對(duì)機(jī)械效率概念的理解和應(yīng)用是九年級(jí)物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),求解滑輪組的機(jī)械效率時(shí),可利用機(jī)械效率的公式η=W有/W總,但在某些具體情況下,也可將公式變形為其他的形式,從而方便、簡(jiǎn)潔地求解問(wèn)題。下面舉例說(shuō)明:
1.直接用η=W有/W總求解。【例1】 某人用滑輪組提升重物,已知人對(duì)滑輪組做了500J的功,滑輪組對(duì)重物做了400J的功,求該滑輪組的機(jī)械效率是多少?解析:由題意知W有=400J ,W總=500J,則η=W有/W總=400J/500J=80%。
2. 由W總=W有+W額,所以機(jī)械效率可表示為η=W有/(W有+W額)。【例2】 如圖(1)所示,一個(gè)工人用滑輪組拉船靠岸,他克服水阻做功500J,克服繩重及滑輪之間的摩擦做功100J,求該滑輪組的機(jī)械效率是多少?
解析:依題意有W有=500J ,W額=100J,則η=W有/(W有+W額)=500J/(500J+100J)=83%。
3. 又因W有=W總-W額,所以機(jī)械效率也可表示為η=(W總-W額)/W總。【例3】 一個(gè)工人用滑輪組吊起重物,他所做的功1000J。在拉動(dòng)繩子的過(guò)程中,克服滑輪組間的摩擦做了200J的功,克服動(dòng)滑輪重力做了50J的功,該滑輪組的機(jī)械效率是多少?
解析:由題意知W總=1000J ,W額=200J+50J=250J,則η=(W總-W額)/W總=(1000J-250J)/1000J=75%。
4. 滑輪組克服物重做功W有=Gh,W總=FS,所以有如下形式η= Gh/ FS。【例4】用如圖(2)所示的滑輪組把200N的重物勻速拉上10m高的樓頂,在繩子自由端所加的拉力下為80N,求滑輪組的機(jī)械效率?
解析:本題中G=200N h=10m,由圖可知繩子自由端移動(dòng)距離為S=30m,F(xiàn)=80N。所以η= Gh/ FS=200N×10 m/80N×30m=83.3%。
5. 因?yàn)榛喗M有S=nh(n為承擔(dān)物重繩子的段數(shù)),滑輪組機(jī)械效率還可簡(jiǎn)化為η=G/nF。
【例5】 某人用如圖(3)所示的滑輪組吊起重300N的物體,所用拉力為100N,求該滑輪組的機(jī)械效率是多少?
解析:由圖知n=4段,則有η=G/nF=300N/4×100N=75%。
6. 若滑輪組克服有用的阻力做功W有=fSˊ,W總=FS,栓在動(dòng)滑輪上繩子為n段,則S=nSˊ所以又有如下形式η=f/nF。【例6】如圖(4)所示 ,重為500N的物體在地面間的摩擦力是物重0.1倍,為使物體勻速移動(dòng),必須在繩端加以20N的水平拉力,則滑輪組的機(jī)械效率?
解析:由圖示知n=3段,且f=NG=0.1×500N=50N,則η=f/nF=50N/3×20N=83%。
7. 若不計(jì)滑輪組間的摩擦和繩重,有W有=Gh,W額=G0h ( G0為動(dòng)滑輪的重力),依η=W有/(W有+W額),代入化簡(jiǎn)為η=G/(G+G0)。【例7】 如圖(2)所示的滑輪組(不計(jì)摩擦和繩重),當(dāng)提起重70N的物體時(shí),須用30N的拉力;仍用該滑輪組去提起120N的物體時(shí),滑輪組的機(jī)械效率可達(dá)到多少?
解析:依題條件有F=1/n·(G+G0),得動(dòng)滑輪重G0= nF- G =3×30N-70N=20N。當(dāng)它提起120N的物體時(shí),則η=G/(G+G0)=120N/(120N+20N)=85.7%。
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