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初中物理辅导滑轮组类型题解题技巧

日期:2015/4/1 9:53:46 来源:本站原创 访问量:

  滑轮组的使用有竖直放置和水平放置两种形式,同学们在做题时接触较多的是竖直放置形式,而对水平放置的滑轮组感到陌生,其实,它们的本质是相同的.下面谈谈对水平放置的滑轮组的理解,希望对同学们有所帮助.

  1.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Fa=f,则可省一半力,如图1(a)所示;若拉力作用在动滑轮轴上,有Fb=2f,如图1(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:s=ns’,v=nv’.其中s、v分别指绳的自由端移动的距离、速度,s’、v’分别指动滑轮或物体移动的距离、速度,n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(竖直放置的一般不能忽略).

  4. 求机械效率时,有用功一般指克服摩擦阻力做的功,即W有=fs.

  例1如图2所示,在水平动力F的作用下,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().

  A. 拉力F的大小为20N

  B. 拉力F的大小为5N

  C. 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3所示,由于物体m做匀速直线运动,则F1=f,再对动滑轮受力分析,如图4所示,此时F=f ,所以F====5N.

  因动滑轮上有2股绳子,绳子自由端移动的速度

  v=2v’=2×2m/s=4m/s.

  拉力的功率P=Fv=5N×4m/s=20W.

  答案:B、C.

  例2如图5所示,物体A的质量为12kg,在F的作用下,物体A以0.4m/s的速度在水平面上做匀速直线运动,弹簧测力计的示数为12N,忽略滑轮与绳子的摩擦力以及滑轮、弹簧测力计和绳子所受的重力,并且绳子足够长.求:

  (1)物体A与水平面间摩擦力的大小;

  (2)拉力F的大小;

  (3)物体A运动10s,拉力F以及物体A的重力所做的功;

  (4)拉力F的功率.

  分析:物体A做匀速直线运动处于平衡状态,所受拉力和阻力平衡,其大小、方向恒定.

  (1)设绳子的拉力为F ‘,拉力大小相等,因为拉力和摩擦力是一对平衡力,而弹簧测力计的示数12N,所以f=F ‘=12N.

  (2)拉力作用在动滑轮的轴上,使物体运动,动滑轮受力情况如图6所示,得F=2f=2×12N=24N.

  (3)物体A运动10s,通过的距离s=vt=0.4m/s×10s=4m.

  而拉力F移动的距离s’==2m,

  所以拉力F所做的功W=Fs=24N×2m=48J.

  因重力的方向竖直向下,物体A没有在竖直方向上移动距离,即h=0,则重力做功为零.

  (4)拉力F的功率P===4.8W.

  点拨:求动力和阻力的大小关系,一般是用隔离法将物体与动滑轮分开分别进行受力分析,但要注意,同一条绳子上的各处拉力相同.

  例3 一辆汽车不小心开进了泥潭中,司机取来一套滑轮组欲将汽车从泥潭中拉出,如图7所示,若车重为8×104N ,汽车受到的阻力为车重的0.03倍,滑轮组的机械效率为80%.求:

  (1)该司机至少需用多大的力才能将汽车从泥潭中拉出?

  (2)若拉动汽车时,汽车前进的速度为0.1m/s,求司机做功的功率.

  分析:(1)因滑轮组水平使用,动滑轮对汽车的拉力做的功为有用功,即克服摩擦阻力做的功为有用功.设汽车移动的距离为s’,则W有=fs’ ,

  而f=0.03G,由滑轮组结构可得s=4s’ ,

  所以η=×100%====,

  所以F= ==750N.

  (2)拉力移动的速度为v=nv’=4×0.1m/s=0.4m/s.

  司机做功的功率P=Fv=750N×0.4m/s=300W.

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