题目内容

在如图所示的装置中,A、B是动滑轮,C是定滑轮,D是轮轴,D的轮半径R=10厘米,轴半径r=5厘米,物重G=500牛顿,每个动滑轮重P=50牛顿.如果不计绳重和摩擦,各段绳的方向保持相平行,那么:
(1)为把重物提起,作用在轮上的动力F至少要大于多少牛顿?
(2)若把重物提起0.1米,动力F的作用点要移动几米?
(3)该装置的机械效率是多少?

【答案】分析:(1)在不计绳子和滑轮摩擦的情况下,滑轮组的省力公式是F=,轮轴的省力公式是F=;
(2)对于滑轮组来说,物体被提高的距离h与绳子自由端移动的距离S之间的关系是S=nh;
(3)对于轮轴来说,轴上通过的距离S1和轮上通过的距离是S2的关系是S2=;
(4)机械效率等于有用功和总功的比值,用公式η=×100%计算.
解答:解:如图所示,作用在滑轮组上绳子的拉力为F′,作用在轮轴轴上绳子的拉力也是F′,作用在轮上的拉力是F.

(1)如图所示,重物被两个动滑轮吊着,与动滑轮相连的绳子段数n=4,根据滑轮组的省力公式,
则作用在滑轮组绳子上的拉力F′===150N;
根据轮轴的省力公式,作用在轴上绳子的拉力为F===75N.
答:考虑到绳子与滑轮之间的摩擦,把重物提起,作用在轮上的动力F至少要大于75N.
(2)若把重物提起0.1米,则滑轮上绳子自由端移动的距离S=nh=4×0.1m=0.4m;
如图所示,轮轴轴上通过的距离S1也是0.4m;
根据轮轴的特点轮上绳子通过的距离为S2===0.8m;
答:因此最后绳子动力F作用点要移动0.8m.
(3)因为物体提起的高度h=0.1m,所以做的有用功W有用=Gh=500N×0.1m=50J;
作用在绳子上的拉力F=75N,绳子最后移动的距离S=0.8m,所以做的总功为W总=FS=75N×0.8m=60J;
故该装置的机械效率为:η=×100%=×100%=83.3%.
答:该装置的机械效率为83.3%.
点评:本题考查了滑轮组、轮轴这两类机械的省力计算、距离计算以及机械效率的计算,综合性比较强,比较复杂,对学生知识要求比较高.
练习册系列答案
相关题目
回顾实验和探究:(将下列实验报告中的空缺部分填写完整)
(1)探究焦耳定律:
器 材    电源、导线、开关、两个装有相同质量煤油的烧瓶、铜丝、镍镉合金丝、
滑动变阻器
滑动变阻器
.
 装 置 图
 准 备 实验装置如图所示,在两个相同的烧瓶中装相等质量的煤油,瓶中各放一根电阻丝,右瓶中电阻丝比左瓶中的大,通电后观察电流通过电阻丝产生的热量是煤油的温度升高,电流产生的热量越
多
多
,煤油温度上升的越
快
快
.
 
步  骤
  和
现   象
(1)如图连接电路,闭合开关一段时间后,发现右侧瓶中温度
升高的慢
升高的慢
,这说明烧瓶中的镍镉合金丝产生的热量
少
少
;
(2)只将右瓶中的镍镉合金丝接入电路,再用
滑动变阻器
滑动变阻器
改变电路中电流,使电流比刚才的电流大,通电时间跟上次实验一样,发现烧瓶中的煤油温度升高的比上次
快
快
,这说明
电阻和通电时间一定时,电流越大,电阻丝产生的热量越多
电阻和通电时间一定时,电流越大,电阻丝产生的热量越多
.
(3)对于两瓶通电时间越长,烧瓶中煤油温度都升高的越
快
快
.
研究方法 本实验用的物理学研究方法有
控制变量法
控制变量法
和
转换法
转换法
.
结论 电流通过导体产生的热量多少与
电流
电流
、
电阻
电阻
和
通电时间
通电时间
有关.
(2)探究电磁感应现象与感应电流方向的影响因素:
实验
 
过程
 
现象
1、在如图所示的装置中,闭合开关,让导体不动,电流表的指针不偏转,让导体向上或者向下移动,电流表指针
不偏转
不偏转
;让导体左右移动,电流表指针
偏转
偏转
.
2、改变磁场中导体的运动方向,会发现电流表的指针偏转方向
改变
改变
.(改变 或  不改变)
3、改变
磁场方向
磁场方向
,电流表的指针的偏转方向会改变.
结论
 
应用
     闭合电路
中的一部分
中的一部分
导体,在
磁场
磁场
中做
切割磁感线
切割磁感线
运动时,导体中会产生
电流
电流
,这种现象叫
电磁感应
电磁感应
,产生的电流叫做
感应电流
感应电流
.此电流的方向与
导体运动的方向
导体运动的方向
和
磁场方向
磁场方向
有关.此现象中,
机械
机械
能转化为
电
电
能.据此制成了
发电机
发电机
.
(3)伏安法测量小灯泡的额定功率:
器材 电源、导线、开关、小灯泡(3.8V),电流表、电压表、
滑动变阻器
滑动变阻器
.
  
