中考物理題精講:利用機械效率和摩擦力關係圖,求滑輪組有用功率

2020-12-14 陳老師初中數理化

利用機械效率和摩擦力的關係圖，求滑輪組的有用功率，這是物理中考的常考題型，解決這類題型的關鍵是選擇合理的受力分析對象，結合二力平衡條件，求得摩擦力與滑輪組對物體拉力之間的數量關係，利用功和機械效率的計算公式，求得滑輪組做的有用功和，進而用動滑輪的重力和滑輪組對物體的拉力表示出滑輪組的機械效率；再結合機械效率和摩擦力的關係圖，求得動滑輪的重力、滑輪組對物體的拉力，利用功率的計算公式和物體運動速度，就可以求得有用功率。

例題

某同學在課外實踐活動中，用如圖甲所示的滑輪組勻速拉動放在一水平面上的不同物體，物體受到的摩擦力從100N開始逐漸增加，每次物體被拉動的距離均為1m，根據測量結果畫出了該滑輪組機械效率與物體受到的摩擦力大小變化的關係圖像，如圖乙所示，若不計繩重和繩與滑輪間的摩擦，求：

（1）當滑輪組的機械效率為75%，物體以0.1m/s的速度勻速運動時，該滑輪組的有用功率是多大？

（2）當物體與地面的摩擦力為1500N時，體重為500N的同學豎直向下拉繩，還能用此滑輪組拉動物體嗎？用計算結果說明。

解題過程：

1、求滑輪組的有用功率

（1）當滑輪組的機械效率為50%時

根據圖像可知，物體受到的摩擦力f1=100N；

對物體進行受力分析，在水平方向上，受到水平向右的繩子拉力F1和水平向左的摩擦力f1，根據二力平衡條件，可求得F1=f1=100N；

根據功的計算公式和結論：作用在物體上的繩子拉力F1=100N，動滑輪的重力=G動，物體運動距離s=1m，則滑輪組做的有用功W有用1=F1*s=100，滑輪組做的額外功W額外1=G動*s=G動；

根據結論：W有用1=100，W額外1=G動，則滑輪組做的總功W總1=W有用1+W額外1=100+G動；

根據機械效率的公式和結論：W有用1=100，W總1=100+G動，則滑輪組的機械效率η1=W有用1/W總1=100/(100+G動)；

根據題目中的條件和結論：滑輪組的機械效率η1=100/(100+G動)，η1=50%，則動滑輪的重力G動=100N；

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