滑轮组综合计算题
题目:一个重为50N的物体放在水平桌面上,用10N的水平拉力向右拉,物体不动,此时物体受到的摩擦力为____N;当拉力增大到15N时,物体开始运动,且2s内匀速直线运动1m,则此时物体受到的摩擦力为____N。
例题:
【分析】
($1$)物体处于静止或匀速直线运动状态时,受到平衡力的作用,二力平衡的条件是两个力大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,作用在同一个物体上;
($2$)动滑轮由两根绳子承担重物时,提起绳子的力是物体重力的一半。
【解答】
($1$)用$10N$的力没有推动物体,所以物体处于静止状态,因此推力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,即$f = F = 10N$;
($2$)物体做匀速直线运动时,推力与摩擦力是一对平衡力,大小相等,所以$f = F = 15N$。
故答案为:$10$;$15$。
本题主要考查了二力平衡条件的应用及滑轮组的省力情况的分析。
综合计算题
【分析】
($1$)根据动滑轮的特点求出承担物重的绳子股数,再根据绳子的段数和拉力的大小求出拉力的功率;
($2$)根据功的公式求出拉力移动的距离和重物移动的距离的关系;根据功率公式求出拉力的功率和重物移动的速度的关系。
【解答】
($1$)由题意可知,n=$frac{s}{h} = frac{3m}{2m} = 1.5$,则滑轮组由$3$段绳子承担物重;使用滑轮组时,拉力的大小为F =$frac{G}{n} = frac{50N}{3} = 16.7N$;拉力的功率为P = Fv = 16.7N × 0.6m/s = 10N•s;
($2$)由题意可知,重物移动的速度为v_{物} = frac{s_{物}}{t} = frac{3m}{2s} = 1.5m/s;则拉力的功率为P_{拉} = Fv_{拉} = Fv_{物} × n = 16.7N × 1.5m/s × 3 = 70.2W。
答:拉力的功率为$70.2W$。
本题考查了滑轮组的机械效率、功率的计算等知识。难度不大。
【分析】本题考查了学生对滑轮组机械效率、功率的计算公式的掌握和运用,利用好“使用动滑轮时有几段绳子承担物重”是本题的关键。
【解答】解:($1$)由题意可知,n=$frac{s}{h} = frac{3m}{2m} = 1.5$,则滑轮组由$3$段绳子承担物重;使用滑轮组时,拉力的大小为F=$frac{G}{n}$;拉力的功率为P=Fv=Fv_{物} × n;故答案为:$frac{G}{n}$;Fv_{物} × n;($2$)由题意可知,重物移动的速度为v_{物} = frac{s_{物}}{t};故答案为:frac{s_{物}}{t}。
例题:
在某次建筑工地上,工人师傅用滑轮组提升重为2000N的物体,所用的拉力为1500N,物体在1min内匀速上升了10m。求:
(1)拉力做的有用功;
(2)拉力的功率;
(3)该滑轮组的机械效率。
解:(1)拉力做的有用功:
W有用 = Gh = 2000N × 10m = 2 × 104J;
(2)拉力端移动的距离:s = nh = 3 × 10m = 30m,
拉力做功功率:
P = frac{W}{t} = frac{Fs}{t} = Fs = 1500N × 30m = 450W;
(3)滑轮组的机械效率:
eta = frac{W有用}{W总} × 100% = frac{2 × 104J}{3 × 450W × 60s} × 100% approx 97.8%。
答:(1)拉力做的有用功为$2 times 10^{4}J$;
(2)拉力的功率为$450W$;
(3)该滑轮组的机械效率为$97.8%$。
滑轮组综合计算题
例题:
有一个重为5N的物体静止在水平地面上,用一个大小为3N的水平推力推时,物体仍保持静止状态。求此时物体受到的摩擦力大小。
分析:
物体静止时受到的摩擦力为静摩擦力,其大小等于推力的大小,即3N。
解答:
根据题意,物体静止时受到的摩擦力为静摩擦力,其大小等于推力的大小,即3N。
例题中还涉及到滑轮组,那么滑轮组综合计算题又该如何求解呢?
例如:
有一个重为10N的物体A,用一根轻绳通过定滑轮与地面上的物体B相连,已知B的重为5N。现在用一个大小为2N的水平推力F推动A物体向右匀速运动,求此时B物体受到地面的摩擦力大小。
分析:
本题中涉及两个物体A和B的运动,需要用到滑轮组。根据滑轮组的连接方式,可以知道物体A的运动会影响到物体B的运动。因此,需要先求出物体A受到的摩擦力大小,再根据作用力和反作用力的关系求出物体B受到的摩擦力大小。
解答:
根据题意,物体A受到的摩擦力为滑动摩擦力,其大小等于推力的大小乘以动摩擦因数μ。由于物体A匀速运动,因此可以列出以下方程:
水平推力F = 滑动摩擦力 = 滑动摩擦因数μ × (滑轮组绳子自由端的拉力 + 物体B的重力)
由于滑轮组绳子自由端的拉力未知,因此需要先求出绳子自由端的拉力大小。根据受力平衡原理,可以列出以下方程:
绳子自由端的拉力 = 物体A受到的摩擦力 = 2N
由于物体B受到地面的摩擦力与绳子自由端的拉力是作用力和反作用力的关系,因此可以得出物体B受到地面的摩擦力大小为:
物体B受到地面的摩擦力 = 绳子自由端的拉力 = 2N
总结:
滑轮组综合计算题需要先分析物体的运动情况,再根据受力平衡原理和作用力和反作用力的关系求解各个物体的摩擦力大小。同时需要注意静摩擦力和滑动摩擦力的区别。