  装 
 
 置
 
 
图
 
在左边的框中画出对应的电路图
原理
P=UI
P=UI
.
 
方法
 和
步骤
(1)按照电路图连接实物图
(2)实验中用
滑动变阻器
滑动变阻器
调节小灯泡两端的电压,电压表应和
小灯泡
小灯泡
并联,为了提高测量的准确性,最好选用
0~15
0~15
V的量程.闭合开关后发现小灯泡两端的电压只有3V,这时滑动变阻器的滑片应向
左
左
端移动,是电压表的示数为
3.8
3.8
V,此时电流表的示数为0.3A,则该灯泡的额定功率为
1.14
1.14
W.
 
现象
表格
实验次数     U/V     I/A     P/W     小灯泡亮度
1 3.5 0.28 0.98 较暗
2
3.8
3.8
 
0.3
1.14
1.14
正常
正常
3 4.0 0.31
1.24
1.24
较亮
结论 (1)实验验证当小灯泡两端的电压大于额定电压时,灯泡的实际功率
大
大
于额定功率,灯泡变
亮
亮
;当灯泡两端的电压小于额定电压时,灯泡的实际功率
小
小
于额定功率,灯泡变
暗
暗
;当灯泡两端的电压等于额定电压时,灯泡的实际功率等于额定功率,灯泡
正常发光
正常发光
.
(2)小灯泡的亮度由
实际
实际
功率决定.
(2013?青岛模拟)回顾实验和探究:(将下列实验报告中的空缺部分填写完整)
(1)探究电流通过导体产生热量与电阻的关系:
 
 
 
 器 材
  
电源、导线、开关、两个装有相同质量煤油的烧瓶、铜丝、镍镉合金丝、
温度计
温度计
.
 
 
 
装 置 图
 
 
 
            
          
 
 准 备
实验装置如图所示,在两个相同的烧瓶中装相等质量的煤油,瓶中各放一根电阻丝,右瓶中电阻丝比左瓶中的大,通电后观察电流通过电阻丝产生的热量是通过
温度计的示数变化
温度计的示数变化
来观察的,电流产生的热量越
多
多
,煤油温度上升的越
高
高
.
步  骤 连接电路,闭合开关一段时间后,发现右侧瓶中温度
升的高
升的高
这说明烧瓶中的镍镉合金丝产生的热量
多
多
;
研究方法 本实验用的物理学研究方法有
控制变量法
控制变量法
和
转换法
转换法
.
(2)探究电磁感应现象与感应电流方向的影响因素:
实验
 
过程
 
现象
?在如图所示的装置中,闭合开关,让导体不动,电流表的指针不偏转,让导体向上或者向下移动,电流表指针
不偏转
不偏转
;让导体左右移动,电流表指针
偏转
偏转
.
?改变磁场中导体的运动方向,会发现电流表的指针偏转方向
改变
改变
.(改变 或  不改变)
?改变
磁感线方向
磁感线方向
,电流表的指针的偏转方向会改变.
结论
 
应用
闭合电路一部分导体,在磁场中做
切割磁感线
切割磁感线
运动时,导体中会产生感应电流,这种现象叫
电磁感应
电磁感应
.此电流的方向与
导体运动方向
导体运动方向
和
磁感线方向
磁感线方向
有关.此现象中,
机械
机械
能转化为
电
电
能.据此制成了
发电机
发电机
.
(3)伏安法测量小灯泡的额定功率:
器材 电源、导线、开关、小灯泡(3.8V),电流表、电压表、
滑动变阻器
滑动变阻器
.
原理
P=UI
P=UI
.
 
方法
 和
步骤
实验中用
滑动变阻器
滑动变阻器
调节小灯泡两端的电压,电压表应和
小灯泡
小灯泡
并联,为了提高测量的准确性,最好选用
0~15
0~15
V的量程.闭合开关后发现小灯泡两端的电压只有3V,这时滑动变阻器的滑片移动,使电压表的示数为
3.8
3.8
V,此时电流表的示数为0.3A,则该灯泡的额定功率为
1.14
1.14
W.

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