，该滑轮组的机械效率最大可达多少？(不计摩擦和钢绳重)第 4 题图考向拓展(2009 长沙)小强利用如图所示的滑轮组去拉物体，使重为 2 000 N 的物体 A 在 3 s 内沿水平方向匀速移动了 6 m，若 A 所受
4、地面的摩擦力 Ff600 N，小强所用拉力 F250 N，则拉力 F 的功率为_W，该装置的机械效率是_考向拓展图命题点 2 简单机械的综合计算5.2014 长沙 39(2)(3)题 6 分如图是一个上肢力量健身器的示意图， D 是动滑轮，配重 A的质量为 140 kg，底面积是 8.0102 m2，杠杆 EH 可绕固定点 O 在竖直平面内转动，且OE OH12，假定运动员体重是 600 N，一只脚板与地面的接触面积为 2.0102 m2，(不计杠杆重、绳重及摩擦；取 g10 N/kg)问：(2)当人将配重 A 匀速提升 0.2 m 时，人做功 340 J，动滑轮重为多少？(3)当配重 A 和
5、人对地面的压强相等且杠杆在水平位置平衡时，人对绳的拉力为多大？第 5 题图命题点 3 测量斜面的机械效率6. (2011 长沙 35 题 6 分)如图所示是小明同学做“探究斜面的机械效率”的实验装置(1)请计算斜面坡度为 60时的机械效率(2)请你根据实验数据推导下列的结论：斜面坡度斜面粗糙程度物重G(N)斜面高度 h(m)沿斜面拉力 F(N)斜面长L(m)有用功W 有 (J)总功W 总 (J)机械效率 (%)30 粗糙 0.5 0.20 0.35 0.4 0.10 0.14 71.460 粗糙 0.5 0.28 0.45 0.4 0.14 0.18结论 1：沿粗糙程度相同的斜面向上匀速拉动同
6、一物体时，斜面坡度越_，拉力越小结论 2：在粗糙程度相同的条件下，斜面坡度越大，机械效率越_第 6 题图(3)如果你是一位建筑设计师，需要设计一幢老年人俱乐部的大楼，受上述实验的启发，在设计楼梯时，你会把楼梯设计得较_(选填“缓”或“陡”)些答案1. B 【解析】当利用甲、乙两滑轮组将重物提升到相同的高度时，如果 G1 G2，则有用功相等，而乙装置用了 2 个动滑轮，故乙比甲做的额外功大，因为总功等于有用功与额外功之和，则乙图中做的总功大于甲图做的总功，A 错误；机械效率等于有用功与总功的比值，乙图中做的总功大于甲图做的总功，则甲的机械效率大于乙的机械效率，B 正确；如果 G1 G2，则甲中做
7、的有用功大于乙，C 错误；对于同一滑轮组而言，机械效率并不是固定不变的，它与被提升的重物重力有关，被提升物体的重力越大，机械效率越大，D 错误故选 B.2. 100 250 80% 【解析】当被提升的货物 G100 N 时，机械效率 50%，此时根据公式 100% 100% 100% 100%50%，可以解得 F100 N，W有 用W总 GhFnh GFn 100 N2F在不计绳子重和摩擦时，根据公式 F (G 物 G 动 ) (100 N G 动 )100 N，解得 G 动1n 12100 N；当运送 4 件货时， G 物 400 N，此时 F (G 物 G 动 ) (400 N100 N)
8、1n 12250 N，根据公式 100% 100% 100% 100%80%.W有 用W总 GhFnh G物 nF 400 N2250 N3. 解：(1)绳子自由端移动的距离 s3 h31 m3 m(2)滑轮组机械效率 100% 100% 100%75%W有W总 GhFs 900 N1 m400 N3 m(3)拉力的功率 P 120 WW总t Fst 400 N3 m10 s4. 解：(3)钢绳的拉力 F (G 货 G 动 ) (4 000 N3 000 N)1 750 N14 14(4)讨论：若钢绳的最大拉力 F1为 5 000 N 时，此装置的机械效率可达最高设此时提起货箱的个数为 n，对
9、动滑轮及附属部件和货箱进行受力分析可得 4F1 nG 货 G 动 ，即 45 0004 000 n3 000 解得 n4.25，因货箱不可分割，取 n4即当一次提起 4 个货箱时，此装置的机械效率可达最高，此时滑轮组提起货箱的总重力G4 G 货 1.610 4 NW 有 Gh1.610 4h1.610 4 h此时拉力 F2 (G G 动 )4 750 N14绳子自由端移动的距离 s4 hW 总 F2s4 7504 h1.910 4 h此装置的机械效率 100%84.2%W有W总 1.6104h1.9104h【考向拓展】1 500 80% 【解析】题图中动滑轮由三股绳子拉动，物体 A 在 3 s
10、 内移动 6 m，拉力 F在 3 s 内移动 6 m318 m，拉力做功 W 总 Fs250 N18 m4 500 J，拉力做功的功率 P 1 500 W；有用功 W 有用 fsA600 N6 m3 600 J，该装置的机械效Wt 4 500 J3 s率 100% 100%80%.W有 用W总 3 600 J4 500 J5. 解：(2)因不计杠杆重、绳重及摩擦，则人做的功等于提升配重 A 和动滑轮 D 所做的功之和，即 W GAh G 动 hG 动 300 NW GAhh 340 J 140 kg10 N/kg0.2 m0.2 m(3)对人、配重、动滑轮进行受力分析，其受力示意图如下由于人、
11、配重、动滑轮受力平衡，因此 FN G 人 FH FAN GA F 绳 F 绳 2 FE G 动 将代入得 FAN GA G 动 2 FE 由于配重 A 和人对地面的压强相等，且 SA2 S 人由 p 得 FA2 F 人 FS由于杠杆在水平位置平衡，且 OE OH12由杠杆平衡条件得 FE2 FH 因为人、配重对地面的压力和地面对它们的支持力互为作用力，因此 FAN FA， FN F 人 由得 GA G 动 2 FE2( G 人 FH) 将代入得 FH 250 NGA G动 2G人2 1 400 N 300 N 2600 N26. (1)77.8 (2)小 大 (3)缓【解析】(1)根据 100% 100%77.8%，求得斜面此时的机械效率；(2)W有W总 0.14 J0.18 J由表中的数据可看出拉动同一物体时，斜面坡度越小，拉力越小；坡度越大，机械效率越大；(3)设计一幢老年人俱乐部的大楼，为了便于老年人行走，根据上面的结论，楼梯的设计得(较)缓一些
